点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:钢琴弹出的声音怎么这么好听啊,离不开这四大件!
首页> 光明科普云> 图文 > 正文

钢琴弹出的声音怎么这么好听啊,离不开这四大件!

来源:蝌蚪五线谱2023-03-07 19:47

  一提到钢琴,不少曾饱受钢琴补习班“折磨”的同学恐怕会心里发怵,而邻居们估计也是在噪音的摧残下苦不堪言。

  在苦练钢琴技艺的同时,大家有没有思考过,钢琴是如何发出那些动听琴音的呢?

  作为一种源于西方的键盘乐器,钢琴具有音域宽广、音量宏大、音色优美和表现力丰富等特点,巴赫、莫扎特、贝多芬、舒伯特、李斯特等几乎所有的西方近现代著名音乐家都曾专门为钢琴谱写过乐曲,因此钢琴被誉为“乐器之王”。

  那么在那庞大的箱体里到底藏有哪些秘密,让它得以获此殊荣?

  常见的立式钢琴(左)和卧式钢琴(右)

  图源:某电商平台

  其实,钢琴发声的原理并不神秘,与我们身边所有物体得以发出声音的原理都是一样的,那就是振动发声。

  想象一下:大风天气下的旗杆顶端会来回摇摆;一根弹簧被拉长并释放后会不断地来回伸缩;鼓面会在鼓槌的敲击下上下起伏…… 这些现象都有着同一个特点,那就是物体在某一位置的附近做往复运动,这种现象被称为机械振动(简称振动),人教版高中物理选修一就讲到了这个知识点。

  不同物体振动的速度是不同的,如蜂鸟振翅的速度就明显高于大雁的振翅速度,这种振动的速度通常以振动频率这一概念表示,具体是指物体在单位时间内振动的次数,单位是赫兹(Hz)。

  科学家们研究发现,人耳的听力范围是20-20000赫兹,当物体振动的频率达到这一范围时,就可以被耳部的鼓膜以及大脑中的听觉神经感受到,我们这才会认为某一物体发出了声音。

  当声源振动较为柔和时,我们会觉得动听、悦耳;而当声源振动激烈时,我们便会觉得刺耳。

  许多小动物的听力范围要比我们人类宽得多,所以它们的听力非常灵敏,可以听到一些我们无法感知到的次声波和超声波。

  钢琴是非常精密的装置,主要由外壳、键盘机械、琴弦、音板和踏板等部分组成,所有零件加起来足足有上千个。

  其中,键盘机械、琴弦和音板是钢琴得以发出悦耳琴音的三大武器。

  钢琴的主要结构,图源:搜狐

  对,没错,钢琴内部也安装有许多琴弦,琴音最初正是来自于琴弦的振动发声。

  只不过,这些琴弦都处于紧绷状态,内部存在着巨大的张力,所有琴弦加起来足有15-20吨,所以我们无法像弹吉他那样用手指拨动这些琴弦。

  而键盘机械的作用,就是通过杠杆原理,使我们只需要轻轻按下琴键,便可以使琴弦振动起来。所以,键盘机械是非常重要的部件,被称为钢琴的“心脏”。

  键盘机械和与其连接的琴弦,图源:知乎

  一套键盘机械主要由诸多琴键以及相同数量的击弦机组成。其中击弦机主要由联动杠杆、转击器、弦槌、止音杠杆等诸多部件组成,通过弦槌敲击琴弦的方式使其振动发声。

  单个击弦机图示,图源见水印

  当我们按下琴键时,与琴键相连的击弦机内部的一系列杠杆机构开始运动,使末端的弦槌得以有力地敲击对应的琴弦,使琴弦开始振动并发出声音。

  当琴键处于按压状态时,对应的琴音可以持续发声,这是由于击弦机内安装有特制的擒纵机构,可以保证弦槌在敲击琴弦一次后便立即脱离接触,不影响琴弦后续的自由振动。

  当我们松开琴键时,琴键回弹,击弦机上的制音头立即与琴弦接触,使其迅速停止振动,不再发出声响。这种及时制音的装置可以使琴音听起来清脆、利落。下面的动图展现了击弦机敲击琴弦与制音的过程。

