弦鸣乐器原理

　　现代乐器分类法的5大类乐器之一，包括所有的弦乐器。这类乐器均以赋予张力的弦为发声的振动源；除极少数例外，都有某种形状的共鸣器与弦结合产生耦合振动。激发方式有擦奏、拨奏、击奏，还有一种不常见的“风奏”弦乐器。本类乐器多数为旋律乐器，多数能兼奏和弦，即能在同一乐器上兼奏旋律和伴奏。弦鸣乐器一般音色优美，强弱变化幅度大，音域较宽，普遍适用于独奏、重奏、合奏和伴奏，在音乐艺术中具有重要地位。弦乐器在世界各地区分布很广，种类形制繁多。除钢琴、小提琴族和吉他等为世界范围广泛应用的乐器外，各国几乎都有自己的各种民族性、地区性的弦鸣乐器。

　　构造　弦鸣乐器一般由以下主要部分构成：①琴弦；②共鸣器；③弦的支撑结构和张力调节装置；④有些乐器上有键盘、踏瓣、激发机、指板、琴弓、拨片或槌等附件。

　　琴弦的材料，普遍用钢丝、羊肠和尼龙；有些地区用马尾和丝弦；个别地区用植物的根、茎、叶纤维，人发，猫、马、鱼等的肠衣，动物皮革，兽禽腿腱筋等。各种弦乐器上的弦有多种不同的名称、用法和结构，如异弦、自弦、开放弦（一译空弦）、按位弦、旋律弦、共鸣弦、同音弦组、裸弦、缠弦和捻股弦等。

　　共鸣器是弦乐器上的发音器和放大器。除少数原始的、简单的弦乐器没有共鸣器或有共鸣器而不与弦相结合，一般共鸣器上的音板或张紧的音膜均与弦紧密结合。

　　支撑和调节结构是为承受和调节弦的张力。一把胡琴或小提琴上弦的总张力达数百牛顿；一台钢琴的张力近 200千牛顿。琴体本身即为一个支架结构。对本类乐器的再分类即按不同的支撑结构划分。弦张力的调节装置一般位于支撑结构的一端，主要有3种方式：①栓结;②弦环；③弦轴。现在普遍应用弦轴。有圆锥形木质弦轴，如胡琴（称轸子）和小提琴等；有圆柱形金属弦轴，如钢琴和扬琴等；有齿轮弦轴，如吉他和低音提琴等。

　　分类　弦鸣乐器的再分类，欧美一般是先按乐器的结构特征，再按激发方式划分。结构特征的分类名称系以某一欧洲乐器为代表，分为：

　　齐特琴类　结构特征是弦直接平行张挂于琴体表面，弦长接近琴身长度；按琴体形状再分为：①板箱体齐特琴类。有两种，一种是拨弦扬琴类，如、（维吾尔族，与阿拉伯的卡嫩琴类似）等；一种是击弦扬琴类，如、等。②长形齐特琴类，如（古）、等。③棒体齐特琴类，如（北印度）、恩增滋琴（乌干达）。此外还有管体、筏体和槽体等，均不常见。

　　琉特琴类　均有从琴体（共鸣箱）延伸出的琴颈，弦张于琴体及琴头之间的颈上。按激发方式分为：①擦奏，如、等；②拨奏，如、等。

　　利拉琴类　四边框架形结构，共鸣箱左右两边向上延伸出一对臂，两臂上端之间以横梁（轭）相联，在横梁与共鸣箱底边之间张弦。

　　竖琴类　三角形结构。包括弓形，如乐弓、弓琴（中国台湾省）等；角形，如竖箜篌、（缅甸）等；三角框架形，如等。此类乐器不同于其他类乐器的特征之一，是弦的一端与琴体（共鸣箱）以一定角度立交连接。

　　原理　弦鸣乐器的发声机构，是一个从机械运动变为空气振动的能量转换系统。弦是声源体，对发声起策动激励作用；音板以至整个共鸣箱在与弦的耦合作用下，既起向空气扩大辐射振动面积的作用，又影响乐器发声中各个谐波频谱的形成，即对乐器发音起放大”和“润色”的重要作用。

　　弦振动包含一系列复杂运动，其总振动系由多种不同的振动形态组成。横振动是最基本的，其全长振动产生基音，决定该弦音高；分段振动产生一系列谐音（泛音），决定音色；振动幅度决定音强。纵振动是随横振动引起的沿弦长方向的周期性伸缩位移运动，对横振动起增强某些谐音振幅的作用。扭转振动是有些激发方式产生的一种振动形态，如用弓擦弦或手指拨弦，都会迫使弦发生扭转运动，对改变音色起一定作用。

　　弦在受不同方式的外力激发振动时，常会影响其自然谐音系列的组成而使音色发生变化。如激发点位于某谐音的波腹上，该谐音即被加强；如在波节上，该谐音则被抑制。所以选择弦上适当的激发点，对改善音色是重要的。一般选择弦振动长度的1/7、1/9、1/11处为激发点，可起到抑制或削弱不协和的第7、9、11谐音的效果。在演奏中，常利用各种激发手法，以产生不同效果。如在擦弦乐器上运弓离弦马远近、弓毛与弦的接触面大小、弓压力的变换等；在拨弦乐器上用手指或用拨片拨弦，在击弦乐器上用不同软硬、轻重或宽窄的槌击弦等，均会使谐音系列的组成起变化而产生不同的音色和音量。在弦上以手指轻触某波节点而发泛音，是抑制了基音而加强了该谐音所致。这里，扭转振动对音色的影响也较明显；如在离弦马较远处运弓或以手指拨弦，扭转运动较烈，发音比扭动较弱的在近弦马处运弓或以拨片拨弦显得柔和。击弦不致扭动，横振动居主，钢丝金属声明显。通常感觉肠衣弦和金属弦在音色上有所不同，这主要是纵振动的作用。

