从声学物理学基础原理探讨钢琴触键方式对钢琴音色的影响

文冠孜

关键词：钢琴触键;物理声学;逻辑思维;音色;泛音

现代钢琴教学体系十分重视钢琴触键方式对于钢琴音色的改变， 鼓励学生运用多样的触键方式来展现钢琴丰富的音色。这种教学观念一直广泛存在于专业教学和业余教学中，影响了一代又一代的钢琴演奏者。对此的研究不胜枚举，但大多论讨是聚焦在触键改变对于钢琴音色改变的积极意义上，较为片面。本文将从物理声学、钢琴构造、声音传播等方面客观地阐述钢琴触键和钢琴音色之间的关系。

一、音色的定义

关于音色的定义，有观点认为音色就是音质，这根本就是偷换概念，以近义词替换而已，对该词本身并未作出清晰明确、富有逻辑的解释与阐述。美国国家标准研究所（American National StandardsInstitute，简称ANSI）是这样定义音乐中的音色的，“音色是指声音在听觉上产生的某种属性，听音者能够据此判断两个以同样方式呈现、具有相同音高和响度的声音的不同。” ① 李重光所著《音乐理论基础》第一章第一节也提到，“音的性质一共有四种：高低（音高）、强弱（音强）、长短（节奏）、音色。” ②综合两种解释可见，音色是指音高、音强、音长以完全相同的方式呈现时，人耳所能够区别的声音的不同的那一部分属性。换句话说，脱离音高、音强、音长来单独讨论音色根本就是错误且无意义的。所以，讨论触键是否改变音色应建立在不同触键弹奏出的音高、音强、音长完全一致的基础之上，之后的研究结果才会有意义。③ 很多时候，触键方式的不同已经改变了音强，我们却误以为是这种触键方式影响了音色：如慢下键产生的柔和音色，可能只是弹弱了而已;而手指坚硬、刚强地快速下键，被误以为是这样的触键使得音色变刚。比较两种已经改变了音强的触键方式对音色的影响是一种无意义的行为，因为触键首先改变的是音强，音色的改变只是音强改变的附属物。

二、决定音色的要素

本文所讨论的音色限于乐音的音色，也就是有音高且震动频率呈周期性变化的声音。李重光所著《音乐理论基础》第一章第一节有述：“音色由发音体的性质、形状及其泛音的多少而不同。” ① 性质是指物体的材质，形状是指共鸣腔体的形状，而引起泛音不同的绝大部分原因就是由于物体材料及形状的不同。物理上认为声音中唯一一个决定音色的因素是泛音的存在与否以及它们的相对强弱。②综合以上论述，我们可以理解为：决定音色的要素是泛音，而决定泛音的要素是物体的材料和形状。

钢琴发出的声音是复音，而非纯音，复音就是包含了一个基频a（单位为Hz）以及它的泛音ax（x=1，2，3……的正整数）的音。以小字一组a 音（即a1）为例，一般a1 的震动频率为440 Hz，这是它的基频，那么它的第一次泛音为880 Hz，第二次泛音为1320 Hz，第三次泛音为1760 Hz ……但是我们人耳只能听见20～20000 Hz 的声音。也就是说当我们演奏a1 音的时候，我们听到的应该是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）等构成的一个复合音。明白了泛音的构成机制， 我们就需要思考影响基频与泛音和泛音间音量大小比例不同（相对强弱）的要素。

三、影响钢琴泛音的要素

由前面的论述可知，影响钢琴泛音的要素有材质以及形状（共鸣体）。然而，由于钢琴的发音方式为击弦发音，击弦点的不同也会影响音色的变化。

（一）材质

一台钢琴是由击弦机、琴弦、木质音板、钢板等构成，不同的材料对音色的影响有很大的差异。以木质音板为例，能够拿来制作钢琴音板的木料有很多种，不同的树木由于纹理、密度等的不同，对声音的传播、共振等的影响也是大相径庭。如大众熟知的钢琴品牌KAWAI，其最高端的SK 系列使用的是日本北海道的云杉木，而一些制作工藝较差的钢琴则使用的是拼接木料。而触键方式的改变不可能在演奏中改变钢琴的材质，因此就不可能改变音色。

