從小提琴的發展歷程看,這種樂器是因模仿人聲而產生和不斷演變發展的,所以其音色要求與人聲相近。從聲學角度講,小提琴琴音的共振峰值應與歌唱共振峰相近,達到2500Hz-3000Hz,才能使小提琴的聲音達到現代演出場所的客觀需要,達到當今審美情趣的主觀需求。從小提琴發音原理的角度來看,是由三個部分構成:激振體、振動體、共鳴體。
激振體
小提琴的激振體為琴弓。激振方式是使用馬尾作為弓毛,系在弓子的兩端。將弓毛涂上松香使其具有粘性,在弦上拉奏,帶動琴弦振動。其摩擦原理是:弓毛通過放大,可以看到表面有鱗狀的結構形成無數的小鉤。將弓毛涂上松香使這些小鉤更具有粘性,因而能把弦“鉤住”。
當演奏者拉動琴弓時,弓毛會將琴弦,粘附拉向一方。由于琴弦自身的彈性給弓毛的摩擦造成了一定的阻力,當琴弦的彈性能量積累到大于弓毛的摩擦力時,琴弦會向相反方向迅速滑回去,但此時運弓還在繼續,琴弦會再次被粘附并拉回來。如此反復,琴弦形成周期性的”被粘附”與“滑動”的交替運動,形成振動。由于弓毛拉住琴弦的時間較長,琴弦彈回去的時間較短,因而形成的振動圖形是呈“鋸齒形”的。
琴弓對琴弦摩擦力的大小主要取決于演奏者的發音方式。此外,弓桿的材質與形制、弓毛的質量以及松香的質地等因素也很重要。高檔琴弓大多是巴西蘇木制成的,現代琴弓的標準是在18世紀末由法國制弓大師弗朗索?圖爾特確定的。
振動體
小提琴的振動體是琴弦。琴弦可分為羊腸弦、鋼絲弦、尼龍弦三大類。各種琴弦的聲音各有特色。最早小提琴上用的都是羊腸裸弦,而后為改善其音色演變成帶有金屬外皮的纏弦。這種弦的特點是聲音柔和,比較接近人聲,但反應較慢,受溫度及濕度的影響也較大。到了19 世紀,隨著冶金工業的發展,鋼絲弦得到人們的青睞,原因是由于其牢固耐用、穩定性好、反應快等優點。但它的缺點是彈性較差,聲音較刺耳并缺乏層次感。所以后來人們開始研發用人造纖維作為弦芯來制造琴弦,這種琴弦統稱為尼龍弦。它比較柔軟有彈性,音色上接近羊腸弦同時性能又比羊腸弦穩定。因此,如今在專業人士中,尼龍弦的使用者頗多。但這三類弦在不同音樂風格的要求中,都有其用武之地,加之人們的喜好不同,致使他們都有各自存在的價值。
小提琴琴弦的有效弦長為328毫米。在具體情況中,有效弦長會因聲音及把位或面板弧度等原因稍作調整。但偏差不會很大,通常在325-330 毫米之間。有效弦長的確定對于音高和音色都是非常重要的。
琴弦受到激振后,是利用駐波原理發聲的。駐波原理體現在小提琴上為:當兩端固定的琴弦受到激振后,振動會從激振點向兩端的固定點傳播,傳播出去的橫波會被兩端固定點反射回來。如此反復,在琴弦里形成駐波,小提琴才能發聲。所有的樂器都是利用駐波原理發聲的,這是樂器發聲的前提條件。
從聲音傳播的角度講,一根自身振動著的琴弦幾乎不能發出聲音,由于它是如此之細,致使它的振動幾乎沒有對空氣產生作用。因而,需要一個共鳴箱將琴弦的振動轉化為空氣振動傳播出去。
共鳴體
小提琴的共鳴體就是琴身了。一把小提琴要有一個好的共鳴箱,首先琴身要有精心挑選的材料和精心設計的形制。比如面板和背板的弧度、厚度分布,側板的形狀、厚度與高度,以及它們的傳聲速度、阻尼系數、彈性模量等等。這些都對琴最終的音色有重大影響。
此外,琴馬、音梁、音柱都起著至關重要的作用。嚴格來說,琴馬也可以不包括在共鳴體之內,它可以算作振動體(琴弦)與共鳴體(琴身)之間的一個傳導體,因為琴馬是將琴弦振動直接傳到琴身的樞紐。當弦振動時,琴馬以中心為軸作多種方式的振動。如果雕刻與裝配得當的話,琴馬會非常靈敏,不同的發音方式會立即引起琴馬各種不同的振動模式。通過琴馬的振動,琴弦的振動被傳導到面板。在琴馬的左腳下方,與之位置重疊的是膠合在面板內部左側的低音梁。低音梁的作用是承受琴馬左腳的壓力,并在琴馬的帶動下,使整個面板的左側振動。如果低音梁裝配不當,除了低音音響會受到影響外,高音也同樣不會好。在琴馬的右腳下面,與之相鄰的是直立在面板與背板之間的音柱。音柱承受著琴馬右腳的壓力,并通過對琴馬右腳振動在一定程度上的抑制,使得琴馬左腳即低音梁一側充分振動。同時,音柱還將面板的振動傳導至背板,使之振動。這樣,在面板和背板振動的帶動下,側板也開始振動。此時,音柱還起到使樂器整個共鳴箱的振動同步的作用。在整個共鳴箱振動作用下,箱內的空氣得以振動,并形成共鳴。最終,琴弦的振動經琴馬的傳導,轉化為整個共鳴箱內的空氣振動,并在空間傳播。