運動定律在巴揚手風琴演奏中的探析研究

楊瑜帆

【摘要】物理學從物質內在的基本結構出發(fā)，研究物質外在的基本運動形式，以及物質之間相互作用的規(guī)律。本文從物理學動力學原理中的牛頓第三定律、胡克定理以及剛體的定軸轉動規(guī)律出發(fā)，將這三個基本運動定律與巴揚手風琴演奏技巧相結合，探析運動定律在手風琴演奏中的發(fā)生與作用，使巴揚手風琴演奏的方法和技巧更科學，音色更動聽。

【關鍵詞】動力學；運動定律；巴揚；方法和技巧

巴揚手風琴是一種結構完善、音質優(yōu)美、音域寬廣的多聲樂器。在它創(chuàng)制至今的一百多年間，不僅在制造工藝和演奏技巧上有著極大的、變革性的發(fā)展，而且在手風琴演奏家們與作曲家的長期合作中呈現出許多高藝術水準的優(yōu)秀原創(chuàng)作品，形成了具有自己獨特美學效果的音樂風格，充分展現了巴揚手風琴的個性魅力。觸鍵力度和風箱的運用是手風琴演奏中重要的組成部分，如何使觸鍵的音色更美妙、風箱控制更游刃有余？我們將從物理學中的力學原理著手，分析力學原理在巴揚手風琴演奏中的作用，提高對觸鍵力度的把握和風箱運行的控制能力，更好地詮釋音樂作品，使琴聲更優(yōu)美動聽。

一、觸鍵技巧中的力學原理

聲音是音樂作品中固定而獨特的色彩，聲音的力量取決于作品的強弱發(fā)展變化和風格特點，而決定它發(fā)音的方式與強弱變化的基本條件就是手指的觸鍵。觸鍵是巴揚手風琴演奏技巧中重要的部分，它直接影響著音色的好與壞。牛頓第三定律中提到：當物體A對另一物體B有一個作用力F1的同時，另一個物體B同時也對該物體A有一個反作用力F2，作用力與反作用力的量值相等，方向相反，并且在同一直線上[1]。它的表達公式為：F2=?F1。作用力與反作用力施加在兩個不同的物體上，力的大小相等，并且它們互以彼此的存在為前提，同時產生、消滅，形成對立的格局。在巴揚手風琴的演奏中，當手指按下鍵鈕時，會對鍵鈕產生一個作用力F1，鍵鈕也會對手指產生一個反作用力F2。F1越大，F2就會越大，也就是說手指按下鍵鈕的力越大，鍵鈕給手指的力也就越大。根據上述的牛頓第三定律，以右手為例，我們在學習觸鍵的過程中就要特別注意手部的動作，手臂與手腕保持在可以自由移動的位置，手腕與手指都應處于自然放松的狀態(tài)，左臂均勻拉動風箱的同時，右手手指輕輕彎曲地觸摸鍵鈕，手腕平穩(wěn)、富有彈性地帶動手指輕輕觸動鍵鈕，在手指抬的高度一樣的情況下，手指對鍵鈕的力F1變小了，鍵鈕給手指的反作用力F2也會達到最小值，這樣就保證了觸鍵速度和觸鍵力度的均勻進行，使發(fā)出的聲音飽滿而響亮，演奏出的音樂富有動感和彈性。

