二胡發聲中噪音的科學探討-二胡教学

二胡發聲中噪音的科學探討

更新时间：2013-05-29 来源/发布：乐器学习网作者/编辑：乐器爱好者

國立台南藝術學院民族音樂學研究所
課程：現代國樂
指導：陳如祁老師
事項：課堂作業
學生：萬國廷921012
date：2003/11/26

前言：

在上篇文章中提及二胡樂器的科學定性描述，本篇文章著重在樂器發聲上的探討。對樂器的靜態發聲定論後應再為樂器做實際發聲的探討，所以筆者此篇做論述二胡發聲中噪音的產生及解決探討的概述。

一、各種樂器在研究上的科學介紹：

樂器聲學研究雖視各個樂器的發聲原理而有所不同，但其中亦有些共通的方法。就旋律性樂器而言，必須把發聲部份與共鳴部份拆為不同的系統研究，再探討彼此的耦合，共鳴部份的物理特性通常由「輸入阻抗曲線」（input impedance curve）來敘述。管樂器的發聲部份可以是氣流噴在平面的邊緣並且被分為兩股，另一發聲方式為氣流通過平行薄片間的縫隙引起它的快速開合，笛屬於上述中前一類，單╱雙簧樂器、銅管樂器及人聲屬於上述中前後一類。管樂器的共鳴部份為管身內的空氣柱，以實驗測量它輸入阻抗的方法，是在吹嘴處放置正弦波聲源並以定速氣流吹入管身，測量管口的音量。而本篇的論述重點在絃樂器。弦樂器涉及的振動系統很多，以西方小提琴類樂器而言，計有弦、橋、正面琴板、共鳴箱內的空氣、背面琴板等。討論弦的振動要考慮演奏方式（拉弓速度及壓力、撥弦或擊弦位置），以及琴弦異於理想弦的物理特性（縱波、阻尼係數、楊式彈性係數）；共鳴部份的輸入阻抗測量，則可以在橋施以微小的正弦振盪，測量該處的速度與加速度之比。

固有振動模式分析（mode analysis）致力於把系統的振盪分解為固有振動模

式的疊合，每個固有振動模式都以其固有頻率（eigenfrequency）及固有

形狀函數（eigenfunction）來敘述，這樣的分析在打擊樂器的聲學研究中居於中

心地位，而弦樂器的琴板振動也必須用到這個觀念，現今用雷射干射儀（Laser-

interferometer）作的固有振動模式分析，其在高頻測量的精密度遠勝從前。此

外，有限元件分析（finite element analysis）致力於將複雜系統拆為耦合的幾

個系統、無所不在的非線性現象（nonlinearity）深深左右著許多樂器的發聲，

以上這些都是樂器聲學進階理論裡最重要的幾個議題。最近研究中國樂器的方法以

此項為主（鄭德淵《二十一弦箏之聲學研究及其音樂之研究》。台北：學藝出版社。

就是利用此一先進儀器及理論對中國樂器—古箏來做研究）

另外，音樂家以音強、音高、音色(或稱?音品)作?樂音三大要素，客觀上決定任一聲音的物理參量是聲壓、時程和頻譜。對樂音而言，聲壓決定它的強度或響度感覺，頻譜決定它的音色。音高在聲學上稱?音調，由頻譜中的基音頻率決定。若基音消失，音調的感覺不變，由諧音系列的結構決定。樂音一般不是穩定持續的周期信號，其時程可分?增長、穩定、衰減三個段落。不同類型的樂音，三個段落的時間不同。例如彈弦音和撥弦音的增長段比拉弦音的短促得多，並且幾乎沒有穩定段。在增長和衰減段，樂音的頻譜與穩定段可以有顯著的不同。因此，樂音的音色與時程的關係很大。對樂器的每個部件，都可以分析上述參量，以總結出音質優美的樂器的最佳聲學條件。

另一音樂中以穩定的、周期性的聲音現象為主，故研究的方式常以頻譜分析為主，與頻譜分析相對的是從時間角度作的分析，這兩種切入方式（frequency-domain / time-domain approach）各有所長，傳統的研究偏重於前者，但在非線性現象漸受重視後，諸如啟始鳴響與收束鳴響（starting and finishing transient）的研究，便必須以時間的角度對微分方程式或積分方程式求近似解。

