運動定律在巴揚手風(fēng)琴演奏中的探析研究

楊瑜帆

【摘要】物理學(xué)從物質(zhì)內(nèi)在的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究物質(zhì)外在的基本運動形式，以及物質(zhì)之間相互作用的規(guī)律。本文從物理學(xué)動力學(xué)原理中的牛頓第三定律、胡克定理以及剛體的定軸轉(zhuǎn)動規(guī)律出發(fā)，將這三個基本運動定律與巴揚手風(fēng)琴演奏技巧相結(jié)合，探析運動定律在手風(fēng)琴演奏中的發(fā)生與作用，使巴揚手風(fēng)琴演奏的方法和技巧更科學(xué)，音色更動聽。

【關(guān)鍵詞】動力學(xué)；運動定律；巴揚；方法和技巧

巴揚手風(fēng)琴是一種結(jié)構(gòu)完善、音質(zhì)優(yōu)美、音域?qū)拸V的多聲樂器。在它創(chuàng)制至今的一百多年間，不僅在制造工藝和演奏技巧上有著極大的、變革性的發(fā)展，而且在手風(fēng)琴演奏家們與作曲家的長期合作中呈現(xiàn)出許多高藝術(shù)水準(zhǔn)的優(yōu)秀原創(chuàng)作品，形成了具有自己獨特美學(xué)效果的音樂風(fēng)格，充分展現(xiàn)了巴揚手風(fēng)琴的個性魅力。觸鍵力度和風(fēng)箱的運用是手風(fēng)琴演奏中重要的組成部分，如何使觸鍵的音色更美妙、風(fēng)箱控制更游刃有余？我們將從物理學(xué)中的力學(xué)原理著手，分析力學(xué)原理在巴揚手風(fēng)琴演奏中的作用，提高對觸鍵力度的把握和風(fēng)箱運行的控制能力，更好地詮釋音樂作品，使琴聲更優(yōu)美動聽。

一、觸鍵技巧中的力學(xué)原理

聲音是音樂作品中固定而獨特的色彩，聲音的力量取決于作品的強弱發(fā)展變化和風(fēng)格特點，而決定它發(fā)音的方式與強弱變化的基本條件就是手指的觸鍵。觸鍵是巴揚手風(fēng)琴演奏技巧中重要的部分，它直接影響著音色的好與壞。牛頓第三定律中提到：當(dāng)物體A對另一物體B有一個作用力F1的同時，另一個物體B同時也對該物體A有一個反作用力F2，作用力與反作用力的量值相等，方向相反，并且在同一直線上[1]。它的表達公式為：F2=?F1。作用力與反作用力施加在兩個不同的物體上，力的大小相等，并且它們互以彼此的存在為前提，同時產(chǎn)生、消滅，形成對立的格局。在巴揚手風(fēng)琴的演奏中，當(dāng)手指按下鍵鈕時，會對鍵鈕產(chǎn)生一個作用力F1，鍵鈕也會對手指產(chǎn)生一個反作用力F2。F1越大，F(xiàn)2就會越大，也就是說手指按下鍵鈕的力越大，鍵鈕給手指的力也就越大。根據(jù)上述的牛頓第三定律，以右手為例，我們在學(xué)習(xí)觸鍵的過程中就要特別注意手部的動作，手臂與手腕保持在可以自由移動的位置，手腕與手指都應(yīng)處于自然放松的狀態(tài)，左臂均勻拉動風(fēng)箱的同時，右手手指輕輕彎曲地觸摸鍵鈕，手腕平穩(wěn)、富有彈性地帶動手指輕輕觸動鍵鈕，在手指抬的高度一樣的情況下，手指對鍵鈕的力F1變小了，鍵鈕給手指的反作用力F2也會達到最小值，這樣就保證了觸鍵速度和觸鍵力度的均勻進行，使發(fā)出的聲音飽滿而響亮，演奏出的音樂富有動感和彈性。

