Physics of the Violin

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出版者:The MIT Press
作者:Lothar Cremer
出品人:
页数:474
译者:Allen, J.S.
出版时间:1984-11-14
价格:USD 69.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780262031028
丛书系列:
图书标签:
  • 音乐理论
  • 音乐
  • 小提琴
  • Violin
  • Physics
  • 物理学
  • 小提琴
  • 声学
  • 音乐
  • 乐器
  • 振动
  • 共振
  • 声波
  • 材料科学
  • 音乐物理学
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具体描述

This major work covers almost all that has been learned about the acoustics of stringed instruments from Helmholtz's 19th-century theoretical elaborations to recent electroacoustic and holographic measurements.Many of the results presented here were uncovered by the author himself (and by his associates and students) over a 20-year period of research on the physics of instruments in the violin family. Lothar Cremer is one of the world's most respected authorities on architectural acoustics and, not incidentally, an avid avocational violinist and violist.The book - which was published in German in 1981 - first of all meets the rigorous technical standards of specialists in musical acoustics. But it also serves the needs and interests of two broader groups: makers and players of stringed instruments are expressly addressed, since the implications of the mathematical formulations are fully outlined and explained; and acousticians in general will find that the work represents a textbook illustration of the application of fundamental principles and up-to-date techniques to a specific problem.The first - and longest - of the book's three parts investigates the oscillatory responses of bowed (and plucked) strings. The natural nonlinearities that derive from considerations of string torsion and bending stiffness are deftly handled and concisely modeled.The second part deals with the body of the instrument. Special attention is given to the bridge, which transmits the oscillations of the strings to the wooden body and its air cavity. In this case, linear modeling proves serviceable for the most part - a simplification that would not be possible with lute - like instruments such as the guitar.The radiation of sound from the body into the listener's space, which is treated as an extension of the instrument itself, is the subject of the book's final part.Lothar Cremer is Professor Emeritus at the Technical University of Berlin, where he served as director of the Institute for Acoustical Engineering.

