红木二胡与紫檀木二胡的发音区别

　　一、 一般评价

　　根据相关资料以及实验分析，红木与紫檀在力学性能、材料质量（容积重、硬度、抗弯弹性模量等）基本相近，差别不明显。

　　二、 木材结构的分析

　　1、 红木

　　属阔叶材中散孔材结构，特点为：一个年轮内，早晚材管孔（导管细胞及管状细胞组织）的大小没有显著的区别，均匀或比较均匀地分布。径切纹理比较顺直，材质较为均匀。 （散孔材横切面）

　　2、 紫檀

　　多为半散孔材及接近环孔材特点，很少量品种属散孔材（非洲紫檀等）。一般紫檀木在一个年轮内，早材管孔比晚材管孔偏大，沿年轮呈环状排列，造成材质不完全均匀性，径切纹理有弯曲状特点，虽然表面木材纹理具有优美的花纹，材质略比红木密实，但材质均匀性差于红木。加之，紫檀具有艳丽的紫红色彩，材色均匀以及生长期较长。属世界名贵木种，因此紫檀木比红木值钱。但由于紫檀木材质以及细胞结构不如红木均匀，所以在二胡振动发音上没有红木琴通顺。 （环孔材横切面） （半散孔材横切面）

　　三、 音质的区别

　　1、 红木二胡声音特点：圆润、纯净、上下把位声音均匀，频响较宽。

　　2、 紫檀木二胡声音秀丽、明朗。但振动有不够充分之感，频响较窄。

　　四、 综合评述

　　在二胡声谱资料分析中发现：由于二胡琴筒板的结构和质量不同，将产生其声学品质的差异。

　　客观上对二胡乐音声谱要求谐波数量要多，音品才富有变化性，有韵味，丰满度好。特别是要在低频分音强的基础上，保持一定的中、高频分音。这样二胡的声音才能达到高、低音均衡，声音纯而不杂，亮而不噪，厚而不闷的特点。

　　如果声谱中的中、高频分音特别微弱或缺少，音品将产生单调，不丰富，空洞或阴暗的二胡声音效果；如果在声音中的中、高频分音过强或分布不均匀。也会有刚、硬的声音效果。虽然这不仅仅是琴筒板的因素，但由于红木二胡筒板的材料结构以及材质的均匀性特点，在保证低频的基础下，对高、中频谐波的反射传递能力较好，均匀协调的特点，优于其它材种。因此相对来说红木二胡的声音要完美的多。

　　老红木的鉴赏和红木的分类

　　其实红木这个名称是对红木大类木材材种的统称，它们都有一个基本相似的特点：心材的材色具有以色为基色特征（浅红、红、紫红、玫瑰红、金黄红、褐红、黑红），材料密度基本都属木材中最大的类别及细胞壁厚实，细胞腔小的特点，管胞基本属散孔或半散孔及半环孔分布。

　　由于木材细胞中含有色素、鞣料、树脂及其它氧化物渗透，随着砍伐后，空气风化和氧化的作用，红木的颜色会产生由外至里的变化，主要特点是颜色变深（往褐红或黑红方面变），例如：紫檀在新料时颜色偏金黄红，随着时间变化它逐渐往深紫红色演变。所以人们根据红木的这一特点，形成了新、老的一说。也就是说从表面来看，老红木主要是通过时间的推移，形成颜色变化（变深、变黑红）的特点来区分。

　　另外更关键的是随着时间的推移，木材细胞结构内会产生较大的变化：1、含水率降低；2、木材强度增强，3、树脂挥发细胞腔空洞。从而加大了木材对声学性能的提高。所以老红木的二胡声音好主要是材性稳定，对发音有利。

　　二、红木的分类

　　根据中华人民共和国国家标准GB/T 18107--2000规定，由国家质量技术监督局2000年5月19日发布，2000年8月1日实施的《红木》标准中将红木分为以下八类：

