笛膜的不同蒙制方法對竹笛音色的影響

[摘要]以竹笛笛膜為研究對象，運用音樂聲學(xué)測量手段，從竹笛的聲學(xué)結(jié)構(gòu)和發(fā)音原理出發(fā)，探討不同蒙制方法下的笛膜對竹笛音色的影響，為竹笛笛膜的制作和改良提供一定的依據(jù)和方向。

[關(guān)鍵詞]竹笛;笛膜;蒙制方法;音樂聲學(xué);聲學(xué)結(jié)構(gòu);發(fā)音原理;音色分析

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.11.014

竹笛是漢族的一種古老樂器，也是最具民族特色的代表性吹奏樂器之一。竹笛常用于中國民間音樂、中國民族管弦樂隊、戲曲和現(xiàn)代音樂中。在中國民族管弦樂隊中，竹笛是一種非常重要的吹管樂器，是民族吹管樂器的代表。

中國竹笛有別于西方長笛的一個鮮明特點是竹笛的膜振動。竹笛上開有一個笛膜孔，用于粘貼笛膜，笛膜孔的位置位于竹笛的吹孔和按音孔中間（如以吹孔到第六按音孔為距離，笛膜孔位置大約在距離的1/3處）。由于笛膜的存在，竹笛的音色在更加悅耳清脆的同時，也更具穿透力。竹笛的膜振動帶來的高頻成分是竹笛音色最具特色的音響特征。

不同的笛膜會帶來不同的音色，因為不同笛膜的物理材料性能不同。笛膜材料的面密度、彈性模量對笛膜的共振頻率起到?jīng)Q定性作用。材料越厚，張力越低，共振頻率就越低;材料越薄，張力越大，共振頻率就越高。常見的笛膜材料有羊腸膜、竹膜、葦膜。其次，同一種膜的粘貼方式對笛膜的共振頻率起到重要的調(diào)整作用，如緊貼、松貼、橫貼、豎貼等，都會對音色甚至音高、音量產(chǎn)生影響。

本文以竹笛笛膜為研究對象，通過音樂聲學(xué)測量手段，從竹笛笛膜的不同蒙制方法和聲學(xué)原理出發(fā)，闡述竹笛笛膜的聲學(xué)特性，并進一步探討不同蒙制方法下的笛膜對竹笛音色的影響，試圖為竹笛笛膜的制作和改進提供一定的依據(jù)和方向。

1竹笛的聲學(xué)結(jié)構(gòu)

從音樂聲學(xué)的角度來看，一件完備的樂器可分解為以下四個基本部分。

1.1振動體——邊棱音與空氣柱

對吹管樂器而言，一般都有兩個振動體。第一振動體是最初振動的物體，如簧片、空氣漩流、嘴唇等;第二振動體則是由第一振動體所引發(fā)、形成的管內(nèi)空氣柱。竹笛的振動體為邊棱音和空氣柱。

1.2激勵體——口中噴出的氣流

激勵體是所有樂器發(fā)聲的必備條件之一，再簡單的樂器也不能缺少這個結(jié)構(gòu)，否則根本無法發(fā)聲。激勵體為樂器發(fā)聲的源頭，如果沒有激勵體，振動就不復(fù)存在。演奏者通過嘴唇將氣流吹入竹笛的吹孔內(nèi)，口中噴出的氣流即為竹笛的激勵體。

1.3共鳴體——空氣柱

管樂器和弦樂器的共鳴體有著本質(zhì)性的區(qū)別。弦樂器的共鳴體不會影響琴弦的振動頻率，即使材料不同、力度不同，振動頻率也不會變，變的只是音色。在氣鳴樂器中，共鳴體決定音高。而弦樂器中，振動體決定音高。

竹笛看似結(jié)構(gòu)簡單，但也有“耦合”情況。當激勵聲源的振動激發(fā)起空氣柱振動時，二者在振動頻率上會發(fā)生相互調(diào)制，這一調(diào)制過程就稱之為耦合。竹笛作為邊棱音振動的管樂器，激勵體——口中噴出的氣流所起的主要作用是充分振動笛管內(nèi)的空氣柱，當它激起空氣柱發(fā)生振動時，二者在振動頻率上存在耦合現(xiàn)象。

1.4調(diào)控裝置——指孔、笛塞、銅套、笛膜

以常見的傳統(tǒng)竹笛（梆笛、曲笛）為例，笛管上開有六個橢圓形的小孔，即指孔。通過手指作用于指孔對其進行開放與閉合，從而改變空氣柱的長度而產(chǎn)生不同音高。