對樂器和人的發音原理的研究是從激勵器、共鳴器、輻射器三大部件來入手，以求得最高的發音效率和優美的音色。簡單的響器，其激勵、共鳴、輻射合?一體，如鑼；電子合成樂器則用電路來模仿激勵器和共鳴器，輻射器就是揚聲器。

在實務上，有幾個觀念常用來描述各種樂器的聲學特性，例如樂器的初始鳴響、收束鳴響，以及發聲的方向性等。樂器聲學的另一個核心問題，則是演奏技巧的聲學探討。與演奏相關的還有樂器的製造與改良，像大提琴的狼音（wolf tone）現象困擾著演奏者，便是一個樂器製造者需要致力克服的問題。

二、二胡發聲原理中噪音的產生原理及解決方式：

以二胡來說就是弓擦弦的聲音，聲音的頻率視有效弦的長短而頻率就有所不同。另ㄧ個會產生主振的地方是在琴碼以下的地方，有另ㄧ個固定的振動為諧振，ㄧ般而言諧振是頻率是主振的1/2 1/4 1/8 或者是主振的1,2,4倍因此在拉胡琴時產生的頻率不只ㄧ個倍數的振動，而是有好幾個倍數的振動，只是被主振蓋掉了，人聽不到，既使聽到了也是協調的。
第三個是共振，也就是說兩個不同的音源，在同ㄧ個頻率時，會產生最大的共振。而當這個共振大於主振時就會產生刺耳的聲音，這也是ㄧ般所謂狼音的產生。當琴馬以下的震動剛好跟琴弦的主振或諧振產生最大的共振時，狼音就出現了，除非你可以叫琴碼以下的弦不振動。以下提及二胡噪音（狼音）的產生：

（一）、在陳俞生『二胡狼音的產生原因及消除方法』文中有提及：

琴瑪下方琴弦振動波能量一部份傳到琴馬上方，由於此一振動波和琴馬上方的第五次諧波發聲衝突，這就是產生狼音的原因。而新琴的皮膜緊，聲波阻抗大，琴瑪下方琴弦振動波大部分傳到琴馬上方，對於琴馬上方弦的振動影響較大。就琴的皮膜鬆，聲波阻抗小，吸收琴瑪下方琴弦振動波，所以對於琴馬上方弦的振動影響較小。這也就是新琴比舊琴容易產生狼音的原因。

　

（二）、另ㄧ個產生共振及諧振相衝突的地方（也就是產生狼音的地方）是蛇皮的因數。我們都知道拉二胡時越高把位，聲音越小，那是因為弦的頻率跟蛇皮的頻率共振越離越遠，導致無法產生樂器良好的共振。我們從以下這篇文章，鄭德淵《音樂的科學》中，可以做探討：

以二胡這項樂器作空皮基頻（不加弦、琴碼、墊布），及加物基頻（加弦、琴碼、墊布）測驗。可得知加物後蛇皮音高大約升高一個小二度到小三度之間（及＃A—G）。而經測試，發現二胡皮膜之最佳振動基頻大約在440—460Hz之間。皮膜鬆他之二胡，其振動基頻低於上述之數值。蒙皮過緊或皮膜過薄，其振動基頻高於上述之數值，發音多呈現粗噪音社或趨向高胡音色之感覺。

（三）、弦的影響：

1、弦本身的物理性質：

弦的粗細、拉線時的均勻度、弦上有無雜質、弦的混合密度…等，都因自召集使用的不同而有所影響。如以前所使用的絲弦，就會產生出較多的狼音現象，其原因在於弦的粗細不均勻，以及振動不完全。所以，以前的樂器製造者無法做出大型低音的絃樂器，其中一方面是在於無法克服弦的問題。現今科技的發達，弦的精密度以可克服弦的製作，但畢竟投入研究者少之又少，原因在於市場環境發展性不大。

2、弦使用的應力性質：

弦使用上的張力及有效弦長以及各段絃長的比較，由於各段張力的不同所

呈現的頻率也不同。在林昱廷老師的文章「南胡各段絃張力與共振頻率之探討」中提到：

琴碼到琴筒下緣這段琴弦，其振動頻率是造成二胡產生狼音及其他雜音的主要原因之一。利用拉力試驗機，在按照力學原理寄善出其他各段琴弦所承受的張力，在利用頻率公式計算出各段琴弦振動的頻率，所計算出36公分內弦琴碼到琴筒下緣這段琴弦的音分值最小，且發出的音最和諧。而39公分內弦琴碼到琴筒下緣這段琴弦的音分值最大，且發出的音屬不和諧。

