声学/小提琴中的声学
有关小提琴的详细解剖，请参阅 Atelierla Bussiere.
当小提琴家拉奏琴弦时，琴弦会产生包含丰富泛音的振动，琴弦的振动通过琴马结构地传递到琴马和琴身。琴马通过琴足将琴弦产生的振动能量传递到琴身，从而进一步触发琴身的振动。琴身的振动决定了声音的辐射和音质，以及琴腔的共鸣。
琴弦的振动模式很容易观察到。肉眼可以看到琴弦像抛物线形状一样来回运动（见图），这类似于拉紧琴弦的自由振动的第一阶模式。琴弦的振动最早由19世纪著名的数学家和物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹研究。一个令人惊讶的现象被发现，琴弦实际上以反向“V”形运动，而不是抛物线（见图）。我们看到的只是琴弦运动的包络线。为了纪念他的发现，拉奏琴弦的运动被称为“亥姆霍兹运动”。
琴马的主要作用是通过琴足将振动琴弦的运动转化为小提琴琴身面板上的周期性驱动力。琴马的配置可以参考图示。琴马立在音孔之间的面板上，有两个主要功能。一个是连接琴身内部的空气和外部空气，另一个是使音孔之间的面板比琴身的其他部位更容易运动。当琴马放在刚性支撑上时，小提琴琴马的基频约为 3000 Hz，它是一种有效的能量传递介质，能够将能量从琴弦传递到琴身，频率范围从 1 kHz 到 4 kHz，这在人类听觉的敏感范围内。为了使小提琴的声音变得浑厚，演奏者会在琴马上安装一个消音器。消音器实际上是一个额外的质量，它降低了琴马的基频。因此，高频声音会减弱，因为传递到琴身的力已经减小。另一方面，可以通过以小楔子形式添加额外的刚性来提高琴马的基频，相应地会放大高频声音。
音柱连接着灵活的面板和更坚固的后板。音柱可以防止面板因琴弦的高张力而塌陷，同时，它可以耦合面板的振动。面板下的低音棒延伸到音孔之外，并将琴马的力传递到面板的更大区域。从图中可以看出，高音足的运动受到音柱的限制，而相反地，低音棒上的足可以更自由地上下移动。因此，琴马倾向于上下移动，以高音足为支点。在 1 kHz 以下，作用在两个足上的力保持相等和相反。在更高的频率下，力变得不均匀。在某些频率下，音柱足上的力占主导地位，而在另一些频率下，低音棒足上的力占主导地位。
琴身包括面板、后板、侧板以及内部空气，所有这些都将琴马的振动传递到包围小提琴的空气的振动。出于这个原因，小提琴需要相对较大的表面积，才能推动足够多的空气来回运动。因此，面板和后板在机制中起着重要作用。小提琴制作师传统上非常重视小提琴面板和后板的振动，他们会通过聆听敲击音来判断，或者最近通过观察琴身面板的振动模式形状来判断。然而，组装好的小提琴的振动模式要复杂得多。
面板和后板的振动模式可以用类似于恩斯特·弗洛伦斯·弗里德里希·查尔尼 (1756-1827) 首次进行的技术来轻松观察，查尔尼通常被称为“声学之父”。首先，将细沙均匀地撒在板上。然后，可以使板体共鸣，方法是使用调谐到所需频率的强大声波，或者用小提琴弓拉奏，或者在所需频率下通过机械或机电方式激发。因此，由于板体的振动，沙子会随机散开。一些沙子落在板体区域之外，而一些沙子则被板体的节点区域收集，这些区域的运动相对较小。因此，可以以这种方式可视化板体的模式形状，可以在参考资料网站小提琴声学中找到相应的图形。展示了小提琴面板和后板的前七个模式，用黑沙描绘了节点线。
琴身内的空气也很重要，特别是在较低频率范围内。就像你吹进瓶口时瓶子里的空气一样，或者被称为亥姆霍兹共鸣，它有自己的振动模式。琴身内的空气可以通过音孔与外部空气进行交流，外部空气是将小提琴的声音传播出去的介质。
有关更多关于琴马和声学方面的文章，请访问www.violinbridges.co.uk。
对小提琴声音辐射的完整描述应该包括关于辐射强度作为频率和位置的函数的信息。可以通过连接到声压级计的麦克风来测量声音辐射，该声压级计可旋转地安装在支架臂上绕着小提琴旋转，而小提琴则用夹子固定在琴颈上。使用微型冲击锤在琴马顶部边缘的拉奏方向上对小提琴施加力。详细信息可以参考马丁·施莱斯凯，小提琴制作大师工作室。不同频率和不同位置的辐射强度可以用指向性特征或声学图来表示。小提琴的指向性特征可以在马丁·施莱斯凯网站上的图中显示，其中从中心点的径向距离表示声级（相对于 1Pa/N）的绝对值，用 dB 表示，整个圆的角坐标表示绕着乐器的测量点。根据小提琴的指向性特征，可以确定小提琴在水平面上的主要辐射方向。有关不同频率下小提琴主要辐射方向的更多详细信息，请参阅参考文献（Meyer 1972）。
- 小提琴声学
- 保罗·加卢佐的主页
- 马丁·施莱斯凯，小提琴制作大师工作室
- Atelierla Bussiere
- Fletcher, N. H.，和 Rossing, T. D.，乐器物理学，施普林格出版社，1991 年
- Meyer, J.，"弓弦乐器的指向性和其对音乐厅管弦乐队声音的影响"，J. Acoustic. Soc. Am.，51，1972 年，第 1994-2009 页