[原创]认识小提琴（续一）

老明

认识小提琴（续一）
老明
②、面板
琴弦的振动能通过码子首先传导给面板，面板的结构特征，面板与其它部件的组合关系，使琴弦振动能在传导给面板的过程中发生一系列变化，而这种振动状态的变化将直接影响一把小提琴音质的优劣。人们把面板称作音板，足以彰显其重要地位。
A、面振动与振动能的放大
面板的外形是一个呈拱形的弧面，在琴弦振动能的作用下，面板也随之振动，这样，琴弦的线振动就转换成了面板的面振动。根据能量守衡定律，在这一传导过程中，振动能并没有增加。在能量相同的情况下，振动的面与空气接触面积大，推动空气产生声波的能量就比琴弦大得多，所以我们听到的琴声就比没有共鸣箱帮助的琴弦振动声要大得多。从这个意义上讲，琴板的面振动对琴弦的振动能产生了放大作用。小提琴的穿透力就与这个放大作用相关。琴弦所产生的振动能是微弱而有限的，制琴师所做的重要工作之一就是让面板各部位在琴弦振动能的作用下产生最大程度的共振。
B、f孔与面板的振动
在面板振动过程中，f孔的作用不可忽视。面板在C形口处最窄，其宽度一般为106—110mm；此处的拱度最高，其高度一般为15.5—15.8mm，如把此处横向剖开，其断面是相对半径最小的拱形，粘合后的面板，C形口处应力最大，振动性最差。开两个对称分布的f形孔分解拱形结构，就能有效地减小此处的应力，提高面板的振动性能。F孔之间那块相对独立的振动面，是面板振动的先驱，它的振动带动了整个面板的振动。
小提琴的共鸣箱在振动脉冲作用下会不断改变其空间容积，容积增大时要吸入空气，反之则排除空气，f孔就是起“呼吸”作用的鼻孔。
f孔“呼吸”的空气就是带有能量的、在共鸣箱内经过融合的小提琴所特有的声波，f孔的另一重要作用是将共鸣箱内产生的振动波传输到大气中，所以人们称f孔又叫音孔。
f孔的大小以能让空气自由“呼吸”为度。小提琴的最大振动能是一个定数，小提琴的内部空间容积也是一个定数，故f孔的大小早在斯特拉迪瓦里时代就基本上固定了下来，如果没有充足理由，建议最好不要轻易改动。
C、音柱与面板的振动
音柱支撑在共鸣箱内琴码右脚下，它的作用和低音梁一样，首先是承托弦的压力，使面板不塌陷变形。
音柱的重要作用是给面板的振动提供帮助，并将面板的振动能传递给背板。它的安装位置很有考究，纵向（小提琴前后方向）处在琴码右脚下偏后3mm左右，这个位置对面板的振动有很大帮助。
先来看看弓在弦上拉奏的情况。在运弓力度相同的情况下，弓在琴码到指板末端之中约偏后一点拉奏，音量最大，音质最丰满，靠近码子拉奏音小而干，靠近指板拉奏音弱而柔，这是因为前者能使琴弦充分振动的缘故。把这种情形下移到面板上，会发现一个相同的现象：如把面板的振动看成是由无数条弦并联为一体的面振动，那么琴码的压力脉冲能作用在面板上，就如同琴弓的摩擦力作用在琴弦上一样，而音柱就是面板的“琴码”。所以，音柱与码子的纵向距离对面板的振动有很大影响。一般情况，右码脚距音柱3—3.2mm面板振动状态最佳，琴声洪亮而饱满，过近则尖锐干噪，过远则柔弱乏力。
音柱的横向位置一般在右码脚最右端往左1.5—2mm处，为什么要处在远离码子左脚的位置呢？小提琴四条弦的振幅是不一样的，G弦振幅最大，E弦振幅最小，如不加控制地将这些不均衡的振幅传导下去，必然会使琴声音量失衡。音柱在横向位置上偏安一隅，A、E弦的振动能通过音柱可以充分传导给背板， G、D弦由于远离音柱，其振动能的传导必然受到限制。细心微调音柱的横向位置，可改善各弦发音的平衡性，个中原理大概就在于此吧。
音柱的材质以云杉为宜，衫木质轻，可降低振动能向背板传导的能耗；直径5.5—6mm，过大增加重量，过小抗压强度不够；年轮1—1.2mm且均匀者为好。
音柱的长度关系到面板自由振动的程度。面板在自然状态时振动最自由。弦的压力会使琴码右脚所在区域的面板下塌，此时，能将面板顶回到自然状态的音柱的长度就是最佳长度，过长过短（哪怕是±0.2mm）都会影响面板的自由振动。这个长度不好计算，一般经验是：在没有压力情况下，稍用力将音柱推拉到位，将面板略微上顶，琴弦施压后，面板就刚好回复到自然状态。新琴是要更换音柱的，因为音柱会把面板顶出一个小凹坑，这就相当于缩短了音柱的长度。
音柱两端面与面板、背板的密合很重要，特别是与面板相顶的一端，如密合不好，接触面积变小，容易将面板顶出凹坑，且音柱的坐标位置也难精准确定。
音柱的安装角度和琴码一样，以垂直状态为最佳，因为这种角度对振动能的传导最有效。
