新型低音弓弦樂器橋琴的音效提高研究

周和明，鐵梅，羅兆麟

（1.沈陽師范大學(xué)戲劇藝術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110034；2.沈陽師范大學(xué)音樂學(xué)院，遼寧沈陽110034；3.沈陽師范大學(xué)學(xué)前與初等教育學(xué)院，遼寧沈陽110034）

新型低音弓弦樂器橋琴的音效提高研究

周和明1，鐵梅2，羅兆麟3

（1.沈陽師范大學(xué)戲劇藝術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110034；2.沈陽師范大學(xué)音樂學(xué)院，遼寧沈陽110034；3.沈陽師范大學(xué)學(xué)前與初等教育學(xué)院，遼寧沈陽110034）

橋琴屬于一種柔弦樂器，是在傳統(tǒng)弓弦樂器聲音共鳴特征的基礎(chǔ)上，運用現(xiàn)代樂器聲學(xué)理論研制出的新型民族低音弓弦樂器。它突破了民族弓弦樂器單純性以膜或板共振共鳴的發(fā)音原理，從根本上改變了傳統(tǒng)低音胡琴與革胡將琴筒作為單一型共鳴腔體構(gòu)造，為了擴大振動效果，增加了琴桿向后傾斜的角度，并由特制橋碼連接皮膜與音板產(chǎn)生共振共鳴。其特點是諧波多，中、低頻強，聲音連續(xù)、和諧。

橋琴；板膜共鳴；音效

我國民族樂器改革工作正處在探索期，在過去的幾十年里，樂器改革工作一直沒有停止過［1］。隨著中國民族樂隊“交響化”進程的不斷加快，改良和研制新型中國民族低音弓弦樂器是民族樂隊“交響化”建設(shè)中的一項重要工作。

一、橋琴的研制背景

從上世紀(jì)50年代開始，我國樂器制作家和民族樂器演奏家們先后制造出第一代和第二代低音弓弦樂器——“低胡”和“革胡”，為完善民族管弦樂團的樂隊建制起到了積極作用［2］。但是，由于音頻振動遲緩、音量較小、音色暗啞等原因，仍有不少民族樂團使用大提琴作為民族樂團中的低音聲部樂器。無論從外型還是音色的融和性等方面，都存在著與民族樂團的民族風(fēng)格不協(xié)調(diào)的問題。因此，沒能從根本上解決民族樂器“低音化”的問題。其后，從中央到地方各專業(yè)院團、樂器廠家以及民間愛好者們不斷嘗試著改革與創(chuàng)新，但應(yīng)用范圍有限，沒有得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)可，沒有達(dá)到理想效果。

二、橋琴的基本形制

橋琴的結(jié)構(gòu)包括共鳴箱（9）、琴桿（3）、皮膜（4）、音板（5）、橋碼（7）、拉弦板（6）、f孔（8）、骨花（1）、琴軸（2）和底腳（10）。

橋琴的造型突出傳統(tǒng)民族風(fēng)格，共鳴腔體（9）為半橢圓形結(jié)構(gòu)，四角抹圓，線條優(yōu)美；琴頭（1）裝飾選以古典式傳統(tǒng)龍頭造型雕刻骨花；琴桿（3）借鑒中阮造型，并使用木軸置于共鳴箱上端，與共鳴箱固定連接；指板（11）粘貼在琴桿的表面；琴軸（2）固定在琴桿上端的琴頭上；拉弦板（6）采用固定式，不采用浮弦式，設(shè)置在共鳴箱下端；琴弦設(shè)為四根，選用纏弦，一端固定在琴軸上，由琴枕支撐，另一端固定在拉弦板上；琴弓為開放式；橋碼（5）為四弦獨立孔，頂部呈圓弧式［3］。

圖1　

圖2　

根據(jù)聲學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)和音樂律學(xué)等原理，將共鳴箱長度設(shè)定為750mm，上部寬度為340mm，中部寬度為395mm，下部寬度為430mm，箱體厚度為100mm；側(cè)板厚度為2.5mm-3mm；琴桿長度為500mm，寬度為60mm；指板長度為575mm；有效弦長為650mm；橋碼長度為310mm，圓徑為80mm，高度為170mm。

三、橋琴的創(chuàng)新技術(shù)與音效提高

“橋琴”的設(shè)計理念突出了三項創(chuàng)新技術(shù)，包含了物理聲學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)及音樂律學(xué)等原理，為音效的提高提供了有力依據(jù)。

