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

  • 习近平同巴西总统卢拉共同签署联合声明

  • 习近平同巴西总统卢拉共见记者

独家策划

推荐阅读
记者20日从中国航天科技集团一院获悉,该院抓总研制的长征十号系列火箭近日成功完成整流罩分离试验,标志着该系列火箭初样研制又迈出了坚实一步。
2024-11-21 09:14
作为战略性新兴产业,低空经济产业链条长,涵盖航空器研发与制造、低空飞行基础设施建设与运营、飞行服务与保障等产业,对构建现代产业体系具有重要作用。
2024-11-21 09:12
工业革命改变了世界面貌,为人类生产生活带来深远影响。当今世界,人工智能迅猛发展,推动人类社会深度变革。在此过程中,电力行业也在逐步向数字化和智能化转型。
2024-11-21 09:10
数据显示,2023年我国低空经济规模超5000亿元,增速超过33%,2030年有望达到2万亿元。2024年以来,全国已有超过26个省(区、市)将低空经济写进政府工作报告。
2024-11-21 09:09
日前,国际学术期刊《自然·通讯》在线刊发江西省农业科学院原院长颜龙安院士团队联合河北大学杜会龙教授团队的研究成果:首个稻属最全超级泛基因组图谱绘制成功。
2024-11-21 09:09
全海深光电缆绞车系统“海威GD11000”,日前随广州海洋地质调查局“海洋地质二号”船在我国南海完成了首个航次的深海调查任务。
2024-11-20 09:21
近日,中国科学院兰州化学物理研究所研究员何林团队与武汉大学教授雷爱文团队合作,在催化羰基化领域取得重要进展——成功利用一氧化碳或二氧化碳替代剧毒光气,高效合成含氮羰基化合物非对称脲。。
2024-11-20 09:24
这种菌能够迅速分解番茄、辣椒、娃娃菜等多种蔬菜尾菜,并具有促进作物生长、拮抗土传病原菌等功能特性。在此基础上,课题组进一步研发了“蔬菜尾菜+快速腐解菌+有机肥+功能菌”四位一体的原位还田技术。
2024-11-20 09:20
11月18日,在沪渝蓉高铁全线控制性咽喉工程崇太长江隧道内,我国盾构隧道智能建造V2.0技术体系正式在“领航号”盾构机成功应用
2024-11-20 09:19
19日,四川、重庆、贵州三省市同步首发动力型锂电池试运专列,这是我国铁路首次大规模试运输动力锂电池,将助力国产动力锂电池产品的全球流通。
2024-11-20 09:13
近年来,北京市延庆区大力发展低空经济,2023年相关产业产值达23.3亿元。天气渐冷,北京八达岭长城脚下,中关村延庆园内的低空经济产业园依旧热火朝天,一派繁忙景象。
2024-11-19 09:50
据最新一期《自然·化学》杂志报道,美国加州大学圣迭戈分校团队在最新研究中给出了一个涉及两种简单分子间反应的精妙解释。
2024-11-19 09:47
利用样地观测数据、空间分析和树线模型模拟,中国科学院青藏高原研究所研究员梁尔源等人系统分析了尼泊尔珠峰国家公园和安纳普纳保护区混交林树线,揭示了糙皮桦和喜马拉雅冷杉的种群更新动态和树线位置变化。
2024-11-19 09:46
机器人服务员、咖啡师、宠物……各种机器人让人目不暇接。自动载人飞行器,无人机、无人车、无人船……智能驾驶技术遍布“海陆空”。11月14日至16日,第二十六届中国国际高新技术成果交易会在广东深圳举行。
2024-11-19 04:55
近日,记者从湖北省神农架林区林业管理局野保科开展的陆生野生脊椎类动物普查中获悉,神农架现有陆生野生脊椎类动物710种,比原来的493种增加217种。
2024-11-19 05:00
北京时间11月15日23时13分,天舟八号货运飞船在文昌航天发射场由长征七号遥九运载火箭成功发射。自中国空间站建造以来,空间应用系统已在轨开展了百余项科学实验和应用试验,阶段性研究成果持续产出。
2024-11-18 10:27
中国科学院生物物理研究所王晓群研究员课题组、广东省智能科学与技术研究院张旭院士课题组和北京师范大学吴倩教授课题组合作,深入解析了人类背根神经节(DRG)发育过程中调控多种感觉神经元分化的多层级信号通路,并成功构建了人类DRG类器官(hDRGOs)模型。通过比较人类和小鼠的感觉神经元发育,研究人员发现两者在发育进程、基因表达谱和细胞亚型上存在差异。
2024-11-18 10:24
党的二十届三中全会提出,发展通用航空和低空经济。航空航天民航高校应发挥特色优势,形成“航空+”的多元化低空经济专业型人才培养模式,促进低空经济科技链、人才链、产业链的有机衔接。
2024-11-18 10:21
中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队成员正在围绕近期发射任务进行产品研发。日前,第28届“中国青年五四奖章”评选揭晓,中北大学极端环境特种传感与测试创新研究团队获“中国青年五四奖章集体”荣誉称号。
2024-11-18 10:16
据中国载人航天工程办公室消息,天舟七号货运飞船已于11月17日21时25分受控再入大气层。 天舟七号货运飞船于2024年1月17日在文昌航天发射场发射入轨,装载了航天员在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资。
2024-11-18 10:14
加载更多