小提琴振動(dòng)機(jī)理及聲學(xué)品質(zhì)研究

劉穎

摘要：小提琴是眾多樂(lè)器中的組成部分，其發(fā)生的原理是琴弦的振動(dòng)，因此振動(dòng)與小提琴的聲學(xué)品質(zhì)有著密切的關(guān)系。基于此，本文將分析小提琴的振動(dòng)機(jī)理的模型，深入探究影響小提琴音色的因素并提出改善聲學(xué)品質(zhì)的措施，旨在提高小提琴質(zhì)量，為聽(tīng)眾演奏出更加美妙動(dòng)人的曲目，并為建立振動(dòng)模型試驗(yàn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：小提琴；振動(dòng)機(jī)理；聲學(xué)品質(zhì)

前言：

小提琴屬于弓弦樂(lè)器，被稱為“樂(lè)器王后”，由于小提琴具有豐富的表現(xiàn)力、高度的演奏技巧，因此在管弦樂(lè)團(tuán)中具有重要的地位與價(jià)值。為了能夠提高小提琴的音質(zhì)，很多學(xué)者基于振動(dòng)機(jī)理對(duì)其進(jìn)行深入的研究，并且建立了各樣的振動(dòng)模型、探尋了多種實(shí)驗(yàn)方法。通過(guò)學(xué)界與音樂(lè)界的不懈努力，總結(jié)出了制造優(yōu)質(zhì)小提琴的規(guī)律，極大的提高了小提琴的聲學(xué)品質(zhì)。

1.小提琴振動(dòng)機(jī)理分析

1.1確定性與統(tǒng)計(jì)模型

在小提琴的動(dòng)態(tài)響應(yīng)中，分為確定區(qū)域、統(tǒng)計(jì)區(qū)域，其中確定區(qū)域?qū)儆谛√崆俚牡皖l范圍，此時(shí)的頻率很容易被分割，以此來(lái)開(kāi)展分析工作。反之，統(tǒng)計(jì)區(qū)域則屬于小提琴的高頻區(qū)域，其統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容僅僅包含頻域，在該區(qū)域中，具有明顯的模型重疊效果，所以在模型跟蹤方面具有一定的難度。在劃分確定區(qū)域與統(tǒng)計(jì)區(qū)域時(shí)，是根據(jù)600-750Hz的區(qū)間內(nèi)通過(guò)波谷來(lái)劃分的，保障兩個(gè)區(qū)域劃分的準(zhǔn)確性。

確定區(qū)域是低于600Hz音域的范圍，包括五個(gè)不同的模態(tài)信號(hào)，其中有三個(gè)體模態(tài)：頻率為fB1-≈470Hz的體彎曲模態(tài)B1-、頻率為fB1+≈540Hz的體彎曲模態(tài)B1+、接近400Hz的CBR；兩個(gè)耦合最低空氣共振模態(tài)A0，其頻率約等于275Hz、A1的頻率約等于456Hz。另外，在琴碼在固定區(qū)域中的搖擺類似于一個(gè)剛體，而在統(tǒng)計(jì)區(qū)域中，琴碼頭部等擺動(dòng)與琴碼腳則相對(duì)平穩(wěn)。如果振動(dòng)的頻率超過(guò)1200Hz，小提琴的振動(dòng)就會(huì)脫離空氣的流動(dòng)，主要依靠創(chuàng)建聲音的機(jī)制來(lái)傳遞聲音。

1.2卷積模型

實(shí)際上，小提琴的振動(dòng)系統(tǒng)非常復(fù)雜，由琴弦的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)共鳴箱與琴碼振動(dòng)，進(jìn)而形成音樂(lè)。為了使卷積模型更加簡(jiǎn)化，在設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略弓和弦的振動(dòng)，重視弦、琴碼與共鳴箱的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。依據(jù)這一假設(shè)，簡(jiǎn)化后的卷積模型包括共鳴箱與琴碼兩個(gè)部分，琴碼的頂部是琴碼與弦的作用力，即Fsb，而共鳴箱位移與向應(yīng)力則作為模型的輸出，即yc，可將其轉(zhuǎn)化為Fsb（xb，yb，zb，t）、hc（t）、hb（t）之間的卷積增量。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)hc（t）、yc（xc，zc，t）對(duì)hb（t）的影響較小，而在這樣的環(huán)境中，琴碼對(duì)于確定區(qū)域的實(shí)際貢獻(xiàn)則較小。

1.3動(dòng)態(tài)接觸模型

在安裝小提琴時(shí)，琴碼振動(dòng)便屬于動(dòng)態(tài)接觸振動(dòng)，接觸面分為兩個(gè)，即琴碼腳與面板、琴弦與琴碼。依據(jù)赫茲基礎(chǔ)振動(dòng)理論，對(duì)于每個(gè)振動(dòng)模態(tài)的變化都會(huì)影響琴碼的共振、振頻的變化。將琴碼安裝在面板時(shí)，琴碼腳與面板、琴弦與琴碼之間的界面會(huì)受到多種因素的影響，包括接觸面的面積、面板與琴碼的粗糙程度、琴碼的材料、弦的力量等。另外，由于琴碼結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于小提琴的影響較為明顯，所以動(dòng)態(tài)接觸模型對(duì)于分析小提琴振動(dòng)機(jī)理的變化也相當(dāng)敏感[1]。