　　一、 紫檀木类

　　二、 花梨木类

　　三、 香枝木类

　　四、 黑酸枝木类

　　五、 红酸枝木类

　　六、 乌木类

　　七、 条纹乌木类

　　八、 鸡翅木类

　　共计41个品种

　　以上分类主要根据红木大类的树种名称（商品名），木材特征，主要产地以及备注（材种的个性外观特征）。

　　由于目前市场上的二胡红木（紫檀）材料品种繁多，加之俗称和地域称呼杂乱，所以很难说清是哪一类红木或紫檀。

　　根据国家标准的分类来看，市场上所说的：

　　红木：应该属黑酸枝木类和红酸枝木类；部分花梨木类也称为红木。

　　紫檀：属紫檀木类和部分花梨木类中的紫檀木（因为国家标准中花梨木类中包含部分紫檀木种）。

　　其实林业专业对红木大类的分类主要是根据木材特征来分析，它包含：生长轮类型（管胞即细胞分布特点）、心材材色、轴向薄壁组织、结构、气干密度、波痕、香气、主要产地以及个性外观特征等要素。

　　中国民族乐器二胡声学（共鸣）特征的研究

　　中国民族乐器二胡，它在民族乐队中的重要地位和作用这已是众所周知的了。根据民族乐器演奏方法分类，二胡属拉弦乐器，如按乐器声学分类法分类属弦鸣乐器，即琴弦为振动发音体的乐器。

　　其实二胡真正的音响，不仅是琴弦振动的结果，而是琴弦与共鸣体琴筒配合共振后的声学效应。

　　在弦鸣乐器发音过程中，首先具有两个力学特征：

　　1.琴弦在有效弦长和直径以及材料的确定下，要达到一定的振动频率，必须在琴弦内产生一定的张力，才能承担外力作用下的弹性振动。

　　2.琴箱、琴筒上的面板或皮膜在一定劲度和张力的作用下，才能承担琴弦通过马子对其受迫后的弹性振动。

　　如果仅从力学角度分析弦鸣乐器的特征，只能分析其结构的强度。即琴弦的张力大小、抗张强度、张力百分比以及面板的劲度、弹性、抗压能力和皮膜的张力大小，并在张力作用下的弹性能力、抗张能力等。

　　要客观的了解弦鸣乐器的声学特征就必须分析其在两个力学特征下的振动声波波形包络。通过测试掌握音响的声谱、频率响应以及振动发音过程的时间变化等特征。

　　从声学角度分析主要影响乐器发音音质的因素有以下两点：

　　1.声谱谐波分音的多少和各谐波的强度以及与基频的谐和性质。

　　2.频率响应中特征共振峰及不随基频而改变的共振峰又称固定共振峰在一定频率范围内的分布状态。

　　为了综合分析弦鸣乐器的声学特征，将频率响应图形作为主要分析对象，较为适宜。因为频率响应是其声谱的包络特征。再则频响中的固定共振峰是在乐器整体的基础上产生的，它与乐器的结构、形状（特别是共鸣箱、共鸣（面）板、皮膜的几何形状）以及原材料的弹性质量有关，并与发音体及共鸣体的固有振动频率有关。一般说在共振中，由于各部件的固有频率得到统一或形成一定的规律，从而在它的频响中就会出现与固有频率有关的共振峰。

　　在频响与声谱的分析中也可看出，如果乐器发音点选在共振峰处，基频振幅大，音量大，音质也好；如果选在峰谷处则基频振幅小，乐音音量小，音质也较差。因此从音质的要求上看，总希望频响曲线上共振峰多，共振峰的频带宽，峰与谷之间的强度差距（即不均匀度要小），共振峰分布平均。另外对声谱的要求也是希望基频振幅大，其它分音振幅随频率的升高而逐渐下降。对低音要求分音数量多，对高音要求少，对不谐和分音的振幅更希望小，这就是声学上对乐器音质的基本要求。

　　一。二胡频率响应的分析

　　为了了解二胡的声学特征，采用实时数字频谱分析仪进行二胡频率响应的测试。

　　通过测试分析得出了二胡在演奏中的全音域（ 293.7——1760 Hｚ，ｄ1——ａ3）频率响应图。

　　1.二胡频响中的有效频率宽度为：300——8KHｚ。

　　2.在1/3倍频程中，频响峰值较大的中心频率有：500——800、1.6K、3.15K、5KHｚ。

　　3.频响峰值最强区域为：400——2KHｚ（注：1/3倍频程在250——10KHｚ频率范围内，中心频率为：315、400、500、800、1K、1.25、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、8K）。