音柱的作用太大了，德国人把音柱比作小提琴的魂，一点也不过。当然也不能过分夸大其作用，试图通过调整音柱来彻底改变一把小提琴，那将是徒劳的。我们所做的工作只是将这把小提琴的品质发挥到极致。
D、材质与面板的振动
面板的振动特性决定了小提琴的前途和命运，就像嗓子的振动特性决定一个人是否能成为歌唱家一样。在影响面板振动特性的要素中，材质最为重要，可以这样说，面板的材质在80％的程度上决定了一把小提琴品质的高低，所以历代制琴大师都对其材质提出了近乎苛刻的要求。
小提琴面板选用云杉，这是有道理的，但我对以云杉传声速度快来说明其入选理由不敢苟同。小提琴面板长度0.356—0.36m，按云杉传声速度5000m/秒计算，只需13889分之1秒的时间，声波就能从板头传到板尾，这么快的速度了，研究它还有实际意义吗？更何况小提琴的声波并没有沿这个方向传播。如果从面板厚度方向来探讨这一问题，就更没有意义了。
我依然主张从振动性能入手来探讨云杉入选的理由。
振动性能好的面板，密度要小，硬度要大，结构要均匀。
面板的密度关系到振动的能耗。密度越大，能耗越大，所以密度大的面板要刮的薄一些，以降低能耗，密度过大，就要刮得很薄，振动倒是充分了，但音质也变得轻薄而无质感了。我的经验，面板密度在0.35—0.4g/立方厘米之间，加工的厚度适中，振动充分，音质好。
硬度关系到面板的弹性。物体在外力作用下产生变形，除去外力后形变向反方向变化并逐渐消失，这种性质叫“弹性”，可恢复的变形叫“弹性变形”。小提琴的琴弦琴板都具有这种性质。面板的弹性决定了小提琴发音的灵敏度和力度，硬度高，变形恢复快，发音敏感且爆发力强，反之则疲软无力。
云杉所特有的密度和硬度，决定了它是小提琴面板的最佳选材。
一般情况，材料的密度和硬度成正比关系，要求云杉密度要小，硬度要高，确实近乎苛刻，但如果大海捞针似的找到了这样的衫料，一把名琴就可能诞生了。斯特拉迪瓦里琴之所以几百年永垂不朽，我想其面板的密度和硬度一定达到了最佳配合点。
发音敏感有力，光靠面板的平面弹性是不够的，将面板加工成拱形是提高弹性的有效手段。但任何东西都有一个度，弹性过强则发音干噪无韵味。小提琴的最高音频为4186Hz，面板的弹性能在4186分之1秒内恢复一个振动波所引起的变形就足够了。制作时，确定拱的高低及其分布能使弹性达到最佳状态。一般而言，硬度大的面板，拱度可低一点，反之则高一点。
树木一经砍伐，木材的老化就开始了。在老化过程中，木材的各种物理属性在发生不同程度的变化，其中湿度变化最快，大致经两三年的自然风干，板材的含水率可达到0.8％；密度和硬度变化很缓慢，需要几十年甚至上百年时间。前一、二十年变化要快些，以后逐渐趋于稳定。做琴的材料（特别是云杉）要自然风干二十年以上才用，因为这时木材的物理属性已基本定性。
年轮线的疏密能直接反映云杉的密度和硬度。年轮宽度在1—1.2mm，其物理属性比较理想，过密则重，过疏则硬度不够，弹性差。年轮线宽的均匀程度也很重要，年轮线均匀且顺直，木材的密度分布均匀，用这种材料做的琴，波形极有规律，音质纯美剔透。
符合这些苛刻条件的衫木确实难寻，所以名琴产生的数量是极其有限的。只有制琴大师必然的高超制作水平与偶然的极品材料的发现相结合，才能诞生惊世之作。
E、油漆、粘胶与面板的振动
不少制作者对油漆寄予了很大希望，用大量人力物力去研究油漆配方与小提琴发音的关系，目的是想用油漆来弥补木材之不足。果能如此，名琴的产生量应该很乐观的。但目前的状况却让人乐观不起来。
我的观点，油漆除了保护、美化作用是有益的，对音质的影响弊多利少。任何油漆的溶质，密度都比衫木要高出3—5倍，油漆附着在琴板表面，必然增大密度，增加能耗，对振动产生负面影响，漆膜越厚，影响越大。所以我认为，油漆不可不用，但不可多用，在满足保护、美化条件的前提下，漆膜越薄越好。油漆对改善音质也有一定作用，因为油漆分子封堵了木材表面的毛细孔，将加工后的木材表面微小剥离纤维固为一体，光滑的琴面振动摩擦系数小，音质比白琴更纯净。除此之外，油漆的积极作用实在寥寥。
优良的粘胶剂，能使小提琴各部分达到刚性结合，这极有利于振动。优良的粘胶剂，应该粘接性好，硬度高，胶膜薄，且不溶于水。传统的小提琴粘胶剂是动物胶，至今仍广泛使用。这种胶各方面性能都不错，只是因为它有溶于水的特性，至使小提琴在霉雨季节容易脱胶解体。由于受四百多年前科技发展的具体情况所限，动物胶成为阿玛蒂家族、斯特拉迪瓦里等大师的首选是再恰当不过。科技高度发展的今天，各种高科技材料比比皆是，试着使用粘接性好、又不溶于水的其它粘胶剂，也许并不是一件坏事。