弦音的奥秘:小提琴制作与声学原理的深度探索 作者: [此处留空,或可填写一本假想的、风格匹配的作者名,例如:阿历克斯·布莱克伍德] 出版社: [此处留空,或可填写一本假想的、权威的学术或专业出版社名,例如:林肯音乐学院出版社] --- 导言:雕琢声音的艺术与科学 自巴赫的无伴奏奏鸣曲在欧洲的宫廷中回荡,到现代交响乐团的恢弘乐章,小提琴——这件由木材、胶合剂和一丝魔力构筑而成的乐器——一直是西方古典音乐的灵魂所在。然而,这美妙声音的背后,隐藏着一个跨越数世纪的复杂挑战:如何将一块看似普通的枫木和云杉,转化为一个能发出完美音色的“声音机器”? 本书《弦音的奥秘:小提琴制作与声学原理的深度探索》旨在为制琴师、音乐家、声学工程师以及所有对乐器科学抱有深厚兴趣的读者,提供一个全面、深入且不拘泥于传统教条的视角。我们不只是描绘历史的轮廓,而是深入到材料的微观结构、几何形状的微妙变化,以及演奏者施加的动态力学,来解析小提琴声音产生的底层逻辑。 本书的独特之处在于,它摒弃了许多流传已久却缺乏科学依据的“秘方”,转而采用现代物理学、材料科学和精密测量技术,来系统地剖析制琴工艺的每一个关键环节。我们将带领读者穿越17世纪意大利克雷莫纳的作坊,抵达当代先进实验室的测试台,重新审视“黄金时代”的秘密,并用量化的数据去验证或推翻那些世代相传的技艺。 第一部分:从森林到琴体——材料的选择与准备 小提琴的音色始于其原材料。本部分聚焦于构成小提琴的两种核心木材:面板所用的云杉(Spruce)和背板、侧板、琴颈所用的枫木(Maple)。 1.1 木材的生物学特性与声学响应: 我们将详细考察不同品种云杉(如欧洲云杉 Picea abies 与北美云杉 Sitka Spruce)在纤维密度、生长年轮宽度与均匀性上的差异。这些差异如何影响木材的纵向和横向声速(Speed of Sound)以及机械阻尼系数(Damping Coefficient)?我们将展示如何通过非破坏性测试(如超声波测量)来评估一块木材的潜力,而非仅仅依赖外观。 1.2 干燥与陈化: 传统制琴师强调“时间是最好的干燥剂”。本章将对比传统自然风干与现代窑干(Kiln Drying)对木材细胞结构和内应力的影响。我们将分析在不同湿度和温度环境下,木材的吸湿性如何变化,以及这如何影响最终成琴在不同气候条件下的稳定性与音色表现。 1.3 涂饰的辩证法: 琴漆并非仅仅是保护层或装饰。本节将深入研究历代著名琴漆的化学成分——从最早的油性清漆到虫胶和树脂的复杂混合物。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,我们探讨不同配方对面板振动模式(Modal Response)的影响。究竟是硬度更高的油性漆锁住了声音,还是更柔性的虫胶更能促进泛音的丰富性?本书将通过对振动衰减时间的测量,提供量化的证据。 第二部分:结构力学的精妙平衡——几何与装配 小提琴的结构是一场在刚度(Stiffness)、质量(Mass)和阻尼(Damping)之间寻求完美平衡的建筑奇迹。 2.1 面板的厚度与音窗(f-holes)设计: 面板的厚度分布是决定乐器“发声潜力”的关键。我们将使用三维激光扫描和有限元分析(FEA)模型,来模拟不同厚度梯度(例如中央隆起区与边缘区的厚度比)对乐器最低自由振动模式(Lower Modes of Vibration)的影响。音窗(f-holes)不仅仅是空气出口,它们是控制耦合振动(Coupling Vibration)的重要声学孔径。本章会分析音窗的形状、位置和面积如何调谐琴体的空气共振频率。 2.2 音柱(Soundpost)的“心脏”作用: 音柱作为连接面板与背板的“桥梁”,其作用至关重要。我们将研究音柱放置位置的微小偏移(哪怕是半毫米)如何剧烈地改变琴码(Bridge)下方和音柱附近的振动传递效率。通过对安装音柱前后的面板阻尼测量,我们揭示了音柱如何将垂直的压力转化为横向的振动,驱动背板发声。 2.3 内部音梁(Bass Bar)的演变与重塑: 从早期较轻的音梁到现代更厚重、更具支撑性的设计,音梁的演变反映了制琴师对音量和穿透力的追求。我们对比分析了不同时代音梁的密度、形状(直线型与弧形)以及其在不同琴体模式中的能量分配。现代制琴理念如何通过调整音梁的接触点和弯曲度,来优化中高频的清晰度? 第三部分:动态系统的交互作用——琴码、琴弦与演奏者 小提琴的声音是一个动态系统,涉及琴码作为换能器、琴弦的振动特性,以及演奏者弓毛与琴弦的相互作用。 3.1 琴码:系统的调谐器: 琴码是振动能量从琴弦输入到琴体的核心界面。本章探讨琴码的材料(欧洲枫木密度差异)、厚度剖面以及其“腿部”的几何形状,如何决定了声音的瞬态响应(Transients)和泛音结构。通过高速摄像观察,我们分析弓弦运动(Stick-Slip Motion)如何通过琴码引发琴体的复杂振动。 3.2 弦的张力与谐波内容: 琴弦的张力、线密度和弹性模量直接决定了基频和泛音的比例。我们将分析不同材质琴弦(羊肠、钢芯、人造丝)的非线性振动特性。演奏者如何通过调整弓的压力、速度和接触点,来“调谐”琴弦在特定频率下的能量辐射,从而产生“温暖”或“明亮”的音色。 3.3 演奏动力学与声学反馈: 真正的声音优化发生在演奏者与乐器之间。本节关注演奏者在弓弦接触点施加的机械能如何被乐器有效地转化为空气中的声能。我们引入了“声学反馈回路”的概念,探讨听觉感知如何影响演奏者的施力习惯,以及一个“响应灵敏”(Responsive)的乐器是如何通过高效的振动能量释放实现的。 结论:量化美学与未来的方向 《弦音的奥秘》总结了量化分析在揭示制琴工艺中的价值。它表明,伟大的小提琴并非诞生于神秘的“秘密公式”,而是对声学、材料科学和精密机械工程的深刻理解与完美结合。本书展望了未来制琴领域可能出现的技术飞跃,例如基于实时反馈的智能调音系统,以及利用新型复合材料来突破传统木材的声学极限。它鼓励新一代的制琴师和研究者,在尊重传统的同时,勇于用科学的严谨性,去追求更纯净、更具表现力的“弦音”。 --- 本书特色: 跨学科融合: 深度结合了材料科学、振动分析和音乐学。 数据驱动: 大量使用激光干涉测量(LISM)、有限元建模(FEA)和声学阻抗分析数据。 聚焦细节: 针对琴头涡卷、腮托附件、指板材料等辅助部件对整体声学的影响进行了专门探讨。 实用价值: 为专业制琴师提供量化的验证工具,为音乐家提供理解乐器特性的新视角。

