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

独家策划

推荐阅读
这不只是一幅地质图,还是一套中国自主的图例标准。
2026-08-07 09:48
最近不少“中国神器”在全球刷屏。这些出圈的国货新品,早已摆脱低端代工、低价走量的旧标签,折射出中国制造的创新迭代与品质跃升。国货新品不断出圈、新产业蓬勃发展的背后,是中国制造的硬核实力。
2026-08-07 09:47
今年7月,国家药监局批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。5月,恒瑞医药与百时美施贵宝达成新药授权合作,确定性付款9.5亿美元……今年以来,我国新药的好消息不断。
2026-08-07 09:47
在数据要素赋能方面,2025年国家数据局发布了100个公共数据“跑起来”示范场景,联合19个部门组织举办2025年“数据要素×”大赛并发布241个典型案例。
2026-08-07 09:46
近日,北京市14家市属公园陆续迎来多款机器人“新员工”,它们在公园“上岗”,承担清洁清扫、智慧巡检、问询导览、水面救援、绿化养护、生态监测等多项任务,将智慧服务融入公共生活。
2026-08-07 03:10
团队攻克了满足多功能、智能化的海缆敷设双通道布缆作业系统设计技术,使作业系统具备高度自动化和智能化水平。
2026-08-06 09:48
近日,云深处自主研发生产的四足机器人完成海关通关后出口瑞士,用于当地厂区安防、地下管网隐患排查等业务场景。“核电安全标准严苛,产品能够在瑞士核电站成功落地,充分印证国产机器人的稳定性和可靠性,我们已达成扩产合作意向。
2026-08-06 09:48
记者6日从中国科学院高能物理所获悉,我国科研人员领衔的北京谱仪Ⅲ实验国际合作组,历经15年实验研究,首次证明一类全新物质形态——胶球的存在。
2026-08-06 09:47
记者5日从中国科学院近代物理研究所获悉,该所科研团队与合作者依托强流重离子加速器装置(HIAF),成功产生并鉴别了稀有原子核铪-153。实验中,团队利用HIAF增强器提供的铋-209束流轰击石墨靶,通过弹核碎裂反应产生放射性核素。
2026-08-06 09:47
记者日前从陆军军医大学新桥医院血液病医学中心获悉,由该中心张曦教授和宋清晓研究员领衔的研究团队,首次揭示了皮肤慢性移植物抗宿主病(cGVHD)“久治难愈”的核心机制,找到了打破纤维化恶性循环的关键“开关”。
2026-08-06 02:30
最初,动画和实拍泾渭分明,然而随着手工转描、仿真合成、运动捕捉这类手段的引入,动画和实拍开始相互渗透。AI对动画与实拍的缝合,会将影像艺术彻底引向“泛动画”的时代。
2026-08-05 09:33
衣服透气不闷汗、个性化定制汽车交付快、人形机器人型号多,商品性能更好、生产效率更高、创新活力更足……近年来,这些生产生活中的变化,折射出纳米制造、柔性制造、共享制造等新趋势。
2026-08-05 09:26
在这样的微观世界里,科学家操控原子和分子,设计制造具有特殊性能的新材料、新器件,这就是纳米制造。目前,纳米制造已经实现在原子分子量级设计新材料,按需定制材料的储能、催化、防腐、导电等特性,突破传统制造的性能天花板。
2026-08-05 09:26
近日,中国农业科学院都市农业研究所联合国内外科研单位,发现了改良生菜体内的营养和风味物质的基因密码。生菜在被人类驯化与改良的漫长过程中,口感和营养发生显著变化,这背后离不开关键基因的“调控”。
2026-08-05 09:24
当地时间3日,在意大利佛罗伦萨举办的第46届国际空间研究委员会(COSPAR)科学大会上,中国气象局王劲松研究员荣获威廉·诺德伯格奖章。王劲松是首位获此殊荣的中国科学家,并同步获得一颗小行星命名。此次获奖表明,我国空间科学与应用领域研究成果获得国际学术界高度认可。
2026-08-05 07:40
石墨烯,单层碳原子排成的蜂窝薄膜,薄到极致。但把它一层层摞起来时,层与层之间如何错位——用专业术语叫作堆垛方式——会彻底改写材料的“脾气”。
2026-08-04 03:05
中国石化重庆川维化工公司5万吨/年特种聚乙烯醇(PVA)树脂装置日前顺利一次开车成功并产出合格产品,首批货品已发往欧洲。至此,川维化工PVA总产能达21万吨/年,跃居全球单一工厂中最大的高端PVA生产基地。
2026-08-04 03:05
菱方堆垛的石墨烯有一个天然“超能力”:电子彼此间的相互作用强,集体表现出超导、磁性等奇特行为。这在物理学上叫“强电子关联”——电子不再是各自乱跑的粒子,而是有着充分沟通的步调一致的集体,像一支训练有素的“乐队”。
2026-08-04 03:05
今年上半年,人工智能领域一系列标志性成果密集落地。在技术、应用、生态、治理的协力牵引下,人工智能产业迸发出前所未有的发展活力,赋能实体经济的成效持续凸显。
2026-08-04 09:31
近日,由人力资源社会保障部、安徽省人民政府共同主办的“创赢未来”创业大赛(以下简称“大赛”)全国赛在安徽合肥圆满收官。在大赛同步举办的创业安徽成果展区,一瓶瓶单原子农药整齐陈列,它们同样是“人工智能+创业”的杰作。
2026-08-04 09:31
加载更多