什么乐器摆个姿势就能响？电音小蝌蚪又是何方神圣？

提到乐器，大家可能想到的是钢琴、吉他、小提琴、长笛……然而，人类的脑洞远不止于此，在我们身边还有许多造型奇特、音色诡异、玩法炫酷的奇葩乐器。

今天，小编就来给大家介绍两种奇葩的乐器，以及它们蕴含的科学原理。

小声告诉大家，其中一个还能在我们北京科学中心找到哦！

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萌萌的电音小蝌蚪—otamatone

首先登场的是萌萌的“电音小蝌蚪”。

怎样，有没有被它萌到？这个乐器叫otamatone，是一种电子乐器，它以八分音符的形状为原型设计，又酷似小蝌蚪，深受年轻人喜爱。

otamatone的操作方法有点像二胡，通过按压杆部的条形压力感应器就可以发声，按压的位置越高，音调越低；按压的位置越低，音调就越高。

演奏者还能通过调整“小蝌蚪”嘴部的口型来改变音色，使它发出“哇”或“呜”的声音。

作为电子乐器，它的声音不是由人拨动琴弦产生，而是由电路产生。当人按压条形压力传感器的特定部位时，传感器会把带有位置信息的信号传递给芯片。

芯片接收到位置信息后，会根据人按压位置的不同一一对应地产生特定频率的周期性电信号，这个信号的频率便是按压位置对应音调的频率。

然而，由于芯片运行的电压很低，其自身性能也有限，只能产生十分微弱的信号，以至于它几乎无法带动扬声器振动，这时就需要功率放大器来帮忙。

功率放大器是一种十分实用的芯片，它可以接收低功率的电信号，经过其内部电路的处理，再输出大功率的信号，而且还能保证放大前后的信号波形、频率都一致，不会使信号失真、变形。

信号经过功率放大器放大后，来到扬声器内的线圈，由于信号是周期性的，线圈也会周期性地通过磁场推动扬声器，使扬声器按照信号的频率振动起来。

我们都知道，不同音调的声音是由于物体以不同频率振动产生，于是，扬声器便发出了特定音调的声音。

otamatone的结构及原理

演奏者通过以一定节奏按压条形压力传感器上的不同位置，就可以控制otamatone奏出各式各样的音乐。

otamatone最大的特点便是它那可张可合的“小嘴巴”了，这个小嘴巴的部分实际上是共鸣腔，共鸣腔可以聚拢声音，使其内部的空气与实际发声的部分（扬声器）一同振动。

在空气的带动下，声音被进一步放大，变得更加洪亮。人的口腔、吉他的木制音箱、二胡底部的音箱，都属于共鸣腔。

然而，otamatone的共鸣腔与二胡和吉他不同，它可以像人的口腔一样改变形状，一旦形状改变，声音也会发生变化，就如同人通过口腔形状变化发出不同的声音一样。这也是otamatone广受大家喜爱的原因之一。

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电容器也能当乐器—特雷门琴

下面介绍的这种乐器可不一般，它是世界上第一个电子乐器，由前苏联物理学家利夫·特尔门（Lev Termen）教授于1919年发明。同为电子乐器的otamatone见到它，都得叫一声“前辈”。

特雷门琴最大的特点就是不用接触就能演奏，只需要在琴附近按照一定姿势挥舞手掌即可，有点像指挥的动作，这也是迄今为止唯一一种不用接触就能演奏的乐器。

在湖南卫视的一期综艺节目上，歌手周笔畅还曾经演奏过这种乐器，惊艳全场。

怎样，是不是很酷炫呢？下面就让小编为大家介绍下特雷门琴的结构和原理吧。

作为一款琴，肯定少不了“琴键”啦，图中那根直直立起的“天线”便是特雷门琴的“琴键”。

不过，这个琴键既不用人的手去击打，也不用去拨动，甚至根本不用接触到它，摆个姿势就能响。

当演奏者的手靠近这根天线时，琴发出声音的音调会变高；当手远离它时，音调会变低。

然而，这还不足以使特雷门琴演奏出优美的乐曲，演奏者还需要用另一只手控制一侧的环形天线。当手靠近环形天线时，音量会变小；当手远离环形天线时，音量会增大。

这样，通过一手控制音调，一手控制音量就可以完美地进行演奏了。

作为电子乐器，特雷门琴内部由十分复杂的电路构成，其中包括了音调控制与调节电路（外接直天线）、音量控制电路（外接环形天线）、滤波器和放大器、扬声器四大部分。

它们分别负责调控音调、调控音量、放大电信号，将放大后的电信号转换为人们可听见的声音。

音调控制与调节电路的作用是产生特定频率的周期性电信号，具体包括三个部分：音调可变振荡器（外接直天线）、音调参考振荡器、混频器。

其中，最最最核心的部分便是音调可变振荡器，也就是与直天线相连接的部分。这部分电路可以看作一个LC回路。

LC回路是用来产生某一频率周期性电信号的装置，由一个电感器（L）和一个电容器（C）组成。

 LC回路

一开始电容器被充上电，它的极板上带有许多电荷，电荷被释放，在回路中定向运动形成电流，电流通过电感后，由于电流的磁效应，会在电感内产生磁场。

但是电容器中的电荷很快就会被释放完，一旦电荷快释放完，回路中的电流就会迅速减小，电感中的磁场也会随之减小，于是电感的特性开始被凸显出来。

电感有一个特点，它倾向于维持内部磁场不变，一旦磁场变大、变小或是改变方向，电感内部都会形成一个感应磁场来抗拒这种变化。

物理学告诉我们，电流与磁场永远是互相呼应，密不可分的，于是，由于感应磁场的存在，电路中也会产生感应电流。

在感应电流的带动下，电路中的电流不会立即消失，而是维持一段时间，当电荷运动到电容器极板时会积聚在极板上，电容器再次被充上电。

充上电的电容器会再次释放电荷，如此形成循环。一旦循环形成，就会产生频率一定的周期性电信号，而且这个频率与电容器和电感器的特性有关。

简化版原理图

特雷门琴调节音调的部分便是LC回路中电容器的部分，人体、直立天线、内部电路共同构成了一个LC回路。

演奏者通过改变手与天线的距离，可以改变电容器电容的大小，进而改变LC回路中周期电信号的频率。

而这个频率最终会被音调参考振荡器、混频器调制，再经放大器和扬声器转变为一定音调的声音，被我们听到。

实际音高调节部分电路

而音量调节的原理和音调调节类似，人体和环形天线构成一个电容器，演奏者通过改变手到环形天线的距离来改变LC回路中电信号的频率。

之后，复杂的电路会把这个频率信号“翻译”成放大器可识别的音量大小信号。放大器可根据传来的信号来调整输出信号功率的大小，功率越大，音量就越大。

音量调节部分电路

了解完特雷门琴的发声原理后有没有大吃一惊呢？没想到外形看起来如此简约的乐器背后竟然有如此高深、复杂的原理。

在北京科学中心主题馆一层临时展厅里就有一台特雷门琴，感兴趣的小伙伴不妨来我们的展厅看一看，亲自感受下这种电子乐器的魅力吧！

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