從聲學物理學基礎原理探討鋼琴觸鍵方式對鋼琴音色的影響

文冠孜

關鍵詞：鋼琴觸鍵;物理聲學;邏輯思維;音色;泛音

現(xiàn)代鋼琴教學體系十分重視鋼琴觸鍵方式對于鋼琴音色的改變， 鼓勵學生運用多樣的觸鍵方式來展現(xiàn)鋼琴豐富的音色。這種教學觀念一直廣泛存在于專業(yè)教學和業(yè)余教學中，影響了一代又一代的鋼琴演奏者。對此的研究不勝枚舉，但大多論討是聚焦在觸鍵改變對于鋼琴音色改變的積極意義上，較為片面。本文將從物理聲學、鋼琴構造、聲音傳播等方面客觀地闡述鋼琴觸鍵和鋼琴音色之間的關系。

一、音色的定義

關于音色的定義，有觀點認為音色就是音質(zhì)，這根本就是偷換概念，以近義詞替換而已，對該詞本身并未作出清晰明確、富有邏輯的解釋與闡述。美國國家標準研究所（American National StandardsInstitute，簡稱ANSI）是這樣定義音樂中的音色的，“音色是指聲音在聽覺上產(chǎn)生的某種屬性，聽音者能夠據(jù)此判斷兩個以同樣方式呈現(xiàn)、具有相同音高和響度的聲音的不同?！?① 李重光所著《音樂理論基礎》第一章第一節(jié)也提到，“音的性質(zhì)一共有四種：高低（音高）、強弱（音強）、長短（節(jié)奏）、音色。” ②綜合兩種解釋可見，音色是指音高、音強、音長以完全相同的方式呈現(xiàn)時，人耳所能夠區(qū)別的聲音的不同的那一部分屬性。換句話說，脫離音高、音強、音長來單獨討論音色根本就是錯誤且無意義的。所以，討論觸鍵是否改變音色應建立在不同觸鍵彈奏出的音高、音強、音長完全一致的基礎之上，之后的研究結果才會有意義。③ 很多時候，觸鍵方式的不同已經(jīng)改變了音強，我們卻誤以為是這種觸鍵方式影響了音色：如慢下鍵產(chǎn)生的柔和音色，可能只是彈弱了而已;而手指堅硬、剛強地快速下鍵，被誤以為是這樣的觸鍵使得音色變剛。比較兩種已經(jīng)改變了音強的觸鍵方式對音色的影響是一種無意義的行為，因為觸鍵首先改變的是音強，音色的改變只是音強改變的附屬物。

二、決定音色的要素

本文所討論的音色限于樂音的音色，也就是有音高且震動頻率呈周期性變化的聲音。李重光所著《音樂理論基礎》第一章第一節(jié)有述：“音色由發(fā)音體的性質(zhì)、形狀及其泛音的多少而不同。” ① 性質(zhì)是指物體的材質(zhì)，形狀是指共鳴腔體的形狀，而引起泛音不同的絕大部分原因就是由于物體材料及形狀的不同。物理上認為聲音中唯一一個決定音色的因素是泛音的存在與否以及它們的相對強弱。②綜合以上論述，我們可以理解為：決定音色的要素是泛音，而決定泛音的要素是物體的材料和形狀。

鋼琴發(fā)出的聲音是復音，而非純音，復音就是包含了一個基頻a（單位為Hz）以及它的泛音ax（x=1，2，3……的正整數(shù)）的音。以小字一組a 音（即a1）為例，一般a1 的震動頻率為440 Hz，這是它的基頻，那么它的第一次泛音為880 Hz，第二次泛音為1320 Hz，第三次泛音為1760 Hz ……但是我們?nèi)硕荒苈犚?0～20000 Hz 的聲音。也就是說當我們演奏a1 音的時候，我們聽到的應該是a1 和它的第一次泛音a2（880 Hz）、第二次泛音e3（1320 Hz）、第三次泛音a3（1760 Hz）等構成的一個復合音。明白了泛音的構成機制， 我們就需要思考影響基頻與泛音和泛音間音量大小比例不同（相對強弱）的要素。

