小提琴声音音色音质变化和演变

几个世纪以来,弦乐器制造商一直在努力追求圣杯——完美的声音。在寻找一种能够与管弦乐队相媲美的理想乐器的过程中,小提琴制作者们尝试了轻质和重质的木材、宽和窄的琴面、长和短的琴颈、多种尺寸和材料的拉弦板、琴桥和琴弦,以及无数的清漆配方。 。乐器设计上最微小的改变都会使声音变得更细或更暗、更安静或更甜美。即使愿意分享他们的技术,小提琴制作者自己也没有意识到设计的改变到底如何改变乐器的声音,因此通过大量的试验和错误达到了新的声音高度。

麻省理工学院机械工程系的一项新研究调查了乐器发声的流体动力学和力学。该论文对小提琴声音如何随着时间的推移而得到显着改善这一长期争论的问题提出了答案。小提琴通过其琴面两侧的两个孔发出声音。这些所谓的“F 孔”形状像拉长的字母 F,构成了琴马上方琴弓与琴弦交叉的区域。自 17 世纪以来,优雅的漩涡一直是小提琴表面的标志,当时小提琴是在伟大的克雷莫纳小提琴制作师阿玛蒂、斯特拉迪瓦里和瓜内里的工作室中雕刻的。人们普遍认为,与任何其他形状的切口相比,F 形孔可以产生最大、最丰富、最细致的声音。

没有两把小提琴具有完全相同的声音。 工艺或材料的微小差异使每件乐器都独一无二。 图片由进化素养提供。
没有两把小提琴具有完全相同的声音。工艺或材料的微小差异使每件乐器都独一无二。图片由进化素养提供。

麻省理工学院的研究小组试图找出为什么这种特殊的几何形状在声音产生的力学方面比其他几何形状更神圣。通过测量不同年代的许多乐器的音孔,他们发现声功率随着切口周长的增加而增加。换句话说,切口的表面积并不起关键作用。相反,决定声音强度的因素是孔边缘的长度。

现代的f形就像微积分课上的积分符号。它有一个长的中心轴,中心点两侧都有凹口。顶部和底部的紧密曲线通向像悬垂的露珠一样圆形的尖端。这个复杂形状的边界大约比 10 世纪原始圆形 fithele 的边界长三倍。虽然周长很长,但开口的表面积却相当小:任何试图窥视乐器黑暗内部的小提琴手(阅读制造商的标签或发现音柱)都知道 F 孔是细长的窗户这挫败了大多数人的尝试。

在过去的千年中,小提琴制造商缓慢而坚定地改变了他们的设计,以缩小表面积并扩大雕刻开口的周长。10 世纪,小提琴的早期祖先 fithele 在指板两侧各有两个简单的圆形孔,就像乐器表面上的超大凹痕。两个世纪后,圆形变成了半圆形,到了13世纪,它们被挤压成C形。意大利文艺复兴时期,切口变成了狭窄的新月形,每个锥形尖端都悬挂着小球,后来在新月形的中间增加了一个小山峰。最后,在17世纪,新月被扭曲成细长的F形。

麻省理工学院的研究使用复杂的数学分析来分离小提琴声音的设计秘密。但小提琴制作者从来没有如此客观的解释能力来向他们展示音孔的哪些特征使乐器能够产生更深的音调。那么,设计如何以及为何随着时间的推移而发生变化呢?

麻省理工学院的团队提供了一个有趣的答案。就像有机体一样,小提琴也在进化。随着时间的推移,导致音孔变得更细的细微变化是随机突变的结果,用遗传学术语来说,是由工匠的小错误引起的。这些不可避免的错误——这里或那里的额外剪裁——在每一代乐器中造成了一系列略有不同的音孔。下一位小提琴制作者选择以上一代声音最大的样本为模型制作他的乐器。在数百年的时间里,这种对声音最好的乐器的随机突变和选择导致了斯特拉迪瓦里和他的同时代人的诞生,他们被广泛认为制造出了历史上最非凡的乐器。

有趣的是,自 17 世纪小提琴制作的黄金时代以来,音孔的几何形状几乎保持不变。进化的引擎似乎按照其自然的轨迹运行,直到达到最佳解决方案。然后就悄然消失了。

封面图片: 虽然我们许多人可能不认为声学是一门科学,但工程师们发现,要产生小提琴的最佳声音,需要考虑很多因素。图片由达蒙·克里斯韦尔提供。

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