[此贴子已经被作者于2010-8-30 16:18:55编辑过]

上山下乡

讲的太好了，老明是物理教授吧，为什么有的琴在雨天声音发生变化，看了这篇文章后我是否可以理解为胶的水溶性原因使振动波改变造成的。

  很有价值的好文章，仔细读了，慢慢品味。等待续集。

老腾

雨天声音发生变化，我估计是水分子进入木材过多，使振动和声音传导都发生变化，因为木材的质量（不是好坏的意思）发生了变化。

zhongwm

慢慢品味。等待续集。

sunshunoo8

    讲地精采。

MercuryYu

提琴胶合使用水溶性的动物胶并且延续400多年是有它的道理的，如果仅从胶合能力上讲，现代的很多化学胶粘剂更强，这点毋庸置疑，但一旦粘好后需要维修怎么办？这种化学胶想要不损坏琴体而轻松拆开几乎是不可能的，诸位如有兴趣可以找块木头试试看？如果用一些有机溶剂也许能溶解这种化学胶，但会破坏油漆和木材，后果很严重。
所以综合各方面的考虑，水溶性的动物胶自然成为提琴制作的首选粘合剂！

[此贴子已经被作者于2010-8-1 19:56:24编辑过]

老明

需要维修的琴多数是因为脱胶，如不用水溶性的粘胶剂，维修可能性要小得多。就是要拆开非水溶性粘胶剂的粘合缝，也不是那么难，除了琴颈与琴身粘合面复杂，拆开困难外，其它只要是在一个平面上的粘合面，用机械方法就可轻松拆开的。——这只是我的经验，不具代表性。

zyw8000

呵呵！“老明”老师实践诺言，又让好帖与大家相见。顶一下并赞一个！呵呵！

wsl

好文，认真拜读。

老明

霉雨季节，琴板因进入过多水分而使其密度和硬度发生变化，振动必然受影响，结果是音量变小。水溶性粘合剂此时容易受潮，音量多少会受影响，严重时出现脱胶现象。——有什么问题可以多说说，我们互相探讨。

[此贴子已经被作者于2010-8-5 20:50:43编辑过]

歌手

说的好，有的正是我想的，比如F孔的作用。

不过木材传声速度问题值得商榷，可能不一定是直接看待木材的传声速度，而是由传声速度提示木材的另一方面的声学性能。虽然可能不一定是传声最快的最好。

最近想到一个造好琴的难题，很有可能就是靠木材适当的传声速度提示的性能来帮助弥补另一方面的矛盾。

我说的也不一定对。

老明

谢谢“歌手”先生读帖。你讲的衫木优秀的传声速度作为入选提琴面板理由，很有代表性，一些大师级提琴制作者都持这种观点，并作了大量实验。但我认为其中缺乏理论支撑，专家们也没有分析其中的原理。在提琴制作领域，声音是一个宏观的东西，还应该从微观角度入手，将声音细分为波幅、波形、波频等要素来作深入研究，探讨提琴的奥秘与这些要素之间的必然联系。我的帖子就是试图表达我在这方面所作的一些努力。
由于才疏学浅，帖子中一定有不少问题，欢迎大家不吝赐教，一为我的认知臻于完善，二为提琴制作的学术研究臻于成熟。

lianqin

好

sh_violin1

嗯，长知识了，多谢奉献！

abclz

精彩、透彻！期待《认识小提琴（续二、、、、、、）

nc依依

期待下文

zm98

美国一个教授，因为爱好小提琴，愣把自己的专业转到声学领域并研究古琴终其一生，但最终也没有得出完美的结论。可见其难。。。楼主的精神与勇气着实可嘉！
不久前看见一个视频，‘盲比’碳纤维合成材料做的琴与木材琴的音色。既听者（也是演奏家）与演奏家隔开，演奏家分别用两种琴演奏同一首曲子，让听者分辨提琴材质。结果还真没有分辨出来！

老明

材料的密度和硬度是影响小提琴声音的重要物理要素，而这两者的合理配合是产生优质琴声的必备条件，人工合成的的材料其密度和硬度只要能符合这一条件，我想，如果用以代替木材应该是可能的。zm98先生所举的碳纤维材料小提琴乱真之事如能推广，森林的砍伐速度一定会大大降低。
谢谢zm98先生读贴，还望不吝赐教。

孤独的琴声

老明是不是在重庆，记得今年五月份在北京见到江峰时，是不是你也来了的那个也是研究声学的学者？？？

老明

谢谢读帖。我是重庆的，但没有去过北京。演奏小提琴须具备声学知识，研制小提琴还须从力学等角度入手，微观地探究小提琴的奥秘。这是我个人的观点。