3、各種弦的介紹：

上海民族樂器廠的“敦煌”定制二胡琴弦和“百花”二胡弦。它們的質量可謂上乘。這兩種弦弦徑相對較粗（敦煌更粗一點），發音圓潤渾厚，內外弦的音色差別比較明顯。其中“敦煌”牌已成為上海弦的代表和標准。

蘇州弦蘇州民族樂器一廠“江南”二胡弦，蘇州東吳民族樂器廠“今吳”二胡弦及專業二胡弦的特點是直徑相對較細，裝這種琴弦的普遍感覺是da定音時琴弦相對上海弦較軟，聲音清亮細膩，內外弦音色差別相對較小，用在蘇州琴上下把位的效果較好。

北京琴弦。北京常青制琴社“常青”牌二胡弦或銀質二胡弦及北京星海公司的“星海”牌二胡弦。典型的北京琴弦的特點是較粗且質地較硬，所以音量大，音色剛而亮。裝在北京琴上，會有典型的北方製造的二胡的特殊風味。

德國pirastro公司出品的“紅龍”二胡弦。真正德國原裝，價格不菲。它是按照上海弦的規格製作。用料精良，包裝科學合理美觀，弦本身的均勻度好，張力統一，音位和泛音位極為準確。發音剛亮渾厚，內外弦音色差別比“敦煌”小。唯一的缺點是，起碼要拉上一個星期才能“拉開”

4、運弓的問題：

右手在運弓時音角度的問題使弦產生縱向振動和扭轉振動。當弓擦弦時不是直角而呈傾斜的角度時，如拉京胡，除了樂音（由橫振動所產生）之外，還會聽到較尖銳的聲音，是沿著弦長方向所做的週期性伸縮運動。他的頻率會比基音頻率高幾個八度。然而這一個縱向運動中包含高次泛音的產生，而高次泛音多屬不和諧音，所以如初學者或基本功練習不加者，在演奏長音時會有聽到較尖銳的聲音，就是產生縱向振動和扭轉振動。

5、但是問題來了，有些人在拉二胡時會說為什麼他的音頭會有雜音出現，我認為有以下幾個原因：

（1）、物理學上動摩擦及靜摩擦原理：

要使一物體產生運動必須克服其自身的最大靜摩擦，等其運動後即回到等值之動摩擦。所以初學二胡者常不自覺的加大運弓的初始力，其力量大過於弦的靜摩擦及動摩擦，導致無法偶合所以產生音頭的雜音出現。而練習久後及了解樂器習性，也能加以控制，這就是所謂的基本功練習重要的地方。

（2）、蛇皮振動偶合原理：

因為蛇皮是固定的音高，所以蛇皮本身也會有ㄧ個固定的震動頻率，因此當再弦振動時，蛇皮本身的震動尚未被琴弦震動頻率給抓住，所以剛開始二者彼此尋找偶合的最佳方式，會產生幾分之ㄧ秒，甚至ㄧ秒的時間在不穩動狀態所致。而如果蛇皮不夠緊，狀況會更嚴重，也就是說蛇皮和弦的偶合振動時間會更久，導致音頭雜音出現時間會更久。

　

三、解決二胡狼音的方法：

（一）、劉毅志《二胡的研究》。台北市中國民族音樂學會出版。及陳俞生在『二胡狼音的產生原因及消除方法』文中，提及二胡狼音的產生原因及消除方法。文中有提及：

二胡演奏家們從實踐中找以認識到狼音的來源，並在皮膜及琴瑪下方琴弦振動處塞上海綿、毛毯…等，來抑制琴瑪下方琴弦的振動。有也專家建議在琴碼下方墊柔性材料來消除狼音。這二種方式都有效抑制狼音，但都有降低音量，改變音調使聲音變的沉悶。作者針對以上缺點製作一音夾，使其黏於琴瑪下方琴弦上，不與琴碼及皮膜接觸。實驗證明，這種音夾抑制狼音有力干見影的效果。

而吸音布，應該可以解決ㄧ部份蛇皮的問題。在音響的專業來說是將音稍微的延遲ㄧ，讓皮鼓可以穩定，也可以吸收ㄧ些琴馬以下的弦產生的振動，但是能吸收多少，那要看頻率而，也就是說，琴馬以下弦的距離，決定了其共振的頻率，而吸音布吸收的是否剛好是那個頻率，決定了他的效果。

　

