二胡的振動聲學原理與調試

文/周 力

敦煌牌漣漪二胡

決定一把二胡聲音品質的好壞除了選材與制作以外，后期調試也起到較為關鍵的作用。作為一名優秀的制琴師，需要具備材料學、力學、聲學、木工、機械加工等多方面的知識與能力。現在隨著分工越來越細，后期調試更多是有專門的調律師來完成。目前國內鋼琴調律師已經形成了較為完善的國家職業資格培訓與考核體系，但是對于民樂來說，民樂調律還未形成完善的體系。更多是由經驗豐富的調律人員通過長時間的經驗積累總結傳給后人，并且這些經驗又很難被理解與掌握。而想要真正的讓這些經驗被理解與掌握，就需要在總結經驗的同時嘗試從科學的角度去分析和理解它。

本文嘗試從振動與聲學的角度去分析與總結二胡的調試，希望對于古二胡調律師們更好的了解二胡調律的關鍵環節以及理解掌握二胡調試經驗有著重要的啟發作用。

一、二胡的基本構造及振動聲學系統

二胡自起源至今已有一千多年的歷史。雖然弓弦樂器在古代歷史進程中發展相對緩慢，但在近百年來卻得到快速發展。1959年，輕工業部組織全國著名樂器制作師和演奏家，起草制定二胡制作標準，1963年予以正式頒布，至此二胡基本定型。二胡有琴筒、振動膜、琴桿、琴頭、弦軸、千斤、琴碼、琴弓和琴弦等主要部件組成，并輔以濾音墊、微調器等。如圖1所示。

圖1 二胡結構

二胡目前的結構形式是經過一千多年的發展，由先人們不斷地摸索改進而來，除了形態美觀，其在結構穩定、聲音特性以及演奏需求上都有精巧的設計，體現了中國古代先人們的卓越智慧。然而想要深入理解和掌握這些，需要更加科學客觀的去分析理解它，為此這里將從振動聲學的角度將二胡描述為一個振動聲學系統，更加清晰客觀的描述二胡各部件在振動發聲中的不同作用和功能，從而方便理解與提煉二胡調試的要領。

根據樂器的結構這里將二胡分為五個系統，如圖2所示。（1）振動系統：即產生振動的物體也是決定聲音基本屬性的物體，如琴弦；（2）激勵系統：即能夠激發振動的物體，也就是琴弓；（3）傳導系統：即將琴弦的振動傳遞到共鳴箱發出聲音的物體，如琴碼；（4）共鳴系統：即能夠迅速擴散振動發出樂音的結構體，如琴箱（琴筒、振動膜等組成）；（5）調控系統：即對樂器的發聲性能加以控制的裝置，如調弦裝置、濾音墊等。

圖2 二胡結構的振動聲學系統

在以上的幾個系統中，對于二胡聲音品質直接相關的主要是振動、傳遞和共鳴系統，也就是琴弦、琴碼和琴箱三個部分。但是調控系統中的濾音墊也對二胡聲學品質起到一定的作用。為此下面將主要從這四個方面在二胡發聲中的不同作用談談其調試的相關問題。

二、琴弦

從以上對于二胡振動聲學系統的劃分，可以發現琴弦屬于二胡的振動系統，也就是二胡發聲的基本源頭。之所以用弦來作為二胡的振動源，主要是由于弦的振動在振動聲學的角度上可認為一維簡單和諧的振動，這種簡單的一維振動不僅存在很好的諧振，同時也方便控制與調節。在弦振動理論中，弦振動的各階固有頻率倍數關系的，這也使得弦樂器相較與其他管樂器敲擊樂器等的聲音聽起來會特別的清亮和諧。

琴弦振動的頻率是直接決定樂音的音高的，所以當從振動聲學的角度分析時，我們會發現琴弦的振動頻率的決定因素相對較少，也方便我們調節。弦振動頻率的方程如下：

其中f是弦振動的固有頻率也就是音高，L是琴弦的有效長度也就是琴弦拉奏部分的長度，T是琴弦的張力，ρ是琴弦的線密度也就是琴弦單位長度的質量。

二胡音高的控制，一般是通過有效弦長、張力、線密度的調節。給二胡調音的時候，通常會通過調節張力來調節音高，當音高偏低的時候我們會加大張力從而調高音高。當音高偏高時，我們也會調小張力使音高降低。對于琴弦的線密度而言，原則上一條弦的不同分段的弦密度應該是均勻的。但是由于現階段許多廠家制作的琴弦是半自動纏弦，二胡內弦在鋼絲外層包上一層薄薄尼龍絲，半自動纏弦時過緊、過松、過稀、過密都有可能產生，這樣就造成了一根琴弦不同分段線密度不同，從而使音高不同。我們在調試過程中，有時候會在同一指位上演奏內外弦會發現有五度音程不準的現象，就是這個原因造成的。這時候就需要更換琴弦來解決。