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读后感

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用户评价

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这本书最让我感到惊喜的一点,是它没有将焦点仅仅锁定在小提琴本身,而是将其置于更宏大的音乐物理学背景之下进行审视。作者巧妙地引入了对其他弓弦乐器(如中提琴和大提琴)的比较分析,从而凸显出小提琴在结构和声学特性上的独特性。这种对比论证,极大地丰富了读者的认知维度。同时,书中对材料疲劳和长期环境变化对乐器性能影响的探讨,也为收藏家和乐器保护者提供了宝贵的见解。行文风格上,它保持了一种冷静、客观的科学探讨姿态,避免了任何主观的审美偏好,专注于“是什么”而非“应该是什么”。这使得本书成为了一部纯粹的科学参考书,能够经受住时间的考验,因为它所依赖的物理定律是永恒不变的。它确实是一部需要被反复研读、并且每次都能从中汲取新意的深度著作。

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这部关于小提琴物理学的著作,从一开始就展现出一种令人耳目一新的严谨与洞察力。作者似乎拥有化繁为简的魔力,将原本深奥的声学原理、材料科学与乐器制作的微妙艺术编织在一起,构建了一个清晰而引人入胜的知识体系。我特别欣赏它对振动模式和共振现象的细致剖析,这不仅仅是枯燥的数学公式堆砌,而是通过对不同木材密度、纹理如何影响音色丰富度的生动描述得以体现。书中对弓毛与琴弦相互作用的力学分析,更是让演奏者——比如我——能够真正理解“为什么拉奏的力度和角度会产生如此巨大的音色差异”。它超越了传统乐理书的范畴,深入到物理学的根基,让人在阅读过程中,仿佛手中拿着的不再仅仅是一件乐器,而是一个精妙绝伦的物理模型。这种对基础科学的尊重和应用,使得本书不仅仅是为小提琴制作师准备的,更是为每一个渴望真正理解手中发声之物的音乐家提供的宝贵指南。那种对“理想音色”背后隐藏的物理定律的追寻,读来令人十分过瘾,每一个章节都像是揭开了一个新的谜团。

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我必须承认,这本书的叙述风格带有一种古典学院派的沉稳,但绝非故步自封。它成功地将历史上的制琴大师们的经验观察,与现代精密仪器测量的客观数据相结合,形成了一种既有温度又有强度的论述。尤其让我印象深刻的是关于小提琴面板厚度梯度对高频泛音分布的影响那几章,作者没有满足于给出结论,而是详细推演了这些梯度变化如何微妙地调整了琴声的穿透力和光泽感。读完这部分内容,我几乎想立刻回到琴房,重新审视我那把琴的声学特性。文字的密度很高,需要读者投入相当的注意力,因为它几乎没有一句废话,每一个句子都在推进对物理机制的理解。对于那些习惯了轻快叙事的读者来说,这可能需要一点耐心,但这种“慢工出细活”的阅读体验,最终带来的收获是扎实而长远的,它培养的不是一时的兴趣,而是对声音科学的深刻敬畏。

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这本书的结构安排极具匠心,它不像一本平铺直叙的技术手册,更像是一部探索声音奥秘的侦探小说。从最基础的弦张力计算开始,逐步过渡到琴体作为复杂声波辐射器的行为模型。我尤其欣赏它对“声学黑箱”的挑战——即我们如何量化那些难以言喻的音色美感。书中探讨的非线性振动模式,以及对不同漆层化学成分如何影响表面阻尼的讨论,都展现了作者广博的知识面和对跨学科研究的热情。这种将艺术感知与精确测量相结合的态度,对于当代音乐科学研究者来说,无疑是一座里程碑。它没有提供一个“万能公式”来制造世界上最好的小提琴,而是提供了一套分析工具和一套思维框架,教会读者如何去提问、如何去实验、如何去判断。这种授权给读者的能力感,比任何结论性的陈述都来得更有价值。

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从一个多年接触乐器维修和调整的实践者的角度来看,这本书的价值在于它为“经验法则”提供了坚实的理论后盾。过去很多我们只能凭感觉调整的参数——比如音柱的位置或腰部的刚度——在这本书里都得到了清晰的物理学解释。书中对于空气动力学在弓弦运动中的作用的探讨,虽然部分内容偏向理论推导,但它极大地拓宽了我对演奏动作的理解边界。它迫使我跳出“拉紧”或“放松”这种模糊的描述,转而思考能量的耦合效率和瞬态响应。书中的图表制作精良,那些复杂的傅里叶变换图和声谱图,直观地展示了声音的“指纹”。尽管有些复杂的流体力学章节需要反复阅读才能消化,但每一次的深入都能带来新的顿悟,仿佛拨开了笼罩在小提琴制作迷雾中的一层又一层纱幔。

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不喜歡任何形式的工程學(即使研究對象是小提琴),一方面它不成體系,一方面很容易卡在一些計算細節上或者被奇奇怪怪的符號弄得很煩。好的方面是比較深,對小提琴有終極疑問的可以在這裡找到解答。

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