  击弦机的工作过程,图源:360doc

  钢琴的琴弦长短、粗细不一,它们所发出的声音也就各具特色。琴弦越短越细,其振动频率越高,琴音越显得尖细;而琴弦越长越粗,则振动频率越低,琴音就越显得低沉。

  我们按压琴键的力度也可以控制琴音的音色,这是由于按压力度可以控制弦槌敲击琴弦的速度,进而影响琴音的音色。

  优秀的钢琴家一般都能够熟练掌握键盘机械系统的构造和基本原理,在调音时可以通过对击弦机的精细调整来使钢琴的发声效果达到最佳状态。

  不过,对于公开场合演奏而言,仅凭琴弦发声的音量是远远不够的。为此,钢琴内部还额外安装了特制的音板,利用共振的原理来放大琴弦的声音。

  共振是一个与物体固有频率相关的物理概念,高中物理课本中就曾讲过,一个物体处于自由振动状态时的频率被称为固有频率,这种特性与外界作用无关,只与物体的自身性质有关。

  换句话说,就是每一个物体都有自身独特的振动节奏。当某个物体所受到外力的节奏和它自身的振动节奏相同时,这个物体便会出现相当明显的振动。

  共振在我们的生活中非常普遍,马路边的建筑物玻璃会随汽车的经过而轻轻晃动、海螺壳里会发出类似海浪声的轰鸣以及轻吹小号和笛子便可以发出响亮声音等,都属于共振现象。

  钢琴的音板由很薄的木板制成,其质地均匀,略微呈弧形,且具有良好的弹性。当钢琴琴弦振动时,旁边的音板便会由于共振的作用而同步振动起来。由于音板的表面积较大,振动幅度远超琴弦,因此可以将琴弦发出的声音均匀地向四周空气传播,从而起到放大声音的作用。

  不难看出,钢琴最终发出的琴声质量好坏与音板的扩音性能有着密切的关系。人们研究发现,音板的声学性能不仅与其外形、厚度和干燥程度有关,还与木材密度、纤维长度、纤维走向以及木材细胞的微观构造等多种因素有关。

  目前国内外高品质的钢琴厂家均采用云杉或鱼鳞松木材制造实木音板,以获得较高的琴音品质。

  正在制作的音板,图源:搜狐

  钢琴上一般还安装了左、中、右三个踏板,它们同样可以影响琴音的效果,是一种类似于游戏外挂的存在。

  踩下左踏板,可以将琴音减弱三分之一,称为弱音踏板;踩下右踏板,可以使琴音在松开琴键后也不会立即停止,称为延音踏板。中踏板则在不同钢琴中有不同的功能,如有的可以大幅降低钢琴音量,方便我们练习;有的则可以使特定琴键的琴音获得延音效果。

  钢琴的踏板

  踏板的灵活运用可以对钢琴演奏起到画龙点睛的效果,“钢琴诗人”肖邦就以精湛的踏板技巧著称,创造出了许多优美的旋律。

  这下我们知道了,钢琴的发声原理并不神秘,键盘是钢琴的“手指”,用来敲动琴弦;琴弦是钢琴的“嗓门”,用来振动发声;音板则是钢琴的“扩音器”,用来高质量地传播琴音。

  当然,想要弹出美妙的乐曲,还需要一个富有创造力的“大脑”,你有么?

  来源:soogif

  参考文献:

  1. 高中物理选修一,义务教育教科书,人民教育出版社,2007.

  2. 张致和,刘金寿,王彦亮等. 钢琴学习使用指南[M]. 沈阳:辽宁教育出版社, 1994.02.

