工程声学/马林巴琴基础声学

第1部分：集总声学系统 – 1.1 – 1.2 – 1.3 – 1.4 – 1.5 – 1.6 – 1.7 – 1.8 – 1.9 – 1.10 – 1.11

第2部分：一维波运动 – 2.1 – 2.2 – 2.3

第3部分：应用 – 3.1 – 3.2 – 3.3 – 3.4 – 3.5 – 3.6 – 3.7 – 3.8 – 3.9 – 3.10 – 3.11 – 3.12 – 3.13 – 3.14 – 3.15 – 3.16 – 3.17 – 3.18 – 3.19 – 3.20 – 3.21 – 3.22 – 3.23 – 3.24

简介

1979年，危地马拉安提瓜的“La Gloria Antigueña”马林巴乐队

就像木琴一样，马林巴琴也有八度音阶的木条，用槌敲击以发出音调。与木琴的尖锐声音不同，马林巴琴发出深沉、丰富的音调。马林巴琴并不罕见，在大多数高中乐队中都有演奏。

现在，当所有的喇叭、长笛和小号演奏者都在忙着调音时，马林巴琴演奏者却在打击乐器区悠闲地休息着。这有点令人惊讶，因为马林巴琴是一种旋律乐器，需要调音才能发出美妙的声音。那么，为什么马林巴琴永远不需要调音呢？你如何调音？要回答这些问题，必须了解马林巴琴背后的（或内部）声学原理。

声音的组成部分

是什么赋予了马林巴琴独特的声音？它可以归结为两个组成部分：琴条和共鸣器。通常，琴条由红木（或某种合成木材）制成。根据所需的音符尺寸切割琴条，然后通过从琴条底部削去木材来细化调音。

示例：红木琴条，中央C，厚度1厘米

将琴条长度与所需频率联系起来的方程式来自对两端自由的琴条建模的理论。该理论得出以下方程式 $Length={\sqrt {\frac {3.011^{2}\cdot \pi \cdot t\cdot v}{8\cdot {\sqrt {12}}\cdot f}}}$ 其中t是琴条的厚度，v是琴条中的声速，f是音符的频率。对于红木，v = 5217 m/s。对于中央C，f=262 Hz。因此，要制作一把红木马林巴琴的中央C琴键，请将琴条切割成 $Length={\sqrt {\frac {3.011^{2}\cdot \pi \cdot .01\cdot 5217}{8\cdot {\sqrt {12}}\cdot 262}}}=.45m=45cm$

共鸣器由金属（通常是铝）制成，它们的长度也根据所需的音符而有所不同。重要的是要知道，每个共鸣器顶部是开放的，但底部由塞子封闭。

示例：铝制共鸣器，中央C

将共鸣器长度与所需频率联系起来的方程式来自对共鸣器进行建模，将其视为一个一端驱动另一端封闭的管道。“驱动”管道是指一端有激励源（在本例中是振动琴键）的管道。该模型得出以下结果 $Length={\frac {c}{4\cdot f}}$ 其中c是空气中的声速，f是音符的频率。对于空气，c = 343 m/s。对于中央C，f = 262 Hz。因此，要制作中央C琴键的共鸣器，共鸣器长度应为 $Length={\frac {343}{4\cdot 262}}=.327m=32.7cm$

共鸣箱形状

共鸣箱的形状是决定可产生的声音质量的重要因素。理想的形状是球形。这由亥姆霍兹共鸣器建模。(更多信息请参见亥姆霍兹共鸣器页面) 然而，在琴键下方安装大型圆形、类似沙滩球的共鸣器在实践中通常不切实际。共鸣器最糟糕的选择是方形或椭圆形管子。这些形状会放大非谐波音调，有时被称为“垃圾音调”。圆形管子通常被选择，因为它在放大所需的谐波方面做得最好（除了球体），而不会放大其他音调。