（一）共鳴箱板面采用了“皮膜”與“音板”共振共鳴原理

橋琴突破了我國傳統(tǒng)民族弓弦樂器單純依靠膜或板振動發(fā)音的音色特點。共鳴腔體的外形設(shè)計體現(xiàn)傳統(tǒng)民族特色，半橢圓體結(jié)構(gòu)使其增加皮膜與音板的張力，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)張力［4］。

腔體正面上部為膜板采用皮膜振動，并設(shè)有調(diào)節(jié)皮膜張力裝置可任意調(diào)節(jié)皮膜的張力達(dá)到音質(zhì)要求，保留了傳統(tǒng)民族弓弦樂器皮膜振動的特色音效；下部為音板振動并設(shè)有f孔，f孔采用中華民族的云字花圖案，音板采用梧桐木與白松等軟質(zhì)的木材，按高低音排列音板的厚度，要求紋理順直、年輪均勻。兩側(cè)的側(cè)板為弧線形凹凸線條并按音色的需求來確定側(cè)板的厚度，能夠更好地配合音箱共振共鳴效果。箱體背板采用楓木，為緩弧線形，借鑒大提琴背板模式。腔體空間較大，上部皮膜與下部音板分出兩個相對的獨立式音箱，在音質(zhì)得到充分過濾后產(chǎn)生共振。

在雙腔體琴箱內(nèi)形成一個共鳴區(qū)，通過低音音梁與音柱的調(diào)節(jié)，讓聲音在腔體內(nèi)部得到充分傳振，增強了聲音協(xié)和共振能量。橋琴的音板采用梧桐木與白松等軟質(zhì)的木材與皮膜裝置協(xié)和振動時應(yīng)能表現(xiàn)出相近的物理特征，在共鳴區(qū)中形成“共振峰”（中心頻率），使音質(zhì)和音色更具有復(fù)合共鳴的特點。音板太軟或太重都不行，太軟了振動不起來，太重了則被壓住了。通過橋碼把振動傳送到琴箱上去，這時整個共鳴腔體的振動已經(jīng)是一種放大了的耦合振動。

共鳴腔體上下左右圍繞音板輔助振源，在音質(zhì)得到充分過濾后產(chǎn)生完美共振共鳴，構(gòu)成皮膜與音板共振的補助協(xié)和式音箱。

（二）橋碼的材料優(yōu)選與形制

在橋琴的整體設(shè)計中，特制橋碼要縱跨皮膜與音板兩個相對獨立的共鳴腔體之間，所以在橋碼的材料選擇上既要考慮到振動，又要考慮美觀。質(zhì)地過硬影響振動，過軟容易斷裂。通過對楓木、烏木、老紅木、紫檀木等常用橋碼材料進行試驗，結(jié)果差強人意。烏木、老紅木與紫檀木雖然色澤美觀，但木質(zhì)堅硬對共振產(chǎn)生抵觸；楓木略好于烏木，材質(zhì)結(jié)構(gòu)上比烏木、老紅木、紫檀木松軟，能夠起到一定的共振效果，但仍然沒有達(dá)到預(yù)期值。

當(dāng)橋碼的頻率與琴體固有頻率近乎相等時，就會產(chǎn)生“共振”現(xiàn)象，恰恰竹制橋碼能夠最大完善共振效果。這是因為竹子挺拔、修長、紋理清晰、質(zhì)薄而較脆，在每一個振動周期內(nèi)，竹制橋碼能不斷給琴體補充能量而沒有被抵消掉。就像擺動秋千一樣，每次都順著原來的振動加一份力，秋千就越蕩越高。經(jīng)過多次振動與硬度的測試最終選用圓徑80mm，長度300mm的風(fēng)干竹筒作為竹制橋碼的原材料，經(jīng)過加工后中部鏤空，兩端呈四腳狀，縱跨皮膜腔體與板膜腔體之間，底腳寬度與厚度根據(jù)音質(zhì)、音色的要求進行調(diào)整。由于整體的共鳴腔為上部皮膜與下部音板構(gòu)成，橋碼作為重要的壓力緩沖與音色過濾裝置將選取最佳音質(zhì)接觸點縱跨皮膜與音板，讓高低音域分屬不同振動范圍，使高音更側(cè)重音板振動，低音更側(cè)重皮膜振動，從而達(dá)到徹底的板膜共振共鳴，體現(xiàn)板膜共振共鳴的完美音效。

