合琴的共鳴腔體設(shè)計與發(fā)音原理

王濤，宋智慧

（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)法學(xué)院，遼寧沈陽110034）

合琴的共鳴腔體設(shè)計與發(fā)音原理

王濤1，宋智慧2

（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)法學(xué)院，遼寧沈陽110034）

合琴是正在研制中的一種新型中國民族樂器。其共鳴腔體的設(shè)計直接影響樂器發(fā)聲的音色、音質(zhì)和音量，是決定這種新樂器成敗的關(guān)鍵因素。合琴的主振動源由多種不同材質(zhì)的膜、板構(gòu)成，琴碼和共鳴腔體以及出音孔的設(shè)計使得多種音頻能夠充分共振、融合、過濾，產(chǎn)生音質(zhì)較高的復(fù)合音色。此種復(fù)合音色可以解決現(xiàn)有民族樂器音色個性強(qiáng)，合奏音效散、雜等難題。

合琴；共鳴腔體；發(fā)音原理

為使傳統(tǒng)民族樂器能夠適應(yīng)大型民族管弦樂隊交響化的要求，前輩們進(jìn)行了不懈的努力，研制出了大量的改良樂器和新式樂器。在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我們擬研制一種新式民族樂器——合琴。這種樂器最大的特點便是發(fā)音原理獨特，能夠產(chǎn)生既具民族特色又能適應(yīng)樂隊交響化需求的復(fù)合音色。

一、合琴的研制主旨

民族樂器的音色個性較強(qiáng)，在擔(dān)綱獨奏和傳統(tǒng)無和聲支體的合奏時，這一特性得以充分地發(fā)揮，但在演奏大型現(xiàn)代民族管弦樂作品時，這種色彩性強(qiáng)的個性則成為了其自身的制約條件。自上世紀(jì)20年代的大同樂會開始，尤其是建國以來，前輩們對民族樂器進(jìn)行了一系列的改革，產(chǎn)生了大量的改革成果。但由于傳統(tǒng)樂器的音色特質(zhì)在人們的腦海中已經(jīng)根深蒂固，步子大的改革人們難以接受，真正保留下來的改革成果均是微調(diào)式的變化，并沒有從根本上觸動傳統(tǒng)樂器的發(fā)音方式。從保護(hù)傳統(tǒng)的方面說，民族樂器音色傳統(tǒng)的美學(xué)品格得到了保留，但從大型民族管弦樂隊的發(fā)展來看，微調(diào)式的改革方式難以解決樂器之間音色、音質(zhì)高度統(tǒng)一、融合性好的難題［1］。

在傳統(tǒng)民族樂器“難改”的情況下，我們設(shè)想走研制新型樂器的道路。這種新型樂器的音色應(yīng)該兼有民族樂器的個性和西洋樂器的融合性，我們將這種樂器取名為“合琴”。振動源是樂器音色特質(zhì)生成的根本。現(xiàn)有的中國民族樂器，因為振動源的不同，導(dǎo)致合奏時各種樂器之間音波相互碰撞，音色難以統(tǒng)一。現(xiàn)代民族管弦樂隊中，拉弦樂器以皮膜為主要振動源，彈撥樂器以梧桐板為振動源，借用的西洋低音樂器以云杉板為振動源。三類樂器結(jié)合在一起演奏時，三類振動源均獨具個性，音色和音質(zhì)不易融合［2］。合琴將采用多種振動單體協(xié)和共鳴的設(shè)計理念，融合多種振動源的特質(zhì)，使多種音頻同時在一個共鳴腔內(nèi)共振與反射，最終融合為一種獨特的音色，產(chǎn)生具有融合力的音效。合琴能夠從根本上改變中國傳統(tǒng)民族樂器共鳴腔體單一型結(jié)構(gòu)的振動原理，在現(xiàn)代大型民族管弦樂隊的合奏中，能夠充分發(fā)揮出音色的融合力，在一定程度上解決樂隊聲音效果散、交響化難的問題。