為了更好地掌握手指移動的演奏方法和技巧，我們還應學習運用手腕的彈動，即抬起手腕，手指像拍皮球一樣地輕輕敲擊鍵鈕。在胡克定律中，物體在受力形變時，有恢復原狀的趨勢，這種抵抗外力并力圖恢復原狀的力就是彈性力，特性是彈性力的大小與位移的大小成正比，方向指向平衡位置[2]。其公式表達為：f=?kx。其k為彈性物體的勁度系數，x為偏離平衡位置的位移，負號表示彈性物體所產生的彈力與其伸長（或壓縮）的方向相反[3]。以左手為例，巴揚手風琴演奏者的左手總是位于琴板和風箱皮帶之間，并且腕關節(jié)緊貼左半部的琴身，手指完全處于垂直的狀態(tài)。在演奏過程中，我們會經常運用手腕的力量來帶動手指敲擊貝司鍵鈕，使其中的鏈接桿產生移動打開簧片音蓋發(fā)聲。由于貝司鍵鈕的彈性系數k是不變的，手指觸鍵的力度越大，彈簧的彈性形變量x就越大，由此產生的彈性恢復力f 就越大，反之則小，彈簧所產生的回彈力f與手指觸鍵下壓的方向相反。根據這一原理，我們在演奏重音時，需要繃緊拉動風箱并加大觸鍵的力度，使貝司鍵鈕的彈性形變x達到最大值，音蓋充分開啟，同時產生的彈性恢復力f也會增大，利用彈性恢復力觸鍵既可以減輕手腕和手指的緊張狀態(tài)，又能達到理想的聲音效果；當我們在演奏音樂作品中的弱音片段時，由于手指的觸鍵力度變小，貝司觸鍵的彈性形變x也就隨之變小，手指輕輕觸鍵的同時平穩(wěn)、均勻地拉動風箱就能表現出柔美的音色。左手的力度控制較右手來說略顯復雜，左臂在拉動風箱同時做出放松的觸鍵效果，需要靠手腕和手指的力量來積極地改變聲音和長期反復的實踐、練習，才能進入一個控制自如的演奏境界。

二、風箱技巧中的力學原理

巴揚手風琴是一種依靠風箱內部氣流激發(fā)簧片振動發(fā)音的樂器，控制風箱技巧的運用關系著音樂作品中律動的連貫性以及作品演奏的完整性。

許多研究者使用物理學中的“杠桿平衡原理”對風箱控制進行力學分析，提出了一些控制風箱技巧的原理。在杠桿平衡原理中提到：要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力矩（動力和阻力）大小必須相等，并且跟它們的力臂成反比，即：動力×動力臂=阻力×阻力臂[4]。我們通常會將風箱垂直放置在左腿上，風箱與左腿的接觸點作為力的支點，這種演奏方式并不完全適合用杠桿平衡原理分析風箱控制的動力學過程。第一，杠桿平衡原理中的杠桿必須處于靜止狀態(tài)或者勻速轉動的狀態(tài)下，此時杠桿的動力力矩與阻力力矩相等，杠桿處于力學平衡狀態(tài)。第二，一般杠桿力學模型中存在動力作用點、阻力作用點和杠桿支點可以連成一條直線，即這三點在同一直線上，且動力作用點和阻力作用點分別在杠桿支點的兩側。我們演奏時風箱不停地圍繞左腿進行“拉”與“回”的運動，風箱并不是靜止或勻速運動的，同時相對于風箱在左腿上的支點而言，演奏者控制風箱的拉力和回力以及風箱自身的重力都處于支點的上方，并不在支點的兩側。

經過在對物理學中動力學知識的深入學習和研究，發(fā)現使用剛體的定軸轉動原理對風箱控制進行動力學分析更為合適。我們將風箱圍繞左腿的“拉”運動與“合”運動，風箱與左腿的接觸點作為定軸轉動原理中的固定“轉動軸”，風箱控制效果就由風箱受到的所有力矩之和決定的，所有力矩之和簡稱“合力矩”，通常用L表示。根據定軸轉動的兩個基本原理，轉動定律L=Jα和轉動運動公式Δθ=αt2/2，在轉動定律中風箱的轉動慣量J是恒定不變的。合力矩L的大小與轉動的角加速度α成正比，即在轉動定律L=Jα中，風箱的轉動慣量J恒定不變。顯而易見，在相同時間t內，只要“拉”或“回”風箱的轉動角度Δθ相同，轉動角加速度α也是相同的，那么合力矩L也是相同的。