如上例 2 所述，马林巴琴上的共鸣器可以用封闭管来建模。该模型可用于预测马林巴琴将产生什么样的声音（饱满而丰富与沉闷）。每个管子都是一个“四分之一波共鸣器”，它会放大琴条产生的声波。这意味着为了产生饱满而丰富的声音，共鸣器的长度必须与波长的四分之一完全匹配。如果长度不匹配，马林巴琴在该音符上会产生沉闷或走调的声音。

为什么马林巴琴需要调音？

在理论世界中，温度始终为 72 度，湿度低，马林巴琴不需要调音。但是，由于天气可能是因素（尤其是对于行进乐队而言），马林巴琴并不总是以相同的方式演奏。冷热天气都会对各种打击乐器造成破坏，马林巴琴也不例外。在炎热的天气里，马林巴琴往往偏高，而在寒冷的天气里，它往往偏低。这与弦乐器发生的情况正好相反。为什么？弦乐器的音调主要取决于弦的张力，而张力随着弦在热量作用下膨胀而减小。张力的减小会导致音调偏低。另一方面，马林巴琴通过在共鸣器中移动空气来产生声音。这种空气的移动速度就是声速，它与温度成比例变化！因此，随着温度升高，声速也会升高。从上面的例子 2 中给出的方程式可以看出，声速（c）的增加意味着需要更长的管道才能共振出相同的音符。如果共鸣器的长度没有增加，音调会听起来偏高。现在，热量也会导致木制琴条膨胀，但这种膨胀的影响与声速变化的影响相比微不足道。

调音神话

在打击乐演奏者中，一种普遍的神话是，马林巴琴可以通过简单地上下移动共鸣器来调音（而琴条保持在相同的位置）。背后的想法是，例如，通过向下移动共鸣器，实际上是在延长它们。虽然这听起来像是合理的推理，但实际上在实践中并不成立。从马林巴琴的构造方式（将琴条和共鸣器切割成特定长度）来看，在寻求调音马林巴琴时，实际上需要考虑两个选择：从琴条下方刮掉一些木头，或改变共鸣器的长度。出于显而易见的原因，每次天气变化都要刮掉琴键上的木头不是一个实际的解决方案。因此，剩下的唯一选择是改变共鸣器的长度。如上所述，每个共鸣器在底部用一个塞子塞住。因此，只需将塞子向上推入管道，就可以缩短共鸣器并使音调变高。相反，将塞子向下推入管道可以使音调变低。大多数马林巴琴没有可调音的共鸣器，因此这个过程可能有点挑战。（扫帚柄和锤子是常用的工具。）

示例：中音 C 共鸣器延长 1 厘米

在理想条件下，中音 C（262 Hz）共鸣器的长度应为 32.7 厘米，如示例 2 所示。因此，该共鸣器由于长度变化而产生的频率变化由下式给出 $\Delta Frequency=262Hz-{\frac {c}{4\cdot (.327+\Delta L)}}$ 如果长度增加了 1 厘米，频率的变化将是 $\Delta Frequency={\frac {343}{4\cdot (.327+.01)}}-262Hz=7.5Hz$

调音马林巴琴背后的声学原理可以追溯到每个共鸣器都是所需音调的总波长的四分之一的设计。当马林巴琴走调时，由于上述共鸣器的延长或缩短，这种长度不再完全等于波长的四分之一。由于长度发生了变化，共振不再实现，音调会变得闷闷不乐或走调。

结论

一些马林巴琴制造商现在正在改变他们的设计，以包含可调音的共鸣器。事实上，有几家马林巴琴公司已经使用了可调音的共鸣器几十年了。然而，只有少数公司提供全范围调音。由于末端密封处的任何泄漏都会导致音量和音色显著下降，因此这证明是一个非常困难的任务。至少现在，在了解了其乐器的声学背景之后，世界各地的打击乐演奏者在指挥说“调音！”时会有一些事情要做。

链接和参考文献

返回主页面