Question

笛子如何发声？改变音调高低的原理？？

Answer 1

利用空气振动发声和空气柱共鸣的原理

Answer 2

笛子是利用空气振动发声和空气柱共鸣的原理制成的。流动的气体压强减小，流速越快，压强越小。
示例：飞机在跑道前进时，由于机翼上下表面特殊的设计，使得流过上表面得气体流速大于下表面的气体流速，因而下表面气体对机翼的压力大于上表面气体对机翼的压力，当这个差值大于飞机的重量时，飞机就升空了。
笛子的发声原理和这个是一样的。当我们吹笛子时，气体从吹孔边缘进入笛子内部，在吹孔处做涡旋运动，这样吹孔内部的气体压强就减小，于是笛尾的气体就向吹孔运动（这个速度很快的，要把空气想象成很有弹性的东西，实际上也是这样的），在吹孔处发声积压，这个运动又造成吹孔处压强增大，但是口风又在继续吹响吹气（物理上叫激励），又把气体推向笛尾，然后吹孔处压强又减小，气体又向吹孔运动，如此循环，振动发出声音。
大家不要把振动简单的想象成这样的机械运动，这样笛子内部的空气振动形式是驻波，什么是驻波？这个东西我想编写一个动画程序来演示，不过今天是完不成的。简单的说一下：横波的驻波可以这样形成：在墙上固定一个很有弹性质量很小的的绳子的一段，手拿另一端上下运动，绳子上的波就是驻波。驻波的特点是：峰和谷相互转换，就是说第一秒的峰在第二秒下降成谷，第一秒的谷在第二秒上升为峰。远远看来这个横波驻留在原地踏步不前进，所以叫驻波。见示意图。

但是空气不是横波，是纵波，纵波的驻波比较抽象，笛子内部的纵波是沿着笛子振动的，它是这样的：假设沿笛子内部分布有a b c d e f....等好多点，某一时刻ace位置上空气是稀疏的，压强小，bdf位置上是密集的，压强大；下一时刻ace位置处空气变成密集的，压强大，bdf两点空气变成稀疏的，压强小，如此循环，循环变化。固定看任何一点，这个地方的空气是疏密交替变化的。这就是笛子内的真实的振动。见示意图 笛膜是怎样振动的呢？理解了笛子内部真实的驻波，这个问题就好理解了。笛膜下方的空气也是疏密疏密交替变化的，这样压强就交替变化，而笛膜外界的压强是恒定的，这就造成了膜的振动。笛子内部笛膜处压强大，笛膜向外界运动；笛子内部笛膜处压强小，笛膜就向下运动，这就是笛膜的振动。

然而笛膜的振动还有其他问题。因为笛子内部的空气运动是有阻力的，靠近笛子内壁的气体，振动速度慢，因为它受到笛子内壁的阻力。就像河水一样，越靠近岸边的水流速度越慢。而笛子内部中间的气体没有阻力，振动就快（严格说是有阻力的，因为靠近它的气体必然距离笛子内壁更近，而这部分气体速度比中间气体的速度慢，因而对中间的气体有阻力）。这就是要把笛子内壁做得很光滑的一个原因。当笛子内壁
对空气阻力太大得时候，就会影响发音得灵敏度。严格的说，笛子内部不是只有一个驻波，而是许多个驻波，所以笛子演奏出来的音不是单纯的一个频率，处于笛子内中间部分的驻波起着决定作用，但是这还不是笛声是好多频率声音的混音的主要原因，主要原因在于人的口风。
人的口风里各个位置处的风速是不一样的，这样就造成了笛子内部的驻波振动有好多个。理论上说，你口风里有多少个速度，笛子内部就有多少个驻波，那么此时发出的声音有多少个频率。泛音是怎么吹来的呢？泛音是比较纯的音了，泛音中其他频率成分的音很少，原因就是吹泛音的时候口风很细，口风中的各部分气流速度都很接近，所以吹出的频率听起来比较单一，这就是泛音。口风的速度决定了主要频率的高低。