物理建模论文

二胡构造与各部分功能及其发声原理

山东省淄博市桓台县实验学校

【摘要】演奏二胡，通过把位的变换，可以改变二胡的音调，奏出动听的曲子。而二胡每一个部分又有不同的功能，也能改变音调的高低。琴筒是二胡的共鸣箱，可以使二胡的音色更为动听；琴皮的松紧程度、琴弦的长短、粗细、琴轴的转动、千斤的位置，都能起到控制二胡发声音调的作用；琴杆有一定的传导震动作用。二胡通过琴弦与弓毛之间的摩擦产生的震动，发出声音，加之琴筒的共鸣作用，将产生的声音放大之后，声波通过空气传播到人耳中，听到二胡发出的声音。

【关键词】二胡构造与功能；发声原理（如图-1）

图-1

一、问题的提出

坐在阳台上，拿出二胡，拉起一曲热情奔放的《赛马》。我学习二胡已经有三年了，但是二胡各个部分的功能是什么呢？二胡的发声原理又是什么呢？我并不清楚。于是我仔细地观察了一下手中的二胡，想从物理的角度彻底了解它。

二、分析问题

二胡的构造是很容易观察到的，每一部分“掌管”的工作不同，它的作用也会不同，所以我认为，通过探究二胡各部分的功能，就能够探究出其发声的原理。

三、实验探究及原理分析

（一）琴筒琴杆

图-2

在二胡的下端，是一个六边形的木筒（如图-2）因为二胡的内外弦就连接在琴筒上，所以琴筒有产生共鸣的作用，是二胡的共鸣箱，扩大和渲染琴弦振动。

琴筒的前端蒙皮，叫做琴皮。琴皮改变音调的特征与鼓皮有些相似，二胡发出音调的高低与琴皮蒙在琴筒上的松紧程度有关。刚买的二胡，琴皮蒙的较紧，震动较快，所以音调高，音色尖；而使用时间太长的二胡，琴皮会很松，使得发音沉闷，需要改变琴皮的松紧度。所以，琴筒能够使二胡发生共鸣，而琴皮能够控制音调的高低。

琴杆也叫"琴柱"（图-1右），是支撑琴弦、供按弦操作的重要支柱。衡量一把二胡的发音纯净与否与琴杆材料的选择有很大关系（一般用紫檀木、乌木、红木等硬质木料），但是，二胡发声时的震动很少会涉及到琴杆（但对于产生的震动有传导作用），所以，琴杆与二胡声音的产生及音调的高低并没有太大关系。

（二）琴弦琴弓琴轴

二胡有内弦和外弦之分，内弦较粗，发出声音的音调低；外弦较细，发出声音的音调高。这让我想到了在学习“声现象”时涉及的知识。音调的高低与振动频率有关，而发声物体的长短，粗细，松紧又能影响到物体振动的频率，所以较粗的内弦震动较慢，音调较低；而较细的外弦震动较快，音调较高。并且，琴弦如果采用粗细相同的，就会产生两弦张力不平衡，发音不协调，灵敏度差的问题，但若是琴弦的粗细比例过于悬殊，就会使得音色不统一。根据上面的分析，能够得出：二胡的声源来自于琴弦的震动。

二胡演奏中，右手拉动琴弓，琴弓由弓杆和弓毛组成，弓杆都有一定的弧度（大多用红竹、白竹等富有弹性的细长竹子，以免拉断弓毛），弓毛大多是用马尾做成的，系在弓杆的两端，紧贴在弦上。在演奏时，通过琴弓与琴弦的摩擦，产生振动，发出声音，左手按在琴弦上，变化左手的位置，改变琴弦千斤以下部分的长短，改变发出的音调。

