某工程技术人员在进行材料拉力(「科学原理」为什么乐器偏爱金属材质？)
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某工程技术人员在进行材料拉力(「科学原理」为什么乐器偏爱金属材质？)
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常言道：“钟声铿、石声罄、丝声哀、竹声滥”。不同材质的乐器能演奏出不同的音色和情感。一般乐器是由振动体、传导体、共鸣体、支撑体和附件等部分组成。乐器中的各个部件所使用材料的性能不仅决定了乐器的音量、音质、音色，而且对乐器的音调和稳定性也有着重要的影响。
在中国古代，最典型的金属乐器要数编钟。“八音金为首，金类钟为先”，蜚声中外的编钟是由青铜制成的。据《考工记》记载并经后人考究的史料显示，编钟的金属材质中，铜含量约为85.71%，锡含量约为14.29%。我国出土的“曾侯乙编钟”经检测发现，其铜含量为77.54至85.08%，锡含量为12.49%至14.46%。
现代乐器中，被称为“乐器之王”的钢琴也有很多部件使用了金属材料。支架作为钢琴的中心框架，也是钢琴的共鸣盘，需要承载全部琴弦的张力，因此主要由铸铁制成。铸铁支架具有极高的耐力且质量稳定，能承载钢琴全部琴弦约20吨的拉力，同时保证了琴体结构不变形。琴弦是钢琴发音的振动体，采用的是“乐器钢丝”，和普通的“琴弦钢丝”不同，是一种含碳量为0.9%的高碳钢丝。钢琴中每一根琴弦都有其独特的长度和粗细程度，钢丝越短越细，振动频率就越高,发出的是高音, 而钢丝越长越粗，振动频率就越低,发出的是低音。由此可知，每一根钢丝对应着一个音高。高音区和中音区的琴弦为“裸弦”，即一根具有高强度、高韧性的特殊钢丝。低音区的琴弦则是“缠弦”，即在钢丝的外面缠绕细铜丝，附加给主体钢丝额外的质量,以达到良好的低音效果。钢琴的品质与琴弦的质量息息相关，不仅要求琴弦具备良好的延展性和韧性，而且要保持洁净，才能使声音的振动更为准确,音色更好。将琴弦与支架紧扣的调音钉是一种用特质扳手扭动旋转的钉状螺栓，其旋床是有锁口的特制高碳钢,能让琴弦牢固地绕在弦轴钉上,并在琴弦高强度拉力作用下使音准长期保持稳定。
铜管乐器和木管乐器统称为管乐器。铜管乐器的主要材质为金属，一些木管乐器的部分部件也使用了金属材料。金属管乐器一般采用黄铜、红黄铜、白铜等金属材料，这些金属材料制成的乐器品质较为出色，一是声音不易衰减，发出的乐音悠扬悦耳；二是耐锈蚀性较好，能够保持乐器外形鲜亮。金属的结构与材质对金属管乐器也有着重要影响：首先，金属材料制成的结构部件形成了“管腔”，声音在管腔中形成、反射、共振和发射；其次，金属本身的材质直接决定了乐器的音色和音量。
由此可见，金属不仅造就了乐器优美坚固的外形，也赋予了乐器悠扬动人的声音。两种魅力的结合，成就了乐器在艺术上的价值。
本文由北京市海淀区教师进修学校附属实验学校中学一级教师牟丹进行科学性把关。
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来源：新华号 新华科普
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