二、合琴的基本形制

合琴的琴體構(gòu)造主要包括（參見圖1、圖2、圖3）：琴軸1、琴枕2、琴弦3、琴桿4、云杉板5、皮膜6、琴碼腳Ⅲ7、琴碼腳Ⅱ8、拉弦板9、梧桐板10、出音口11、琴碼12、琴碼腳Ⅰ13、圓筒14、背板15、側(cè)板16、共鳴箱17、音板18、琴頭19、指板20。

合琴的造型設(shè)計突出民族風(fēng)格，琴身吸收馬頭琴造型元素，下寬上窄，四角抹圓，琴頭裝飾以牡丹造型的傳統(tǒng)雕花。琴桿位于共鳴箱上端，并與共鳴箱固定連接，指板粘貼在琴桿的表面，拉弦板固定在共鳴箱的下端，琴軸固定在琴桿上端的琴頭上，琴弦一端固定在琴軸上，由琴枕支撐，另一端固定在拉弦板上。佩四根琴弦，根據(jù)聲學(xué)振動原理，將有效弦長設(shè)計為500mm，琴體長度為850mm，共鳴箱上下長度為350mm，左右寬度約200mm，側(cè)板高度約30mm。演奏時，在固定琴身的基礎(chǔ)上開放琴弓，即可拉奏亦可彈奏，更便利于演奏及藝術(shù)表現(xiàn)。

圖1　（正視圖）

圖2　（側(cè)視圖）

圖3　（正視圖）

三、合琴的共鳴腔體設(shè)計

共鳴腔體直接影響樂器發(fā)音的音色、音質(zhì)、音量。為產(chǎn)生獨特的復(fù)合音色，合琴共鳴腔體的設(shè)計必須在尊重科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上不同以往，另辟路徑。

合琴共鳴腔體由音板、側(cè)板以及背板組成，外形設(shè)計體現(xiàn)民族特色，上下長度350mm，左右寬度約200mm，側(cè)板高度約30mm（參見圖1、圖2）。為產(chǎn)生復(fù)合音色，腔體正面音板材料由梧桐、云杉、蟒皮三種材料組成，三種振動單體構(gòu)成一張完整發(fā)音膜板。音板以中線為分界線，一側(cè)為梧桐板，另一側(cè)為云杉板。木材必須達(dá)到符合制作音板的標(biāo)準(zhǔn)，要求紋理順直、年輪均勻。在音板上部以中線對稱嵌入圓形皮膜，皮膜面積占音板面積的1/3-1/2之間，皮膜采用蟒皮。皮膜嵌入至圓筒的結(jié)構(gòu)內(nèi)（參見圖2）固定在圓筒的一端（共鳴箱正面），圓筒置于共鳴箱內(nèi)，其另一端抵住共鳴箱內(nèi)部背板，在圓筒側(cè)面開傳聲孔，將音波傳遞至共鳴箱內(nèi)，使得圓筒的小腔與共鳴箱能夠產(chǎn)生共鳴，達(dá)到整個腔體徹底振動，從而產(chǎn)生特殊的音效。腔體兩側(cè)的側(cè)板為弧線形凹凸線條，按音色的需求來確定側(cè)板的厚度，配合腔體共鳴效果。腔體背板為緩弧線形，借鑒小提琴背板模式［3］。

出音口設(shè)置在梧桐板和云杉板連接的中線上（參見圖3），位置在皮膜下端三塊振動膜板中間，距離皮膜1-2cm，出音口兩端距離側(cè)板1.5cm左右，約占腰部橫向的2/3。出音口置于共鳴腔體正面三塊振動膜板中央，能夠充分汲取蟒皮、梧桐、云杉的振動特質(zhì)，將共振音波諧和、均衡地傳達(dá)出來。出音口形制取云字花或花朵音窗造型，具有中國傳統(tǒng)審美寓意。

