【钢琴分类及钢琴的音乐声学原理（论文）6100字】

钢琴分类及钢琴的音乐声学原理TOC\o"1-3"\h\u15917前言 前言乐器是音乐的发声工具，随着人们音乐素质的普遍提高，人们对乐器的认识也发生了观念性的变化。现代人看乐器的着眼点也已从“视感’，转移到了“听感”，因而对乐器声学品质的要求越来越高马清.《钢琴弹奏方法对音色影响的音乐声学分析》马清.《钢琴弹奏方法对音色影响的音乐声学分析》[J].《中央音乐学院学报》.1990年第二期.一、背景分析（一）关于“钢琴的声学原理”的研究现状目前，国内对钢琴的声学原理的客观研究尚处于起步阶段，缺少实质性的研究成果，多是结合钢琴家的经验之谈与人耳主观听觉感知这一层面进行探究。鲜有利用测量触键速度、触键力度或是频谱、长时频谱的方法对音色进行客观分析。西南大学音乐学院硕士蔡娴的2015年硕士毕业论文《钢琴触键技术影响音质效果变化的可控因素讨论》，对钢琴触键速度和触键频谱分析做了相关实验，探究触键方式与音质的变化。国外对触键方式与音色关系的研究相对比较成熟，相关的文献也较多。来自奥地利、瑞典、俄罗斯的WernerGoebl,RobertoBresin,AlexanderGalembo三位学者在2015年共同发表的文章7中，通过不同触键方式和不同触键力度研究钢琴击弦机瞬间的运动状态。从所查阅的文献资料来看，国内对于钢琴的声学原理的研究还有很多未曾涉及，而国外对这一问题的研究从时间上来看起步更早，从研究结果来看已经初见端倪。（二）释题——本题与他文的区别本研究是基于《音的历程——现代音乐声学导论》一书对钢琴基本发声原理进行分析，将声音音色与物理客观性相联系，以及论述不同表现技法给音色带来的影响，在国内这一研究方法只有个别人尝试，因此本次研究具有一定创新意义。二、从乐器分类法看钢琴的类属（一）几种常见的乐器分类法而对于其他国家来说，他们对器乐的分类认知都有各自的特点。与中国和欧洲国家小同的是，阿拉伯人则把乐器分为固体(包括打击乐器和弦乐器)和空洞(管乐器)两大类类别。印度人的乐器分类法较为复杂:一种是“二分”法，把乐器分为两大类，即弦乐器和气乐器；第二种叫“五分”法，把乐器分为五个类别，分别为单皮乐器、双皮乐器、前皮乐器、打击乐器、气乐器；此外还有“四分”法，这种方法又有两种内涵:一种是把乐器分为皮乐器、弦乐器、金属打击乐器、气乐器等四类。另一种是把乐器分为弦乐器、管或气乐器、皮制打击乐器、金属打击乐器等韩宝强.《音的历程——现代音乐声学导论》韩宝强.《音的历程——现代音乐声学导论》[M].中国文联出版社.2003年版.此外，小同国家和地区对乐器还有很多种分类法:把包括各种小同演奏方式如拉奏、拔奏、击打等的弦乐器统称为弦乐器；把小同的吹奏乐器统称为管乐器，把簧片作为发音材料的乐器称为簧乐器:以及打击乐器、键盘乐器等等。（二）钢琴的类属在不同分类法中的矛盾按声学原理划分，钢琴应属击弦乐器。钢琴类乐器按结构形式的不同可分为立式琴和三角琴。立式钢琴由于琴弦的竖向布置使琴体旱站立姿态，故而得名:三角琴则是因琴体近似于一个三角形而得名，又因其旱水平方向放置，故又称卧式琴或平台琴，且由于三角琴多用于音乐会，因而又称演奏会用琴。三、从音乐声学的视角对钢琴原理的剖析（一）按声学振动体的物理特征归类1、预置张力的获得所有弦乐器都是通过卷绕将弦拉紧这一基木措施来获得琴弦的预置张力，但拉紧的具体方法因乐器的不同而各异。