物理学家的笛子能变调

2014-03-24 12:06:35
   随着对乐器和物理学研究的深入,武际可越发感到自制笛子的乐趣。
衣柜上揳着个钉子,上边挂着根又粗又长的钢管。武际可摘下钢管,卸下一端的橡胶堵头,便倒出了好多根直径渐细的管子。这时才能看出,每个管子上都有一排整齐的孔洞—这都是他自制的笛子。
退休前,武际可是北京大学物理系的力学教授。现在,他的业余生活主要是与器乐和科学网博客为伴,以此会友,乐此不疲。


      自制实验用笛


    武际可说,他们小时候的学习压力小,也没有电脑、手机玩,所以很多朋友对音乐、美术感兴趣。直到上了大学,他和舍友们的娱乐方式还是合奏乐器:你拉二胡,我吹长号,他弹吉他。想来颇有交响乐的气氛。武际可笑道:“我们都是业余地玩,自娱自乐。”
    既然有这么多乐器可选择,武际可为什么还要“自制”笛子呢?那还要从上世纪90年代他在北大物理系任教时说起。那时,他是《力学实践》杂志的主编,在和学生交流的时候,他发现学生根本不去看杂志,因为看不懂,没意思。
    武际可没有责怪学生,他也觉得有些学术论文的风格不好,喜欢把一个简单的问题用陌生的名词、绕圈的逻辑复杂化。较受欢迎的是他的同事写的边栏—物理科普《野渡无人舟自横》这样的文章,文中讲解了小舟静止在水上时的确是横置的现象和原理。随后,武际可也决定写有趣的科普文章,选题是他一直喜欢和熟悉的笛子。
    声学原理、孔距公式,用物理知识讲解笛子原理,对武际可来说是小菜一碟。但在严谨的计算过程中,武际可发现孔周的气流也会参与震动,有些数据难以计算,不能机械推导,他想到了检验真理的唯一方法:实践。于是,他去市场找了一些便宜的建材下脚料,比如废钢管、塑料管,然后用电钻打孔,拿自己制作的笛子来实验,最终得到了确切的公式。“这样再发文章的时候,我就踏实多了。”武际可说。
    随着对乐器和物理学研究的深入,武际可越发感到自制笛子的乐趣。相关文章也被收录到了北京大学出版社1997年出版的《身边的力学》中。


    “差”一根手指如何变调


       笛子玩久了,武际可想得也更多。通常情况下,笛子的筒音so(把孔全按住)的音高,就决定了这根笛子的“调”。笛子没有升降半音的装置,也就无法变调。武际可拿起两根笛子,放在嘴边比划:“有的笛子演奏家为了在演奏中变调,还得学一门技术:迅速换笛子。”


      大多数人都习惯了笛子就是“定调”的,武际可仍然希望能随时拿出一根笛子,就可与电视中正在播放的各调乐曲合奏。他由最基础的地方想起:一个八度内有12个音高。“12音高”的设计,普遍表现在西洋乐器中:钢琴的7个白键和5个黑键;西洋长笛通过内部复杂的杠杆装置,每八度也涵盖了12个音。所以长笛的造价不菲,好一点的要上万元。普通的6孔笛,在一个八度内只有7个音。武际可开玩笑道:“如果我们有11个手指头,就能演奏有12个音高的笛子了,那就可以变调了。”


    虽然“差”了一根指头,武际可也觉得,用10根手指控制11个音,也总比6孔7音要好多了。为了更加精准地测算音高,武际可还自备了音调校准器,最终变调笛子制作成功。10孔笛的演奏难度当然比6孔笛要大,武际可说:“我年近80都能越练越好,年轻人更心灵手巧,没问题。”


     期待专业的“应和者” 


     说起音乐与物理的关系,武际可说:“它们二者的关系很近,都与声学相关。很多物理学家也喜欢乐器,爱因斯坦拉小提琴,普朗克弹钢琴,水平都非常高。”此外,武际可也有无奈的地方,“一些器乐制造的专业书籍竟然说,不同的材质对于笛子是有影响的:金的比银的好,竹子的比塑料的好。其实气鸣乐器的发声,主要跟空气柱相关,与材料无关。有些金属的笛子卖得贵,是因为那个金属本来就贵”。


     “我觉得我们现在的人,应该多懂一些自己专业领域外的知识。”武际可从小喜欢音乐,后来制作笛子,现在他也拉小提琴、欣赏书画。他从来不觉得这些爱好是无用的,或是会拖累主业,“具备的知识越广泛,看待问题的眼光就越不一样。才不会犯那种"材料影响笛子"的错误。”


    现在很多人缺失业余爱好,武际可说:“单一的专业培养能出学者,但不会出大师。像《教我如何不想他》的曲作者赵元任,同时也是数学家、语言学家、哲学家。他几方面的素养相辅相成。”


     回到笛子的事儿上,能够自制变调笛子,与武际可是一名物理教授也很有关系:他熟知声学原理,并善于思考,乐于动手。虽然制作成功了,他还是有个遗憾的地方:“我制作笛子的博文,点击率也过万了,联系我探讨问题的朋友也不少,但也都是业余的。我觉得我用声学公式和实验原理写的东西,应该会更受专业人士的关注,但是至今没有音乐系的、制造笛子的、同样搞物理的人来跟我一起交流。传统工艺当然有它的优势,但我希望这些东西也能融入进现代的元素。”
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