钢琴中的物理学.docx

钢琴中的物理学研究沈坤鸿（02008522）（东南大学 机械工程学院）摘要: 本文通过具体实例论证了钢琴弹奏中的惯性、反作用力、平衡性和能量转换等物理现象, 充分说明了钢琴弹奏中的科学性, 同时也提醒我们只有运用科学的方法来弹奏钢琴, 才能真正将钢琴这门乐器发挥到最佳水平。关键词: 钢琴演奏; 惯性; 反作用力; 平衡性；能量Physics Research In PianoShen Kun Hong（Department of Mechanical, Southeast University）Abstract: In this paper, specific examples demonstrate the piano playing in the inertia, reaction, balance,energy and other physical phenomena, fully illustrated the piano playing in the science, but also remind us that only by applying the scientific method to play the piano, can really be This is the door to the piano to play a musical instrument best.Keywords: Piano; Inertia; Reaction; Balance；Energy我们都知道：当今是科学的时代，随着科学的飞速发展, 许多音乐工作者和研究者都开始注意到了音乐与科学之间奇妙而特殊的联系。比如物理学在钢琴演奏中的运用是非常广泛的。物理学对钢琴的演奏具有极大的影响和作用的。钢琴从1709年意大利人基斯多佛里发明克拉维卡乐器至今,已有近300年的历史,它每走一步都伴随着科技的发展。首先,意大利人基斯多佛里本身就是一个有着高深音乐素养的科学家。我们现在演奏的钢琴已有宽阔的音域,浑厚的音量，丰富的音色。同时,钢琴技巧从巴赫解决了大拇指开始至今把十个手指的协调演奏技巧发挥得淋漓尽致。至此,我们完全可以这样说:钢琴演奏发声离不开物理声学;钢琴触键离不开力学;钢琴的设计制造更离不开机械学等。因此,钢琴事业是建立在物理学之上的艺术,物理学也是钢琴事业发展必不可少的条件和基础。一、钢琴弹奏中的惯性运动谈到惯性, 我们知道世界动力学的奠基人、英国大科学家牛顿, 是他纠正了古希腊大哲学家亚里士多德的错误理论, 首先提出“惯性是物体的固有性质”。他认为物体不论在静止状态或处于运动状态都具有一定的惯性, 百米运动员在冲出终点线时并不能立即停步,马路上奔驰的汽车在紧急刹车时还要冲出好几米这些现象说明了惯性的普遍存在。钢琴弹奏是一种以手为主的全身运动, 但从狭义上讲, 它也可说是一定速度下的手指运动。我们不可能每个音符都笨拙地去用力, 因此, 若给钢琴演奏划一条力度线, 我们就会发现惯性贯穿始终。在教学中, 我们也经常看到老师要求学生通过以一个弹下去的力量去带过其它的音。这带过的音可能只有几个音, 也可能是一大串音; 可能是旋律的一部分, 也可能是由音阶、琶音组成的经过句。它依靠开始的爆发音的推力而形成的惯性来完成整句的演奏。正如大科学家牛顿的惯性定律所讲:“物体的运动有时并不需要力的维持。”这种不需要力量维持的运动则是依靠惯性来完成的。这使演奏省力不少, 尤其是在音乐进行中的一些大气息、长呼吸的句子, 惯性更是不可缺少的弹奏方式。反之, 如果我们对惯性认识不足, 它就会给我们的弹奏带来许多麻烦。