那么，同样材质的情况下，为什么尺寸大一点的钢琴会比尺寸小一点的钢琴音色更好？ 这是因为钢琴作为一件击弦乐器，其弦的张力要比拨弦乐器的张力大得多，因此，弦显得十分坚硬。也是由于此特性，琴弦被击打后的振动特性在某些方面与棒振动③ 有相似之处，会使各次震动模式的频率略有提升，造成了一定的“不协和”的音响效果。例如频率为440 Hz 的a1 音，其第一次泛音应该为880 Hz，而880 Hz 恰巧是a2 音，那么其基频与第一次泛音之间应该为一个极其协和的纯八度音程。但是，由于棒震动的特性，使得实际的第一次泛音要高于880 Hz，所以它和基频产生的音程就变成了一个比纯八度稍大，但又小于增八度的音程，这样的音程效果显然是不协和的。但这样的不协和程度还不足以给人造成听觉上的“困扰”，这是因为：第一，泛音的能量很小，人耳很难单独分辨它;第二，“听觉临界频带”理论① 告诉我们，人在心理上对于一定量的不协和音响效果是有一定接受度的，在此不作展开论述。当钢琴的琴弦越长、琴弦半径越小、弦张力越大时，上述的泛音频率偏移会变小。②因此，在同样的材质之下，钢琴越长，即琴弦越长，泛音与基频之间更加协和，这也就是为什么我们总觉得九尺钢琴弹奏的音色更加“纯”的原因。

（二）共鸣体

对于人耳听到的钢琴声而言，从击弦机敲击琴弦发出声音开始直到我们听见声音为止，一共经历了两个共鸣体：一个是由钢板和木板组合而成的钢琴音箱，另一个是房间。③ 图1 很好地诠释了乐器从发声到人耳听见所经历的过程。

“输入”是指乐器最初的声音的产生。对于钢琴来讲，榔头撞击琴弦使琴弦震动就是“输入”，但弦的尺寸较小，只有很少的振动能量传递给周围的空气质点。因此，弦本身的振动几乎不能发出任何声音。

“系统”是指钢琴的声音修饰器———共鸣体。弦开始振动之后会把振动传递给共鸣体，即钢琴的音箱。由于共鸣体有较大的振动面积，可以将较多振动能量传递给周围的空气，并最终使我们听见。钢琴的共鸣体（音箱）会将本身的振动特性附加到由弦振动产生的“输入”信号上。所以，音箱的材质对于整体音色的表现十分重要。

“输出”是指“输入”经过“系统”后产生的结果，也就是我们听到的声音。但这还不是我们所听到的最终的完整声音，乐器的声音“输出”后还会经历第二次的“输入———系统———输出”，因为我们的声音会经过第二个声音修饰器，也就是第二共鸣体———房间的修饰。乐器的“输出”即为“房间输入”，我们最终听到的声音是乐器的“输出”所传达的直达声和经过“系统”（房间修饰）后“输出”所传达的反射声的混合声。显然，触键方式的改变不可能改变两个共鸣体的性状，因此也不可能改变钢琴音色。

（三）击弦点

击弦点是指琴弦被榔头所敲击的位置。讨论击弦点对钢琴泛音的影响，必须先了解琴弦的震动模式。两端固定的弦的振动是由一系列特定的驻波① 组合而成的，琴弦在某一时刻的振动可以看作是这些驻波振动模式的叠加，或者说弦振动可以分解为驻波振动模式（图2）。

根据图2所示，可以看出第一种模式为整弦振动，第二种模式为1/2 弦振动，第三种模式为1/3弦振动，以此类推。第一种振动模式对应的是基频，第二种振动模式对应的是第一次泛音，第三种振动模式对应的是第二次泛音，以此类推。所以说钢琴上的单音其实并不是一根弦简单地来回摆动产生声音，而是由多种振动模式同时叠加而成，也因此产生了基音和泛音。

根据前面的论述得出音色由泛音决定的结论，那么我们可以试想一下，是否可以不激发某一个振动模式呢？ 比如不激发第二种振动模式，使第一次泛音发不出声音从而改变音。答案是可以的。图2 中振动幅度最大的点位称为波腹， 振动模式两端位移为零的地方称为波节。如第一振动模式有1个波腹，2 个波节;第二振动模式有2 个波腹，3 个波节;以此类推，第n 种振动模式有n 个波腹和n+1个波节。当我们敲击波腹的时候，振动模式的振动能量达到最大;当我们敲击的位置位于波节处时，该振动模式不被激发。例如，敲击琴弦1/2 处时，第2、第4、第6、第8 次……偶数次振动模式不会被激发;敲击琴弦靠一端固定处的1/3 处时，第3、第6、第9 次……振动模式则不被激发等。所以，如果能够在演奏中改变击弦点的话，就能改变钢琴的音色，但事实是，榔头敲击琴弦的位置总是固定的，所以触键方式的改变并不可能改变击弦点，当然也就不能改变音色。然而拨弦类乐器，比如吉他是可以通过改变拨弦点来改变音色的，只是实际演奏中，改变拨弦点所产生的音色变化并不能被人耳清晰地感知到。所以即使是可以改变拨弦点的乐器，是否有必要去研究改变拨弦点所带来的音色变化仍需视情况而定。

