小提琴的振動及聲學特性的思考

車晟杰

【摘 要】小提琴作為音樂樂器中的重要組成部分，擁有獨特的藝術魅力與技術含量。對小提琴的研究已成為制琴師、音樂人以及眾多音樂愛好者、學習者關注的重點。本文綜合相關研究資料，以及振動、聲學領域知識，對小提琴的震動和聲學特性進行了分析與闡述。

【關鍵詞】小提琴；振動；聲學特性

中圖分類號：J622.1 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2017）11-0094-01

一、小提琴結構

小提琴從性質與結構出發，屬于“弓弦樂器”。現代小提琴形態與16世紀早期意大利“四弦琴”具有密切關聯性，這一點在《音樂摘要》（Jambe de Fer，1556年）中可得到有效認證。

小提琴發音優美、音樂演奏效果獨特、藝術表現力強，且具有精密的聲學設備（由300多個零部件共同組成），發音原理與眾多學科領域具有密切的關聯性。目前常見的小提琴琴身大約為34-35.5厘米左右，主要由琴身、琴頭、琴頸、琴弦、琴碼、弦軸、音柱、背板、面板、側板、系弦板、腮托、琴弓、微調器、弦尾繩、弦軸箱等部件構成。[1]其中，小提琴的琴身主要是由弧狀面板、背板、側板組合而成，以木材為主要材料；小提琴琴弦以及弦尾繩則以鋼絲、羊腸以及尼龍為主要原材料。據研究發現，為保證琴體結構的美觀性、牢固性，提升演奏過程中的音響效果，小提琴琴頭、琴頸、背板等常以楓木為主；小提琴面板則以云杉木為主；小提琴指板以烏木為主。

二、小提琴的振動

據經驗總結以及對《小提琴振動機理及聲學品質研究》（張承忠，2014）、《改革開放三十年中國小提琴藝術理論研究綜論》（武慧，2010）、《提琴的設計》（鄭荃。2002）等相關資料整合發現，小提琴的發聲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發生一定的振動，通過動力傳導作用，琴碼將琴弦上產生的“橫向力”轉變為“驅動力”并施加給琴身，在琴身的共同振動下實現聲音的傳播。[2]由此可見，要想明確認知小提琴發音原理，制作出優質小提琴，對小提琴振動的研究具有重要意義。

由上述分析可知，小提琴的振動研究需側重于對弓弦系統的振動研究。在基于振動物理學知識、亥姆霍茲琴弦運動理論（Helmholtz理論）以及琴弦振動理論物理模型（包括摩擦模型、數字波導模型、現代理論模型）的基礎上，可有效探知小提琴琴弦震動形態變化，理解振動行為方式。例如，橫振動，即當琴弦被挑離原有位置再放下后，形成的一種“扁紗錠型式”振動；縱振動，即當琴弦與琴弓之間受軸向分力形成傾斜摩擦后，形成的一種小振幅振動，等等。

三、小提琴的聲學特性

聲學（Acoustics）作為近現代時期崛起的一門物理類學科，主要側重于聲音屬性、聲音產生與傳播、聲音接受與感應等方面的研究。[3]因此，對于聲學在一定程度上與其他學科，如心理學、機械學、音樂學、美學、電子學等具有密切的關聯性。而小提琴的聲學特性則屬于音樂聲學中樂器聲學領域中的一部分，其理論基礎與音樂樂音四要素具有一致性，分別為音色、音高、音長以及音強，并彰顯著樂音的物理特性（如頻率、時間、波形等）與心理特性（如強與弱、明與暗、高與低等）。

研究發現，在小提琴結構中，小提琴琴弦、琴弓、琴碼以及共鳴箱構成了小提琴聲學系統，其中小提琴的琴弦與琴弓為小提琴發生本源；琴碼為小提琴聲音的傳輸結構；共鳴箱則為小提琴聲學的感應系統，在琴弦、琴碼力的驅動下，與琴體、空氣形成振動，從而產生聲波，致使小提琴發聲。

由此可見，小提琴聲學性質與小提琴的振動具有相輔相成的關系，小提琴振動的好壞在一定程度上對小提琴聲學特性具有直接影響作用。其中小提琴的四根琴弦，粗細不同決定了小提琴四種音高與音調，即由低到高分別為“G”“D”“A”“E”。與此同時，不同材質的琴弦，會形成不同的振動特性，并營造不同的聲學特性，例如，羊腸弦的小提琴音色相對明亮，可調整性強，富有變化；鋼絲弦的小提琴壽命相對較長，樂音表現力強，音色明亮；尼龍弦的小提琴音高相對以上兩種較弱，音色柔和。此外，琴身的材質以及琴碼的規格在一定程度上也影響小提琴聲學特性。在小提琴制作中應合理選用琴弦，并與琴身材質、琴碼進行合理搭配，協調小提琴整體發聲效果。

綜上所述，本文從小提琴結構出發，結合相關力學、聲學等，對小提琴的振動與聲學特性進行了分析與研究，以期對小提琴發音原理具有明確的認知與理解，為小提琴制作、調整以及研究提供有益參考，從而加大我國對小提琴研究的重視，促進國內小提琴制作行業的優化發展。

參考文獻：

[1]張承忠，葉邦彥，曹云鳳，梁立東，趙學智.小提琴共鳴箱振動特性的有限元仿真與實驗研究[J].華南師范大學學報（自然科學版），2014，（06）：40-46.

[2]張承忠，葉邦彥，梁立東，胡習之，趙學智.基于高速攝影實驗的小提琴琴弦三維振動特性研究[J].振動與沖擊，2015，（09）：177-181+195.

[3]張承忠，葉邦彥，梁立東，胡習之，趙學智.小提琴弓弦系統的振動形態及振動機理研究[J].振動工程學報，2015，（03）：359-365.