运动定律在巴扬手风琴演奏中的探析研究

杨瑜帆

【摘要】物理学从物质内在的基本结构出发，研究物质外在的基本运动形式，以及物质之间相互作用的规律。本文从物理学动力学原理中的牛顿第三定律、胡克定理以及刚体的定轴转动规律出发，将这三个基本运动定律与巴扬手风琴演奏技巧相结合，探析运动定律在手风琴演奏中的发生与作用，使巴扬手风琴演奏的方法和技巧更科学，音色更动听。

【关键词】动力学；运动定律；巴扬；方法和技巧

巴扬手风琴是一种结构完善、音质优美、音域宽广的多声乐器。在它创制至今的一百多年间，不仅在制造工艺和演奏技巧上有着极大的、变革性的发展，而且在手风琴演奏家们与作曲家的长期合作中呈现出许多高艺术水准的优秀原创作品，形成了具有自己独特美学效果的音乐风格，充分展现了巴扬手风琴的个性魅力。触键力度和风箱的运用是手风琴演奏中重要的组成部分，如何使触键的音色更美妙、风箱控制更游刃有余？我们将从物理学中的力学原理着手，分析力学原理在巴扬手风琴演奏中的作用，提高对触键力度的把握和风箱运行的控制能力，更好地诠释音乐作品，使琴声更优美动听。

一、触键技巧中的力学原理

声音是音乐作品中固定而独特的色彩，声音的力量取决于作品的强弱发展变化和风格特点，而决定它发音的方式与强弱变化的基本条件就是手指的触键。触键是巴扬手风琴演奏技巧中重要的部分，它直接影响着音色的好与坏。牛顿第三定律中提到：当物体A对另一物体B有一个作用力F1的同时，另一个物体B同时也对该物体A有一个反作用力F2，作用力与反作用力的量值相等，方向相反，并且在同一直线上[1]。它的表达公式为：F2=?F1。作用力与反作用力施加在两个不同的物体上，力的大小相等，并且它们互以彼此的存在为前提，同时产生、消灭，形成对立的格局。在巴扬手风琴的演奏中，当手指按下键钮时，会对键钮产生一个作用力F1，键钮也会对手指产生一个反作用力F2。F1越大，F2就会越大，也就是说手指按下键钮的力越大，键钮给手指的力也就越大。根据上述的牛顿第三定律，以右手为例，我们在学习触键的过程中就要特别注意手部的动作，手臂与手腕保持在可以自由移动的位置，手腕与手指都应处于自然放松的状态，左臂均匀拉动风箱的同时，右手手指轻轻弯曲地触摸键钮，手腕平稳、富有弹性地带动手指轻轻触动键钮，在手指抬的高度一样的情况下，手指对键钮的力F1变小了，键钮给手指的反作用力F2也会达到最小值，这样就保证了触键速度和触键力度的均匀进行，使发出的声音饱满而响亮，演奏出的音乐富有动感和弹性。

为了更好地掌握手指移动的演奏方法和技巧，我们还应学习运用手腕的弹动，即抬起手腕，手指像拍皮球一样地轻轻敲击键钮。在胡克定律中，物体在受力形变时，有恢复原状的趋势，这种抵抗外力并力图恢复原状的力就是弹性力，特性是弹性力的大小与位移的大小成正比，方向指向平衡位置[2]。其公式表达为：f=?kx。其k为弹性物体的劲度系数，x为偏离平衡位置的位移，负号表示弹性物体所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反[3]。以左手为例，巴扬手风琴演奏者的左手总是位于琴板和风箱皮带之间，并且腕关节紧贴左半部的琴身，手指完全处于垂直的状态。在演奏过程中，我们会经常运用手腕的力量来带动手指敲击贝司键钮，使其中的链接杆产生移动打开簧片音盖发声。由于贝司键钮的弹性系数k是不变的，手指触键的力度越大，弹簧的弹性形变量x就越大，由此产生的弹性恢复力f 就越大，反之则小，弹簧所产生的回弹力f与手指触键下压的方向相反。根据这一原理，我们在演奏重音时，需要绷紧拉动风箱并加大触键的力度，使贝司键钮的弹性形变x达到最大值，音盖充分开启，同时产生的弹性恢复力f也会增大，利用弹性恢复力触键既可以减轻手腕和手指的紧张状态，又能达到理想的声音效果；当我们在演奏音乐作品中的弱音片段时，由于手指的触键力度变小，贝司触键的弹性形变x也就随之变小，手指轻轻触键的同时平稳、均匀地拉动风箱就能表现出柔美的音色。左手的力度控制较右手来说略显复杂，左臂在拉动风箱同时做出放松的触键效果，需要靠手腕和手指的力量来积极地改变声音和长期反复的实践、练习，才能进入一个控制自如的演奏境界。

二、风箱技巧中的力学原理

巴扬手风琴是一种依靠风箱内部气流激发簧片振动发音的乐器，控制风箱技巧的运用关系着音乐作品中律动的连贯性以及作品演奏的完整性。

许多研究者使用物理学中的“杠杆平衡原理”对风箱控制进行力学分析，提出了一些控制风箱技巧的原理。在杠杆平衡原理中提到：要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（动力和阻力）大小必须相等，并且跟它们的力臂成反比，即：动力×动力臂=阻力×阻力臂[4]。我们通常会将风箱垂直放置在左腿上，风箱与左腿的接触点作为力的支点，这种演奏方式并不完全适合用杠杆平衡原理分析风箱控制的动力学过程。第一，杠杆平衡原理中的杠杆必须处于静止状态或者匀速转动的状态下，此时杠杆的动力力矩与阻力力矩相等，杠杆处于力学平衡状态。第二，一般杠杆力学模型中存在动力作用点、阻力作用点和杠杆支点可以连成一条直线，即这三点在同一直线上，且动力作用点和阻力作用点分别在杠杆支点的两侧。我们演奏时风箱不停地围绕左腿进行“拉”与“回”的运动，风箱并不是静止或匀速运动的，同时相对于风箱在左腿上的支点而言，演奏者控制风箱的拉力和回力以及风箱自身的重力都处于支点的上方，并不在支点的两侧。