2、初始位移的获得弦能获得初始位移是由于激发力的作用。钢琴是一种击弦乐器，弦振动的激发力来自于弦糙的打击。打击的激发过程是一种只能按毫秒来计算的极短过程。当压下琴键后击弦机开始动作，弦糙在演奏力的推动下奔向琴弦。3、复位条件的获得随养琴弦位移的逐渐加大，琴弦因内应力形成的复位力也在不断的增大，而弦糙的冲力却在不断减小；当弦糙的冲力变为零时速度也随之降到零，这时弦便获得了复位条件，弦糙在恢复力的作用下返同平衡位置，弦的振动便被建立起来田泽林.《钢琴的声学原理（一）》田泽林.《钢琴的声学原理（一）》[J].《演艺设备与科技》.2006年05期.（二）钢琴六类系统的分析1、激励系统与其他弦乐器不同，钢琴的激励系统是最复杂精密的，是钢琴的最核心部分，也叫做击弦机。它包括琴键、杠杆传动装置、和最终引发弦振动的琴糙。手指发力将琴键按下后，钢琴内部的杠杆传动装置被触发，推动琴褪向琴弦的方向快速运动，最后琴褪脱离杠杆传动装置，自由敲击琴弦。激励系统控制钢琴发出乐音的长短、声音强弱以及在听觉中制造出不同音色感觉。琴褪直接触碰琴弦，所以它的材料、质量、大小、软硬等参数直接影响音色的变化。高低音区分布的琴褪大小、形状都不同，就连毛毡的厚度也随音高的升高而减小。在激励系统中，由于其绝对的高精密度，任何一个小部件的变形都意味者会给击弦机系统正常工作带来隐患，因此在材料一选择上尽量选择不易变形的、稳固的木材，常见的有云杉木、杨木等。击弦机的杠杆原理会在下一章中详细阐述。2、弦振系统组成钢琴振动系统的部件，即琴弦和张弦结构，琴弦是振动的主体。弦由静止状态变成振动状态，便会产生音响。钢琴上的琴弦以分段的方式振动，由此产生基因与泛音。琴弦两端被固定住，琴褪敲击琴弦后，受琴褪的外力作用，琴弦向外力的方向发生位移，达到最大位移后又反向运动，回到初始状态，由于受到惯性作用，继续反向运动，重复上述过程。如此反复。这样的往复运动在动能量完全消耗完后停止，这就是弦振动的过程。这一过程中，弦从初始状态到其运动的最大位移即振幅，振幅大小决定响度的大小。每秒钟弦往复运动的次数(即振动次数)为弦振动的频率，频率决定音高的高低田泽林.《钢琴的声学原理（二）》田泽林.《钢琴的声学原理（二）》[J].《演艺设备与科技》.2006年06期.弦的长短与粗细同样影响声音的音高。由于钢琴体积有限，如果使用同样粗细的琴弦，那么低音区的琴弦长度或许超出普通房间的长度，为了解决这一问题，低音区的钢丝弦外缠绕铜线圈，这样相当于增加了琴弦的直径和质量，在张力不变的情况下，琴弦越粗，音高越低。相反，高音区的琴弦需要细琴弦，且长度越短，音高越高。为了克服由于琴弦粗细不均所带来的振动能量过于悬殊的差异，故在中高音区每个音由三根琴弦组成，即琴褪同时敲击三根琴弦，低音区每个音由两根琴弦组成，琴褪同时敲击两根琴弦，极个别最低音区只有一根琴弦。这样的做法使琴弦振动产生的能量得到均衡，从而使声音响度达到平衡。3、共鸣系统钢琴声音的质量在很大程度上取决于共振系统，例如对声音辐射扩散的能力，音板的祸合作用在一定程度上会影响钢琴声音的泛音组成。钢琴的共振系统主要有音板、肋木、弦码、琴箱等。弦码将琴弦的压力传递给音板，音板和肋木通过弦码接收来自琴弦振动的能量，并且增强声音辐射的能量。