琴弦的選材及表面加工工藝，對二胡的音色影響較大。裸鋼絲的阻尼太小以至于聲音的頻帶較窄，會使得聲音聽起來綿延而單調，所以目前的鋼絲弦都會纏繞其他材料，增大琴弦的阻尼以增大振動頻帶。國內生產的高質量的琴鋼絲一般都會選用德國進口琴弦鋼絲，但是不同企業纏繞的方式、標準以及表面處理工藝的差異，生產出的二胡琴弦有不同的音色特點。我們聽到的二胡聲音，是有弦振動的能量（通過琴碼）傳遞給琴箱，即琴弦和琴箱之間共振匹配。在我們后期琴箱特性不能改變的情況下，在調試時候為了有更好的音質，可通過更換不同類型的琴弦從而達到良好的共振匹配效果。

三、琴碼

琴碼在二胡的振動聲學系統中屬于傳遞系統，也就是起到連接琴弦與琴箱，通過琴碼將琴弦的振動傳遞給琴箱，從而發出樂音。

在琴碼的設計上，一般是二弦一碼，且琴碼上的兩個弦槽與琴弦接觸。琴碼底盤與二胡振動膜直接接觸，并把壓迫在弦槽上兩個弦的集中力分解從而均勻分布。在不改變弦張力的情況下，底盤大小不同，作用在振動膜上的壓力不同，從而影響引起振動膜的振動效果也不同。底座偏大，傳導慢、遲鈍，聲音比較暗。底座偏小，傳導快、靈敏，聲音比較單薄、散。在調試過程中，發現這些現象，可通過嘗試使用不同底板大小的琴碼，進行調試。

琴碼底盤上部我們俗稱“城門”，城門壁厚對于傳導振動的效果也起到一定的作用。如果我們發現二胡發音比較暗、啞，可以更換使用城門壁薄一點的，因為其傳導阻力小，振動能耗小，傳導效果好。如果發現二胡發音過于亮、薄，可以更換使用城門壁厚一點的。底盤的厚度原理跟城門壁厚度原理類似。

圖3 二胡結構簡易圖

琴碼高度不同也會影響振動膜的振動效果。如圖3所示，琴弦與振動膜構成的角度θ,隨著琴碼高度增加，θ增大，琴弦張力T不變，集中在琴碼上向振動膜傳導的壓力（即Tsinθ）是增大的，振幅增大，因此發現二胡聲音空浮、飄，可以更換高一點的琴碼，反之亦然。

四、二胡琴箱

由琴筒、振動膜等組成的二胡琴箱是二胡的共鳴系統，也是二胡中最主要也最復雜的結構。它將琴弦振動在經過琴碼傳遞過來后輻射到空氣中形成聲音，并通過它的結構振動過濾以及共鳴腔體的聲音混響，使得它的聲音可以區別于其他的樂器，形成自己的音色特點。二胡的琴筒起著聲音放大器的作用，將聲音激勵器的振動能量有效的轉化為聲能。

在二胡演奏使用中，一般使用一段時間后的二胡聲音會變得更加穩定柔和。主要是由于新的二胡其結構內部的應力分布比較集中且不穩定，使得聲音會比較硬且不穩定。而經過一段時間的使用后二胡的結構趨于穩定，內部應力的分布也逐漸均勻穩定下來，這時聲音也就變得穩定柔和了。

對于二胡琴箱的產生不和諧的聲音，一般是通過琴碼、琴弦、濾音墊、千斤等調配實現。在其他部件調配都不起作用的情況下，才嘗試通過一定技術手段對琴筒和振動膜進行處理。

五、濾音墊

二胡在演奏過程中會產生“狼音”（二胡一種噪音的俗稱），可在二胡緊靠琴碼下方的琴弦與蟒皮之間塞一塊濾音墊，以消除狼音，使聲音變得集中、豐滿。狼音的產生是琴弦振動、振動膜振動發聲中不和諧、高頻的成分音，通過琴箱的放大效應，這種聲音更加明顯。濾音墊的作用是吸收琴弦通過琴碼傳導到膜振動后發出聲音中不和諧的部分。不同材料、大小、厚薄的濾音墊其阻尼不同，其起到的效果有差別。調音師根據不同二胡的實際情況，選用合適材料、大小、厚薄的濾音墊，以達到最佳狀態。

二胡的千斤除了具有控制二胡的最低音高外，也具有類似的功能。

六、結語

本文嘗試了從振動聲學的角度分析二胡的調試。首先介紹了關于二胡結構的整個振動聲學系統，并分析了其中對于二胡發聲最重要的三個個部分，分別是琴弦（振動系統）、琴碼（傳導系統）和琴箱（共鳴系統），以及調控系統中的濾音墊。然后針對這四個部分，從振動聲學的角度分析與總結了在琴弦、琴碼、琴箱和濾音墊制作在調試過程中的關鍵環節和問題，從而方便二胡調律師理解和提煉二胡調試的要領。