　　由于在物理振动中，发音体琴弦的特点较为简单，然而共鸣体的振动规律相当复杂。为了初步了解二胡的声学（共鸣）特征，必须把二胡几个主要共振因素剖析一下，找出二胡频响特征的根源。

　　二。采用赫姆霍兹共鸣器原理分析二胡共鸣体（琴筒）

　　专业六角二胡的琴筒内腔是由总长度为：13ｃｍ的几个大小不一的正六角形截面组成的棱台体。它的内前口大于后口，形成一个倒锥形的空气柱。

　　1.琴筒实际有效空气柱体积（V）为：470Cｍ3。

　　2.后口音窗开口总面积（A）约：27ｃｍ2。

　　3.音窗开口孔厚度（ｌ）为：0.7ｃｍ。

　　4.后口开口孔修正系数（ｌ’）为：0.85ｄ=5ｃｍ

　　（注：ｄ=2√ A/π）。

　　5.开口孔的有效长度（L）为：ｌ+ｌ’=5.7ｃｍ。

　　代入公式计算：

　　ｆ。=C/2π√ A/LV 得：ｆ。=540HZ

　　（C：空气中声速340M/S，气温为：20_℃）。

　　三。二胡琴筒一端开口、一端闭口的特征分析

　　二胡琴筒由于前口蒙上皮膜，形成一端开口、一端闭口的特征。如把琴筒内空气柱体积换算为长度（Ｌ）：13ｃｍ的圆柱体，此时直径为（ｄ）：7ｃｍ。

　　代入公式： ｆ1=C/4（L+0.425ｄ）= 530Hｚ （C：空气中的声速。）

　　由于二胡加上了约占后口面积30%的音窗，又因前内口大于后口的倒锥形几何特点，以及琴杆对声波的反射作用，给空气柱振动传播增加了一定的阻抗。从而使空气柱基频约降低小二度音程，使其实际频率为：500Hｚ以内。

　　四。二胡琴筒空气柱振动基频与各谐波特征的测试分析

　　为了验证理论计算是否有误，基本准确的研究空气柱基频与各谐波的特征，采用频谱分析仪进行测试分析。

　　1.激发琴筒空气柱振动测试基频特征：

　　ｆ=30×16.28Hｚ=488.4≈500Hｚ

　　2.空气柱频率响应特征：

　　序号 峰值频率范围 平均中心频率 各谐波/基频

　　1 、450——550 500 1

　　2 、1350——1650 1500 3

　　3、 2250——2750 2500 5

　　4 、3150——3850 3500 7

　　5 、4000——5000 4500 9

　　（频率单位：Hｚ）。

　　因为二胡琴筒属一端开口、一端闭口筒（管），在振动中其开口端是波腹，闭口端是波节；它的振动波需要往返两次，才能使反射波与再次发生的波相重合，其周期为：4L/C。另外由于它的振动特点所至，因此在振动中仅能产生包括基频在内的第一、三、五、七、九…奇数谐波，而不能产生第二、四、六、八…偶数谐波。虽然二胡琴筒在前口皮膜振动和后口音窗加强反射的影响下，不完全是理想状态的一端开口、一端闭口的筒（管）。但根据测后的频响的特征来看，其基频与其它谐波的关系基本上还是奇数倍关系。除了在500Hｚ频率范围产生了较强的峰值，并且在1500、2500、3500、4500Hｚ频率范围内也产生了较为明显的峰值。

　　五。分析二胡琴筒长度与直径的意义

　　根据声波导管原理，为了保证管（筒）内按平面波传输，并保证一定的频率范围内的驻波在管（筒）内传播获得平面波。管子的直径（ｄ）与管子的长度（L）决定了管（筒）内传播声波的上限频率和下限频率。

　　1.上限频率公式：ｆ=1.84C/πｄ

　　2.下限频率公式：ｆ=C/4L

　　根据公式得知，二胡琴筒内的最佳声波传输频率范围：（下限）440——（上限）2350Hｚ（ａ1——ｄ4）左右。因此二胡琴筒直径的确定是保证一定高频声波的传播；长度的确立是保证空气柱的最低频率的振动。它的上限、下限的频率范围，正好是二胡演奏音域中的常用音区和最高音区。并是二胡频响中峰值最强的频带区。

