大提琴的振动与声音的奥秘

就大提琴演奏艺术而言,由弓激起振动的琴弦是大提琴声音能量的来源,但振动的琴弦本身是一个很差的声音传播体。把机械振动转换成声音,要依靠周围的局部气压变化而产生。琴弦因为其表面积太小,不是一个好的传播体。因此,琴弦必须和共鸣箱连在一起,共鸣箱的目的就是为了提高乐器的声音传播效率。由琴弦引起的木制琴身的微小的振动,传到我们的耳朵里就成为“声音”。

不同的大提琴能将琴弦的振动转换成不同音色的声音,这一点也不奇怪。但是可能让你感到惊奇的是,一个乐器能演奏出那么多富于拉动的方向使乐器产生的各种声音。曲线上每20分贝(dB)的变化,都代表着振幅增加或减少十倍的变化。输入越高,振动越容易发生,声音的大小与压力的关系变化也非常惊人。琴身不均衡的频率响应产生的效果是很重要的,它能对传播出去的泛音组合起到修饰作用,以至于原始的信号和传播出去的声音除了周期相同之外就没有类似的地方了。琴身产生的这种“滤波器”效果也随音符的不同而变化。在演奏颤音时即使音高的细微变化也足以改变每个颤音发生周期内的泛音,使声音变得更加有滋有味。不同乐器的“滤波”效果也不同。因此这个响应曲线就像乐器的“声音指纹”一样,由乐器构造所决定的这条曲线的唯一性也最终决定了这种乐器的音质和演奏质量。

大提琴琴身的共振频率产生了上述的不均衡响应曲线,每一个峰值都是琴身的一个共振点。当琴身的振动频率接近共振频率时,它就受激发产生某一种“振动模式”。这些振动模式和发生在琴弦上的振动模式类似,只是这种振动只能从二维平面传播出去,而且更重要的是,这些振动模式的频率不再具有简单(泛音)关系了。最近波伊纳姆和罗辛的研究表明,大提琴琴身的振动模式和小提琴类似(只是由于大提琴更大的体积,只能在小提琴低音区找到类似的振动模式)。共振频率和振动模式的波形与乐器的构造和尺寸有着很复杂的关系,也和乐器材料的物理属性密切相关。影响乐器最终音质的最关键因素是面板和背板的厚度变化和弧度,另外还取决于平行与垂直于木头纹理的密度及弹性。木头的弹性很富于变化,即使是专门用于制造乐器的木头也是如此。如果理解了每个乐器构造中有这么多的变量,那么每个乐器都具有自己独特的特性也就不稀奇了。

绝大部分的声音是由琴身振动产生的。琴身的振动模式和琴弦紧密相关,同时导致在空气中的音量发生相当大的变化。这些模式通常也就是共鸣箱的振动模式。虽然琴颈和指板不会对声音的传播产生多大影响,但也是同样重要的部分,因为它们可以吸收能量并且给予演奏者可感知的反馈。在低音区,振动沿着整个琴身传播,所以琴身的面板、侧板和背板的整体振动的形变相对简单。最低音的振动模式(也就是通常文献里指的“空气共振”),包括结构振动和至关重要的f孔内外空气的交换。在高音区,琴身的形变变得更复杂了,它变成越来越小的分割振动区域(或许更像弦的振动)。气孔对发声的作用渐弱,更多的声音传播来自于琴壳的外部形状。更高的振动模式对于乐器的构造和材料更为敏感,因此能否很好控制这些振动模式,在很大程度上决定了制琴师能否做出好的乐器。

音柱和琴马的机械振动形式值得进一步讨论。根据对弓弦乐器的模式研究表明,至少在低频区,音柱和高音马脚几乎是处于弦的极点部位(不运动的部位)。音柱则不像通常想象的那样把振动从面板传播到背板,而是为琴马的振动提供了一个固定的支点。琴马的振动促进了左向右方向运弓的外力转化成为低音马脚上向下方向的振动力,而这种力又驱使琴身在更容易振动的方向振动。如果去掉音柱,乐器声音的饱满性就会消失。

像琴身一样,琴马一样也有共振。琴马上半部分的振动或是下半部分马脚的摇动存在着两个重要的共振点,一个是大约1KHz,另一个大约2KHz。这些琴马的共振又进一步“美化”了音色。琴马的美化作用(或是说音柱的调整作用)可以用来给乐器微调音高,来达到改善音色或是演奏出更好音质的效果。加上弱音器后振动会发生很大变化。弱音器显著增加了琴马的质量。这个重要部位增加的质量抑制了弦的能量向琴身的传递,因此降低了乐器的音量。增加的弱音器也改变了琴马的共振,从而产生不同特征的声音。