（二）、張韶《二胡廣播教學講座》。書中有提出對新皮膜的處理方法：

1、每天壓揉皮膜多次。2、做一壓皮架壓一至三次，每次壓三到六天。

（三）、琴碼的問題：

照理說，聲音跟蛇皮的中心如果距離ㄧ定，其共振及諧振頻率會固定，但是偏偏二胡是六角形或是八角形，圓周跟中心點的距離都不ㄧ樣，所產生的共振也不ㄧ樣。而且如果拉二胡的人又不是把琴馬放在中心點那變數就更多了。
而琴馬其實是ㄧ個蠻重要的介質，作為ㄧ個聲音的傳導其形狀、大小、及材質，都會影響傳導的頻率變數。

匯集演奏家對琴馬的看法及製造者對琴馬的經驗法則，兩者加以比較及討

論：

1﹑舊有材質的探討

以楓木和牛毛梨木為主，作為長方形或圓形。另有二木馬（楓木和烏木黏

和在一起）、松節馬、鉛筆馬、竹馬、紙馬、高梁桿馬、鋼絲馬、骨馬、色

木馬、牛骨馬、象牙馬、、、等等。

2﹑發展新材質的可能性：

如以二木馬為例，他是由楓木和烏木黏和在一起，琴馬的三分之二用楓木

（在上部），琴馬的三分之一用烏木（在下部）。結合不同材質以作為二胡

發聲之探討。現階段油煎碼的運用，也是在加強聲音傳遞的優良性及阻抗的

減少性。

照理講改變琴馬會改變狼音的大小才對。就拿頻譜分析儀測試的結果，琴馬加大、材質不變狼音出現的地方會低幾度。而用橡皮墊的方式放在琴馬以下的地方可以吸收下弦的震動，但是不可能解決蛇皮的共振問題的。

（四）、演奏技術的克服：

一般以奏者在熟悉自己使用樂器的特性後，都會使用一些方式克服，如：演奏熱烈音樂且遇產生狼音處時，即會運用適當的弓壓及弓速來掩蓋過噪音的產生。或者適可而止的運用揉弦，或改變按弦的力度。這些無非都是在改變弦的振動模式，使其減少音樂中所產生令人厭惡的噪音。另一方面，使弓毛和弦成平面及盡量直角的運行，以避免產生多餘及不必要的高次泛音（如產生縱向振動和扭轉振動）。

結論：

世界公認最佳的義大利斯特拉迪瓦裏小提琴，其物理參量有哪些特色，現在已有了深入的研究。我們可以借鏡西方研究的方法，如小提琴在高音部分有如此的音量及穿透力，是在於小提琴演奏高音時有其供振部分，而其善加利用音柱及低音樑，做面板和背板的有效共振，以及高音區及中、低音區的發音。如果能藉此並研究出一方法，解決二胡高音部分及低音部分音量及音色平衡的問題。又如研究共鳴良好的歌聲，發現其頻譜中2.5～3kHz附近有一特殊的共振峰等。此外，各部件之間的耦合對於達到最佳聲學條件也很重要。充分瞭解各部件的振動原理和它們之間的耦合，樂器的製作和研究才有科學根據。

參考書目：

1、陳俞生，2001：二胡狼音的產生原因及消除方法。中國音樂學季刊第3期。

2、鄭德淵《音樂的科學》。台北：大陸書局。

3、張韶《二胡廣播教學講座》。上海：上海音樂出版社。

4、張玉明《二胡問題系列解答（一）》。台中：易典實業有限公司。

5、劉毅志《二胡的研究》。台北市中國民族音樂學會出版。

6、鄭德淵《二十一弦箏之聲學研究及其音樂之研究》。台北：學藝出版社。

7、鄭德淵《中國樂器的藝術性與科學理論》。台北：聲韻出版社。

8、林昱廷、李志良，2003：南胡各段絃張力與共振頻率之探討。國立台北藝術大

學學刊。

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’" 陳俞生，2001：二胡狼音的產生原因及消除方法。中國音樂學季刊第3期。

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’" 鄭德淵《音樂的科學》。台北：大陸書局。

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’" 林昱廷、李志良，2003：南胡各段絃張力與共振頻率之探討。國立台北藝術大學學刊。

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’" 陳俞生，2001：二胡狼音的產生原因及消除方法。中國音樂學季刊第3期。

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’" 張韶《二胡廣播教學講座》。上海：上海音樂出版社。