簧管乐器是中国传统民族乐器中不可或缺的一类乐器，而笙则是其中的典型。它历史悠久，在民乐演奏中具有重要地位。与西方簧管乐器相比，关于我国簧管乐器的研究还存在较大空白。传统簧管乐器至今仍缺乏统一的制作标准，基本采用手工方式制作，制作工艺因个人经验差异较大。这些问题都导致了生产的乐器音色差异较大，质量良莠不齐。以上述问题为出发点，本文以笙为研究对象，建立了笙的实验平台和测量系统，通过实验测量研究了笙的音色特征，建立了笙的物理模型以及对应的合成方法，并结合主观实验方法深入探究了笙的关键物理参数和音色之间的关联。主要研究内容和创新点如下:　　(1)建立了笙的实验平台及多通道同步测量系统。该系统的输入调节方便、测量精度高、测量量同步性好、可移植性强。通过采集分析笙的演奏样本，得到笙的起振特点和频谱特点。在此基础上，利用所建立的实验平台观测笙管发声振动过程，进一步分析讨论了系统输入、簧舌振动以及共鸣管结构与笙的声频谱特征之间的关联。　　(2)提出了传统笙的物理模型及声音合成方法。在簧舌振动模型的基础上，结合指孔和音窗的传递矩阵计算方法，建立笙管的等效电路，并将二者结合，得到笙的完整物理模型。通过对比实验测量结果和仿真结果，验证了该物理模型的性能以及合成笙样本的效果，并对模型误差进行分析。结果表明，该模型对于模拟传统笙管的发声过程具有较好的效果，合成笙样本能够较准确的反映真实笙样本的音色特征。　　(3)利用笙的物理模型合成实验声样本，系统地研究了笙的关键物理参数与音色的相关性。通过对偶比较法以及多维尺度法得到笙的音色空间，根据物理参数及音色特征解释该空间的物理意义。进一步，从发声原理比较参数对音色的作用。结果表明，簧舌的厚度、长度和缝隙宽度以及音窗高度对音色影响较大，改变这些参数所形成的二维音色空间与声音的起振特征、频谱丰富性和局部频谱分布特征有关。此外，簧舌参数对音色的影响较笙管参数更为突出。　　本文的研究成果能够为笙的设计优化、笙的声品质改良以及笙的数字化提供理论和实验依据，具有较重要的学术和应用价值。