飞鱼博客

历史在前进，社会在发展，随着人类物质文明与精神文明的不断进步，音乐与乐器已成为人们工作与生活不可或缺的伴侣。中国的乐器产业正以一日千里的速度大踏步发展。乐器制造与其它学科一样，同样是一门具有理论性强科技含量高的综合学科。作好一件乐器，不仅要懂工艺，还要具备音乐理论、演奏方法、物理、化学、材料等各方面的知识。与世界发达国家乐器制造业相比，中国乐器的产品质量之所以还处于中低档的水平，就是因为我们的乐器生产还缺少一大批具有较高理论知识水平的技术人员和技艺精湛的一线操作员工。要想使中国早日成为世界乐器强国，就必须学习、学习、再学习。

现代乐器声学
第二讲 乐器的声学构成

一、乐器构造的简与繁
研究乐器，离不开乐器的构造问题。
世界乐器，从构造上讲有的简单、有的复杂。目前所能看到的最简单的乐器，可能是我国中南、西南等地民间艺人吹奏的“木叶”，也就是最常见的树叶。木叶音色柔美、清亮，近似人声。在唐代杜佑的《通典》中就有“衔叶而啸，其声清震”这样的记载。至今在我国壮、苗、布依、泰、傈僳、哈尼、黎等民族木叶仍然流行。木叶并非随便摘下来的树叶，吹奏者多选用不老、不嫩、不软、不硬的叶子，叶长约5.5厘米，宽2.2厘米。演奏方式也多种多样，有以中、食指轻按叶子的下半部，轻吹上半部发音的；有以两唇夹木叶吹奏的。因各地树木不同，选叶也不同。壮族喜用荔枝、龙眼叶；苗族喜用柚子及“逗里力”等叶；其他如桔叶、柳叶等均可吹奏。
讲到复杂的乐器，由于标准不同，人们很难有统一的认识。如果以零部件的数量和体积为标准，管风琴应当算比较复杂的乐器。例如，目前在美国新泽西州亚特兰大城议会大厅里的管风琴，光音管就有32706支，音拴1200个，演奏用键盘有7排。这还不包括它的风力系统。但如果以发声构造原理的复杂性为标准，最复杂的乐器则应当算当代的电子合成器，它包括了从电源供给、电子振荡、数字音频合成、调制、控制、电声扩大、直至由扬声器推动空气振动发声，涉及诸多音乐声学、电声学、信号处理和数字电路等多个学科领域，如若将其整个结构原理完全阐释清楚，恐怕需要诸学科专家写出一系列专著才行。
如果从民族学角度考察乐器构造，我们会发现这样一个规律：中华民族乐器在构造上相对来说都比较简单，而西洋（欧洲）乐器则相对来说比较复杂，这样的例子很多，譬如竹笛与长笛相比、古琴与钢琴相比、二胡与小提琴相比，等等。造成这种现象的原因何在？依笔者之见，恐怕与两个因素有关：第一，中西音乐传统不同。第二、中西工业技术水平存在差异。
在音乐传统方面，中国音乐讲求音的随意性，对音高、音量和音长并不作非常严格的规定，许多古代乐谱只规定音位而无时值要求就是一个例证。即便写明音位，中国音乐也允许演奏者有较多自由发挥的余地。而西洋音乐、特别是文艺复兴以后的欧洲音乐，比较重视音的规定性，凡音乐作品对音高、音强和音长都有着非常明确的规定。乐器是表现音乐的工具，不同音乐传统必然对乐器构造产生潜在的影响。譬如古琴，就是历经数千年中国音乐潜移默化影响的形成物，而钢琴则成为西洋音乐传统熏陶下的“乐器之王”。
如果说音乐传统能够对乐器构造产生潜在的影响，那么技术和制造水平对乐器构造的影响则更为直接一些。这里举两个最明显的例子，一个是两千多年中国的曾侯乙编钟，另一个是18世纪诞生的现代钢琴。
目前中国工业技术落后于西方是不争的事实，这种现状对中国乐器的构造也确实产生了一定影响。但这仅仅是距今几百年中发生的情况。而在两千多年以前，中国的青铜制造业却相当发达，这直接影响了当时乐器的构造，因为举世闻名的曾侯乙编钟就诞生在那个时代。曾侯乙编钟全部共65枚，总重量在二千五百公斤以上，制作精美，音质良好，发音相当准确，大部分编钟可以敲出两个不同的音高，音域达五个八度之广，纵观当时世界乐器制造的水平，曾侯乙编钟应当说就是当时的乐器之王。然而，时过境迁，两千多年后的今天，欧洲工业文明让西洋乐器在构造上处在了世界领先水平。现在人们谈起现代“乐器之王”，自然而言会联想到钢琴，而不再是曾侯乙编钟，因为钢琴在音响发声结构的合理性方面已经大大超过了中国的编钟。
众所周知，钢琴的前身是拨弦古钢琴，也称作羽管琴键。至17-18世纪间，拨弦古钢琴在当时的音乐生活中有着相当显赫的位置，但是它用木框张弦，由于材料强度和结构所限，古钢琴的张力不能很大，由此导致音色暗淡。至18世纪初，随着欧洲制造技术迅速发展， 1698年，意大利佛罗伦萨的一位名叫克里斯托福里（B. Cristofori, 1655-1731）的乐器制作师，采用了以弦槌击弦发音的机械装置，代替过去拨弦古钢琴用羽管拨动琴弦发音的机械装置，从而使琴声更富有表现力，音响层次更丰富，并能通过手指触键来直接控制声音的变化。1709年后，克里斯托福里又进一步改革了原来击弦机的结构，使击弦速度比原来加快了10倍，而且可以快速连续弹奏，音域也增加为4个八度组，可以说这就是现代钢琴的雏形。后来，德国管风琴师兼制作师西尔伯曼（G. Silbermann），在借鉴克里斯托福里发明的基础上，1730年制造出德国的第一架钢琴，音域扩展为5个八度。西尔伯曼对钢琴改革的主要贡献，在于对钢琴制音器的改良，他利用一种手动装置使全部制音器能够离开琴弦，使钢琴的余韵效果更丰富。随着音乐由巴罗克风格向古典主义演变，声音弱小、缺乏变化的拨弦古钢琴逐渐被音域宽广、音响洪亮的钢琴所替代。至19世纪，钢琴最终登上"乐器之王"的宝座。

