小提琴的振动及声学特性的思考

车晟杰

【摘 要】小提琴作为音乐乐器中的重要组成部分，拥有独特的艺术魅力与技术含量。对小提琴的研究已成为制琴师、音乐人以及众多音乐爱好者、学习者关注的重点。本文综合相关研究资料，以及振动、声学领域知识，对小提琴的震动和声学特性进行了分析与阐述。

【关键词】小提琴；振动；声学特性

中图分类号：J622.1 文献标志码：A 文章编号：1007-0125（2017）11-0094-01

一、小提琴结构

小提琴从性质与结构出发，属于“弓弦乐器”。现代小提琴形态与16世纪早期意大利“四弦琴”具有密切关联性，这一点在《音乐摘要》（Jambe de Fer，1556年）中可得到有效认证。

小提琴发音优美、音乐演奏效果独特、艺术表现力强，且具有精密的声学设备（由300多个零部件共同组成），发音原理与众多学科领域具有密切的关联性。目前常见的小提琴琴身大约为34-35.5厘米左右，主要由琴身、琴头、琴颈、琴弦、琴码、弦轴、音柱、背板、面板、侧板、系弦板、腮托、琴弓、微调器、弦尾绳、弦轴箱等部件构成。[1]其中，小提琴的琴身主要是由弧状面板、背板、侧板组合而成，以木材为主要材料；小提琴琴弦以及弦尾绳则以钢丝、羊肠以及尼龙为主要原材料。据研究发现，为保证琴体结构的美观性、牢固性，提升演奏过程中的音响效果，小提琴琴头、琴颈、背板等常以枫木为主；小提琴面板则以云杉木为主；小提琴指板以乌木为主。

二、小提琴的振动

据经验总结以及对《小提琴振动机理及声学品质研究》（张承忠，2014）、《改革开放三十年中国小提琴艺术理论研究综论》（武慧，2010）、《提琴的设计》（郑荃。2002）等相关资料整合发现，小提琴的发声主要是由小提琴演奏者在琴弦上施加一定的拉力，在力的作用下使琴弦发生一定的振动，通过动力传导作用，琴码将琴弦上产生的“横向力”转变为“驱动力”并施加给琴身，在琴身的共同振动下实现声音的传播。[2]由此可见，要想明确认知小提琴发音原理，制作出优质小提琴，对小提琴振动的研究具有重要意义。

由上述分析可知，小提琴的振动研究需侧重于对弓弦系统的振动研究。在基于振动物理学知识、亥姆霍兹琴弦运动理论（Helmholtz理论）以及琴弦振动理论物理模型（包括摩擦模型、数字波导模型、现代理论模型）的基础上，可有效探知小提琴琴弦震动形态变化，理解振动行为方式。例如，横振动，即当琴弦被挑离原有位置再放下后，形成的一种“扁纱锭型式”振动；纵振动，即当琴弦与琴弓之间受轴向分力形成倾斜摩擦后，形成的一种小振幅振动，等等。

三、小提琴的声学特性

声学（Acoustics）作为近现代时期崛起的一门物理类学科，主要侧重于声音属性、声音产生与传播、声音接受与感应等方面的研究。[3]因此，对于声学在一定程度上与其他学科，如心理学、机械学、音乐学、美学、电子学等具有密切的关联性。而小提琴的声学特性则属于音乐声学中乐器声学领域中的一部分，其理论基础与音乐乐音四要素具有一致性，分别为音色、音高、音长以及音强，并彰显着乐音的物理特性（如频率、时间、波形等）与心理特性（如强与弱、明与暗、高与低等）。

研究发现，在小提琴结构中，小提琴琴弦、琴弓、琴码以及共鸣箱构成了小提琴声学系统，其中小提琴的琴弦与琴弓为小提琴发生本源；琴码为小提琴声音的传输结构；共鸣箱则为小提琴声学的感应系统，在琴弦、琴码力的驱动下，与琴体、空气形成振动，从而产生声波，致使小提琴发声。

由此可见，小提琴声学性质与小提琴的振动具有相辅相成的关系，小提琴振动的好坏在一定程度上对小提琴声学特性具有直接影响作用。其中小提琴的四根琴弦，粗细不同决定了小提琴四种音高与音调，即由低到高分别为“G”“D”“A”“E”。与此同时，不同材质的琴弦，会形成不同的振动特性，并营造不同的聲学特性，例如，羊肠弦的小提琴音色相对明亮，可调整性强，富有变化；钢丝弦的小提琴寿命相对较长，乐音表现力强，音色明亮；尼龙弦的小提琴音高相对以上两种较弱，音色柔和。此外，琴身的材质以及琴码的规格在一定程度上也影响小提琴声学特性。在小提琴制作中应合理选用琴弦，并与琴身材质、琴码进行合理搭配，协调小提琴整体发声效果。

综上所述，本文从小提琴结构出发，结合相关力学、声学等，对小提琴的振动与声学特性进行了分析与研究，以期对小提琴发音原理具有明确的认知与理解，为小提琴制作、调整以及研究提供有益参考，从而加大我国对小提琴研究的重视，促进国内小提琴制作行业的优化发展。

参考文献：

[1]张承忠，叶邦彦，曹云凤，梁立东，赵学智.小提琴共鸣箱振动特性的有限元仿真与实验研究[J].华南师范大学学报（自然科学版），2014，（06）：40-46.

[2]张承忠，叶邦彦，梁立东，胡习之，赵学智.基于高速摄影实验的小提琴琴弦三维振动特性研究[J].振动与冲击，2015，（09）：177-181+195.

[3]张承忠，叶邦彦，梁立东，胡习之，赵学智.小提琴弓弦系统的振动形态及振动机理研究[J].振动工程学报，2015，（03）：359-365.