編譯/程伊兵

（中國音樂學院，北京 100101）

1 背景知識

鍵盤樂器（帶鍵盤的弦鳴樂器）以一開始沖擊琴弦使其自由振顫，最終抑制這些自由顫動的、琴鍵操作的機械設備著稱。這些擊打和阻尼設備的形狀、尺寸、材質和功能的差異，產生了音符開始和結尾的大部分特質變化。同時，這些差異也影響著琴弦自由振動時的音色，因為最初的沖擊決定后繼波形的顫動。其他聲學因素有琴弦的硬度、低音弦的包裹材料、弦支撐處音色的漸弱（the gradual damping of tone at the string supports）、每個琴鍵的弦數、琴弦支撐結構的聲學屬性，以及某些情況中的被動共振琴弦效果。

楔槌鋼琴（clavichord）、羽管鍵琴（harpsichord）和鋼琴（piano）大約都是橫置在一個平面上的，各自具備經校準的琴弦系統(tǒng)。每根琴弦都有張力地安置在琴弦支撐結構上，在掛弦釘（hitch-pin）和位于弦軸板（pinblock）上調律時可以旋轉的調音釘（tuning-pin）之間。通常在這兩組弦釘之間靠近它們的地方，琴弦別靠在一個滑動接觸點上。這兩個中間點之間的距離決定了經調校的琴弦的顫動區(qū)間。如果琴弦具有完美柔韌性的話，各琴弦都可以按泛音列之頻率自由顫動。因為金屬弦具有一些硬度（微似條棒），弦振動的自然泛音列略呈不諧和，但是可以被聽到。迄今為止的研究表明，非諧和度是音色的重要特質。非諧和性也導致最適宜的樂器調律比例比2:1八度關系伸展少許（即低音低、高音高）。

在鍵盤樂器中，演奏琴鍵的動作導致了能動的弦激勵。有些沖擊聲立即發(fā)聲于沖擊點上，更多則需通過弦振動來發(fā)聲。這是一個“起因（cause）”的聲音。三種主要鍵盤樂器的沖擊和結果弦激勵的特征都不同，但在每個情況中，至少是經校準琴弦的某一部分的形狀突然改變了。在激勵事件之后，琴弦在兩接觸點之間上下移動，其形狀的變化是脈沖波形。這是“結果（effect）”聲音。

脈沖波形的一部分在琴弦接觸點被來回地反射，致使琴弦顫動以及結果音高的延留，但是每次反射中所貯存波形能量中的一部分被轉移最終導致音符靜止。這個在波形每次往返的末端被轉移的顫動能量，振動著支撐機構，特別是通過音板（soundboard）大部分聲音能量進入到空氣中。其中，僅有很小一部分直抵空氣的聲學能量來自琴弦的運動。琴弦一般同時以很多頻率在顫動。因為這些頻率幾乎落在泛音列中，所以聽者聽到的是以該系列中最低頻率為音高的一個音符。復雜音色聲音中產生的各頻率間的相對關系在很大程度上決定音符在其“結果”階段的音色。這取決于沖擊琴弦時的脈沖形狀、支撐結構的接觸點對弦振動各頻率的響應以及構造將振動轉換為聲音中各頻率的轉換效率。

2 楔槌鋼琴

楔槌鋼琴是典型的矩形琴箱，鍵盤占長的一邊的2/3。琴弦以水平方向繃在琴板左邊的掛弦釘與右邊的調音釘之間。右端有一個支撐弦馬（有時分段）的小水平音板，為每根琴弦提供一個下定位（downbearing）接觸點。長低音弦靠近鍵盤，短高音弦在尾端附近。每個演奏琴鍵被放在平衡樞軸（balance-rail）上，受位于垂直槽中的后舌簧（rear tongue）的控制。

楔槌鋼琴動作的獨特機械功能是正切（tangent），一個與鍵尾擴展區(qū)有關的楔形鐵片或銅片。當琴鍵被按下時，楔槌升起并直接撞擊琴弦，直到琴鍵被釋放，楔槌一直保持與琴弦的接觸。楔槌由此發(fā)揮兩方面功能：在不需要任何中介裝置作用的幫助下，其撞擊制造出琴弦的激勵；同時，為其所關聯(lián)的琴弦提供了第二個下定位點，由此定義了振動琴弦區(qū)間的長度，控制其音高頻率。換言之，被調諧區(qū)間的擊點（striking point）與界點（termination point）是相同的。