三、影響鋼琴泛音的要素

由前面的論述可知，影響鋼琴泛音的要素有材質(zhì)以及形狀（共鳴體）。然而，由于鋼琴的發(fā)音方式為擊弦發(fā)音，擊弦點的不同也會影響音色的變化。

（一）材質(zhì)

一臺鋼琴是由擊弦機、琴弦、木質(zhì)音板、鋼板等構成，不同的材料對音色的影響有很大的差異。以木質(zhì)音板為例，能夠拿來制作鋼琴音板的木料有很多種，不同的樹木由于紋理、密度等的不同，對聲音的傳播、共振等的影響也是大相徑庭。如大眾熟知的鋼琴品牌KAWAI，其最高端的SK 系列使用的是日本北海道的云杉木，而一些制作工藝較差的鋼琴則使用的是拼接木料。而觸鍵方式的改變不可能在演奏中改變鋼琴的材質(zhì)，因此就不可能改變音色。

那么，同樣材質(zhì)的情況下，為什么尺寸大一點的鋼琴會比尺寸小一點的鋼琴音色更好？ 這是因為鋼琴作為一件擊弦樂器，其弦的張力要比撥弦樂器的張力大得多，因此，弦顯得十分堅硬。也是由于此特性，琴弦被擊打后的振動特性在某些方面與棒振動③ 有相似之處，會使各次震動模式的頻率略有提升，造成了一定的“不協(xié)和”的音響效果。例如頻率為440 Hz 的a1 音，其第一次泛音應該為880 Hz，而880 Hz 恰巧是a2 音，那么其基頻與第一次泛音之間應該為一個極其協(xié)和的純八度音程。但是，由于棒震動的特性，使得實際的第一次泛音要高于880 Hz，所以它和基頻產(chǎn)生的音程就變成了一個比純八度稍大，但又小于增八度的音程，這樣的音程效果顯然是不協(xié)和的。但這樣的不協(xié)和程度還不足以給人造成聽覺上的“困擾”，這是因為：第一，泛音的能量很小，人耳很難單獨分辨它;第二，“聽覺臨界頻帶”理論① 告訴我們，人在心理上對于一定量的不協(xié)和音響效果是有一定接受度的，在此不作展開論述。當鋼琴的琴弦越長、琴弦半徑越小、弦張力越大時，上述的泛音頻率偏移會變小。②因此，在同樣的材質(zhì)之下，鋼琴越長，即琴弦越長，泛音與基頻之間更加協(xié)和，這也就是為什么我們總覺得九尺鋼琴彈奏的音色更加“純”的原因。

（二）共鳴體

對于人耳聽到的鋼琴聲而言，從擊弦機敲擊琴弦發(fā)出聲音開始直到我們聽見聲音為止，一共經(jīng)歷了兩個共鳴體：一個是由鋼板和木板組合而成的鋼琴音箱，另一個是房間。③ 圖1 很好地詮釋了樂器從發(fā)聲到人耳聽見所經(jīng)歷的過程。

“輸入”是指樂器最初的聲音的產(chǎn)生。對于鋼琴來講，榔頭撞擊琴弦使琴弦震動就是“輸入”，但弦的尺寸較小，只有很少的振動能量傳遞給周圍的空氣質(zhì)點。因此，弦本身的振動幾乎不能發(fā)出任何聲音。

“系統(tǒng)”是指鋼琴的聲音修飾器———共鳴體。弦開始振動之后會把振動傳遞給共鳴體，即鋼琴的音箱。由于共鳴體有較大的振動面積，可以將較多振動能量傳遞給周圍的空氣，并最終使我們聽見。鋼琴的共鳴體（音箱）會將本身的振動特性附加到由弦振動產(chǎn)生的“輸入”信號上。所以，音箱的材質(zhì)對于整體音色的表現(xiàn)十分重要。