笛塞，竹笛的吹孔左側(cè)0.5cm～3cm處有竹笛的笛塞，通過調(diào)節(jié)笛塞到吹孔的距離，改變空氣柱長度，從而對竹笛的音高進行微調(diào)。

銅套（也有人稱為插口）位置在竹笛笛管的中間部分，通過往外拉伸和向內(nèi)插入銅套，改變竹笛空氣柱的整體長度，從而改變整體音高。

竹笛的調(diào)控裝置中，最具特色的是竹笛的笛膜，笛管內(nèi)振動體振動會引起笛膜共振，從而產(chǎn)生高頻成分（一般在2000Hz以上）。需要注意的是，在不同的濕度環(huán)境下，竹笛笛膜的狀態(tài)會發(fā)生變化?？諝獾母稍锘驖駶櫝潭葘⒅苯幼饔糜诘涯?，干燥的空氣會引起笛膜緊繃，彈性降低，進而影響竹笛音色。例如，當雨天過后竹笛音色往往較為清脆，而當長時間無降雨空氣極為干燥時，則較難吹奏出理想的音色。

2竹笛的發(fā)音原理

管弦樂隊分類法中，將竹笛歸為管樂器中的木管樂器。在薩克斯一霍恩博斯特爾分類法中，竹笛屬于氣鳴樂器中的邊棱音類樂器。

竹笛的發(fā)聲過程看似十分簡單，實則較為復(fù)雜。首先，由演奏者通過嘴唇將氣息發(fā)出;接著，調(diào)整口風(fēng)的大小和位置，將氣息吹入吹孔，在吹孔中形成竹笛的激勵體;隨后，激勵體進入竹笛的笛管內(nèi)，激發(fā)竹笛的振動體，由振動體振動發(fā)出聲音;再通過竹笛的共鳴體共鳴，使竹笛的音高發(fā)生變化;最后，通過竹笛的調(diào)控裝置調(diào)控竹笛的音色。

細分的話，演奏者口中噴出的氣流既是激勵體，又是第一振動體。首先，口中噴出的氣流在沒有打到邊棱音之前是激勵體，當氣流打到邊棱上產(chǎn)生振動的時候就變成振動體，振動體振動的時候先引起空氣柱產(chǎn)生共振，所以空氣柱也是一個第二振動體，但同時它會把聲音和邊棱音形成耦合，又變成一個共鳴體，所以空氣柱既是振動體又是共鳴體。

竹笛的振動體、激勵體、共鳴體、調(diào)控裝置，是竹笛在音樂聲學(xué)角度上的四個基本構(gòu)成部分。從音樂聲學(xué)角度對竹笛的各個部件加以分析、歸納，可以發(fā)現(xiàn)影響竹笛發(fā)聲的關(guān)鍵要素，并能夠?qū)χ竦延懈由钊氲牧私狻?/p>

3笛膜的不同蒙制方法對竹笛音色的影響

3.1笛膜的采集

日常演奏的竹笛所用的笛膜，一般是“葦膜”，即來自蘆葦內(nèi)壁的薄膜?！叭斈ぁ痹诩兲烊坏奶J葦內(nèi)部生長，“葦膜”的采集對蘆葦?shù)纳L季節(jié)以及蘆葦生長的地理環(huán)境要求十分嚴格。

在蘆葦?shù)纳L季節(jié)方面，一般是在二十四節(jié)氣中的“小滿”前十天左右前往采集，此時“葦膜”的質(zhì)量處于最佳狀態(tài)。在小滿前十天左右，溫度大約處于20℃～25℃，選擇蘆葦?shù)母叨纫?650mm～1800mm為最佳。如果采集時間遠遠未到小滿，采集到的“葦膜”便太嫩，手感較軟且薄透，透明度過高。如果竹笛演奏者在演奏中使用過嫩的笛膜，因笛膜過于薄透，透明度過高，演奏中十分容易破裂。而超過小滿時前往采集，采集到的“葦膜”則較老，手感較硬且厚實，膜上略帶有白色絮狀物，透明度較低。如果竹笛演奏者在演奏中使用過老的笛膜，因笛膜已不具備彈陛，竹笛在發(fā)音和振動上會顯得較為遲鈍。在蘆葦生長的地理環(huán)境方面，淺水地帶和靠近水邊的地理環(huán)境為最佳，背陰的為最佳。