二胡的内外弦要有定弦音高的调节，而调节音高就离不开琴轴的作用（如右图），通过拧转琴轴

来绷紧或放松弦，紧则音高，松则音低。琴轴有两个，上面的叫做“内琴

轴”，控制内弦音调的高低；下面的叫做“外琴轴”，控制外弦。这与琴皮

控制二胡发声音调高低的原理相同，同样是由于琴弦振动频率的变化。通

过转动调节，使得琴弦的松紧程度不同，因而琴弦的振动频率也就不同，

从而使二胡的音调发生了变化。

（三）千斤

在二胡的琴筒上，有一个控制琴弦的装置，称为千斤。千斤是二胡上

的切音点，同时能够把拉奏中琴弦产生的震动传导到琴杆，是二胡最重要

的部件之一。千斤可以分为活动千斤与固定千斤两类，但是在使用时都要

保证它的稳定性，千斤的移动会改变琴弦下半段的长短，也就会影响到二胡音调的高低。

（四）琴码控制垫

琴码是重要的传导部件，是联结琴皮和琴弦的枢纽，对二胡的音质有很大的影响。琴码的大小和它在琴皮上的位置也很重要。刚刚买回二胡时，新琴的声音比较尖亮，那时用的琴码，质地比较软，底面积大，高度较低，使用了几年之后，琴皮松了许多，发出的声音也沉闷了许多，就换上了一个质地较为坚硬，底面积小，高度较高的琴码。这是由于琴皮松了以后，会被琴码向下压，使得高把位时琴弦碰到琴皮上，影响发音，而换上高度高的琴码，就避免了这样的问题。

控制垫是塞在琴码下方，琴皮与琴弦之间的一个软垫，可以起到控制狼音（即演奏时发出的噪音）的作用。控制垫的材料、大小、厚薄，也会影响到二胡的发音。控制垫的厚度一般在于琴码的高度，控制垫会减少一些琴弦的震动，所以能够控制狼音。

通过以上对二胡构造的探究，就得出了二胡发声的原理：二胡发音是由于琴弦的振动。琴弦的振动是由于弓毛拨动。弓毛对琴弦有什么样的作用力呢？首先是贴弦力，弓毛击打琴弦，就像扬琴的小锤击打扬琴弦一样。再一个力就是静摩擦力，当弓毛与琴弦间有相对滑动趋势时，弓毛就会对琴弦作用静摩擦力。静摩擦力和贴弦力作用在同一点，方向互相垂直，这二力的合力便是拨动琴弦的力，琴弦就是在这个（合）力的作用下振动起来。并且有琴筒共震，由于按弦使琴弦震动的长度不同，震动的频率改变，使共鸣的琴筒震动频率不同，由琴筒放大发出声音。

而二胡音调是二胡弦振动的三个物理特性决定的.

1. 弦的粗细.在松紧和长度相同的条件下,弦越细,则音越高,越粗则音越低.内外弦分别用不同粗细的弦,就是这个道理.

2. 弦的松紧.在同样粗细,同样长度的条件下,弦越松,则音越低,弦越紧,则音越高.用弦轴旋动调整弦的松紧度来定弦的调,就是这个原理.

3. 弦振动的有效长度决定音调高低.在松紧和粗细相同的条件下,弦越长,音调越低,弦越短,则音调越高.平时演奏时用手指按弦,就是改变弦振动部分的有效长度来演奏出不同高度的音的.

另外,决定二胡音调的还有琴筒的大小,琴膜的厚度和松紧度，千斤的位置等,但这都是制作时决定了的,对同一把二胡来说,是不可改变的.可以不作为调音的原理来讲。

四、得出结论

综上所述，根据我的探究，我认为二胡的发声是由于琴弦与弓毛之间的摩擦而产生的震动，加之琴筒的共鸣作用，将发出的声音放大之后，声波再通过空气的传播，传道人耳中，听到了二胡的声音。而琴皮的松紧程度、琴弦的长短、粗细、琴轴的转动、千斤的位置，都能起到控制二胡发声音调的作用；琴杆有一定的传导震动作用。而以上这些都是控制的二胡空弦的音调，演奏时，通过改变左手的把位，改变琴弦长度，从而在演奏过程中改变音调，奏出动听的乐曲。同样，右手拉动弓杆时力度的不同，能够改变二胡发出声音的响度。

（五）感悟与反思

通过这次探究，我认识到，生活中的物理无处不在，只要细心观察，认真思考，就会有所收获。而且，虽然我对物理十分感兴趣，但是仍有太多的物理知识我不了解，所以在以后的生活中，我要以更大的热情，更认真的态度，来认识物理，感受物理，体会物理世界的神奇。

参考文献：百度百科——震动发声

百度百科——制作材料

二胡演奏教程——二胡概述