低音梁在力學(xué)聲學(xué)中的檢驗方法及調(diào)整方案 （一）

張猛

摘要：本文將從具有代表性的兩種不同弧度的斯式琴型著手，分析不同小提琴琴型適用的低音梁特點，該課題屬于力學(xué)、聲學(xué)與音樂的交叉領(lǐng)域研究。研究對象主要是小提琴的低音梁，通過不同制作方法、聲學(xué)實驗數(shù)據(jù)找到低音梁的最優(yōu)安裝方法。研究性質(zhì)旨在將小提琴低音梁制作提升到數(shù)據(jù)化、規(guī)律化水平，再通過找到的最優(yōu)低音梁的制作方法反向總結(jié)出具有一般規(guī)律的制作標(biāo)準(zhǔn)與檢驗方法應(yīng)用于其他琴型日常制作中。

以往制作師都是憑借多年制作經(jīng)驗制作及調(diào)整低音梁，對后續(xù)的教學(xué)與傳承有一定難度，若通過以數(shù)據(jù)支撐的規(guī)律總結(jié)制作，會對后續(xù)的制作、調(diào)整效率大大提升，從而使提琴制作的工藝傳承、入門難度、后續(xù)的創(chuàng)新發(fā)展等有更高的實用價值。

關(guān)鍵詞：提琴制作 ?低音梁張力 ?敲擊音

引言

在漫長的音樂發(fā)展史中，從無到有，從簡單到復(fù)雜，隨著音樂發(fā)展的需求小提琴逐漸出現(xiàn)在人們的視野并廣泛傳播開來，在音樂界占據(jù)舉足輕重的位置，同樣低音梁作為小提琴內(nèi)不可或缺的部件，也起到了至關(guān)重要的作用。如果說小提琴是西洋樂器的中流砥柱，那么低音梁便是小提琴中秉軸持鈞的一環(huán)。

在面板內(nèi)部低音弦一側(cè)附著著一根縱向木梁結(jié)構(gòu)，稱為低音梁。它是中間高兩端逐漸降低的流線形狀，承擔(dān)著加強面板低音區(qū)強度、傳遞振動、平衡四根弦音色等作用。

本文將通過總結(jié)不同時期音樂風(fēng)格對應(yīng)當(dāng)時的低音梁結(jié)構(gòu)，分析當(dāng)代音樂風(fēng)格下低音梁的制作需求，以及不同琴型適用的低音梁種類。

一、低音梁結(jié)構(gòu)演變

（一）橫向低音梁

提起低音梁的歷史，首先我們就要了解，為什么要有低音梁，它的作用是什么？巴洛克時期隨著音樂風(fēng)格的不斷變化，人們不滿足于弓弦樂器僅作為伴奏使用，逐步由伴奏樂器向獨奏樂器轉(zhuǎn)變，所以對樂器的性能也提出了很大的要求，首當(dāng)其沖的就是獨奏樂器需要更大的音量，這里我們就不得不結(jié)合琴碼的發(fā)展歷史來回顧提琴以及低音梁的整個發(fā)展歷程。

低音梁的設(shè)計初衷就是為了加固面板強度。一些原始的梁是以橫梁的形式安裝在琴上的，由于巴洛克時期琴碼加高，琴弦的張力變大，琴碼對面板的壓力相應(yīng)增大，所以需要低音梁來起到加固面板以及抵抗、支撐琴碼壓力的作用。在早期的面板上發(fā)現(xiàn)了彎曲的橫向支撐梁以及短的膠粘低音梁。橫向支撐梁用小木塊固定在側(cè)板上，以防止低音梁脫落（圖1）。早期的琴箱面板內(nèi)弧，通過一個凸起的加厚結(jié)構(gòu)充當(dāng)?shù)鸵袅夯蚴褂靡粋€安裝在內(nèi)弧中心左側(cè)的橫向小木條來加固面板。這種加固結(jié)構(gòu)也在古老的阿勒曼尼學(xué)派的琴和歐洲北部國家制作的哈丹里克小提琴中使用。極少數(shù)情況下，在背板中也發(fā)現(xiàn)過這些小加固木條的存在。