2.小提琴聲學(xué)品質(zhì)分析

2.1影響音色的因素

上文說(shuō)道，小提琴的振動(dòng)機(jī)理較為復(fù)雜，因此影響音色的原因較多，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）琴弦的影響。在小提琴演奏的過(guò)程中，弓弦與琴弦做垂直運(yùn)動(dòng)，弓毛在某一位置與琴弦接觸，此時(shí)琴弓會(huì)有一定的力作用在琴弦上，即“弓壓”，而拉弦、運(yùn)弓的具體速度稱之為弓速，正式這樣的運(yùn)動(dòng)直接影響了小提琴的音質(zhì)。因此，弓壓與弓速需要保持協(xié)調(diào)，弓速小于弓壓，就會(huì)發(fā)生“擠壓”的聲音現(xiàn)象，而弓速大于弓壓又會(huì)發(fā)生漂浮的噪音，嚴(yán)重影響小提琴的音色。

（2）琴碼的影響。在小提琴中，琴碼具有傳遞振動(dòng)的總要作用，其具有靈敏的特征，能夠?qū)⑽⑿〉穆曇艮D(zhuǎn)化成明顯的聲音。在保障強(qiáng)度符合琴碼需求的前提下，能夠準(zhǔn)確的傳遞振動(dòng)而形成的聲音，所以說(shuō)琴碼對(duì)于小提琴的音色具有直接的影響。當(dāng)共鳴箱與琴碼產(chǎn)生共振或者接近共振時(shí)，琴碼對(duì)于面板的作用力就會(huì)明顯的增加，進(jìn)而提高小提琴的振動(dòng)；琴碼的寬度、高度與厚度也是影響小提琴音色的重要因素，如果將夾子夾在琴碼上，就會(huì)降低聲音的傳遞，實(shí)現(xiàn)降低聲音的目的。

2.2改善聲學(xué)品質(zhì)的措施

由于小提琴的音色受多方因素影響，所以要想改善其聲學(xué)品質(zhì)也要從多方面入手：

（1）琴弦的粗細(xì)。對(duì)于材質(zhì)相同的琴弦來(lái)說(shuō)，當(dāng)演奏至音高的部分時(shí)，較粗的琴弦則需要更多的拉力，但是不易發(fā)生彎曲，聲音更大，而細(xì)弦的聲音則更加明亮。因此，對(duì)于聲音較為尖噪的小提琴可以更換粗淺顯，而聲音低沉的則可以通過(guò)細(xì)琴弦進(jìn)行改善。例如：要想在E（E5）的琴弦中獲取金屬質(zhì)感的聲音，便可使用較細(xì)的琴弦，而琴弦加粗的方式較多，包括在A、E弦上纏繞鋁箔、將銅絲纏繞在D弦、將銀絲纏繞在G弦等。

（2）琴碼的選擇。如果小提琴的聲音不通暢，可以更換較薄的琴碼，選擇木質(zhì)較軟并且體積較小的琴碼。反之，如果小提琴的聲音較為尖噪，則需要更換木質(zhì)較硬、體積較大、琴碼腳稍厚的琴碼，但是要保障的在恰當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。

（3）面板的設(shè)計(jì)。小提琴面板的形狀對(duì)于音色、清晰度與力度有著重要的影響，而面板的薄厚程度則是另一個(gè)影響的因素。面板的設(shè)計(jì)是依據(jù)小提琴的形狀、面弧的高度、木質(zhì)的硬度等因素決定的，而背板主要是將面板的振動(dòng)反射回去，因此背板的弧度不能太高、中間厚兩邊薄且弧度成尖圓的狀態(tài)。

（4）音柱的長(zhǎng)短。如果小提琴的音色較為沉悶，可已經(jīng)更換較長(zhǎng)的音柱，如果音色較為尖銳，則可以更換較短的音柱。在調(diào)整音柱以前，需要放松琴弦，避免損傷琴板[2]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，小提琴的振動(dòng)機(jī)理較為復(fù)雜，而研究其機(jī)理的模型較多，在實(shí)際分析中可以根據(jù)具體情況選擇機(jī)理模型，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整小提琴的聲學(xué)品質(zhì)。以此為基礎(chǔ)，在掌握影響小提琴音色因素的前提下，采用恰當(dāng)?shù)姆绞绞剐√崆俚穆晫W(xué)品質(zhì)得到了有效的改善。所以，可以將文中的模型與改善方式應(yīng)用在調(diào)節(jié)小提琴的環(huán)節(jié)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]張承忠.小提琴振動(dòng)機(jī)理及聲學(xué)品質(zhì)[D].華南理工大學(xué)，2014.

[2]劉雷峰.小提琴的振動(dòng)及聲學(xué)特性分析研究[D].華南理工大學(xué)，2012.endprint