為了更好地掌握手指移動的演奏方法和技巧，我們還應(yīng)學(xué)習(xí)運用手腕的彈動，即抬起手腕，手指像拍皮球一樣地輕輕敲擊鍵鈕。在胡克定律中，物體在受力形變時，有恢復(fù)原狀的趨勢，這種抵抗外力并力圖恢復(fù)原狀的力就是彈性力，特性是彈性力的大小與位移的大小成正比，方向指向平衡位置[2]。其公式表達為：f=?kx。其k為彈性物體的勁度系數(shù)，x為偏離平衡位置的位移，負(fù)號表示彈性物體所產(chǎn)生的彈力與其伸長（或壓縮）的方向相反[3]。以左手為例，巴揚手風(fēng)琴演奏者的左手總是位于琴板和風(fēng)箱皮帶之間，并且腕關(guān)節(jié)緊貼左半部的琴身，手指完全處于垂直的狀態(tài)。在演奏過程中，我們會經(jīng)常運用手腕的力量來帶動手指敲擊貝司鍵鈕，使其中的鏈接桿產(chǎn)生移動打開簧片音蓋發(fā)聲。由于貝司鍵鈕的彈性系數(shù)k是不變的，手指觸鍵的力度越大，彈簧的彈性形變量x就越大，由此產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力f 就越大，反之則小，彈簧所產(chǎn)生的回彈力f與手指觸鍵下壓的方向相反。根據(jù)這一原理，我們在演奏重音時，需要繃緊拉動風(fēng)箱并加大觸鍵的力度，使貝司鍵鈕的彈性形變x達到最大值，音蓋充分開啟，同時產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力f也會增大，利用彈性恢復(fù)力觸鍵既可以減輕手腕和手指的緊張狀態(tài)，又能達到理想的聲音效果；當(dāng)我們在演奏音樂作品中的弱音片段時，由于手指的觸鍵力度變小，貝司觸鍵的彈性形變x也就隨之變小，手指輕輕觸鍵的同時平穩(wěn)、均勻地拉動風(fēng)箱就能表現(xiàn)出柔美的音色。左手的力度控制較右手來說略顯復(fù)雜，左臂在拉動風(fēng)箱同時做出放松的觸鍵效果，需要靠手腕和手指的力量來積極地改變聲音和長期反復(fù)的實踐、練習(xí)，才能進入一個控制自如的演奏境界。

二、風(fēng)箱技巧中的力學(xué)原理

巴揚手風(fēng)琴是一種依靠風(fēng)箱內(nèi)部氣流激發(fā)簧片振動發(fā)音的樂器，控制風(fēng)箱技巧的運用關(guān)系著音樂作品中律動的連貫性以及作品演奏的完整性。

許多研究者使用物理學(xué)中的“杠桿平衡原理”對風(fēng)箱控制進行力學(xué)分析，提出了一些控制風(fēng)箱技巧的原理。在杠桿平衡原理中提到：要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力矩（動力和阻力）大小必須相等，并且跟它們的力臂成反比，即：動力×動力臂=阻力×阻力臂[4]。我們通常會將風(fēng)箱垂直放置在左腿上，風(fēng)箱與左腿的接觸點作為力的支點，這種演奏方式并不完全適合用杠桿平衡原理分析風(fēng)箱控制的動力學(xué)過程。第一，杠桿平衡原理中的杠桿必須處于靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下，此時杠桿的動力力矩與阻力力矩相等，杠桿處于力學(xué)平衡狀態(tài)。第二，一般杠桿力學(xué)模型中存在動力作用點、阻力作用點和杠桿支點可以連成一條直線，即這三點在同一直線上，且動力作用點和阻力作用點分別在杠桿支點的兩側(cè)。我們演奏時風(fēng)箱不停地圍繞左腿進行“拉”與“回”的運動，風(fēng)箱并不是靜止或勻速運動的，同時相對于風(fēng)箱在左腿上的支點而言，演奏者控制風(fēng)箱的拉力和回力以及風(fēng)箱自身的重力都處于支點的上方，并不在支點的兩側(cè)。

經(jīng)過在對物理學(xué)中動力學(xué)知識的深入學(xué)習(xí)和研究，發(fā)現(xiàn)使用剛體的定軸轉(zhuǎn)動原理對風(fēng)箱控制進行動力學(xué)分析更為合適。我們將風(fēng)箱圍繞左腿的“拉”運動與“合”運動，風(fēng)箱與左腿的接觸點作為定軸轉(zhuǎn)動原理中的固定“轉(zhuǎn)動軸”，風(fēng)箱控制效果就由風(fēng)箱受到的所有力矩之和決定的，所有力矩之和簡稱“合力矩”，通常用L表示。根據(jù)定軸轉(zhuǎn)動的兩個基本原理，轉(zhuǎn)動定律L=Jα和轉(zhuǎn)動運動公式Δθ=αt2/2，在轉(zhuǎn)動定律中風(fēng)箱的轉(zhuǎn)動慣量J是恒定不變的。合力矩L的大小與轉(zhuǎn)動的角加速度α成正比，即在轉(zhuǎn)動定律L=Jα中，風(fēng)箱的轉(zhuǎn)動慣量J恒定不變。顯而易見，在相同時間t內(nèi)，只要“拉”或“回”風(fēng)箱的轉(zhuǎn)動角度Δθ相同，轉(zhuǎn)動角加速度α也是相同的，那么合力矩L也是相同的。