“輸出”是指“輸入”經(jīng)過“系統(tǒng)”后產(chǎn)生的結果，也就是我們聽到的聲音。但這還不是我們所聽到的最終的完整聲音，樂器的聲音“輸出”后還會經(jīng)歷第二次的“輸入———系統(tǒng)———輸出”，因為我們的聲音會經(jīng)過第二個聲音修飾器，也就是第二共鳴體———房間的修飾。樂器的“輸出”即為“房間輸入”，我們最終聽到的聲音是樂器的“輸出”所傳達的直達聲和經(jīng)過“系統(tǒng)”（房間修飾）后“輸出”所傳達的反射聲的混合聲。顯然，觸鍵方式的改變不可能改變兩個共鳴體的性狀，因此也不可能改變鋼琴音色。

（三）擊弦點

擊弦點是指琴弦被榔頭所敲擊的位置。討論擊弦點對鋼琴泛音的影響，必須先了解琴弦的震動模式。兩端固定的弦的振動是由一系列特定的駐波① 組合而成的，琴弦在某一時刻的振動可以看作是這些駐波振動模式的疊加，或者說弦振動可以分解為駐波振動模式（圖2）。

根據(jù)圖2所示，可以看出第一種模式為整弦振動，第二種模式為1/2 弦振動，第三種模式為1/3弦振動，以此類推。第一種振動模式對應的是基頻，第二種振動模式對應的是第一次泛音，第三種振動模式對應的是第二次泛音，以此類推。所以說鋼琴上的單音其實并不是一根弦簡單地來回擺動產(chǎn)生聲音，而是由多種振動模式同時疊加而成，也因此產(chǎn)生了基音和泛音。

根據(jù)前面的論述得出音色由泛音決定的結論，那么我們可以試想一下，是否可以不激發(fā)某一個振動模式呢？ 比如不激發(fā)第二種振動模式，使第一次泛音發(fā)不出聲音從而改變音。答案是可以的。圖2 中振動幅度最大的點位稱為波腹， 振動模式兩端位移為零的地方稱為波節(jié)。如第一振動模式有1個波腹，2 個波節(jié);第二振動模式有2 個波腹，3 個波節(jié);以此類推，第n 種振動模式有n 個波腹和n+1個波節(jié)。當我們敲擊波腹的時候，振動模式的振動能量達到最大;當我們敲擊的位置位于波節(jié)處時，該振動模式不被激發(fā)。例如，敲擊琴弦1/2 處時，第2、第4、第6、第8 次……偶數(shù)次振動模式不會被激發(fā);敲擊琴弦靠一端固定處的1/3 處時，第3、第6、第9 次……振動模式則不被激發(fā)等。所以，如果能夠在演奏中改變擊弦點的話，就能改變鋼琴的音色，但事實是，榔頭敲擊琴弦的位置總是固定的，所以觸鍵方式的改變并不可能改變擊弦點，當然也就不能改變音色。然而撥弦類樂器，比如吉他是可以通過改變撥弦點來改變音色的，只是實際演奏中，改變撥弦點所產(chǎn)生的音色變化并不能被人耳清晰地感知到。所以即使是可以改變撥弦點的樂器，是否有必要去研究改變撥弦點所帶來的音色變化仍需視情況而定。

四、科學地認識音色

從前文的論述可知，音色是不能被觸鍵方式改變的，在聲音的四要素———音高、音強、音長和音色中，我們能改變的只有音強和音長而已。音高是樂譜決定的，因此沒有必要去改變它。音色只是隨著音強和音長的變化而變化，不能夠單獨改變，所以單獨討論音色是沒有意義的。對于演奏而言，著眼于音強和音長的研究才是客觀的、能夠?qū)嶋H影響演奏的;而對于教學而言，對學生教授合理的音強和音長的組合比例才是具有邏輯性的體現(xiàn)。

五、對觸鍵方式的批判及積極意義的思考

我們研究了那么多的觸鍵方式，是否完全沒有了用處？ 當然不是。前蘇聯(lián)著名鋼琴演奏家、鋼琴教育家海因里?！す潘顾志S奇·涅高茲在他的《論鋼琴表演藝術》① 中提到一個相當重要且實用的概念———目標就是方法，這為我們在鋼琴練習中解決困難提出了一個富有邏輯的思維方式。當演奏者遇到困難時，首先需要確定這個地方到底需要什么演奏效果，明確具體的、可操作的目標。比如某一處的彈奏目的是要彈強，那么用力自然就成了問題的解決方法。根據(jù)前文的論述，演奏者在確保音準的前提下，能夠改變的只有音長與音強，因此，確定具體目標可以從這兩個方向進行思考。比如，演奏者想要某個音長一點，可按住琴鍵不放或使用踏板;想要某個音強一點，可用力或者快速下鍵等等。