（二）整體低音梁

在15世紀(jì)的意大利，琴碼較為低平的早期比維拉·達·雅柯（vihuela de arco）逐步出現(xiàn)，它的面板較為平坦，并由輕巧的橫向低音梁進行支撐，這種方法非常適合比維拉·達·雅柯。但它在意大利的存續(xù)時間不到十年，由于上述所說巴洛克時期音樂風(fēng)格的轉(zhuǎn)變，這種樂器為適應(yīng)時代的變化不得不需要對自身結(jié)構(gòu)構(gòu)造進行一次顛覆性的改變，且我們通過歷史進程資料能看出這種改變在意大利于很短的時間內(nèi)完成并流傳開來。

這次改變的直接原因是源于琴弦支撐方法的變化。想要擁有更大的音量必然需要通過改變琴碼結(jié)構(gòu)來增大琴弦張力，舊的低平琴碼式的比維拉·達·雅柯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其孿生兄弟維奧拉·達·瑪瑙（vihuela de mano）琴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常相似，這種結(jié)構(gòu)對面板的壓力很小，但是一旦改為較高的拱形琴碼，增加了向下的壓力，平坦的面板便不再適用，因為它會在額外增加的壓力下塌陷。為應(yīng)對不斷提升的琴弦壓力，低音梁也不斷進行改變（圖2）。

在16世紀(jì)期間，人們嘗試了許多不同的方法：一是繼續(xù)使用橫向低音梁以支撐面板的下側(cè)；二是把面板弧度做成拱形；三是增加面板的厚度；四是在面板上刻一條完整的縱向“脊柱”，也就是我們這一節(jié)所說的整體低音梁，以增加其抗壓能力。整體低音梁是從中心向低音側(cè)延伸且逐漸變厚。它相較于橫向低音梁變得更小，形狀更像現(xiàn)代低音梁。整體梁是指在面板本身上挖出一道梁，因為這些早期的低音梁仍是最初的面板的一部分，使用一整塊木頭制作，所以他們的高度無法超出面板弧度。在鉆床等電動工具發(fā)明之前，在很多廉價的普級琴上依舊可以看到整體梁的存在。今天，對于這種古老的技術(shù)通常的解釋是它節(jié)省了時間。因為大部分有整體梁的面板是快速和草率的工藝的體現(xiàn)，整體梁的出現(xiàn)成為一個極其廉價的質(zhì)量的標(biāo)志，盡管事實是這樣的，但整體梁實際上是低音梁歷史發(fā)展的一個步驟。重要的是，也有一些制作得非常完美的從面板挖出來的整體梁，甚至需要用放大鏡來仔細確定它是否是整體梁或膠粘梁。但用這種苛刻的工藝標(biāo)準(zhǔn)“雕刻”出一根低音梁要比用現(xiàn)代低音梁消耗的時間長得多。其中一些低音梁直到今天仍然沒有改變，仍然在發(fā)揮它們的作用。因此，普遍認為制作整體低音梁只是為了節(jié)省時間的觀點也是不完全合理的（圖3、圖4）。

但是，16世紀(jì)留存下來的提琴證明，最終獲得廣泛認可的解決方案是：用低音梁和音柱支撐拱形面板，但在當(dāng)時卻未能廣泛地付諸實踐。除了對面板構(gòu)造的基本問題有不同的應(yīng)對方案之外，16世紀(jì)初期的意大利工匠對設(shè)計的其他方面也有自己的想法，例如：木材的選擇。當(dāng)然，每個工匠在細節(jié)制作上都有自己獨特的風(fēng)格，例如：音孔的形狀。因此，從構(gòu)造的基本方面和次要的外部細節(jié)來看，16世紀(jì)初是一個制琴工藝變化很大的時期。直到16世紀(jì)中葉，一些占主導(dǎo)地位的琴型才開始從各種現(xiàn)存琴模中脫穎而出，其中最著名的是威尼斯的維奧爾琴。