如在弹奏中我们常常遇到这些问题: 在音阶或琶音急速反行处、或在一段华彩和旋律转弯处、或在音量强弱变化和起伏较大处往往控制不好, 这都是惯性在起破坏作用。很简单的道理, 惯性虽不用力, 但它会保持向前的冲力。在力量回折处, 如果惯性得不到控制, 弹奏动作自然容易失去稳定与平衡。这也好比滑冰运动员在弯道上滑行, 运动员要重心向圈内以减轻惯性,避免摔出跑道, 我们把这种现象称为保持向心力、克服离心力的平衡运动。钢琴中音阶、琶音等的弹奏就是一种保持向心力的惯性控制运动, 以右手为列: 上行重心向外, 下行重心向内, 改方向时注意重心的转移, 转移时又要注意手指的松弛与平稳。只有这样, 在弹奏中惯性得以施展, 离心力得以克服, 音阶、琶音等的弹奏才能在平衡中快速而均匀地跑动。钢琴弹奏经常是在不自觉地运用惯性, 但惯性也确实给我们这种不自觉的弹奏毫不客气地设置障碍, 甚至给予惩罚。二、钢琴弹奏中的作用力与反作用力牛顿的第三定律为作用力和反作力。这个定律指出: 两个物体之间的作用总是相互的, 这个物体对那个物体有力地作用时, 那个物体也一定同时对这个物体有方向相反的力的作用。如: 人走路时用脚蹬地, 脚对地面施加了一个作用力, 地面同时给脚一个反作用力使人前进; 轮船的螺旋桨旋转时, 螺旋桨向后推水, 水同时给螺旋桨一个反作用力推动轮船前进。钢琴弹奏也一样, 手指给琴键一个作用力, 琴键也给手指一个反作用力, 使手指弹奏富有弹性, 并使手指产生手感, 以利于控制键盘。意大利人把弹钢琴说成“把钢琴声从钢琴里请出来”, 这决不是表扬意大利人说话的技巧, 而是这种表达更切合实际, 也表达了一种科学的新思维。我们通常所说的音量, 实际上就是钢琴演奏者下键的轻重, 转变为反作用力的大小, 最后引出声音的强弱; 我们说的音色,就是用不同的弹奏方法, 引出不同的反作用力, 最后产生不同音质的音。当手指下键速度快, 弹后放松速度也快, 这样, 反作用力的能量就能得到最大发挥, 引出的共鸣就丰富, 使音色有立体感。反之, 一部分反作用力被压抑, 音响中的部分泛音会受阻, 此时音色也就会变得发闷, 缺乏亮度。由于对反作用力不了解, 一些初学钢琴的学生常用“压奏”来“按”快速跑动段落, 且离键不干脆,也不敢轻易移动力量。这种压奏是非常有害的,不仅弹出的音色无光泽,自己的肌肉也得不到放松,而更主要的是会导致弹奏时作用力与反作用力相互顶撞,这种顶撞则可能造成对演奏者生理机能的损伤。钢琴演奏技术的提高离不开控制键盘能力的加强,而任何控制能力的加强完全依赖反作用力的施展。我相信随着科技的发展,对反作用力研究的加深,一门专门研究反作用力的“钢琴演奏控制学”将问鼎于钢琴界。三、钢琴弹奏中的物理平衡作用物体运动的必要条件是平衡,如果没有平衡作保障,物体运动就会失控和陷于无目的性。例如飞机的双翼长度一样, 火车的轨道相互平行, 人走路时双臂摆动这些都离不开平衡。平衡就是用来纠正运动中重心偏移的现象, 使运动始终保持稳定的进行。钢琴演奏是一种由手指带动全身的运动, 因此它也存在一个在弹奏过程中掌握平衡的问题。有些人认为, 弹奏是坐着的, 四平八稳, 不存在什么平衡问题, 其实这种看法是肤浅的。钢琴弹奏不但存在着掌握平衡的问题, 而且随着弹奏难度的加大, 要求的平衡技巧也越高。在钢琴弹奏中我们应注意以下几个平衡的问题:1. 身体平衡在演奏中, 我们的手指常常要弹到键盘的边端去, 随之身体的重心也要转移过去。这时为了保持身体的平衡, 一条腿则会向相反的方向挪动, 这条腿就具备了平衡器的功能。我们常看到一些学生在演奏中, 双脚提起, 或毫无目的地乱动, 这是一个坏习惯, 它将影响弹时身体的平衡与稳定。通常在弹奏时要保持脚、手、臀三点着力, 以保持身体的平衡与稳定。也许有人会问: 如果双脚都踩踏板, 那身体的平衡怎么办? 