橋碼頂部為四弦獨立孔頂部圓弧式，便于演奏。當(dāng)周期性的外力作用到橋碼時，雙腔共鳴音箱會產(chǎn)生受迫振動，這種外力也叫做策動力。當(dāng)振動達(dá)到穩(wěn)定后，雙腔共鳴音箱不再以他自身的固有頻率振動，而是以策動力的頻率振動，縱跨式橋碼的幾何造型特性決定協(xié)和共鳴的質(zhì)量，也是改變傳統(tǒng)單腔共鳴結(jié)構(gòu)為復(fù)合共鳴結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

這樣，既較大幅度地擴大了樂器共振與音響共鳴，也大大提高了樂器的聲學(xué)品質(zhì)。從而使“橋琴”發(fā)音更加靈敏，高、中、低音區(qū)音色更加統(tǒng)一，音質(zhì)更加優(yōu)美動聽，低音區(qū)更加豐滿，在民族樂隊中與胡琴、彈撥等樂器聲部音響更加協(xié)調(diào)，達(dá)到了聽覺與視覺的完美結(jié)合［5］。

（三）后傾式琴桿

在不影響演奏的前提下，加大了琴桿向后傾斜的角度。目的是為了增加琴弦、橋碼、皮膜與音板相互之間的張力，充分?jǐn)U張振動效果，增強簡諧振動的振幅。簡諧振動的振幅是由振動的起始狀態(tài)決定的。就像嗓子喊得用力些，鋼琴擊弦的琴鍵離弦遠(yuǎn)些即可使發(fā)聲體振動的振幅大些，出聲也就響些。當(dāng)然，也有一定的限度。從上述的例子中也可以看出，簡諧振動的振幅是與能量有關(guān)的。振幅越大，振動的能量越大。琴桿后傾，使橋碼高度達(dá)到170mm，琴桿安裝角度與共鳴箱板面呈75°關(guān)系，明顯大于大提琴角度。在增加了琴桿與共鳴腔體距離的同時，琴弦、指板、橋碼與皮膜和音板之間的距離也隨之加大。因此，我們且不去考慮重力勢能，只需考慮彈性勢能。當(dāng)簡諧振動的動能最大時，彈性勢能最大時，動能最小。簡諧振動的振幅及初相位也隨之加大，但振動的固有周期或固有頻率不會有任何變化，而與共鳴腔體的固有特性相關(guān)。

四、橋琴目前所取得的社會認(rèn)可度

橋琴于2012年獲批遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目；次年5月取得文化部“國家文化科技提升計劃項目”支持；同年9月參加遼寧省科技廳、財政廳、教育廳主辦首屆遼寧省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲一等獎（參賽企業(yè)、團隊400余家，第一名），11月獲科技部、財政部、教育部、中華全國工商業(yè)聯(lián)合會主辦第二屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)秀獎（參賽企業(yè)、團隊13000余家）；目前已獲批3項發(fā)明專利及一項實用新型專利。

橋琴的設(shè)計與研發(fā)運用了物理聲學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)和音樂律學(xué)的原理，綜合了我國傳統(tǒng)民族樂器與西洋樂器的優(yōu)勢。橋琴是一件真正的新型民族低音弓弦樂器，利用傳統(tǒng)皮膜振動源與音板振動源產(chǎn)生共振共鳴的獨特音色，從根本上改變了中國傳統(tǒng)民族樂器共鳴腔體單一型結(jié)構(gòu)的振動原理，加快了民族樂器低音化改革的步伐。橋琴的成功研制，推動了我國民族樂器改革的歷程，明確了樂改與科技相結(jié)合的道路，為解決民族管弦樂隊的交響化問題貢獻了力量。這便是橋琴——板膜協(xié)和共鳴式新型民族低音弓弦樂器嶄新的研發(fā)理念。

［1］周和明，鐵梅.中國民族樂器考［M］.沈陽：遼寧民族出版社，2013：204-207.

［2］韓寶強.中國改良民族樂器——拉弦樂器［J］.演藝設(shè)備與科技，2008（6）：51-57.

［3］張輝，等.發(fā)明專利名稱：板膜弦協(xié)和共鳴式低音弓弦樂器［P］.發(fā)明專利號：201310254572.8

［4］張輝，等.發(fā)明專利名稱：低音拓延的管弦共鳴樂器［P］.發(fā)明專利號：201210100463.6

［5］張輝，等.發(fā)明專利名稱：合琴的制作與研究［P］.發(fā)明專利號：201510009349.6

【責(zé)任編輯曹萌】

J624.1

A

1674-5450（2015）04-0169-02

2015-03-20

周和明，男，遼寧沈陽人，沈陽師范大學(xué)副教授；鐵梅，女（回族），遼寧海城人，沈陽師范大學(xué)副教授，福建師范大學(xué)音樂教育理論博士研究生。