小提琴振动机理及声学品质研究

刘颖

摘要：小提琴是众多乐器中的组成部分，其发生的原理是琴弦的振动，因此振动与小提琴的声学品质有着密切的关系。基于此，本文将分析小提琴的振动机理的模型，深入探究影响小提琴音色的因素并提出改善声学品质的措施，旨在提高小提琴质量，为听众演奏出更加美妙动人的曲目，并为建立振动模型试验提供依据。

关键词：小提琴；振动机理；声学品质

前言：

小提琴属于弓弦乐器，被称为“乐器王后”，由于小提琴具有丰富的表现力、高度的演奏技巧，因此在管弦乐团中具有重要的地位与价值。为了能够提高小提琴的音质，很多学者基于振动机理对其进行深入的研究，并且建立了各样的振动模型、探寻了多种实验方法。通过学界与音乐界的不懈努力，总结出了制造优质小提琴的规律，极大的提高了小提琴的声学品质。

1.小提琴振动机理分析

1.1确定性与统计模型

在小提琴的动态响应中，分为确定区域、统计区域，其中確定区域属于小提琴的低频范围，此时的频率很容易被分割，以此来开展分析工作。反之，统计区域则属于小提琴的高频区域，其统计的内容仅仅包含频域，在该区域中，具有明显的模型重叠效果，所以在模型跟踪方面具有一定的难度。在划分确定区域与统计区域时，是根据600-750Hz的区间内通过波谷来划分的，保障两个区域划分的准确性。

确定区域是低于600Hz音域的范围，包括五个不同的模态信号，其中有三个体模态：频率为fB1-≈470Hz的体弯曲模态B1-、频率为fB1+≈540Hz的体弯曲模态B1+、接近400Hz的CBR；两个耦合最低空气共振模态A0，其频率约等于275Hz、A1的频率约等于456Hz。另外，在琴码在固定区域中的摇摆类似于一个刚体，而在统计区域中，琴码头部等摆动与琴码脚则相对平稳。如果振动的频率超过1200Hz，小提琴的振动就会脱离空气的流动，主要依靠创建声音的机制来传递声音。

1.2卷积模型

实际上，小提琴的振动系统非常复杂，由琴弦的运动来带动共鸣箱与琴码振动，进而形成音乐。为了使卷积模型更加简化，在设计时可以忽略弓和弦的振动，重视弦、琴码与共鸣箱的动态响应。依据这一假设，简化后的卷积模型包括共鸣箱与琴码两个部分，琴码的顶部是琴码与弦的作用力，即Fsb，而共鸣箱位移与向应力则作为模型的输出，即yc，可将其转化为Fsb（xb，yb，zb，t）、hc（t）、hb（t）之间的卷积增量。经过分析，发现hc（t）、yc（xc，zc，t）对hb（t）的影响较小，而在这样的环境中，琴码对于确定区域的实际贡献则较小。

1.3动态接触模型

在安装小提琴时，琴码振动便属于动态接触振动，接触面分为两个，即琴码脚与面板、琴弦与琴码。依据赫兹基础振动理论，对于每个振动模态的变化都会影响琴码的共振、振频的变化。将琴码安装在面板时，琴码脚与面板、琴弦与琴码之间的界面会受到多种因素的影响，包括接触面的面积、面板与琴码的粗糙程度、琴码的材料、弦的力量等。另外，由于琴码结构的变化对于小提琴的影响较为明显，所以动态接触模型对于分析小提琴振动机理的变化也相当敏感[1]。

2.小提琴声学品质分析

2.1影响音色的因素

上文说道，小提琴的振动机理较为复杂，因此影响音色的原因较多，主要包括以下几点：

（1）琴弦的影响。在小提琴演奏的过程中，弓弦与琴弦做垂直运动，弓毛在某一位置与琴弦接触，此时琴弓会有一定的力作用在琴弦上，即“弓压”，而拉弦、运弓的具体速度称之为弓速，正式这样的运动直接影响了小提琴的音质。因此，弓压与弓速需要保持协调，弓速小于弓压，就会发生“挤压”的声音现象，而弓速大于弓压又会发生漂浮的噪音，严重影响小提琴的音色。

（2）琴码的影响。在小提琴中，琴码具有传递振动的总要作用，其具有灵敏的特征，能够将微小的声音转化成明显的声音。在保障强度符合琴码需求的前提下，能够准确的传递振动而形成的声音，所以说琴码对于小提琴的音色具有直接的影响。当共鸣箱与琴码产生共振或者接近共振时，琴码对于面板的作用力就会明显的增加，进而提高小提琴的振动；琴码的宽度、高度与厚度也是影响小提琴音色的重要因素，如果将夹子夹在琴码上，就会降低声音的传递，实现降低声音的目的。

2.2改善声学品质的措施

由于小提琴的音色受多方因素影响，所以要想改善其声学品质也要从多方面入手：

（1）琴弦的粗细。对于材质相同的琴弦来说，当演奏至音高的部分时，较粗的琴弦则需要更多的拉力，但是不易发生弯曲，声音更大，而细弦的声音则更加明亮。因此，对于声音较为尖噪的小提琴可以更换粗浅显，而声音低沉的则可以通过细琴弦进行改善。例如：要想在E（E5）的琴弦中获取金属质感的声音，便可使用较细的琴弦，而琴弦加粗的方式较多，包括在A、E弦上缠绕铝箔、将铜丝缠绕在D弦、将银丝缠绕在G弦等。

（2）琴码的选择。如果小提琴的声音不通畅，可以更换较薄的琴码，选择木质较软并且体积较小的琴码。反之，如果小提琴的声音较为尖噪，则需要更换木质较硬、体积较大、琴码脚稍厚的琴码，但是要保障的在恰当的范围之内。

（3）面板的设计。小提琴面板的形状对于音色、清晰度与力度有着重要的影响，而面板的薄厚程度则是另一个影响的因素。面板的设计是依据小提琴的形状、面弧的高度、木质的硬度等因素决定的，而背板主要是将面板的振动反射回去，因此背板的弧度不能太高、中间厚两边薄且弧度成尖圆的状态。

（4）音柱的长短。如果小提琴的音色较为沉闷，可已经更换较长的音柱，如果音色较为尖锐，则可以更换较短的音柱。在调整音柱以前，需要放松琴弦，避免损伤琴板[2]。

结语：

综上所述，小提琴的振动机理较为复杂，而研究其机理的模型较多，在实际分析中可以根据具体情况选择机理模型，适当的调整小提琴的声学品质。以此为基础，在掌握影响小提琴音色因素的前提下，采用恰当的方式使小提琴的声学品质得到了有效的改善。所以，可以将文中的模型与改善方式应用在调节小提琴的环节中。

参考文献：

[1]张承忠.小提琴振动机理及声学品质[D].华南理工大学，2014.

[2]刘雷峰.小提琴的振动及声学特性分析研究[D].华南理工大学，2012.endprint