四、科学地认识音色

从前文的论述可知，音色是不能被触键方式改变的，在声音的四要素———音高、音强、音长和音色中，我们能改变的只有音强和音长而已。音高是乐谱决定的，因此没有必要去改变它。音色只是随着音强和音长的变化而变化，不能够单独改变，所以单独讨论音色是没有意义的。对于演奏而言，着眼于音强和音长的研究才是客观的、能够实际影响演奏的;而对于教学而言，对学生教授合理的音强和音长的组合比例才是具有逻辑性的体现。

五、对触键方式的批判及积极意义的思考

我们研究了那么多的触键方式，是否完全没有了用处？ 当然不是。前苏联著名钢琴演奏家、钢琴教育家海因里希·古斯塔沃维奇·涅高兹在他的《论钢琴表演艺术》① 中提到一个相当重要且实用的概念———目标就是方法，这为我们在钢琴练习中解决困难提出了一个富有逻辑的思维方式。当演奏者遇到困难时，首先需要确定这个地方到底需要什么演奏效果，明确具体的、可操作的目标。比如某一处的弹奏目的是要弹强，那么用力自然就成了问题的解决方法。根据前文的论述，演奏者在确保音准的前提下，能够改变的只有音长与音强，因此，确定具体目标可以从这两个方向进行思考。比如，演奏者想要某个音长一点，可按住琴键不放或使用踏板;想要某个音强一点，可用力或者快速下键等等。

理解了涅高兹的这句话不难发现，一来就研究触键根本就是本末倒置，是逻辑思维顺序的颠倒。触键是方法，而不是目标，演奏者一开始应该确定的是需要什么声音（目标），而不是什么触键方式（方法），当演奏者确定了目标后，再做尝试，并用耳朵倾听，但凡能够达到自己理想目标的方法都是好方法，无需拘泥于某种触键方式。如果有多种方式都能够达到演奏者理想的声音效果，那么择优用之，使用最舒服、最放松、对科学运动有利的方式才是研究触键方式的根本目标所在。综上所述，从音色中探讨触键是对自然科学的认知不足，而在教学中一来就强调触键则是逻辑思维的混乱，是教师归因的错误。

六、从音色的话题讨论教学中的语言逻辑性

教学活动应该是严谨而具有逻辑性的，但在目前的音乐教学中，却存在着主观的、不确定性的、模糊的言语概念，以及对名词没有严格意义上的准确定义等没有逻辑性的教学现象。如使用一些色彩性的词语来形容音色，“柔和的”“坚硬的”“刚强的”“通透的”等，或是描述性的语句“像小号那样鲜红，像长笛那样银白”等。如此这般的表述的确可以增加人的想象力，但在教学中使用这样的语言却不助于学生准确地把握演奏方式。比起“音色还不够通透”而言，“你需要再弹得重一点”明显更容易让学生理解。有些教师在没有明白音色的原理的基础上，而一味地执着追求音色，明明可以直接说明强弱和长短，却偏偏要以更加晦涩难懂的音色术语去进行描述，甚至期望从想象力上教授学生，这在教学中是犯了語言的逻辑错误。

在《简单的逻辑学》第一章第八节就有提到，避免使用模糊和多义的语言。模糊和多义的语言是制约有效沟通的两个典型要素。像“通透”“硬”“软”等词汇都属于含义模糊的词汇，使用这种词汇教学会使学生不易理解教师的意图，也会大大降低教学效率。在该书第二章第六节中也讲到，要避免出现语义不清和模棱两可两种情况的最有效办法就是定义术语。比如要讲授“音色”，那么就要先对“音色”有一个准确的定义，这样学生才好理解。要使用“把声音弹得再柔和一些”等表述进行教学时，教师应先让学生明确了解“柔和”的定义。定义术语的要求是：第一，把术语放在最相近的类别中;第二，确定其与同类别中其它事物的不同特性。例如“通透”“柔和”这些模棱两可的词语，应该先定义它的属性，如果教师很难确立统一的定义标准，那在教学中就应当谨慎使用，避免让学生出现理解上的误差。

很多时候，教学中的逻辑问题其实就是一个语言问题，有效地进行分析、组织语言，再表达，让听者准确理解是教师应努力追寻的方向。在教学沟通的过程中，语言是传递的媒介，即使教学观点是正确的，如果语言组织得不恰当，也会造成逻辑混乱。反过来说，不恰当的语言组织背后往往存在着对概念模糊不清的问题。这时，重新审视它，理清头绪才是最有效的办法。综上，由音色的话题看来，教师应首先学习关于音色客观物理属性上的正确知识，然后再组织准确的、有逻辑性的语言进行表达，这样才能有效地提升钢琴教学活动质量。