一个小提琴世界里的物理学家

zhiqing

演奏 

小提琴其中一个最诱人的特色是它发出的各色各样的声音。 

这个声色的调色板是由弓法技术来掌控的。 

主要变量是弓的速度，弓对弦的向下压力，以及弓毛与弦的接触点。 （在较小的程度上与弦接触的弓毛的数量也发挥了作用。） 

这种情况基本上是在一个三维空间发生。 

右侧显示该三维运弓空间的一个二维投影图。 

在指板和琴码的中间用轻缓的弓法演奏产生一个最柔软的声音，而快速，重弓在类似的接触点产生一个最响亮的音符。 

大部分速度和压力的变化，可以在中间范围内找到。 

在这里也是可能的接触点的最大范围。 弓在琴码附近可能会产生尖利，刺耳的声音，而弓在靠近指板的接触点产生柔软，蓬松模糊的声音。 

通过调整这三个变量，小提琴手不只是改变着音乐的动态，也改变着声音的音色。 

一个明显的问题是，如果你到运弓空间的“允许”区域外面去了，会发生什么事？ 

你或是产生一个恼人的刮擦声，或是一个同样令人不愉快的啸音。 

这个运弓空间的边缘由亥姆霍兹类型的“粘滑”运动边界所给出，如在介绍中所讨论。 

首选的小提琴应有一个大的运弓空间。 

这样的乐器让音乐会的艺术家们得到最大的声音色彩和动态范围。 

相反的，便宜的小提琴有一个小的运弓空间。 

这就解释了为什么，用家长花200美元买的小提琴，初学的学生，缺乏运弓控制，可能发出极其刺耳的声音，而老师，善于运弓控制，声音拉出来则相当不错！ 

物理学或物理学的训练对提琴制作并不提供任何内在的优势。 

音乐本质上是审美的，而制作乐器，必须要有精湛发达的木工技能。 

然而，物理学可以作为一个工具，来了解乐器的那些参数控制着声音的各个方面，从而提供一个塑造乐器的指南。 

它也可以激发着力于狭隘范畴里的实验，旨在解决提琴制作中的具体问题。 

最后，我们可以从良好的实验科学，特别是在各种乐器上记录详细的笔记，在试图确定什么会工作或什么不会工作的时候，得到丰厚的回报。 

 (正文完, 明天再传插图的解说)

zhiqing

(下面是各图的注释, 对不起, 我还没学会如何在帖中加图.要有哪位朋友能帮助把图放上来,并一一对应其注释, 我先谢谢了!) 亥姆霍兹弦运动的一个例子，绕弦出现的扭曲运动，在琴码和弦枕间交替反射。 小提琴在琴码处的断面图。 这两个图说明小提琴声的特点。左边是一个Guarnerius德尔耶稣教堂小提琴的频率响应图。一个像森林似的密集的共振区，占约从220赫兹到15千赫的频率波段。 在右边，显示一个在小提琴上演奏的音符（E）的波形。其显著的快速振荡是由于第五次和第六次谐波，而缓慢的，整体的包络调制是其基本频率（660赫兹）。（致谢卡琳哈钦斯） 不同类型的木材的声速相对密度图。此比率（速度/密度）是一个很好的声学材料的质量的优点指标，其值越大越好。数据点表示的是各种木材的典型值，但是，通常可见到30％声速和密度的变化。 如下所示的是三个主要的自由的小提琴面板的本征模式。与这些模式相关的频率是大约间隔一个八度。 亥姆霍兹和德雷尔都似乎迷上了弓弦运动。这里是德雷尔在从事弓和弦在”粘滑”时互动的实时分析。 以上说明小提琴的运弓空间。弓的速度，向下的压力，改变了音乐的动态（图中的白色菱形里面）。弓和弦之间的接触点的位置改变声音的“颜色”，并在中间有最大范围（显示在白色菱形之外）。 原作者介绍: 比尔?阿特伍德在大波士顿地区长成，他在那里，六岁时开始学习钢琴，八岁时学习小提琴。因为他的父亲是一名兼职的专业家具制造商，专长于复制法国外省人家具，他因而得到了木工的早期训练。他在加州理工学院和斯坦福大学学习时，仍保持着这些兴趣。在斯坦福大学他获得了粒子物理领域的博士学位。 从1975年到1999年，他曾作为一个实验物理学家在SLAC（斯坦福大学）和欧洲核子研究中心（瑞士）工作，并合作撰写了超过130篇科学论文。在20世纪90年代，他的兴趣转向粒子天体物理，他有贡献于为GLAST伽玛射线卫星项目而最先引入了仪器概念。 比尔在20世纪80年代初开始制作小提琴，基本上是自学成才，并在很大程度上侧重于仪器的声学性质的研究。在1994年，他开始了与托马斯Croen的合作，托马斯是一位倍受推崇的传统制琴者。这里，物理学家学习经典的制琴技术，同时制琴师也学习声学科学。结果是，在制琴师的工作台上，低技术的实用技术融入了高科技的概念。迄今为止，比尔已完成近60支乐器，同时发表了数篇关于小提琴的声学特征及制作技术的论文。 目前，他继续追求着他的双重的职业生涯，作为一个小提琴制作者，以及圣克鲁斯的加州大学物理系兼职教授。

zhiqing

(下面是各图的注释, 对不起, 我还没学会如何在帖中加图.要有哪位朋友能帮助把图放上来,并一一对应其注释, 我先谢谢了!) 