二、乐器的声学构成
现代乐器声学研究乐器构造问题，则主要是从声学角度加以探讨。
从声学角度看，世界上任何完备的乐器都包含以下四个部分：
1.振动体，即产生振动的物体，如弦乐器的琴弦、木管乐器的簧片、空气漩流（就边棱音乐器而言）、作用于铜管乐器的人的嘴唇，等等。
2. 激励体，即能够激发振动的物体，如弦乐器的琴弓、钢琴的琴棰，吹奏者和歌唱者胸腔中的气流等。
3. 共鸣体，即扩散振动体振动能量的物体，如弦乐器的琴箱、管风琴的共鸣管、歌唱者的胸腔、口腔等。有些乐器的共鸣体同时还具耦合作用，即对发声体的音高起调节作用，如一些木管乐器的管、木琴和钟琴下面的共鸣管等。
4. 调控装置，即对乐器的音响和演奏性能加以控制的装置，如钢琴的击键和止音装置、管乐器的按键、手风琴的风箱等。
再简单的乐器，也不能缺少前两部分，即振动体和激励体，譬如前面提到的“木叶”，树叶是振动体，吹奏者胸腔中的气流则是激励体。
乐器的声学构成是否完备决定着乐器的发音性能，一般而言，声学构成越完备，发音性能越好。振动体和激励体是所有乐器发声的必备条件，即使再简单的乐器也不可缺少这两个结构，否则根本无法发声，当然也就不能称为乐器。
需要注意的一点是，乐器的声学构成与乐器的形状和大小无关，有的乐器形状看似复杂，体积也很庞大，但其声学构成却很简单。譬如像云锣、大型 钟、编磬，等等，只有振动体和激励体。而最简单的乐器发声方式——吹口哨，倒是既有激励体——我们胸腔中的气流，振动体——在嘴唇边缘产生的空气漩流，还有共鸣体——我们的口腔，和调控装置——口腔周围的肌肉和舌头。
大多数情况下，乐器的基础音高取决于振动体的尺寸和刚性或张力。例如，琴弦的长短、粗细和张力，钟、磬的体积和刚性，对乐器的发音高度具有决定性的影响。而激励体的改变会对音高产生间接的影响。这主要发生在管乐器上，例如，改变气流的强度能够使气漩的振动频率发生变化，从而带动管乐器内空气柱的长度发生变化。我们吹一根竹管，轻轻地吹是一种音高，使劲地吹又是一种音高，就是这个道理。
乐器的音色一般取决于乐器的激励体的材料和激励方式、以及共鸣体的构造。以小提琴为例，作为激励体的琴弓弓毛，是以马尾制成。假如换另外一种材料，譬如棉线来摩擦琴弦，音色马上会发生变化。如果更换一种激励方式，譬如以跳弓替代长弓，音色就会改变。如果改动一下共鸣箱，则音量和音色都会发生变化。
乐器的调控装置则对乐器的音高、音色、音强和音长都会带来变化，这一点在钢琴上体现得最为典型：调整钢琴的弦柱可以改变音高；调整琴锤位置和毛毡硬度可以改变音色；弱音踏板可以改变音强；延音踏板可以改变音长。
由上可知，对于一件声学构成完备的乐器而言，上述四个部分中的任何一个部分发生变化，都会直接影响该乐器的音响性能。

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