下面我們分別從風箱的“拉”和“回”兩種控制過程中進行合力矩L、角加速度α、轉動角度Δθ的分析。

圖1 風箱向外側“拉”的力學示意圖

圖2 風箱向內側“回”的力學示意圖

在將風箱向身體外側“拉”的過程中，風箱上的作用力主要有：演奏者作用于風箱上的拉力F1、風箱自身的重力G、左腿與風箱之間的摩擦力f。在剛體轉動原理中將力矩L定義為作用力大小和作用力力臂d的乘積，即L=F×d，其中力臂d是轉動軸到作用力的最短距離。如圖1所示，摩擦力f的力臂df為0，所以摩擦力力矩Lf為0，不用進行分析研究；拉力F1的力臂d1不為0，拉力力矩為L1=F1×d1；重力G的力臂dG也不為0，重力力矩為LG=G×dG。再根據物理學中力矩方向的右手判斷法則可知，重力力矩和拉力力矩具有相同的力矩方向，因此在“拉”風箱的過程中，合力矩L為重力力矩LG和拉力力矩L1之和，即L=L1+LG。

根據上述“向外側拉”風箱的力矩分析，我們可以得到三個結論。第一，在相同時間t內風箱要拉開相同的轉動角度Δθ，由于存在重力力矩LG的“幫助”作用，因此不需要太大的拉力F1就可以產生足夠大的合力矩L。第二，拉力F1的作用點越遠離轉動軸的支點，拉力的力臂d1越大，根據拉力力矩L1=F1×d1公式，拉力F1也可以越小，也就是說拉力的作用點越靠近風箱的上端越省力。第三，風箱拉開的轉動角度Δθ越大，重力的力臂dG也自然的變大，重力力矩LG=G×dG也會自然變大，在保持合力矩L不變的條件下，顯然拉力F1也可以自然變小，也就是說風箱被拉開程度的越大需要的拉力也就越小。

同理，在將風箱向身體內側“回”的過程中，風箱上的作用力也是由演奏者作用于風箱上的回力F2、風箱自身的重力G、左腿與風箱之間的摩擦力f三者組成。如圖2所示，摩擦力力矩Lf同樣為0，不用進行分析研究。但是由于回力F2的方向與“拉”過程拉力F1的方向剛好相反，根據物理學中力矩方向的右手判斷法則可知，重力力矩LG和回力力矩L2的方向也剛好相反。因此，在“回”風箱的過程中，合力矩L應該為重力力矩LG和回力力矩L2之差，即L=L2-LG。

根據上述“向內側回”風箱的力矩分析，我們也可以得到三個相似的結論。第一，在相同時間t內風箱要回推相同的轉動角度Δθ，由于存在重力力矩LG的“阻礙”作用，要產生足夠大的合力矩L需要很大的回力F2，因為回力F2除了要將風箱回推到需要的位置還要克服風箱重力的“阻礙”作用。第二，回力F2的作用點越遠離轉動軸的支點，回力的力臂d2越大，回力F2也可以越小，也就是說拉力的作用點越靠近風箱的上端也就越省力。第三，風箱回推的轉動角度Δθ越大，重力的力臂dG也自然的變小，重力力矩LG=G×dG也會自然變小，在保持合力矩L不變的條件下，顯然拉力F2也必須自然變大，也就是說風箱被回推程度的越大需要的回力也就越大。

根據上述原理的分析可以使我們更合理、科學地控制風箱，既可以減輕左臂的負擔，又能使風箱的運行更平穩(wěn)。在實際的演奏過程中，推拉風箱的同時加上左手鍵鈕的移動，加大了風箱控制的難度，這就需要我們在長期的實踐中反復練習，掌握正確控制風箱的要領，以達到風箱運行的游刃有余，更好的表現音樂作品。

運動定律是研究物體機械運動普遍遵循的基本規(guī)律，其中的動力學原理對巴揚手風琴演奏技巧的提升有著極大的幫助，在此基礎上有針對性的進行演奏技巧的訓練，有助于提高我們對巴揚手風琴觸鍵力度和風箱運行的控制能力，對豐富和完善巴揚手風琴演奏體系有著積極的作用。

參考文獻

[1]周衍柏.理論力學教程[M].北京：高等教育出版社，1985.

[2]趙近芳，顏曉紅.大學物理學[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.

[3]謝苗諾夫，索闊諾夫，李歆琳譯.現代巴揚演奏教程[M].北京：中國文聯(lián)出版社，2006.

[4]夏子晴，劉輝.力學原理在手風琴演奏中的應用研究[J].湖南中學物理，2013（08）.