 亥姆霍兹弦运动的一个例子，绕弦出现的扭曲运动，在琴码和弦枕间交替反射。 

 小提琴在琴码处的断面图。 

这两个图说明小提琴声的特点。左边是一个Guarnerius德尔耶稣教堂小提琴的频率响应图。一个像森林似的密集的共振区，占约从220赫兹到15千赫的频率波段。 在右边，显示一个在小提琴上演奏的音符（E）的波形。其显著的快速振荡是由于第五次和第六次谐波，而缓慢的，整体的包络调制是其基本频率（660赫兹）。（致谢卡琳哈钦斯） 

不同类型的木材的声速相对密度图。此比率（速度/密度）是一个很好的声学材料的质量的优点指标，其值越大越好。数据点表示的是各种木材的典型值，但是，通常可见到30％声速和密度的变化。 

如下所示的是三个主要的自由的小提琴面板的本征模式。与这些模式相关的频率是大约间隔一个八度。 

亥姆霍兹和德雷尔都似乎迷上了弓弦运动。这里是德雷尔在从事弓和弦在”粘滑”时互动的实时分析。 

以上说明小提琴的运弓空间。弓的速度，向下的压力，改变了音乐的动态（图中的白色菱形里面）。弓和弦之间的接触点的位置改变声音的“颜色”，并在中间有最大范围（显示在白色菱形之外）。 

 原作者介绍: 

比尔?阿特伍德在大波士顿地区长成，他在那里，六岁时开始学习钢琴，八岁时学习小提琴。因为他的父亲是一名兼职的专业家具制造商，专长于复制法国外省人家具，他因而得到了木工的早期训练。他在加州理工学院和斯坦福大学学习时，仍保持着这些兴趣。在斯坦福大学他获得了粒子物理领域的博士学位。 从1975年到1999年，他曾作为一个实验物理学家在SLAC（斯坦福大学）和欧洲核子研究中心（瑞士）工作，并合作撰写了超过130篇科学论文。在20世纪90年代，他的兴趣转向粒子天体物理，他有贡献于为GLAST伽玛射线卫星项目而最先引入了仪器概念。 

比尔在20世纪80年代初开始制作小提琴，基本上是自学成才，并在很大程度上侧重于仪器的声学性质的研究。在1994年，他开始了与托马斯Croen的合作，托马斯是一位倍受推崇的传统制琴者。这里，物理学家学习经典的制琴技术，同时制琴师也学习声学科学。结果是，在制琴师的工作台上，低技术的实用技术融入了高科技的概念。迄今为止，比尔已完成近60支乐器，同时发表了数篇关于小提琴的声学特征及制作技术的论文。 

目前，他继续追求着他的双重的职业生涯，作为一个小提琴制作者，以及圣克鲁斯的加州大学物理系兼职教授。

明月山人

“首选的小提琴应有一个大的运弓空间。这样的乐器让音乐会的艺术家们得到最大的声音色彩和动态范围。相反的，便宜的小提琴有一个小的运弓空间。 ”同感。网上看到“夏日里最后一朵玫瑰”的视频，有时弓子跑到指板处了，声音几乎不变。我的一把练习琴，弓子略略靠近指板声音就变了。

 

另，关于帖图：点击回帖框下面的[设计模式]，上面会出现一个工具栏。点击右侧的“上传表单”，再点击“添加附件”。选择好欲帖的图后点击“上传附件”，就大功告成了。

zhiqing

谢谢明月山人的帮助. 

试试把图传上.

亥姆霍兹弦运动的一个例子，绕弦出现的扭曲运动，在琴码和弦枕间交替反射。 

小提琴在琴码处的断面图。 

这两个图说明小提琴声的特点。左边是一个Guarnerius德尔耶稣小提琴的频率响应图。一个像森林似的密集的共振区，占约从220赫兹到15千赫的频率波段。 在右边，显示一个在小提琴上演奏的音符（E）的波形。其显著的快速振荡是由于第五次和第六次谐波，而缓慢的，整体的包络调制是其基本频率（660赫兹）。（致谢卡琳哈钦斯）

不同类型的木材的声速相对密度图。此比率（速度/密度）是一个很好的声学材料的质量的优点指标，其值越大越好。数据点表示的是各种木材的典型值，但是，通常可见到30％声速和密度的变化。 

亥姆霍兹和德雷尔都似乎迷上了弓弦运动。这里是德雷尔在从事弓和弦在”粘滑”时互动的实时分析。 

如下所示的是三个主要的自由的小提琴面板的本征模式。与这些模式相关的频率是大约间隔一个八度。 

以上说明小提琴的运弓空间。弓的速度，向下的压力，改变了音乐的动态（图中的白色菱形里面）。弓和弦之间的接触点的位置改变声音的“颜色”，并在中间有最大范围（显示在白色菱形之外）。 

 

 

 

琴瘾

谢谢“zhiqing”！