你的鋼琴走音了?

雨天,貝多芬鬱鬱不樂的,決定到他上星期發現的秘密花園散心。那裏收藏了一部古式三角鋼琴,正合他心意。
及至,貝多芬俯身打開琴蓋,輕撫琴鍵,閉上眼睛,仿佛就能聽到他最後創作的《第九交響樂曲》。他慢慢坐下來,雙手開始在琴鍵上飛舞。正當貝多芬彈得興高采烈之時,背後有人正慢慢靠近。

(以下對話將由德語翻譯成中文)
「你不覺得這部鋼琴的琴音怪怪的嗎?」背後那人說。
貝多芬不答話,仍然陶醉在自己的音樂中。他的態度令那人有點不耐煩,於是伸手搭了貝多芬的肩膀,示意他不要再彈了。
「呀!是莫札特!真不敢想像我能在這裏遇上你。」貝多芬轉身看到自己的偶像莫札特,激動地抓著莫札特雙臂大聲說。
強大的聲波差點把莫札特最引以為傲的耳膜震破。莫札特輕撥貝多芬並抓著他的雙手,道:「你聽不出這部鋼琴的琴音不夠清脆嗎?」
貝多芬看著他的口型,誤以為他批評自己的作品,生氣地說:「才不是!我覺得很動聽呀!」遂自顧自地繼續彈奏他的樂章。
莫札特覺得貝多芬的回答莫名其妙,於是他走近,抓着他的左手按下中音C,然後把耳朵貼着鋼琴細聽。貝多芬被這舉動嚇了一跳,但還是跟着他把耳朵湊近。
憑着鋼琴微妙的振盪,貝多芬終於「聽」出這中音C抖抖的,音量忽大忽小,難道這部鋼琴走音了?

要知道鋼琴是否音不準,首先要了解鋼琴的結構。有別於一般弦樂器,鋼琴的琴音是由擊弦音棰同時間敲打三條弦線所產生。當三條聲波在空氣互相影響,便會產生相加干涉現象(Constructive Interference)或抵消干涉現象(Destructive Interference)。


聲波是通過粒子振動以傳遞能量。它的音量和音高分別取決於它的振幅(Amplitude)及頻率(Frequency)。鋼琴的琴音之所以較其他弦樂雄亮,是利用了聲波的相加干涉現象。三條相同頻率的弦線同一時間被擊中,它們合起來所發出的聲波振幅大了三倍,音量也隨着增加三倍。

相加干涉現象(Constructive Interference)


抵消干涉現象(Destructive Interference)

但當長時間沒有為鋼琴調音,不同因素,如:濕度或溫度變化、移動鋼琴等,都會令弦線拉力有所改變。當擊弦音棰再次同時間敲打三條弦線時,因為弦線拉力不同令產生出來的三條聲波於頻率上有些微差異,導致有拍頻(Beat)這個聲效出現。

拍頻所指的是音量改變,一般發生在樂器調音時。當兩條頻率極相近但不相同的聲波互相干涉,聲量會因為相加干涉現象及抵消干涉現象而增強和減弱。每個聲量改變排列就是一個拍頻。若果兩條聲波頻率相差10Hz,它們合起來的聲音每秒鐘就會有10個拍頻,就是說每秒鐘琴音會抖動10次。而鋼琴調音師就是憑拍頻斷定琴音的準確度。

以下是104Hz 聲波和110Hz 聲波合起來的聲音,你們聽到每秒鐘有多少個拍頻嗎?(首兩秒是110Hz,接着兩秒是104Hz,最後兩秒是合音)
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Beat_-_superposition_of_104hz_and_110hz_sine_waves.ogg

如果你的答案是最後兩秒有12個拍頻就對了!(每秒鐘抖動6次)

我們的聽力范圍一般是由20Hz 至20,000Hz。當頻率愈高,聽力的敏感度會隨著下降。所以琴音愈高,頻率差距愈少,就愈難聽出拍頻了!想挑戰一下自己的耳朵,以下就有一段440Hz 聲波和445Hz 聲波合起來的聲音。
https://soundcloud.com/pansci/wiwi-digital-music-technology440-445

看着莫札特把鋼琴的琴音都調至零拍頻,貝多芬流露出羨慕的眼神。莫札特也技癢即席表演了他的《小星星變奏曲》。他非常滿意自己調的琴色。
此時,魯本(Rubén González)從遠處走來,生氣地說:「是誰碰了我的鋼琴?那些抖抖的音都沒有了!」
註:Rubén González(1919-2003) 是近代的鋼琴家,他的音樂糅合了爵士及古巴本土特色。

其實音準這回事,在不同時代都有不同定義。在古典音樂裏,琴音愈清脆響亮愈完美。但在爵士音樂的世界,那些抖抖的音更能表達出情感。所以,走音與否,還是要看表演者想表達甚麼了!

資料來源:
http://www.scienceclarified.com/everyday/Real-Life-Physics-Vol-2/Interference-Real-life-applications.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Beat_(acoustics)

相片來源:
http://www.pianos-afinador.com/?page_id=4158&lang=en


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