在很多楔槌鋼琴中，通過將楔槌布置在琴弦的不同位置，琴弦被很少組合在一起使用的多個音符公用（如C和C#）。這樣的樂器被認為是有品的（fretted）楔槌鋼琴。其他的則為了更大的音樂多面性而采用單獨琴弦。

鍵載（key-borne）楔槌與被撞擊琴弦的持續(xù)接觸帶給楔槌鋼琴一種其他鍵盤樂器無法獲得的音樂效果“揉音（Bebung）”。當演奏者周期性地改變琴鍵壓力時（下鍵敲擊后），使琴弦張力波動，產生音高顫動。

在楔槌擊點與掛弦釘之間有布條交織在琴弦之中。它們迅速止住未適當校準的、到擊點左邊的這段琴弦的顫動。當楔槌與琴弦的接觸被斷開，它們也止住整個琴弦的顫動，不再需要單獨的止音動作。

楔槌鋼琴存在一些固有的聲學優(yōu)勢與缺陷。金屬鋒在弦端的撞擊激發(fā)出全頻域的頻率。脈沖波形在更猛烈的打擊下加強，帶來良好的動態(tài)范圍。然而，楔槌力度與音板都很小，因此，楔槌鋼琴的輸出音量受限制。從琴鍵到演奏者手指到琴弦的直接聯(lián)系容許“揉音”顫動，但其同時也產生使音符時值變短的機械衰減。

表1 三種主要鍵盤樂器的構造和機械差異

3 羽管鍵琴

羽管鍵琴家族有三種琴弦排列方式：通常為水平張伸；在小矩形維吉那琴（virginals）中，琴弦與楔槌鋼琴一樣十字互交；在小型翼狀（wing-shaped）斯皮耐琴（spinet）中，琴弦從正好在鍵盤后的調音釘非垂直的延伸到掛弦釘，成一排彎曲至鍵盤右側。這種形狀上的差異以及附加的長低音弦使得羽管鍵琴成為體積更大的樂器。更大的音板可以產生更多的聲音效果以及更全的音色。

三種排列方式的琴弦，都是被所銜接的羽莖或撥片向上的撥奏激活的，之后釋放琴弦。撥片發(fā)射自被裝在樞軸上的演奏琴鍵所支撐的，導向滑動的窄垂直傳動銷（vertical jack）的中央舌簧（central tongue）部分。

在大型羽管鍵琴中有兩套或更多套琴弦以及兩副及更多副鍵盤。因此，同一鍵負載的不同撥片可以同時撥奏在不同套中的八度相關的不同琴弦。同一琴弦也可以被不同鍵盤的撥片沿其長度在不同位置上撥奏。撥片與琴弦端點的距離越短，音符的更高、更亮的分音就越強；距離得越遠，則低音分音更強。撥片可以是羽莖、皮革、木頭、金屬或塑料。材質更堅硬、邊緣更銳利，帶來的音色就更明亮。

羽管鍵琴與其他鍵盤樂器最重要的聲音區(qū)別是音符的開始撥奏。小的鋒利的撥片邊緣，隨著撥片經過琴弦的突然釋放，制造出具有豐富高音分量的琴弦波形，賦予羽管鍵琴明亮的音色特點。與楔槌鋼琴對照，琴弦激勵者立即離開了琴弦，不能吸收琴弦的振動以縮短音符時值。演奏琴鍵釋放時，撥片的回位往往會產生一個微弱的二次弦激勵。該沖擊被回位插簧（returning jack tongue）的繞軸旋轉最小化了。雖然結果聲音是羽管鍵琴音色的特質，但其發(fā)生得很及時，在銷載止音器（jack-borne damper）抵達琴弦的時候，聽起來就像是止音動作的一部分。