日常生活中，竹笛演奏者大多數(shù)是前往商店采購，購買時需注意笛膜的透明程度、薄厚程度以及笛膜的色澤程度等，其中較柔軟、具備彈性、透明且薄的笛膜為最佳。

另外，在笛膜的日常保存方面，不宜將笛膜長時間放置于空氣中，否則容易變質(zhì)，應(yīng)將笛膜放置于避光陰涼處保存。

3.2笛膜的膜振動

在笛膜的蒙制方法方面，笛膜厚薄度不同，粘貼笛膜的松緊度、橫豎方式不同，都會對竹笛音色產(chǎn)生非常大的影響。笛膜雖然大多數(shù)為多邊形，但膜振動方式都是以圓形為基礎(chǔ)。理想圓形膜的頻率公式為：

公式中，m是徑向節(jié)線數(shù)量，n是軸向節(jié)線數(shù)量，α是膜半徑，T是膜張力，α是膜密度，β是貝塞爾函數(shù)值。

通過公式可以看出，膜的振動頻率與張力成正比，與半徑和膜密度成反比。當演奏者采用較厚的笛膜時，面密度增加，共振頻率變低，所以竹笛的音色比較沉悶、結(jié)實。當演奏者采用較薄的笛膜時，面密度減小，共振頻率變高，所以竹笛的音色比較響亮、清脆。

3.3竹笛音色分析

針對笛膜的不同蒙制方法，例如改變笛膜的厚薄程度、采用不同的粘貼方式等對竹笛音色進行分析，采用的分析方式主要分為兩個部分。首先是對竹笛聲音采樣的音頻用GMAs軟件（《通用音樂分析系統(tǒng)》）進行頻譜分析，其次是主觀聽覺分析。竹笛音色采樣中，通過演奏員演奏采樣竹笛的聲音，分析在笛膜的不同蒙制方法下頻譜發(fā)生的變化，并結(jié)合主觀聽覺分析得出結(jié)論。

3.3.1笛膜的厚薄度對音色的影響

以下分別對貼有較厚笛膜、較薄笛膜的同一支竹笛進行聲音采樣，實驗中選用的笛膜均來源于網(wǎng)上商店，品牌為百花。粘貼方法與力度均保持一致，松緊程度通過手感盡量控制相同的緊張度。其中較厚笛膜稱為笛膜α，較薄笛膜稱為笛膜b，通過觸摸笛膜手感以及目測笛膜厚度，發(fā)現(xiàn)笛膜b要明顯薄于笛膜a。隨后分別對貼有笛膜a和笛膜b的竹笛進行聲音采樣，通過觀察頻譜，可以在一定程度上分析出粘貼笛膜厚薄度與竹笛發(fā)聲的關(guān)聯(lián)陛。

首先，在頻譜分析中，在同一支竹笛上，通過選用笛膜a與笛膜b兩種笛膜，并對貼有笛膜。和笛膜b的竹笛進行音頻采集（圖1～圖6）。通過分析可以看出，在兩種竹笛聲音采樣的頻譜中，貼有笛膜b的竹笛頻譜諧音明顯較為豐富。其次，在主觀聽覺中，貼有笛膜a的竹笛音色聽起來較為單薄，而貼有笛膜b的竹笛音色聽起來較為飽滿。由此得知，當竹笛笛膜的厚薄程度發(fā)生變化時，笛膜的面密度同時改變，也改變了笛膜的共振頻率，最終使竹笛音色發(fā)生變化。

3.3.2笛膜粘貼的松緊度對音色的影響

除了采用的笛膜厚薄度不同會對竹笛音色產(chǎn)生影響外，粘貼笛膜的松緊度不同，也會對竹笛音色產(chǎn)生非常大的影響。當?shù)涯ふ迟N得較為松垮時，竹笛的音色比較響亮;當?shù)涯ふ迟N得較為緊縮時，竹笛的音色比較沉悶。

以下分別對粘貼有較松笛膜、較緊笛膜的同一支竹笛進行聲音采樣，通過觸摸笛膜手感以及目測笛膜厚度，選用厚薄程度近似的笛膜，所選笛膜面積與直徑一致，力度一致。通過較緊與較松兩種粘貼方法，笛膜伸張程度不同，其中較緊笛膜稱為笛膜c，較松笛膜稱為笛膜d。通過測量，粘貼笛膜c比粘貼笛膜d時，笛膜伸張程度大約多出0.5mm。通過觀察頻譜，可以在一定程度上分析出粘貼笛膜松緊度與竹笛發(fā)聲的關(guān)聯(lián)性。