　　实际的弦难免有劲度，其顺性和张力作用因而降低，从而振动时产生纵向弯曲和扭曲等畸变现象，使其谐波频率的比例关系受影响，高次谐波与基频不再是自然的谐音系列关系。这也是钢弦比肠衣弦不协和成分多的原因。弦越刚硬，由于频移而出现的非协和成分越多，振幅（能量）损耗也越大，音色越贫乏枯燥。低音弦以较柔顺的缠弦取代粗而刚硬的单根裸弦，音质即大为改善。弦的质地的硬软，还影响音板以至整个共鸣器的频响特性。

　　弦本身纤细，不能驱动足够密度和面积的空气媒质及于人耳，仅靠弦振动所发的声音是极微弱的。所以，弦必须借助于与某种共鸣器结合；当弦振动时，使共鸣器受迫振动，帮助把弦的振动能量大面积地向空气辐射传播出去。所以人听到的弦鸣乐器声音，实际源自弦而发自共鸣器。两者之间是耦合关系。共鸣器以其面板（音板）或张紧的皮膜与弦相结合。这里既有弦振动，又有板或膜振动（见和）。以小提琴为例，面板和背板受弦振动的激励，在板上形成一系列封闭的波节线，整个共鸣箱及腔内空气也随之振动，各有各自的固有频率，形成整个琴体的频响特性。弦和琴体各部分的固有频率组合呈现一系列共振频率的峰和谷。这些峰和谷在频率上的分布若较均匀，乐器的发音一般是好的；否则就可能出现高低音不均衡的现象，甚至产生音调起伏不定的“狼音”。弦马、音柱和低音梁等的作用是向琴体各部分传递振动，其材质、尺寸、形状和位置等，对面板、背板以至整个琴体的振动状态和固有频率，均有一定影响并起调节作用，故与乐器的音质优劣也有一定关系。

　　起源　据考，人类在约公元前3000年以前，已拥有一些弦乐器。中外史论一般均认为弦乐器的问世晚于其他类乐器，类似原始猎弓的乐弓当系最初的弦乐器，是所有弦乐器的鼻祖。有人推测原始猎人把饮食用的碗状物为便于携带而和猎弓栓在一起，从而发现了在弦乐器上装置共鸣器的作用。一般认为弦乐器的激发方式是先有“拨”和“击”，“擦”弦发现较晚。

　　人类文明开始较早的美索不达米亚及其周围地区、古埃及、印度和中国等地，是各类乐器，也是弦乐器的重要发源地。弓形、角形、方形和三角框架结构弦乐器，于约公元前3000年前后出现于苏美尔；约公元前2000年出现于埃及。有颈弦乐器约于公元前2000年出现于西亚和埃及。板箱体弦乐器始见于腓尼基古国。中国古代传说和神话中，有不少关于远古时期弦乐器的记载，如“伏羲作琴”（《琴操》）；“庖牺氏作瑟”（《世本》）；“黄帝使素女鼓瑟”（《通典》）等。据可靠记载，琴、瑟始见于西周（公元前1100——前771），这些都是已具较高水平的长形箱体拨弦乐器。击奏的始见于战国。有颈弦乐器始见于秦汉的弦鼗和形似阮而统称为琵琶的多种拨弦乐器。唐代有用竹棒擦弦的奚琴，形似后来的胡琴;用马尾弓擦弦的胡琴始见于宋。汉灵帝时（2世纪）传入的竖箜篌源出西亚。4 世纪通过印度传入中国的曲颈琵琶，有源自中亚一说。扬琴约于17——18世纪从土耳其或欧洲传入。新疆的卡侬（喀布奈）和阿拉伯的卡嫩；新疆的与阿拉伯的坦布尔；西藏的根卡与波斯的等，在形制和名称上均留有源流关系的痕迹。印度、巴基斯坦等素有弦乐器国之称，以丰富多样的有颈拨奏和擦奏弦乐器闻名于世，许多弦乐器尚附有共鸣弦。印度的坦布拉和阿拉伯的坦布尔；印度的和波斯的塞塔尔；印度的桑图尔与波斯的桑蒂尔等，均有渊源关系。

　　非洲除北部埃及等穆斯林国家以外地区的弦乐器，甚为丰富和颇有特色，尤以各种拨弦乐器最为发达。起源西亚后来曾盛行于古希腊的方框形，至今盛行于非洲许多国家。最原始的乐弓，在非洲许多地区仍能见到。

　　欧洲在16世纪以后，有些弦乐器得到高度发展，如钢琴、小提琴、吉他和竖琴等，均为遍及世界范围的重要弦乐器。据欧洲乐器学者考证，这些乐器的先驱，主要是中世纪传入欧洲的西亚和埃及乐器。如小提琴类乐器的始祖为，传入欧洲后称雷贝克；、和吉他等起源于等有颈拨弦乐器；波斯等国的拨弦和击弦扬琴是钢琴的始祖；竖琴的形成与源自埃及等国的希腊和罗马的利拉等有关。

　　美洲和大洋洲本土有很少几种简单的弦乐器；他们现在所用的弦乐器，则主要是于16世纪以后从欧洲和非洲传入和发展而来的。