乐器的发音原理

乐器的发音原理
3.1 能量来源
演奏乐器靠的不光是良好的音乐素养、熟练的技术和灵敏的反应，还需要充沛的体力。

就这个意义而言，乐器可以分为两种类型一一肢体乐器和气息乐器。

乐队的名称通
常代表了这两大类乐器，例如管弦乐队”和吹打乐队”我国民间乐队的形式），管”和吹”
代表气息乐器，弦”和打”代表肢体乐器。

对于肢体乐器而言，臂力、腕力和手指力量是发音的基础，手的力量必须靠技能的训练来提高。

气息乐器也一样，肺活量是基础，练习气息乐器除了提高音乐素养外，还起到锻炼身体的作用。

电声乐既不属于肢体乐器，也不属于气息乐器，它具有极其丰富的音色，遗憾的是它的音色不是由演奏者获得的，无法体现演奏者的水平
3.2振源
振源的振动必须依靠外来的动力，这种动力有两大来源：
（1）机械力：这是肢体乐器的能量来源，依靠机械力振动的振源有琴弦、鼓皮和音
板，它们发出的频率完全由振源本身的材料性质和形状决定。

机械力在振源上的作用可以是连续的，例如弓弦乐器是以弓对琴弦的摩擦力作为能量来源的；也可以是瞬时的，例如钢琴琴弦的动力只取决于琴锤敲击琴弦的瞬间。

（2）气流：
这是气息乐器的能量来源，依靠气流振动的振源有人的声带、哨片（有簧类木管乐器）、气簧（依靠孔穴周围的空气振动，无簧类木管乐器）、唇簧（嘴唇的振动，铜
管乐器）和金属簧（口琴和手风琴），它们发出的频率一般不太固定。

关于簧片的具体分类，将在管乐器的特性这一章中介绍。

振源本身都具有固定的发音频率，称为固有频率，但是这种频率会受到外界的影
响，特别是动力和共鸣腔的影响，例如琴弦在遭受重击时，频率会略高于它的固有频率，哨片的频率则完全可以受气流左右。

频率的浮动程度从小到大依次为：琴弦、鼓皮、音板
（木制和金属制的卜金属簧片、声带、哨片、气簧和唇簧。

琴弦是最典型的振源，它的材质对音色是有影响的。

早期弦乐器的琴弦以羊肠线为主，羊
肠弦发音清脆明亮，但融合性很差。

十九世纪后，由于冶金工业的发展以及管弦
乐队的成型，琴弦逐渐用金属丝代替，因为金属丝比较便宜，而且发音厚实，融合性好。

现代的琴弦通常有两种类型，最细的（最高音的琴弦，即小提琴的E弦，中提琴和大提琴的
G弦）用钢丝，三根较粗的用缠有钢丝的铜丝（称为缠线）。

在钢琴和竖琴中，琴弦也用金属
制成，高音弦用钢丝，低音弦用铜丝。

当然，有些乐器也使用尼龙丝，例如古典吉他，以模仿羊肠线的音色。

哨片是另一种典型的振源，它的好坏直接影响了管乐器的音质。

哨片一般用芦苇
茎上的薄膜制成，除了材质以外，哨片的削剪也很重要，特别是用在双簧管上的哨片
3.3 共鸣腔
乐器的共鸣腔形状各异，但它们都有共同的性质：
（1）它们必须由坚硬的弹性材料制成，这是为了让声波在共鸣腔内得到充分反射。

例如弦乐器和木管乐器的共鸣腔用红木类的硬质木材（如紫檀木、花梨木等），差一点的可
以用胶木（业余型的单簧管）或复合板（业余型的吉他），长笛用的是纯银、白铜或镍合金，萨克斯管和铜管乐器用的是黄铜。

（2）它们必须具有一定的体积，体积越大则音量越大，例如小提琴和大提琴发出
同样的音高，大提琴的音量一般比小提琴大。

钢琴的共鸣腔也称为琴胆，立式钢琴的琴胆
尺寸受钢琴高度和厚度的限制，而三角钢琴的琴胆则可以做得更大，这就是为什么三角钢
琴音色比立式钢琴好的原因。

（3）它们必须具有一定的长度。

根据物理原理，某一频率的声音若要在共鸣腔里
产生共振，它的波长不能超过共鸣腔长度的4倍。

例如，小提琴琴箱的长度为0.34米，那么引起共振的声音波长不得超过 1.36米，这一波长声音的频率为250Hz （假设声速为每秒340米），这样G弦上b（246.9Hz）以下音的第一谐音几乎是听不到的（但是高频谐音可以听到），所以声音感觉很空”同样的音高在大提琴上感觉就很厚实。

现在再来看它们各自的形状。

为什么有的乐器共鸣腔是圆的，有的是扁的，有的
是长的？这和乐器的发音原理有关。

前面（第一章）曾提到，共鸣腔有特定的共振频率，在
这个共振频率上，声音将得到最大的共振效果，然而在别的频率上，特别是靠近共振频率
的频率上，共振效果也是有的。

形状很长的共鸣腔，共振频率非常明显，在频谱上呈现出
很尖的共振峰，而圆的和扁的共鸣腔，共振频率不是很明显，共振峰很圆滑。

下面将要介
绍，为什么管乐器要使用长的共鸣腔，而弦乐器和定音鼓要使用扁的或圆的共鸣腔
.4振源和共鸣腔的相互作用
振源和共鸣腔是乐器的主要部分，它们扮演的角色在各种乐器中是不一样的，弦
乐器（也包括弹拨乐器）和管乐器有着本质的区别：弦乐器的音高（发音频率）由振源决定，音质则取决于共鸣腔，管乐器正好相反（当然这不是非常绝对的）。