我认为此时就要保持臀部在琴凳上的重心, 并随着上身摆动的角度来调节臀部在琴凳上的重心位置。这有点象儿童玩具不倒翁的原理, 上身始终保持着平衡。当今钢琴弹奏技巧随着音量的大幅度扩大,弹奏中的发力也由浅入深, 从指、腕、肘、肩、背到腰乃至全身。要控制好全身的稳定, 不是轻易就能做好的。前苏联钢琴教育家涅高斯教授曾在论钢琴表演艺术一文中, 要求钢琴演奏者应像芭蕾舞演员一样能够真正独立控制自己的躯体。我们可以从细微的钢琴音响效果中洞察一个演奏家的平衡功底。2、手指平衡手指是钢琴弹奏最主要的部件, 也是最直接最敏感的部位。在快速弹奏中, 每分钟几乎要弹几百个音符。在这活跃异常、被称为弹奏的“前沿阵地”, 却常常忽略它们之间的平衡关系。是手指间不存在平衡吗? 不是。我们可以看到一些初学者, 他们每弹下一个音,其他的手指翘起来“帮忙”, 保持不了自然的放松状态, 甚致象扭秧歌一样, 手型千姿百态。这些翘起老高的手指其实是在帮倒忙, 是手指力量不平衡的表现。这种不平衡的手型无法顺心地运用力量, 还严重影响手指跑动的速度。在手指平衡上, 三指最长而居中, 一、二指和四、五指相对较对称地排列两边, 这是生理上的平衡现象。但初学者弹琴时常常是一、二指弹奏时四、五指翘起来帮忙, 四、五指弹奏时一、二指翘起来帮忙。这恰似一个跷跷板, 这头着地, 那头翘起。这样手的整体重心就不平衡了。因此在练习时就要注意手指的整体放松, 以慢速度练习来减去手指上多余的紧张动作, 使手的整体保持一种均衡状态。3、左右手的平衡左右手在钢琴演奏中经常负担不同的任务。如一个弹伴奏, 一个弹主旋律; 一个弹和弦, 一个弹单音等等。但有的钢琴学生在弹奏时经常是左右手不分家, 一只手强奏时另一只手不能弱奏; 一只手弹跳音时, 另一只手弹不了连音; 一只手提起来时, 另一只手也要跟着起来这就是双手不平衡的现象, 要使双手平衡协调, 就要认真仔细地慢练, 用心体会, 使双手的动作真正独立、协调。世界是运动的, 而运动需要平衡, 钢琴演奏完全是一种高级运动的平衡。四、钢琴弹奏中的能量原理在钢琴演奏艺术领域，演奏法的重要性是不言而喻的。自钢琴诞生伊始，人们从未停下对演奏法研究的脚步。从“手指学派”的“珍珠技巧”到“解剖一生理学派”的“重量奏法”再到“心理学派”的“理性的技术”，欧洲关于钢琴演奏法的理论逐步完善。在我国，著名钢琴家上海音乐学院赵晓生先生“以中国古代阴阳哲学的辨证方法为基础，以整体而不是局部的眼光，辨证而不是片面的分析，系统而不是零星的观察”总结钢琴演奏的全过程、总规律，构建的一套独具特色的钢琴演奏理论系统整体系统演奏法，是我国钢琴演奏法研究领域的重要著述。事实已然证明，演奏法理论研究的逐渐深入，对钢琴演奏艺术的发展起到了积极的推进作用。钢琴能量演奏法体系，是笔者在对上述之钢琴演奏法理论认真学习的基础上，基于对钢琴演奏艺术两个方面的认识而构建的。其一，钢琴演奏是人生命活动的一种形式，它以人体生命运动为基础，遵循生命运动的基本规律。其二，钢琴演奏以钢琴机械运动为媒介，因此，在遵循生命运动基本规律的同时，还要遵循机械运动的基本规律。可以这样说，艺术性的钢琴演奏是演奏家生命运动和钢琴机械运动的完美结合。物理学知识告诉我们，能量是物质运动的量度。无论是生命运动，还是机械运动，其实质都是通过做功，实现能量从一种形式向另一种形式的转化。由此可见，钢琴演奏的实质就是能量的转化。从这里出发，探究钢琴演奏，便自然而然地打开了“钢琴能量演奏法”之门。仿佛传说中阿里巴巴的“芝麻开门”一样，通过“能量”这一概念的运用，钢琴能量演奏法实现了对钢琴演奏艺术全过程的一贯而通。为“琴、乐、人合一”之钢琴演奏艺术佳境的形成提供了理论依据是为理。总之, 物理学