下面我們分別從風(fēng)箱的“拉”和“回”兩種控制過程中進行合力矩L、角加速度α、轉(zhuǎn)動角度Δθ的分析。

圖1 風(fēng)箱向外側(cè)“拉”的力學(xué)示意圖

圖2 風(fēng)箱向內(nèi)側(cè)“回”的力學(xué)示意圖

在將風(fēng)箱向身體外側(cè)“拉”的過程中，風(fēng)箱上的作用力主要有：演奏者作用于風(fēng)箱上的拉力F1、風(fēng)箱自身的重力G、左腿與風(fēng)箱之間的摩擦力f。在剛體轉(zhuǎn)動原理中將力矩L定義為作用力大小和作用力力臂d的乘積，即L=F×d，其中力臂d是轉(zhuǎn)動軸到作用力的最短距離。如圖1所示，摩擦力f的力臂df為0，所以摩擦力力矩Lf為0，不用進行分析研究；拉力F1的力臂d1不為0，拉力力矩為L1=F1×d1；重力G的力臂dG也不為0，重力力矩為LG=G×dG。再根據(jù)物理學(xué)中力矩方向的右手判斷法則可知，重力力矩和拉力力矩具有相同的力矩方向，因此在“拉”風(fēng)箱的過程中，合力矩L為重力力矩LG和拉力力矩L1之和，即L=L1+LG。

根據(jù)上述“向外側(cè)拉”風(fēng)箱的力矩分析，我們可以得到三個結(jié)論。第一，在相同時間t內(nèi)風(fēng)箱要拉開相同的轉(zhuǎn)動角度Δθ，由于存在重力力矩LG的“幫助”作用，因此不需要太大的拉力F1就可以產(chǎn)生足夠大的合力矩L。第二，拉力F1的作用點越遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動軸的支點，拉力的力臂d1越大，根據(jù)拉力力矩L1=F1×d1公式，拉力F1也可以越小，也就是說拉力的作用點越靠近風(fēng)箱的上端越省力。第三，風(fēng)箱拉開的轉(zhuǎn)動角度Δθ越大，重力的力臂dG也自然的變大，重力力矩LG=G×dG也會自然變大，在保持合力矩L不變的條件下，顯然拉力F1也可以自然變小，也就是說風(fēng)箱被拉開程度的越大需要的拉力也就越小。

同理，在將風(fēng)箱向身體內(nèi)側(cè)“回”的過程中，風(fēng)箱上的作用力也是由演奏者作用于風(fēng)箱上的回力F2、風(fēng)箱自身的重力G、左腿與風(fēng)箱之間的摩擦力f三者組成。如圖2所示，摩擦力力矩Lf同樣為0，不用進行分析研究。但是由于回力F2的方向與“拉”過程拉力F1的方向剛好相反，根據(jù)物理學(xué)中力矩方向的右手判斷法則可知，重力力矩LG和回力力矩L2的方向也剛好相反。因此，在“回”風(fēng)箱的過程中，合力矩L應(yīng)該為重力力矩LG和回力力矩L2之差，即L=L2-LG。

根據(jù)上述“向內(nèi)側(cè)回”風(fēng)箱的力矩分析，我們也可以得到三個相似的結(jié)論。第一，在相同時間t內(nèi)風(fēng)箱要回推相同的轉(zhuǎn)動角度Δθ，由于存在重力力矩LG的“阻礙”作用，要產(chǎn)生足夠大的合力矩L需要很大的回力F2，因為回力F2除了要將風(fēng)箱回推到需要的位置還要克服風(fēng)箱重力的“阻礙”作用。第二，回力F2的作用點越遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動軸的支點，回力的力臂d2越大，回力F2也可以越小，也就是說拉力的作用點越靠近風(fēng)箱的上端也就越省力。第三，風(fēng)箱回推的轉(zhuǎn)動角度Δθ越大，重力的力臂dG也自然的變小，重力力矩LG=G×dG也會自然變小，在保持合力矩L不變的條件下，顯然拉力F2也必須自然變大，也就是說風(fēng)箱被回推程度的越大需要的回力也就越大。

根據(jù)上述原理的分析可以使我們更合理、科學(xué)地控制風(fēng)箱，既可以減輕左臂的負(fù)擔(dān)，又能使風(fēng)箱的運行更平穩(wěn)。在實際的演奏過程中，推拉風(fēng)箱的同時加上左手鍵鈕的移動，加大了風(fēng)箱控制的難度，這就需要我們在長期的實踐中反復(fù)練習(xí)，掌握正確控制風(fēng)箱的要領(lǐng)，以達到風(fēng)箱運行的游刃有余，更好的表現(xiàn)音樂作品。

運動定律是研究物體機械運動普遍遵循的基本規(guī)律，其中的動力學(xué)原理對巴揚手風(fēng)琴演奏技巧的提升有著極大的幫助，在此基礎(chǔ)上有針對性的進行演奏技巧的訓(xùn)練，有助于提高我們對巴揚手風(fēng)琴觸鍵力度和風(fēng)箱運行的控制能力，對豐富和完善巴揚手風(fēng)琴演奏體系有著積極的作用。

參考文獻

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