（三）現(xiàn)代膠粘低音梁

有膠低音梁在1550年到1600年間開始使用，并與整體梁一同存在，直到18世紀(jì)整體梁消失。雖然一些比較好的琴中也有整體梁的出現(xiàn)，但在最高檔的琴中從未使用過整體梁。為了抵抗琴弦不斷增加的張力，改變琴頸角度等改進要求，低音梁的形制變得更長更粗。文獻記錄了許多對于低音梁的最佳安裝位置的不同的意見和建議。這其中雖然記錄了很多不同的系統(tǒng)和方法來定位低音梁，但結(jié)果總是只能局限于單個樂器，即不同琴的最佳位置不同。舉個例子：根據(jù)老琴顯示，f孔上珠之間的距離通常比今天的標(biāo)準(zhǔn)42毫米要小。小提琴的f孔上珠通常在38毫米（或更少）到42毫米之間，在標(biāo)記低音梁的位置時需要考慮到這一點。那個時期在任何情況下，低音梁都不能部分穿過f孔的上珠。低音梁的位置也必須與琴碼的位置相關(guān)聯(lián)。換句話說，如果上珠之間的距離比正常的小，制琴師就必須偏離通常的位置標(biāo)準(zhǔn)。所以在那時低音梁是沒有相對固定的位置標(biāo)準(zhǔn)的。

（四）低音梁在現(xiàn)代提琴上的種類與作用

1．無翹縫低音梁

關(guān)于小提琴低音梁的無翹縫觀點，有人認為“無翹縫安裝低音梁的琴，發(fā)音會純厚一些”。但具體還要根據(jù)提琴制作的木料、琴型以及想要達到的音響效果來決定所需使用的低音梁制作工藝，這樣所達到的效果是會更好的。有觀點談到“低音梁翹縫的預(yù)應(yīng)力，是沒有好處的，隨著時間推移應(yīng)力會使低音梁兩端處的面板出現(xiàn)下塌，在面板表面可清晰地看到低音梁的痕跡，甚至?xí)p壞較薄的面板。因為低音梁的強度大于面板，預(yù)應(yīng)力只會迫使面板的局部形狀與它趨于一致，低音梁決不會趨向面板的弧度。如果拱型（弧度）已加工到最佳的形狀，提琴的音色和音量必然有保證，也沒有必要用低音梁的預(yù)應(yīng)力把它拉變形?！?/p>

但目前主流觀點還是以有翹縫低音梁為主，在后續(xù)的第二章也將通過實驗證實低音梁有無張力對整琴的影響。

無翹縫低音梁在現(xiàn)代的應(yīng)用主要出現(xiàn)在老琴的修復(fù)中，由于老琴大多會出現(xiàn)面板變形的情況，縱弧變高，橫弧變低，面板與琴圈粘合的基準(zhǔn)面也變?yōu)镃口高、上下低的弧形形狀，故變形后的面板已經(jīng)具有足夠支撐力，不再需要低音梁再提供額外張力。所以一般對古琴修復(fù)時制作低音梁一般采用無翹縫的方式。

2．有翹縫低音梁

低音梁所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，能使面板的振動更加強烈，從而發(fā)出更加宏亮、豐滿的音色。這種觀點制作的低音梁底面弧度與面板內(nèi)部弧度在制作過程中并不是使它們完全貼合的，而是低音梁底部的兩端與面板內(nèi)弧之間有一個空隙，約1.5mm～2.0mm左右的翹縫，然后在粘合時通過外部施加壓力，強行使低音梁與面板發(fā)生形變而密切貼合，這樣的做法是為了使其產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，在經(jīng)過外部壓力與膠合后所產(chǎn)生的這種形變，是一種復(fù)雜的彎曲形變，它使低音梁產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，面板也受到相同的力的作用，也隨之產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，有彎曲應(yīng)力的面板相比沒有應(yīng)力的面板的振動更加強烈，發(fā)音也更加飽滿。

不過這種應(yīng)力會因年限關(guān)系逐漸消失，當(dāng)應(yīng)力消失或不足以支撐琴弦壓力時就需要更換一支新的低音梁（應(yīng)力一般保持10～20年）。有資料進一步談到低音梁的壽命：現(xiàn)代制作的小提琴，其低音梁的壽命約為10～20年，有時也可達到40年，一般來說面板弧度較高的琴，要比面板弧度較低的琴，需要提前更換低音梁，用陳年老木制作的低音梁音響效果則更好，陳年老木是有助于琴發(fā)出渾厚溫柔的音色。

此外，優(yōu)秀的提琴修復(fù)師，很注重更換低音梁的開料和紋理的選擇，有意識地將低音梁木紋（年輪）在制作時，向右少許傾斜（即向音柱方向），年輪右斜的低音梁，在安裝膠合后，藉以加強低音梁的力度。