理解了涅高茲的這句話不難發(fā)現(xiàn)，一來就研究觸鍵根本就是本末倒置，是邏輯思維順序的顛倒。觸鍵是方法，而不是目標，演奏者一開始應該確定的是需要什么聲音（目標），而不是什么觸鍵方式（方法），當演奏者確定了目標后，再做嘗試，并用耳朵傾聽，但凡能夠達到自己理想目標的方法都是好方法，無需拘泥于某種觸鍵方式。如果有多種方式都能夠達到演奏者理想的聲音效果，那么擇優(yōu)用之，使用最舒服、最放松、對科學運動有利的方式才是研究觸鍵方式的根本目標所在。綜上所述，從音色中探討觸鍵是對自然科學的認知不足，而在教學中一來就強調(diào)觸鍵則是邏輯思維的混亂，是教師歸因的錯誤。

六、從音色的話題討論教學中的語言邏輯性

教學活動應該是嚴謹而具有邏輯性的，但在目前的音樂教學中，卻存在著主觀的、不確定性的、模糊的言語概念，以及對名詞沒有嚴格意義上的準確定義等沒有邏輯性的教學現(xiàn)象。如使用一些色彩性的詞語來形容音色，“柔和的”“堅硬的”“剛強的”“通透的”等，或是描述性的語句“像小號那樣鮮紅，像長笛那樣銀白”等。如此這般的表述的確可以增加人的想象力，但在教學中使用這樣的語言卻不助于學生準確地把握演奏方式。比起“音色還不夠通透”而言，“你需要再彈得重一點”明顯更容易讓學生理解。有些教師在沒有明白音色的原理的基礎上，而一味地執(zhí)著追求音色，明明可以直接說明強弱和長短，卻偏偏要以更加晦澀難懂的音色術語去進行描述，甚至期望從想象力上教授學生，這在教學中是犯了語言的邏輯錯誤。

在《簡單的邏輯學》第一章第八節(jié)就有提到，避免使用模糊和多義的語言。模糊和多義的語言是制約有效溝通的兩個典型要素。像“通透”“硬”“軟”等詞匯都屬于含義模糊的詞匯，使用這種詞匯教學會使學生不易理解教師的意圖，也會大大降低教學效率。在該書第二章第六節(jié)中也講到，要避免出現(xiàn)語義不清和模棱兩可兩種情況的最有效辦法就是定義術語。比如要講授“音色”，那么就要先對“音色”有一個準確的定義，這樣學生才好理解。要使用“把聲音彈得再柔和一些”等表述進行教學時，教師應先讓學生明確了解“柔和”的定義。定義術語的要求是：第一，把術語放在最相近的類別中;第二，確定其與同類別中其它事物的不同特性。例如“通透”“柔和”這些模棱兩可的詞語，應該先定義它的屬性，如果教師很難確立統(tǒng)一的定義標準，那在教學中就應當謹慎使用，避免讓學生出現(xiàn)理解上的誤差。

很多時候，教學中的邏輯問題其實就是一個語言問題，有效地進行分析、組織語言，再表達，讓聽者準確理解是教師應努力追尋的方向。在教學溝通的過程中，語言是傳遞的媒介，即使教學觀點是正確的，如果語言組織得不恰當，也會造成邏輯混亂。反過來說，不恰當?shù)恼Z言組織背后往往存在著對概念模糊不清的問題。這時，重新審視它，理清頭緒才是最有效的辦法。綜上，由音色的話題看來，教師應首先學習關于音色客觀物理屬性上的正確知識，然后再組織準確的、有邏輯性的語言進行表達，這樣才能有效地提升鋼琴教學活動質(zhì)量。