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

  • 迎接英雄回家

  • 上海首条穿越长江的轨道交通工程实现全线轨道贯通

独家策划

推荐阅读
当AI成为企业的核心生产力,工业时代延续百年的科层制必然走向瓦解,一套全新的、适配AI时代的组织规则正在被重新书写。
2026-04-22 14:19
2026年“5·18国际博物馆日”,首都博物馆将推出年度重磅展览——“玉米·黄金·美洲豹:玛雅与安第斯古代文明大展”,约800件珍贵文物将亮相,带观众走进美洲古代文明。
2026-04-22 09:41
中国气象局日前发布首批珍贵一级气象档案名录。中国气象局气象档案馆收藏的“1885—1944年猴矶岛海关气象月总簿”、天津市气象档案馆收藏的“1890—1931年英租界工部局工程处测候所气象统计表”、辽宁省气象档案馆收藏的“1951年中央人民政府人民革命军事委员会气象局全国气象工作会议合影(照片)”等59组气象档案被纳入首批珍贵一级气象档案名录。
2026-04-22 09:40
环节动物是地球上物种最丰富、生态分布最广的动物门类之一。现生的环节动物传统上分为多毛类(如沙蚕和浮蚕)、寡毛类(如蚯蚓)和蛭类(如蚂蟥)。
2026-04-22 09:39
近年来,随着人工智能、机器人等技术的飞快发展,我国自主研发的人形机器人“行者泰山”“天工”“青龙”等频频“破圈”。
2026-04-22 09:31
《报告》展望,未来10年,我国粮食和重要农产品综合生产能力将显著增强,多元化食物供给体系将更加完善,农产品供需将迈向高水平动态平衡新阶段。
2026-04-22 09:29
记者从生态环境部获悉:近日,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将高精度温室气体综合探测卫星发射进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2026-04-21 10:34
中医药是中国古代科学的瑰宝,凝聚着中华民族几千年来的健康养生理念及实践经验。“十五五”规划明确提出,要“推进中医药传承创新”,法治作为治国理政的基本方式,能够为中医药传承创新提供坚实保障。要充分发挥法治的固根本、稳预期、利长远作用,以高水平法治赋能中医药传承创新,让中医药这一千年瑰宝在时代浪潮中焕发新的生机与活力,为健康中国建设注入强劲动能。
2026-04-21 10:31
当下,春播春管自南向北次第展开,正是决定一年收成的重要时节。广袤田畴上,各地各部门抢抓农时促生产,科技气息漫遍阡陌,一幅生机盎然的春景图全面铺展。向科技要产能,以智慧启春耕,农业新质生产力在田野间落地生势,成为做好春播春管的底气。
2026-04-21 10:29
网络上针对牛奶到底能不能空腹喝的讨论从不曾停止。如果你空腹喝牛奶后,半小时到两小时内出现腹胀、肚子咕咕叫、排气、腹泻,那很可能是乳糖不耐受。空腹喝牛奶不会“伤胃”,反而可能“养胃”。
2026-04-21 10:26
安徽合肥的科大国盾量子技术股份有限公司内,展出了各类量子移动安全应用产品。合肥近年来不断强化“沿途下蛋”机制,通过企业、资本、科技的融合,助力大科学装置诞生科技成果,并让其孵化走向市场。
2026-04-21 10:25
正值春耕关键期,河南滑县的万亩麦田里,种粮大户不再需要徒步巡查耕地,只需轻点手机,卫星遥感图便将田块边界、墒情分布与作物长势清晰呈现。
2026-04-20 09:51
在苏州大学江苏省先进负碳技术重点实验室,纳米科学技术学院博士生郁操正操作X射线光电子能谱仪,分析一块特殊的测试样品。张晓宏表示,学校将继续深化“学术大师+创新团队”模式,完善交叉课程体系,培养出更多能服务地方产业、对接国家战略、为新质生产力助力的拔尖创新人才。
2026-04-20 09:47
绿色设计不仅是实现碳达峰、碳中和目标的关键工具,更是推动产业转型升级、培育新质生产力的源头性驱动力。“十五五”规划纲要明确提出:“鼓励企业提高绿色设计和制造水平,降低产品全生命周期能源资源消耗和生态环境影响。
2026-04-20 09:44
当前,全球具身智能产业进入从实验室研发到产业化落地的关键跃升期,成为大国科技博弈的重点领域。具身智能产业横跨人工智能、高端制造、新材料、电子信息等多元领域,唯有系统集成、协同创新才能释放最大效能。
2026-04-20 09:43
飞机即将着陆,一位怀抱婴儿的年轻妈妈突然求助——她头晕、想吐。这本书是谭先杰沉淀十多年的健康传播实践心得,也是他投身医学科普以来,对“如何做好健康科普”进行的系统性梳理。
2026-04-20 09:54
4月10日,国家网信办、国家发展改革委、工业和信息化部、公安部、市场监管总局联合公布《人工智能拟人化互动服务管理暂行办法》,自2026年7月15日起施行。”  郑庆华表示,同济大学正在推进人工智能伦理、算法治理与安全测评研究,重点攻坚用户极端情境识别、情感边界引导、未成年人身份识别等关键技术。
2026-04-20 09:47
4月19日7时30分,2026北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松鸣枪开跑,人形机器人与人类跑者同时从起点出发。也有专家提醒,人形机器人正步入以场景落地为核心的攻坚期,大规模量产与普及仍面临诸多挑战。
2026-04-20 09:45
记者16日从中国科学院国家空间科学中心获悉,来自该中心等单位的科研人员,通过三维数值模拟首次揭示,月球内部的金属月核在“感受”到太空磁场突变时,会像电磁感应一样产生感应电流和感应磁场,这股力量会挤压月球周围的太阳风,在月球两侧边缘形成一道特殊的“压缩带”。这项研究不仅揭示了月球导电内核在太阳风与月球相互作用中的重要作用,也为未来探测月球内部结构提供了新依据。
2026-04-17 10:30
据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2026年4月17日01时36分,经过约5.5小时的出舱活动,神舟二十一号乘组航天员张陆、武飞、张洪章密切协同,在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下,圆满完成空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。
2026-04-17 10:30
加载更多