4 鋼琴

第一臺克里斯多佛利（Cristofori）鋼琴是用帶有擺輪（escapement）的上擊錘（upstriking hammer）動作代替了撥弦動作的羽管鍵琴。這釋放了皮革包裹的榔頭，相對于楔槌鋼琴的正切動作（tangent action），在壓緊琴弦之前，容許它敲擊琴弦并很快恢復。擊錘動作賦予鋼琴全部可控的強弱漸變級別，開創(chuàng)出以往僅有聲音太弱不能與其他樂器一起演奏的楔槌鋼琴才能做到的，鍵盤力度表現(xiàn)的音樂會形式?？死锼苟喾鹄侨卿撉俚那吧怼ｄ撉倮祁^比既往的楔槌和撥片更大、更圓，給予琴弦的脈沖形狀更大、更圓。這帶給低頻分量更多的能量，而高頻能量則更少，使得鋼琴比羽管鍵琴音色更豐滿。對需要明亮的高音而言，榔頭更小、更銳利。

之后，通過簡單地將上擊錘動作與源自楔槌鋼琴的弦振動系統(tǒng)相結合，開發(fā)出一種小型鋼琴。但是因為這種鋼琴太小，其聲音很微弱。此外，還為這種流行的矩形或“方”鋼琴樂器發(fā)明了許多不同的機械動作裝置。

榔頭代替了撥片使得每個音符容許多個共面同度琴弦，這在羽管鍵琴中是不可能實現(xiàn)的。這種提升了的聲音響度導致的其他優(yōu)勢將在下面討論。為立式鋼琴的琴弦系統(tǒng)開發(fā)出了前擊錘（forward-striking hammer）動作，比水平鋼琴需求更少的空間。鑄鐵板支撐弦力，高張力限的鋼琴絲容許直徑更粗張力更大的琴弦，提高了聲音能量和亮度。壓縮氈代替了皮革榔頭覆蓋物，柔化了音色并且提高了榔頭的控制力和耐久力。將低音弦與高音弦交叉減小了鋼琴尺寸，更多斜交叉的琴弦和間擊動作（drop action）導致更小的立式鋼琴。

一音多弦對鋼琴獨特的音色具有重大意義，因為琴弦校準中的細微差異給每個音色增加了合唱效果。研究表明，相對數學上完全校準而言，聽覺更喜歡輕微去諧（小于0.1%）的同度琴弦；有經驗的鋼琴調音師專門保留這一校音幅差。在榔頭敲擊琴弦后的那一刻，多根琴弦近似同步地顫動。這時，傳送到弦馬和音板的聲音能量比例最大，導致音色的起始衰減速度很快。隨后，琴弦因其頻率的細微差異漸漸變成非同步，音符衰減的速度更慢一些。這種良好調律的鋼琴中的雙衰減特性，使后繼音符在當前演奏的保持音符上突顯出來，并且影響了鋼琴作曲的發(fā)展。當延音踏板升起止音器時，被敲擊琴弦的顫動通過鋼琴弦馬傳給其他琴弦共振，產生更強的合唱效果。在三角鋼琴中，弱音踏板將動作橫移，減少榔頭敲擊琴弦的數量。

除了最高音，每個鋼琴音符包含很多分音，主要集中于100 Hz ～ 1 000 Hz之間。遍布整個音高范圍的榔頭擊弦聲是鋼琴音色的重要特征，但僅在最高音區(qū)被注意到，那里分音過于稀疏，掩蓋不了它。

鋼琴調音師們調校八度所采用的標準程序制造出一個延展音階。高音更高，低音更低，兩端比嚴格的十二平均律多三分之一個半音，結果是琴弦音色分音的輕微不諧和。研究表明鋼琴家及聽眾喜歡這種音階延展的方式，而且以嚴格泛音列分音合成真鋼琴音色的嘗試不得不受成效的限制。

科學、工程學與藝術在鋼琴構成的演變中組合起來，被認為是與音色相關的主要構件配制方案的“品級設計（scale design）”。這些包括琴弦、榔頭、止音器、弦馬、音板、鋼板以及一些外延，外殼連同它們材質的屬性。

注：本文根據《格羅夫音樂辭典》中聲學詞條部分的內容編譯而成。

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