琴碼設(shè)計為三腳結(jié)構(gòu)（參見圖1）。腳Ⅰ、腳Ⅱ設(shè)置于出音口下方，以音板的中線對稱，分別抵在梧桐板和云杉板上，腳Ⅲ位于圓形皮膜的中心處。腳Ⅰ、腳Ⅱ與中線的連線交點距離出音口與中線交接最低處3-10cm。腳Ⅰ和腳Ⅱ相對音板垂直面（圖2中虛線）的傾角為1-5°，腳Ⅲ相對音板垂直面的傾角可以為20-50°，初步判定最佳為45°［4］。

四、合琴的發(fā)音原理

合琴的發(fā)音系統(tǒng)設(shè)計，改變了傳統(tǒng)民族樂器共鳴腔體單一型結(jié)構(gòu)的振動原理，在充分繼承民族樂器發(fā)音原理的基礎(chǔ)上，采取了多種振動單體協(xié)和共鳴的設(shè)計思路。

合琴由蟒皮、梧桐、云杉三種不同的材質(zhì)組成一張完整的發(fā)音振動膜板。這種設(shè)計思路，參考了民族管弦樂隊中幾類樂器的發(fā)音特性：拉弦樂器以皮膜為主要振動源，聲音溫婉綿長，善于表現(xiàn)歌唱性旋律；彈撥樂器以梧桐板為振動源，聲音清脆、顆粒感強(qiáng)；借用的西洋低音樂器以云杉板為振動源，聲音雄厚扎實。我們采用蟒皮、梧桐、云杉三種材質(zhì)作為振動單體組成一張完整的發(fā)音膜板，目的是使合琴能夠融合拉弦樂器、彈撥樂器以及西洋低音樂器的音響效果。

三種振動單體的共振以及音頻合成是通過琴碼和共鳴腔體以及出音孔的設(shè)計來實現(xiàn)的。琴碼采用三腳結(jié)構(gòu)，張開的三個腳抵在三種振動單體上，琴弦振動琴碼，琴腳將振動傳遞至各獨立振動單體，使三種不同材質(zhì)的皮膜和板材產(chǎn)生共振，所生成三種不同類型的音頻同時在一個在共鳴腔體內(nèi)通過振動與反射，融合為一種獨特的復(fù)合型音色。出音口設(shè)置于三塊振動膜板中央，能夠充分汲取蟒皮、梧桐、云杉的振動特質(zhì)，將共振音波諧和、均衡地傳達(dá)出來。出音口的科學(xué)設(shè)置，既能保證音頻的充分振動，又使得樂器的音質(zhì)得到進(jìn)一步地過濾，有效地消減噪音和雜音，從而保證了音色更加均衡和悠揚(yáng)。

結(jié)語

合琴的設(shè)計與研發(fā)綜合運(yùn)用了物理學(xué)、聲學(xué)和律學(xué)的相關(guān)知識，吸收了我國傳統(tǒng)民族樂器與西洋樂器的優(yōu)點。合琴利用多種振動源產(chǎn)生復(fù)合音色，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，能夠充分發(fā)揮出音色的融合力，在一定程度上解決了中國民族樂器個性強(qiáng)，合奏時音色、音質(zhì)達(dá)不到完全融合與統(tǒng)一，樂隊聲音效果散、雜的問題。合琴的成功研制，將為實現(xiàn)民族管弦樂隊的交響化貢獻(xiàn)力量，并推動我國民族樂器改革的歷程，對以后的樂改工作有可借鑒之處。

［1］于捷，傅利民.民族樂隊的音響結(jié)構(gòu)觀念探索［J］.中國音樂，2005（4）：112-114.

［2］梁茂春.論民族樂隊交響化［J］.人民音樂1998（2）：13-16.

［3］張輝，等.專利名稱：板膜弦協(xié)和共鳴式低音拉弦樂器［P］.專利號201310254572.8

［4］張輝，等.專利名稱：合琴的制作與研究［P］.專利號201510009349.6

【責(zé)任編輯曹萌】

J624.1

A

1674-5450（2015）04-0174-02

2015-03-20

王濤，男，山東濟(jì)南人，沈陽師范大學(xué)講師；宋智慧，女，遼寧蓋州人，沈陽師范大學(xué)副教授，法學(xué)博士。