肋木是横跨音板木材年轮安装的，这是由于声波在顺着年轮传播的速度要大于横跨年轮传播的速度，这样安装有利于声波迅速传递到整个音板，通常按照钢琴音板的大小，肋木的条数也会随之增加或减少。音板的声学品质与其木材的弹性模数和密度有关。为了增加声音的响度和持久性，需要音板的弹性较大，适度减少音板的厚度，增加音板面积，牢固音板边缘，这些做法都是提高音板声学品质的手段。另外，木材本身的密度是否均匀(有无节点、缺陷)，也是音板的衡量标准之一。4、调控系统调控系统影响声音的品质，在一定程度上能改变声音的响度、音色。例如钢琴的踏板、制音器、调音钉等。制音器的工作机理会在下一节中详细叙述，固在此不再赘述。钢琴最右边的踏板是延音踏板，其作用是将本该消失的乐音声音延长，踩下延音踏板，压在琴弦上的制音器抬起，琴弦没有外力的阻止，会持续振动，声音得以延续，直到琴弦振动的能量释放完毕，声音停止。通过延音踏板，声音得到了延续的效果，松开踏板，制音器压回到琴弦之上，抑制琴弦振动，声音立即停止。钢琴最左边的踏板是弱音踏板，也叫柔音踏板，踩下后声音的响度减弱，同时在一定程度上音色也得到改变，更加柔和，立式钢琴弱音踏板是通过拉近琴褪与琴弦之间的距离实现的，三角钢琴则是使整排琴键和琴褪向右稍稍移动，减少琴褪敲击琴弦根数，原来的三根琴弦只敲击两根，原来的两根琴弦只敲击一根，以此实现弱音效果。钢琴中间的踏板在立式钢琴与三角钢琴中的应用不同，立式钢琴在琴褪与琴弦之间加了一层毛毡，以此将声音降低的更弱，三角钢琴中间的踏板叫持音踏板，踩下后，之前按下的琴键声音延长，而踩下后按的琴键声音不发生改变。弦轴决定琴弦的张力，调琴时最常见的就是旋转弦轴来校对琴弦的音准。影响钢琴声音的因素极其复杂，上述的四个声学结构都会对钢琴声音带来或多或少的影响，对于演奏者来说，了解钢琴声音发出的过程是十分必要的，究其众多因素来说，演奏过程中，演奏者自己所能控制的只有激励系统的琴键，然而这部分结构对声音的影响对于大多数人来说，多是经验主义的主观认识，即根据前人经验和自己的长年练习产生的主观上的感觉，而缺少客观的物理、声学分析，所以对这部分内容的探索还是具有创新和实践意义的。5、传导系统弦能获得初始位移是由于激发力的作用。钢琴是一种击弦乐器，弦振动的激发力来自于弦糙的打击。打击的激发过程是一种只能按毫秒来计算的极短过程。当压下琴键后击弦机开始动作，弦糙在演奏力的推动下奔向琴弦。如果击弦机在设计和调整上都是止确的，那么在弦糙与弦尚未接触的某一恰当时刻，击弦机中的顶杆便会与转击器突然脱开，弦糙将凭借自身的惯性冲向琴弦，然后在某一时刻、在弦上的某一点处与弦接触，自此，琴弦便可在弦糙激发力的继续作用下获得声音传导。6、键盘控制系统键盘机械的静阻力是指能够使琴键被按下去所使用的最小的力，静阻力受琴键本身的重量、各级杠杆等其他零件的重量及其之间的摩擦力的影响。在捷亚柯诺夫的《钢琴制造》一书中记载：“在起初4毫米的行程中，力增长的很慢。随后就遇到制音器弹簧的阻力。要克服这个阻力就必须大为增加力量。”‘“书中还提到，用PP的力量弹奏琴键时，施加在琴键上的力大概需要100g左右，即1N左右。键盘机械的动阻力是指能够使琴褪达到敲击琴弦时的最大速度所需要的力。理论上来讲，琴褪击弦的速度与施加在琴键上的力成正比，即弹奏力量越大，琴糙敲击琴弦的速度越快。但是当琴褪的速度达到一定值时便不会再上涨。