撥彈演奏之力學分析 4. 撥彈樂器發聲的模型

撥彈樂器發聲的模型

從物理的角度來看,撥彈樂器的演奏發聲,是將演奏運動的動能轉換為聲波震動能量的過程。藉由觸絃系統,將運動系統所產生的動能轉換成琴弦與共鳴箱的彈性位能後,釋放琴弦,將所累積的彈性位能轉換為琴弦與共鳴箱震動的動能,進而使震動共鳴箱周圍的空氣而發聲。

琴弦在受與觸弦系統接觸之後,因運動系統的衝擊而被拉伸,產生琴弦的彈性位能。而面板是透過琴碼受到被拉伸的琴弦張力增加的作用,再向共鳴箱內的方向產生變形,增加面板的彈性位能。這兩種位能在觸絃系統釋放琴弦之後,同時轉為面板振動的能量。琴弦的振動產生面板的受力振動(forced vibration),使面板以琴弦振動的頻率振動,產生不同頻率的音高。而面板變形而生彈性位能則產生面板的自由振動。以面板的自然頻率振動(free vibration)。這兩種振動疊加之後震動空氣而發聲,其中又以面板與共鳴箱因變形產生震動的能量是決定發聲音色/音質的重要因素。

演奏時面板張力變化示意圖:紅色作用力表示觸弦作用時撥子對琴弦的施力與琴馬給琴弦因演奏所增加的反作用力。綠色作用力表示觸弦作用時琴馬對面板所增加的作用力以及琴框對面板所增加的反作用力。

從樂器發聲的模型來看,撥彈演奏法應該關照的部分。包含如何提供一個穩定且可以變化的運動,以及能夠有效產生面板震動的觸絃。

備註:

1. 運動系統係指演奏者為演奏而運動的所有部分:包含軀體、大臂、前臂、手腕、手指等部位以及讓運動系統產生運動的肌肉系統。

2. 觸絃系統係指撥子,包含撥子本身材料的特性,以及與持撥的手指和琴弦之間力的交互作用關係。

3. 樂器本身因撥子所傳來的作用力在琴弦與面板上產生彈性變形,其中亦需要演奏者所提供一個穩定的支撐,可增進產生變形的效果。

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