二、低音梁制作的幾種工藝過程及要求

（一）低音梁備料

低音梁的選材一般為云杉木，在選擇和準(zhǔn)備木材時，選用重量輕、強度大、紋理窄、徑切和無裂紋的木材。其生長線應(yīng)與面板紋理完全一致（劈料），經(jīng)過風(fēng)干且共鳴好，長度是通過測量面板長度減去80mm，并預(yù)留8mm加工量，高度、寬度分別預(yù)留20mm、8mm左右，最終完成尺寸長270mm寬5.5～6mm。

（二）低音梁定位

首先低音梁要將琴碼的振動傳遞開來，故低音梁的位置與碼腳有關(guān)，首先縱向可根據(jù)面板長度，上下各減40mm確定低音梁長度或由面板上方找到195mm處作為標(biāo)準(zhǔn)點，后將低音梁270mm分為9份，標(biāo)準(zhǔn)點上方4/9、下方5/9。低音梁與中線呈現(xiàn)斜向關(guān)系即上部距中線近，下部稍遠。將面板上下部最寬點分別做連線，將兩條連線分別除以14并標(biāo)點，將上下連線的靠中線的第一份標(biāo)點連線，確定低音梁角度（并不是最終位置），再將低音梁平移直至低音梁的外沿與琴碼碼腳位置相同，確定低音梁位置。這里也可以根據(jù)需求，使用不同公式計算低音梁的傾斜角度，如除以更小的數(shù)字，比如12，它與中心線之間的角度會更大；若是20這樣更大的數(shù)字將變得更平行于中心線。并將低音梁的每一端修整掉長約2毫米；使用這些點將低音梁放置到位（圖5）。

但在個別琴型中需要注意，若琴型上下緣寬度差過大，即上緣窄下緣寬的情況可以適當(dāng)調(diào)整低音梁角度，使其更加傾斜以保證音色。

（三）低音梁裝配

使用二（二）中測算出的這些點將低音梁放置到位，檢查低音梁料與內(nèi)弧之間的縫隙，若縫隙過大時需進行調(diào)整，修整至大致貼合面板內(nèi)弧弧度，然后借助墊圈輔助用鉛筆將內(nèi)弧弧線畫到低音梁上，然后在帶鋸上切割或使用平底刨子刨至線（圖6）。

接下來使用一個大的、扁平的一指厚平面（60 mm）來粗略的安裝低音梁。當(dāng)垂直角度良好且貼合緊密時，將其在末端的位置夾緊在面板上。在檢查了相對于琴碼的位置后（圖7），再次檢查縱向角度和垂直角度。對調(diào)整滿意后，如圖5所示，將兩個木塊在低音梁靠中線（下坡一側(cè)）粘在面板上，用于固定低音梁位置，防止上膠后出現(xiàn)打滑、偏移預(yù)定位置的情況。最后的裝配是用粉筆完成的，將粉筆涂在低音梁底面，貼合處會粘上粉筆?。ㄍ硪部墒褂脧?fù)寫紙），使用的量很少，所以不用擔(dān)心它會堆積在面板上。在安裝過程中出現(xiàn)的任何側(cè)向搖擺或扭曲都需要立刻將其消除，然后再繼續(xù)安裝低音梁。這里仍然可以使用相同的平面進行擬合，偶爾使用平鏟縱向的削，注意鏟的角度、力度一定要加以控制。這種切削方法完成的低音梁最終底面光滑度更高，但如果過度使用，則會使梁的底端平面變圓，所以一定注意鏟的角度盡量垂直于梁的兩側(cè)。上文中提到有翹縫低音梁的弊端，低音梁的應(yīng)力會使面板發(fā)生形變，所引發(fā)的拱形形變通常是以面板外弧的凸起形式出現(xiàn)，并且大部分都是出現(xiàn)在低音梁的弧的末端部分。這里我認為有一種安裝梁的方法，將梁的大部分弧度集中在梁的中間部分，也就是中間部分弧度比其相對部位的面板內(nèi)弧弧度大，兩端弧度保持與面板內(nèi)弧相對部位的弧度相同，這樣當(dāng)它粘接就位時，它幾乎可以同時接觸到面板的四分之一，而當(dāng)膠粘到位時，就幾乎不會引起任何變形（圖8）。這將集中支撐在面板最需要的中心部分。