琴键被按下的前几毫米，琴键的阻力较小，是因为此时还没有受到来自杠杆等机械的阻力，当受到这些阻力后，琴键的速度会下降，只有施加更多的力才能保证琴褪有较大的速度敲击琴弦。《音的历程——现代音乐声学导论》中对琴糙力的冲量给出了这样的公式：I=(m+mn)vI-力的冲量M-琴褪的品质MP-弹奏者手的有效质量V-琴褪获得的速度（三）特殊技法对钢琴音响的影响1、音色与触键钢琴演奏中要获得变化无穷的音色只有通过手指细致入微的控制才能达到如：触键与离键的速度影响声音的清浊浓淡；指尖或指面触键的控制、触键的方向决定声音的刚柔；用力的大小深浅能引起声音动静虚实的变化；触键位置与用力方向的不同产生声音明暗的对比……当然这些方法决非孤立的，他们之间相互渗透相互影响，不可能将其截然分开，这就靠演奏者的敏锐听觉去把握多变的音质。2、塔板的运用有人说踏板是音乐的灵魂，在中国钢琴音乐中，踏板的使用也是以音响为目标的。要根据作品所表现的具体意境，音区节奏，和声与装饰音的性质等因素来调整。中国钢琴音乐富含西方钢琴曲的各种弹奏技巧，然而，从音乐的创作手法和表现内容上却有着与西方钢琴音乐截然不同的风格，具有独特的个性和多彩的民族风格。在延音踏板的运用上保留了这种民间音乐的基本特色，既不失民族传统，又有现代气息。3、装饰音演奏装饰音的巧妙运用是是民族韵味、民族风格得以形成的基本元素之一。这些装饰音或用以营造特定的音乐氛围，或模拟某种民族乐器的独特性奏法，均不可替代、不可或缺，往往起到了画龙点睛的作用。钢琴音乐史上，大量采用装饰音的做法可以追溯到巴洛克时期，尤以复调音乐的鼻祖巴赫为甚。弹奏巴赫作品时，各种具有那个时代特点的装饰音随处可见，并且作为巴赫作品的重要组成部分而考验着弹奏者复调音乐的弹奏水平。《梅花三弄》、《阳关三叠》这两首作品均改编自古琴曲，古琴谱上一般只有音高而无节奏，即使有也只是对节奏变化的少许提示，非常空泛，比如“省”—少息，略歇息；“当”—急，急弹；“爱—缓，放慢。22这种散的审美风格，为艺术家们提供了广阔的自由驰骋空间，依谱而又不拘泥谱，有自由而又不失规矩，正是在小小的变易中，产生了一首琴曲有不同的版本，而同一版本的琴曲依演奏者的不同而又有不同谱本的结果。如古琴曲《梅花三弄》。谱例1以上谱例1是钢琴演奏家吴景略的演奏谱。我们从中可以看出这支曲子演奏的个人化特性：它随心所欲，不拘一格。在改编的钢琴乐谱中，虽然有明确的小节线，但节拍变化还是随处可见。如四二拍、四三拍，交替变化，有时甚至一小节就更换一次，从而创造出丰富的钢琴音响韵味。结语基于《音的历程——现代音乐声学导论》一书，本文对钢琴基本音学原理进行了剖析。综上所述，在对钢琴的声学结构充分了解过后，可以很快的就查找出影响钢琴音质的关键因素，并能够通过实际工作中发生的问题进行解决，以此来了解钢琴的物理构造与琴声的关系。作为声乐中重要的乐器之一，钢琴的内部结构与钢琴音响间的关系仍需不断的进行推敲和学习，并结合合理的演奏技巧进行表现声音的特征，只有这样才能让钢琴演奏出更加美妙的音乐。【参考文献】马清.《钢琴弹奏方法对音色影响的音乐声学分析》[J].《中央音乐学院学报》.1990年第二期.马清、单适南、白滨：《钢琴由不同弹奏方法产生不同音色的声学研究》[J].《应用声学》.1991-05-01.北京乐器厂钢琴试制组.北京乐器研究