弦乐器的振源是频率固定的振源，它的固有频率只由琴弦的尺寸决定，而共鸣腔
的共振峰范围很大，对振源可以发出的大多数频率，都可以产生良好的共振。

由于琴弦本
身宽度不大，所以它所引起的空气振动非常有限，然而振动可以通过琴马（也称桥）传导到共鸣腔，因此共鸣腔对音质起决定作用。

管乐器的振源是频率浮动的振源，位置和气息可以使振动频率随意变化，所以频
率决定权只能转交给共鸣腔，共鸣腔的长度（即管乐器的管长）决定了管乐器的发音频率。

管乐器的振源就是簧片（详见第七章），它像人的声带一样具有一定的宽度，可以引起空气的振动，因此离开共鸣腔，簧片照样可以发出声音。

因此，管乐器的音色主要取决于振源。

当然，共鸣腔对振源声音的放大和修饰作用还是有的，特别是铜管乐器喇叭状的开口，这个开口可以让高频谐音得到放大，从而使音色发亮（单簧管末端也有这样的开口）。

3.5乐器的制作
就制作工艺而言，每一种乐器都是非常复杂的。

由于乐器的发音原理不同，所以
衡量乐器质量的标准也不同。

下面就对乐器的制作工艺作简单的介绍。

（1）选材：根据乐器的要求选材，弦乐器的琴箱是主要部件，它们必须使用优质
木材，辅料（例如钢琴的琴壳和琴键、提琴的琴颈和指板等）以及管乐器，则可以用稍差些
的木材，有些甚至已经用金属或合成材料取代了。

由于木制乐器采用红木类的名贵木材，所以价格非常昂贵，尽管没有非常复杂的机械装置和制作工艺。

（2）木材的处理：木材通常可以用物理方法或化学方法进行处理，改善木材的硬
度和韧性。

木材通常要烘干，有时要作化学处理，例如放在盐水中浸泡。

乐器制作完成后还要上漆，从而最大程度地保护木材。

（3）加工和制造：对于木制的共鸣腔来说，必须手工制造，因为共鸣腔形状复杂，
而木料又是有纹理的，所以不宜采用机械加工，手工加工的难度也相当大。

对于金属或合
成材料，机械加工则非常普遍，而且形状保持得很完整，长笛、萨克斯管、铜管等乐器的价格便宜比木制乐器便宜，这是另一方面的原因。

（4）几何结构：对于共鸣腔来说，几何结构直接影响到共鸣效果，所以乐器的几
何结构必须是精心设计的，例如小提琴的音柱和音孔（f孔）的位置，是非常讲究的。

此外，
其他部件如果尺寸不合理，则会影响演奏，例如琴颈和指板的尺寸和形状，为什么小提琴和大提琴的明显不同，诸如此类的问题很多。

（5）机械装置：弦乐器的机械装置很少，仅限于弦钩和低音提琴的弦轴，管乐器则非常
丰富，每一个按键都连接很复杂的机械装置。

最复杂的要算钢琴了，有击键系统、制音系
统和踏板系统，三者是紧密结合在一起的。

机械装置很复杂的乐器，一般都无法在手工桌
坊里完成，随着乐器制造工业的发展，高质量的乐器通常只能由大型的乐器工厂制造.6乐器的保养和维修
要让乐器一直保持良好的状态，保养和维修是很重要的。

不管乐器的质量和性能如何，都需要时刻保养，这和司机保养汽车、士兵保养枪炮是一个道理。

乐器的保养很简单，只要遵循以下几个原则就可以了：
（1）时刻保持乐器干燥。

对于木制乐器来说，受潮后会影响木材的强度，而对于金属制成的乐器，特别是铜管乐器而言，受潮后会使机械装置生锈。

只有在特别干燥的气候下，才有必要维持乐器的湿度。

乐器不能暴露在潮湿的环境中，必要时要在琴箱里放置干燥剂。

对于管乐器来说，使用完毕应该把水倒掉并擦洗干净。

（2）操作步骤正确。

例如乐器使用完毕要放在箱子里，钢琴应罩上琴罩，弦乐器
的弓丝应当放松（这样可以保持弓丝的弹性），但琴弦不要放松（琴弦反复绷紧和放松，金属丝会产生疲劳，造成断弦），木管乐器的安装和拆卸次序正确，用完后把水到掉，等等。

（3）定期检查乐器性能。

乐器的性能降低，说明乐器的使用时间长了，但这是可以恢复的。

如果琴弦松了导致经常跑调，可以在弦轴上涂些粉笔灰，如果管乐器按键迟钝了，可以加些润滑油，等等。

此外，如果乐器的音准出现了问题，可以作适当的调整。

当乐器出现严重问题时，必须进行维修，专业的乐器演奏员必须具备一定的维修知识，例如弦乐器的琴板如何粘贴，音柱如何放置，管乐器的按键如何调整，钢琴的琴键和钢丝如何安装等等。

当然，乐器的维修最好让专业的乐器维修人员来完成，他们除了具有专业的维修技能以外，还有专门的维修工具
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