首先，在頻譜分析中，在同一支竹笛上，通過改變笛膜的粘貼方法，并對貼有不同松緊程度笛膜的竹笛進行音頻采集（圖7～圖12）。通過分析可以看出，在兩種竹笛聲音采樣的頻譜中，貼有笛膜d的竹笛頻譜諧音明顯較為豐富。其次，在主觀聽覺中，貼有笛膜d的竹笛音色聽起來較為響亮，而貼有笛膜c的竹笛音色聽起來較為沉悶。由此得知，當竹笛粘貼笛膜的松緊程度發(fā)生變化時，笛膜的共振頻率同時改變，也改變了諧音的能量分布，最終使竹笛音色發(fā)生變化。

3.3.3笛膜的粘貼方式對音色的影響

除了采用的笛膜厚薄度、粘貼笛膜的松緊度不同會對竹笛音色產(chǎn)生影響外，粘貼笛膜的方式不同，例如橫貼、豎貼，也會對竹笛音色產(chǎn)生較大影響。橫貼指的是將笛膜自身的條紋與竹笛自身的紋路形成垂直狀態(tài);豎貼指的是使笛膜的紋路與竹笛自身的紋路形成平行狀態(tài)。

以下分別對笛膜粘貼方式為橫貼、豎貼的同一支竹笛進行聲音采樣，通過觸摸笛膜手感以及目測笛膜厚度，選用厚薄程度近似的笛膜，松緊程度通過手感盡量控制相同的緊張度。所選笛膜面積與直徑一致，力度均一致。橫貼笛膜稱為笛膜e，豎貼笛膜稱為笛膜f，通過觀察頻譜，可以在一定程度上分析出粘貼笛膜方式與竹笛發(fā)聲的關(guān)聯(lián)性。

首先，在頻譜分析中，在同一支竹笛上，通過改變笛膜的粘貼方式，并對橫貼、豎貼笛膜的竹笛進行音頻采集（圖13～圖18）。通過分析可以看出，貼有笛膜f的竹笛頻譜諧音明顯較為豐富。其次，在主觀聽覺中，貼有笛膜f的竹笛音色聽起來較為清脆，而貼有笛膜e的竹笛音色聽起來較為低沉。由此得知，當竹笛粘貼笛膜的方式不同時，笛膜的共振頻率發(fā)生一定的變化，也改變了諧音的能量分布，最終使竹笛音色發(fā)生變化。

綜上所述，當采用較厚的笛膜時，面密度增加，共振頻率變低，所以竹笛的音色比較沉悶。當采用較薄的笛膜時，面密度減小，共振頻率變高，所以竹笛的音色比較清脆。當采用橫貼方式蒙制笛膜時，共振頻率較低，比較容易控制，適合竹笛初學(xué)者。當采用豎貼方式蒙制笛膜時，共振頻率較高，音質(zhì)清脆，多被專業(yè)演奏者使用。當?shù)涯ふ迟N松緊程度較緊的時候，諧音列較少，沒有太大的穿刺力，可以用作伴奏或用于樂隊合奏，同時也適合演奏一些北方風(fēng)格的樂曲，例如《五梆子》《喜相逢》等。當?shù)涯ふ迟N松緊程度較松的時候，諧音列較為豐富，竹笛所具有的獨特音色會表現(xiàn)得十分明顯，適合演奏一些南方風(fēng)格的樂曲，例如《鷓鴣飛》《歡樂歌》等。當?shù)涯ふ迟N程度緊到一定程度時，如笛膜伸張的距離超過2mm，笛膜會破裂或產(chǎn)生類似于膠帶的效果，笛膜的作用也就喪失了。當?shù)涯ふ迟N程度松到一定程度時，如笛膜伸張的距離減小2mm，整個笛膜會失去共振，連樂音也產(chǎn)生不了，無法構(gòu)成頻率的振動。

4結(jié)語

笛膜的不同蒙制方法對竹笛音色的影響十分明顯，竹笛演奏員在演奏中，需要充分考慮到使用不同蒙制方法下的笛膜所造成的音色變化。不僅是竹笛，任何一種樂器都帶有樂器本身所具備的個性音色，要使樂器發(fā)出動聽的聲音，不僅需要演奏技巧的表現(xiàn)，更重要的是了解樂器本身的物理因素。本文探討不同蒙制方法下的笛膜對竹笛音色的影響，希望能夠為今后竹笛笛膜的制作和改進提供一定的依據(jù)和方向。

作者簡介

邵國瑞，濟南大學(xué)音樂學(xué)院2017級碩士研究生，研究方向為音樂科技與應(yīng)用。參與完成國家藝術(shù)基金2019年度藝術(shù)人才培養(yǎng)資助項目《山東菏澤弦索樂表演人才培養(yǎng)》。

（編輯：王芳）