经过在对物理学中动力学知识的深入学习和研究，发现使用刚体的定轴转动原理对风箱控制进行动力学分析更为合适。我们将风箱围绕左腿的“拉”运动与“合”运动，风箱与左腿的接触点作为定轴转动原理中的固定“转动轴”，风箱控制效果就由风箱受到的所有力矩之和决定的，所有力矩之和简称“合力矩”，通常用L表示。根据定轴转动的两个基本原理，转动定律L=Jα和转动运动公式Δθ=αt2/2，在转动定律中风箱的转动惯量J是恒定不变的。合力矩L的大小与转动的角加速度α成正比，即在转动定律L=Jα中，风箱的转动惯量J恒定不变。显而易见，在相同时间t内，只要“拉”或“回”风箱的转动角度Δθ相同，转动角加速度α也是相同的，那么合力矩L也是相同的。

下面我们分别从风箱的“拉”和“回”两种控制过程中进行合力矩L、角加速度α、转动角度Δθ的分析。

图1 风箱向外侧“拉”的力学示意图

图2 风箱向内侧“回”的力学示意图

在将风箱向身体外侧“拉”的过程中，风箱上的作用力主要有：演奏者作用于风箱上的拉力F1、风箱自身的重力G、左腿与风箱之间的摩擦力f。在刚体转动原理中将力矩L定义为作用力大小和作用力力臂d的乘积，即L=F×d，其中力臂d是转动轴到作用力的最短距离。如图1所示，摩擦力f的力臂df为0，所以摩擦力力矩Lf为0，不用进行分析研究；拉力F1的力臂d1不为0，拉力力矩为L1=F1×d1；重力G的力臂dG也不为0，重力力矩为LG=G×dG。再根据物理学中力矩方向的右手判断法则可知，重力力矩和拉力力矩具有相同的力矩方向，因此在“拉”风箱的过程中，合力矩L为重力力矩LG和拉力力矩L1之和，即L=L1+LG。

根据上述“向外侧拉”风箱的力矩分析，我们可以得到三个结论。第一，在相同时间t内风箱要拉开相同的转动角度Δθ，由于存在重力力矩LG的“帮助”作用，因此不需要太大的拉力F1就可以产生足够大的合力矩L。第二，拉力F1的作用点越远离转动轴的支点，拉力的力臂d1越大，根据拉力力矩L1=F1×d1公式，拉力F1也可以越小，也就是说拉力的作用点越靠近风箱的上端越省力。第三，风箱拉开的转动角度Δθ越大，重力的力臂dG也自然的变大，重力力矩LG=G×dG也会自然变大，在保持合力矩L不变的条件下，显然拉力F1也可以自然变小，也就是说风箱被拉开程度的越大需要的拉力也就越小。

同理，在将风箱向身体内侧“回”的过程中，风箱上的作用力也是由演奏者作用于风箱上的回力F2、风箱自身的重力G、左腿与风箱之间的摩擦力f三者组成。如图2所示，摩擦力力矩Lf同样为0，不用进行分析研究。但是由于回力F2的方向与“拉”过程拉力F1的方向刚好相反，根据物理学中力矩方向的右手判断法则可知，重力力矩LG和回力力矩L2的方向也刚好相反。因此，在“回”风箱的过程中，合力矩L应该为重力力矩LG和回力力矩L2之差，即L=L2-LG。

根据上述“向内侧回”风箱的力矩分析，我们也可以得到三个相似的结论。第一，在相同时间t内风箱要回推相同的转动角度Δθ，由于存在重力力矩LG的“阻碍”作用，要产生足够大的合力矩L需要很大的回力F2，因为回力F2除了要将风箱回推到需要的位置还要克服风箱重力的“阻碍”作用。第二，回力F2的作用点越远离转动轴的支点，回力的力臂d2越大，回力F2也可以越小，也就是说拉力的作用点越靠近风箱的上端也就越省力。第三，风箱回推的转动角度Δθ越大，重力的力臂dG也自然的变小，重力力矩LG=G×dG也会自然变小，在保持合力矩L不变的条件下，显然拉力F2也必须自然变大，也就是说风箱被回推程度的越大需要的回力也就越大。

根据上述原理的分析可以使我们更合理、科学地控制风箱，既可以减轻左臂的负担，又能使风箱的运行更平稳。在实际的演奏过程中，推拉风箱的同时加上左手键钮的移动，加大了风箱控制的难度，这就需要我们在长期的实践中反复练习，掌握正确控制风箱的要领，以达到风箱运行的游刃有余，更好的表现音乐作品。

运动定律是研究物体机械运动普遍遵循的基本规律，其中的动力学原理对巴扬手风琴演奏技巧的提升有着极大的帮助，在此基础上有针对性的进行演奏技巧的训练，有助于提高我们对巴扬手风琴触键力度和风箱运行的控制能力，对丰富和完善巴扬手风琴演奏体系有着积极的作用。

参考文献

[1]周衍柏.理论力学教程[M].北京：高等教育出版社，1985.

[2]赵近芳，颜晓红.大学物理学[M].北京：北京邮电大学出版社，2011.

[3]谢苗诺夫，索阔诺夫，李歆琳译.现代巴扬演奏教程[M].北京：中国文联出版社，2006.

[4]夏子晴，刘辉.力学原理在手风琴演奏中的应用研究[J].湖南中学物理，2013（08）.