　　六。对皮膜振动的论述

　　一般说理想的柔性膜与弦有类似的振动特点，它们都是受张力的作用，绷紧后才能产生弹性恢复力的振动，皮膜的振动可以看成是弦的面积扩展。琴弦在振动时，其自然谐波分音系列将与弦的基频同时产生共振，形成一系列分段振动。然而皮膜振动也有其固有谐波分音系列与其基频共振。由于皮膜振动属两维波动形式，因此皮膜振动中的波节就不像弦那样是一个“节点”，而形成一条“节线”。皮膜振动与其内在结构和几何形状有关，它的振动要比琴弦复杂的多。它在振动中具有两种波节特征。其频率表示为（ｆｍｎ），ｍ数值在圆形膜振动中表示有ｍ个直径方向的节线；ｎ数值表示为ｎ个圆形节线。皮膜基频（ｆ01），它的波节特点为圆膜周边为一个圆形节线，无径向节线。其基频振动公式为：ｆ01=0.3827/ａ√ T/η

　　ａ：为圆形膜的半径，T：为张力，η：是面密度，它表明膜的半径越大则频率越低，绷得越紧则频率越高。

　　根据皮膜的振动特点，分析发现各次谐波分音与基频不再是整数倍关系，从而形成了一些极不和谐的分音。例如： ｆ11=1.5933ｆ01；ｆ21=2.1355ｆ01；ｆ02=2.2954ｆ01；ｆ31=2.6531ｆ01；ｆ12=2.9173ｆ01；ｆ03=3.5985ｆ01…

　　七。二胡皮膜的振动特点

　　由于二胡的筒口几何形状不一，皮膜也将有不同的特点，形成与琴筒口相同的几何形状的振动特点。

　　在现有的二胡琴筒截面几何形状中，常用的有圆形、正六角形、正八角形、椭圆形以及扁八角形等。根据二胡的演变历史以及各种几何形状的二胡的演奏效果，通过艺术实践认为正六角形琴筒二胡的音色较完美，音量也较为适中。

　　因为根据声波辐射球面辐射原理，如果正六角形皮膜的四周张力均匀，厚度统一。当马子将琴弦振动声波传递到皮膜上时，皮膜将产生受迫振动，把声波向四周按球面扩散辐射出去。由于六角形是在圆形基础上的正多边形，在皮膜振动初始传播时，也具有与圆形膜相似的特点，仅当声波入射到筒口边界再反射回来时，两者才出现不同的反射特征。从而会产生同一相等面积，同一相等固有频率，同一相等质量情况下的并不相同的声学（共鸣）特征。

　　一般讲皮膜形状越接近圆，其实际振动面积、振幅就越大，声音具有宽广、松驰的特点。但也存在空洞、噪杂的弱点。然而六角形的几何形状又具有圆形的基础，又区别于圆形边界状态较大。当声波通过皮膜振动辐射传播到六角的边界角落时，将产生比八角、十角皮膜大的多的抑制皮膜高次谐波的能力，对皮膜振动起到一定的滤波作用。从而体现了六角形二胡音量适中，音色纯美，富有韵味的声音特点。

　　1.二胡皮膜振动的“克拉尼”图形特征：

　　为了了解二胡皮膜在实际振动中的情况，采用撒沙法在其表面分布，通过不断振动找出皮膜振动的波节和波腹的特征。

　　经过实验发现皮膜振动是受马子推动的结果，即琴弦受激振动后，通过琴马将振动波传递到皮膜引起共振。由于皮膜在振动中受到振动方式的牵制，无法产生过多的谐波分音。仅出现了基频（ｆ01）和ｍ=1；ｎ=1的谐波分音（ｆ11）以及ｍ=2；ｎ=1的谐波分音（ｆ21）。