  END

  作者:崔天宁,兵器工业203研究所工程师

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 百年接力,守护城市万亩林海

  • 山东:“渔光融合”共享海洋绿色资源

独家策划

推荐阅读
2025全球数字经济大会2日在北京开幕。除收录标准的优势外,东壁全球科技文献数据平台还根据中国科技界与教育界的习惯,对所收录期刊进行了学科分类。
2025-07-04 09:55
超材料是一类具有特殊性质的人造材料,而具有热辐射性能的超材料可以把多余的热量“打包”传递到外界,热辐射超材料可广泛应用于零能耗辐射冷却、建筑节能降温、航天热控等诸多重要领域。
2025-07-04 09:53
中国科学院院士、海南大学生物医学工程学院教授骆清铭团队成功绘制出了小鼠三维脑区和立体定位图谱
2025-07-04 09:52
7月4日,神秘的水星将迎来东大距,这是今年第二次水星东大距,观测条件依然不错。
2025-07-04 09:51
科学是生产力的核心要素。
2025-07-04 09:50
钙钛矿太阳能电池因成本低、效率高、易加工等优势备受关注,可应用于光伏发电、车载光伏、光伏建筑等领域。
2025-07-03 09:59
目前,对于10厘米以上大型空间碎片,航天器通常采用主动规避的策略,通过轨道调整,避开可能的碰撞路径。
2025-07-03 09:58
6月26日,中国民航局官网发布公告,提到为切实保障航空运行安全,自2025年6月28日起,禁止旅客携带没有3C标识、3C标识不清晰、被召回型号或批次的充电宝乘坐境内航班。
2025-07-03 09:56
药膳制作师既要懂烹饪,是餐厅的大厨,又要懂中医药理论知识,特别是能够作为食药物质的中药材。
2025-07-03 09:55
运动有助于健康和抗衰老。但究竟是什么让运动有这种奇效呢?我国研究团队历时6年,首次系统解析了人体对急性单次运动与长期规律运动的分子-细胞动态响应谱,揭示肾脏是运动效应的关键应答器官——其内源代谢物甜菜碱作为衰老延缓的核心分子信使,通过靶向抑制天然免疫枢纽激酶TBK1,协同阻遏炎症并缓解多器官衰老进程。
2025-07-03 05:20
近日,四川乐山一小伙感觉身体不适独自乘出租车前往医院就诊,途中开启“超强自救”模式:联系妈妈告知情况、打110报警求助、打120告知医院准备急救。如果长期处于焦虑引起的躯体化障碍状态,患者会反复出现头痛、心慌、呼吸急促、胃肠紊乱、肢体疼痛、睡眠问题等。
2025-07-02 10:06
使用人工智能大模型时,不少人或许都遇到过类似问题:它们有时会捏造细节,甚至“一本正经地胡说八道”。当“喂给”大模型的训练数据包含虚假信息时,它就会产生“幻觉”、给出错误答案。
2025-07-02 10:05
中国国际航空公司所属的国产C909客机平稳降落在蒙古国乌兰巴托成吉思汗国际机场,标志着国航首条C909国际航线正式开通。早8时许,这架C909客机从呼和浩特起飞,经过1个多小时飞行抵达乌兰巴托。
2025-07-02 10:03
农业是国民经济的基础,农业领域形成新质生产力是国民经济形成和发展新质生产力的基础和“底盘”。 农业新质生产力是通过提升劳动者素质、优化劳动资料和创新利用劳动对象,实现全要素生产率的显著提高。
2025-07-02 10:01
团队基于卫星遥感数据构建了1988年至2021年青藏高原30米分辨率人工草地数据集,明确了青藏高原主要的人工草地类型及其时空分布特征,并揭示了青藏高原人工草地的迅速扩张及其驱动机制。
2025-07-02 09:59
屠光绍认为,金融机构在应用人工智能时必须在服务投资人与消费者之间寻求平衡,避免AI鸿沟,坚守金融服务大众的初心。鲍建敏倡导构建产学研深度融合、开放共赢的人工智能金融生态体系,搭建跨机构、跨领域的协同创新平台。
2025-07-01 10:13
6月30日,2025温布尔登网球锦标赛在英国伦敦拉开大幕,引发球迷关注。在草地球场,球的速度更快且弹跳不规则,比赛回合较短,发球就成为球员们的重要“武器”。红土球场并不是天然土壤,而是分层分布着碎砖粉、白色碎石灰石、碎石等。
2025-07-01 10:09
7月1日起,医保定点医药机构在销售药品时,必须按要求扫药品追溯码后方可进行医保基金结算;2026年1月1日起,所有医药机构都要实现药品追溯码全量采集上传。步,进入国家医保局微信公众号主页,点击服务、药品追溯信息查询,进入查询页面;或进入国家医保局微信公众号消息对话页,点击医保服务、药品追溯信息查询,进入查询页面。
2025-07-01 10:09
记者从国家航天局获悉,7月1日,该局发布行星探测工程天问二号探测器在轨获取的地月影像图。(国家航天局供图)  月球全色图,由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日15时拍摄,经辐射校正处理后制作而成。
2025-07-01 10:08
龙芯中科近日正式发布基于国产自主指令集龙架构研发的服务器处理器龙芯3C6000系列芯片、工控领域及移动终端处理器龙芯2K3000/3B6000M芯片以及相关整机和解决方案。
2025-07-01 10:06
加载更多