這個單元的主題要來探討，「姆指琴」的「構造」與「撥奏聲音」有甚麼特性呢？
針對姆指琴系列(1)的主題，首先提出以下的提問：
1.
甚麼是「姆指琴」(Kalimba)？
2.
「姆指琴」如何演奏？
3.
「姆指琴」的「構造」？
4.
「姆指琴」如何發出聲音？
5.
「姆指琴」的「聲音頻譜」特徵和「音階」？
6.
「琴片」長短代表甚麼意義？
以下分別針對以上的提問，做說明與討論：
1.
甚麼是「姆指琴」(Kalimba)？參閱圖示標註(1)，以” Kalimba”在Google搜尋”圖片”，
可以看到有不同型式的「姆指琴」(Kalimba)。大都是長方形的立體音箱，也有半球體型式的音箱。
2.
「姆指琴」如何演奏？參閱圖示標註(2)，此「姆指琴」是在日月潭的一家民俗藝品店所購買，音箱是以椰子殼製作的半球體型式，有7根琴片，演奏時，手持音箱，以兩手的姆指撥動琴片，會發出聲音，所以稱為「姆指琴」。
3.
「姆指琴」的「構造」？參閱圖示標註(3)，一個「姆指琴」的基本構造，包含：「琴片」、「琴片座」及「音箱」。這個「姆指琴」有7根「琴片」，以類似懸臂樑的方式固定在「琴片座」，而「琴片座」鎖固在「音箱」上，這個椰子殼製作的「音箱」，在圓形面板上，有開了一個圓孔，稱為「音孔」。這個「姆指琴」有7根「琴片」，長短各有不同，可以發出不同音階的聲音。
4.
「姆指琴」如何發出聲音？參閱圖示左下方的標註(4)，「姆指琴」的發聲機制，透過姆指施力作用在「琴片」上，透過「琴片」的振動傳遞到「琴片座」，進而傳遞到「音箱」，每一個結構體都會透過「空氣」發出聲音，傳遞聲音到人的「耳朵」，所以可以聽到「姆指琴」發出的聲音。當然，有興趣的是，「琴片」的貢獻度有多少？「琴片座」有怎樣的影響？以及「音箱」又會有甚麼樣的影響？這些疑問將在這個「姆指琴」系列專欄，作相關的介紹與討論。接下來，參閱圖示右側的標註(4)，從另一個角度觀察「姆指琴」的發聲機制，以「SPR流程圖」來討論。其中，S：Source激振源，P：Path路徑，R：Response響應或Receiver收受者。參閱圖示，可知Source激振源，就是施加在「琴片」上的作用力𝒇𝒋 (𝒕)。Path路徑，可以概分為：結構路徑(structural path)，以及空氣路徑(air path)。結構路徑包含了「琴片」、「琴片座」及「音箱」，理念上，可以在結構上以「加速規」(accelerometer)量測結構的振動𝒂𝒊 (𝒕)。結構的振動與空氣有互相耦合效應，可以發出聲音，理念上，可以在空間中，以「麥克風」(microphone)量測發出的聲音𝒑𝒌
(𝒕)。
5.
「姆指琴」的「聲音頻譜」特徵和「音階」？量測到撥動琴片的聲音，參閱圖示標註(5)，這是撥奏「琴片#04」所量測到聲音的時間波形𝒑𝒌
(𝒕)，以及進行「FFT頻譜分析」所得到的對應「聲音頻譜」𝑮𝒑𝒑 (𝒇)。其中，時間波形𝒑𝒌 (𝒕)有明顯的衰減現象，而「聲音頻譜」𝑮𝒑𝒑 (𝒇)，水平軸是頻率，垂直軸是「聲音振幅」大小，以dB表示，可以看到有多個「峰值」(peaks)，通常「第一個峰值」會有最高的「聲音振幅」，稱之為「基礎頻率」(fundamental frequency)，也就是這個「琴片」的「基音頻率」。「琴片#04」的「基音頻率」可觀察得知為 173 Hz，和「音階標準頻率」的最相近頻率是F3 = 174.6 Hz，也就是Fa的「音階」。不同的7根「琴片」以相同方式，可以找到各「琴片」對應的「音階」，圖示的表格呈現出「琴片編號對應音階」。
6.
「琴片」長短代表甚麼意義？參閱圖示標註(6)，以「琴片」長度排序，顯示各「琴片」的編號以及其對應的「基音頻率」，其中，最長的「琴片#04」是56 mm，對應的「基音頻率」是173 Hz，最短的「琴片#01」是33 mm，對應的「基音頻率」是342 Hz。所以，可以知道，「琴片」越長，其「基音頻率」越低；反之，「琴片」越短，其「基音頻率」越高。
最後，綜合一下這個單元的討論：
1.
甚麼是「姆指琴」(Kalimba)？讀者可以自行透過Google搜尋，瞭解一下甚麼是「姆指琴」(Kalimba)。
2.
「姆指琴」如何演奏？主要就是以雙手持琴，以拇指撥奏琴片，所以，就稱之為「姆指琴」。
3.
「姆指琴」的「構造」？一個「姆指琴」的基本「構造」，有「琴片」、「琴片座」及「音箱」。每一個「琴片」對應一個「音階」，「琴片座」主要在用以固定「琴片」，而「音箱」形狀各有不同，都會有一個圓形開孔，稱之為「音孔」。
4.
「姆指琴」如何發出聲音？可以由實體結構的角度，觀察「姆指琴」的發聲機制，也可以由「SPR流程圖」，以Source、Path、Response角度，來解構「姆指琴」的發聲機制。
5.
「姆指琴」的「聲音頻譜」特徵和「音階」？本單元以「琴片#04」為例，量測其聲音的時間波形𝒑𝒌
(𝒕)，以及進行「FFT頻譜分析」得到對應的「聲音頻譜」𝑮𝒑𝒑 (𝒇)。可以了解主要的發聲頻率，其中，通常「第一個峰值」會有最高的「聲音振幅」，稱之為「基礎頻率」(fundamental frequency)，也就是「基音頻率」，可以得知「琴片#04」對應的「音階」。
6.
「琴片」長短代表甚麼意義？「琴片」越長，其「基音頻率」越低；反之，「琴片」越短，其「基音頻率」越高。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2021.02.01
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