　　2.为了进一步研究分析二胡皮膜的振动特点，采用频谱仪对皮膜进行激振后的频响测试，并对皮膜敲击音进行了分析。

　　二胡皮膜频率响应特征：

　　序号、 峰值频率范围 、平均中心频率、各谐波/基频

　　1 、800——1000Hｚ 900Hｚ 1

　　2、 1.28K——1.6KHｚ 1.45KHｚ 1.6

　　八。结论

　　经过大量的实验和理论分析，得出以下几点结论意见：

　　1.二胡的声学（共鸣）特征及频率响应主要是共鸣体琴筒空气柱和皮膜耦合共振所至，它是决定二胡音色的关键。

　　2.要保证二胡的音质，必须合理搭配好皮膜与琴筒空气柱频响的关系。

　　3.每种乐器有它典型的频率响应，这是其共性。但同种乐器因材料、结构、工艺等差别，将会产生各自独特的频响特征和声音特点。

　　现代二胡演奏的现状对二胡乐器本身的要求

　　2004年在10月20日中国。徐州首届国际胡琴艺术节期间，我与中央音乐学院教授、硕士生导师、中国民族管弦乐学会胡琴专业委员会副会长：严洁敏老师进行了交流。严老师2004年在国际音乐艺术交流活动中，参加二胡交流演出多场，主要巡回在世界西方音乐发源地欧洲，与法国等各国交响乐团合作，展示二胡演奏艺术。

　　目前国外音乐界已充分肯定和喜爱二胡这件中国民族乐器，把二胡作为东方拉弦乐器的代表，融入交响乐协奏中。并且为二胡创作了不少新曲目，使二胡 — 中国的民族乐器逐步进入世界音乐舞台。二胡融入世界音乐后，给现代二胡提出了很大的挑战，特别是对二胡的声音质量提出更高的要求：

　　一、 声音的稳定；

　　二、 各音区的均衡；

　　三、 高音区的音质提高。更要求演奏手感的灵敏，轻松的操控能力。各音的发音清晰，不能有任何噪音“狼音”。

　　基本要求已超越二胡演奏和乐器的极限。

　　现代演奏要求二胡发音必须满足，每个音、每个音区都要按十二平均律的演奏要求，内外弦每个半音点发音都要干净、结实。

　　目前一般的二胡已很难满足现代二胡的演奏需要。这给二胡制作界带来了挑战。

　　试论二胡琴筒腔体（板）的声学性质二胡琴筒腔体是采用紫檀木、红木、乌木、色木以及其它材种板料拼胶加工而成。它前口套蒙一块蟒蛇皮，后口镶嵌一块占后口一定面积的音窗，形成二胡发音的共鸣体。

　　由于琴筒内腔容积一定体积的空间，组成一个固有一定振动频率的空气柱，在二胡振动发音过程中，与皮膜产生耦合振动，配合琴弦共振，扩大音量，美化了二胡的音色。

　　在二胡振动发音中，皮膜和琴筒内空气柱的共振作用是主要的，然而琴筒腔体（板）是否也有这一效应呢？

　　一。二胡琴筒板质量与声音的关系

　　二胡琴筒板的材料是硬质木材，板材的质量和刚性均较大。因此在二胡振动发音中，其共振效应是极其有限的。其实二胡琴筒板主要起了反射、聚集、传递声音的作用，而琴筒板的质量和材料的刚性却体现了其反射、聚集、传递声音的能力。

　　在对二胡声音分析中发现：一般杂木制作的二胡音量虽大，但声音却偏空、闷，特别是下把高音单薄乏力。可是红木类二胡就明显优于杂木二胡。

　　根据声波刚性导管理论：当声波在管（筒）中传播时高次谐波实质上是一束与管口平面成θ角方向斜向传播，并经管壁面不断反射而进行着的平面波。它不是沿管长度L轴直线传播，而是以θ角经过壁面反射传递的。

　　在声波反射中，材料的刚性和特性阻抗（ ω=C•ρ, C：声音在材料中的传播速度，ρ；材料的密度），决定着声波通过材料表面的反射能力。一般当入射波与反射波声压比 Ip＜0 时，它相当于声波遇到“软”边界；如果 Ip≈1 相当于声波遇到刚性壁。由于各种材料的刚性和特性阻抗不同，所以它们各自对声波的反射能力均不同。一般衡量材料对声波的反射能力时，可用声压比平方 I2p=Ic 表示及材料的声波反射系数。

　　木材的品种很多，它们各自的刚性和特性阻抗均不同，一般木材对声波的反射系数为：Ic 大于0.5，小于 1。这就是说声波通过空气这一媒质入射到木材表面时，木材是有一定反射能力的，仅次于金属等硬材料。

　　由于红木类在木材中的刚性和特性阻抗最大，作为二胡琴筒板较有利于声音中的高次谐波的反射传递，然而其它材种木材的刚性和特性阻抗都次于红木，因此对二胡声音中的高次谐波的反射传递就低于红木。往往造成二胡声音中高频衰减，影响了二胡声音的明亮度、力度以及下把位高音的音质。

　　在二胡声谱资料分析中发现：由于二胡琴筒板的质量不同，将产生其声学品质的差异。客观上对二胡乐音声谱要求谐波数量要多，音品才富有变化性，有韵味，丰满度好。特别是要在低频分音强的基础上，保持一定的中、高频分音。这样二胡的声音才能达到高、低音均衡，声音纯而不杂，亮而不噪，厚而不闷的特点。如果声谱中的中、高频分音特别微弱或缺少，音品将产生单调，不丰富，空洞或阴暗的效果。因此杂木二胡的声音空洞或阴暗单薄的效果，主要原因在于声音中，高、中频分音较弱或分布不均匀所至。虽然这不仅仅是琴筒板的因素，但它与红木类二胡相比，在对高、中频谐波的反射传递能力上，不如红木二胡。

　　根据材料力学分析，由于木材内部结构原因，它属各向异性材料。木材的各向力学性能不同，一般纵向力学性能大于横向。

　　假如我们仅对其一向进行力学分析，也必须把木材控制在一定厚度下。               因材料力学板刚度理论证明：

　　Bc = ｈ3E/12（1-μ2）

　　（ｈ：板的厚度，E：材料的弹性模量，μ：泊松比）。

　　从理论上可以看出板的刚度（性）与板的厚度成正比。在一定弹性模量下，板厚度越大，材料的刚度就越强；反之，板厚度越小，它的刚度就越小。因此琴筒板的厚度不同，刚度也有所不同。不同的琴筒板厚度、不同的刚度将产生不同的反射传递二胡声波中高次谐波的能力。

　　其实琴筒板在声波入射到其壁面时，大部分被反射传递出去，但还有一小部分将折射，甚至透射于琴筒板。造成筒板的一定振动。然而，这一现象不仅仅是空气柱振动所至，还有一个重要的原因就是皮膜在琴弦受激振动后，由马子传递到其表面四周时，把声波传播到筒口边界，从而引起琴筒板的振动。但是由于琴筒板均由硬质木材制成，其具有较大的刚性和特性阻抗，它的振动是极其有限的。

　　根据这一特点可以得出结论：二胡琴筒板的质量和材料刚性对二胡的声音的影响是主要的。体现在琴筒结构和尺寸中的要素是琴筒板的厚度。

　　为了具体分析二胡琴筒板的质量、刚度以及厚度，在研究中对各地生产的红木专业二胡的琴筒板进行了分析测量：

　　1.苏州产的二胡琴筒板厚度：0.78厘米；

　　2.上海产的二胡琴筒板厚度：0.69厘米；

　　3.北京产的二胡琴筒板厚度：0.67厘米。

　　（注：以上均为琴筒外表加工成型后的平均厚度。）

　　根据上述情况，假如各地均用同一质量的红木板材制作琴筒。设：红木弹性模量：E=2.1×105 公斤/平方厘米；泊松比：μ=0.3；将各地的不同琴筒板的厚度代入板刚度理论公式：Bc =ｈ3E/12（1+μ2）计算得：

　　1.苏州产：9.13×103 公斤/厘米 刚度；

　　2.上海产：6.32×103 公斤/厘米 刚度；

　　3.北京产：5.78×103 公斤/厘米 刚度。

　　因此由于各地生产的专业二胡筒板厚度控制不一，材料刚度的差异，将产生不同的反射传递声音的能力，再则各自在皮膜选择工艺处理和蒙皮方法有所不同，必然产生各地不同的二胡声音特点。