低音梁在力學聲學中的檢驗方法及調整方案 （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、聲學與音樂的交叉領域研究。研究對象主要是小提琴的低音梁，通過不同制作方法、聲學實驗數據找到低音梁的最優安裝方法。研究性質旨在將小提琴低音梁制作提升到數據化、規律化水平，再通過找到的最優低音梁的制作方法反向總結出具有一般規律的制作標準與檢驗方法應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驗制作及調整低音梁，對后續的教學與傳承有一定難度，若通過以數據支撐的規律總結制作，會對后續的制作、調整效率大大提升，從而使提琴制作的工藝傳承、入門難度、后續的創新發展等有更高的實用價值。

關鍵詞：提琴制作 ?低音梁張力 ?敲擊音

引言

在漫長的音樂發展史中，從無到有，從簡單到復雜，隨著音樂發展的需求小提琴逐漸出現在人們的視野并廣泛傳播開來，在音樂界占據舉足輕重的位置，同樣低音梁作為小提琴內不可或缺的部件，也起到了至關重要的作用。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。

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

本文將通過總結不同時期音樂風格對應當時的低音梁結構，分析當代音樂風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、低音梁結構演變

（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變，所以對樂器的性能也提出了很大的要求，首當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合琴碼的發展歷史來回顧提琴以及低音梁的整個發展歷程。

低音梁的設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。在早期的面板上發現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板上，以防止低音梁脫落（圖1）。早期的琴箱面板內弧，通過一個凸起的加厚結構充當低音梁或使用一個安裝在內弧中心左側的橫向小木條來加固面板。這種加固結構也在古老的阿勒曼尼學派的琴和歐洲北部國家制作的哈丹里克小提琴中使用。極少數情況下，在背板中也發現過這些小加固木條的存在。

（二）整體低音梁

在15世紀的意大利，琴碼較為低平的早期比維拉·達·雅柯（vihuela de arco）逐步出現，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時間不到十年，由于上述所說巴洛克時期音樂風格的轉變，這種樂器為適應時代的變化不得不需要對自身結構構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構來增大琴弦張力，舊的低平琴碼式的比維拉·達·雅柯的內部結構與其孿生兄弟維奧拉·達·瑪瑙（vihuela de mano）琴的內部結構非常相似，這種結構對面板的壓力很小，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世紀期間，人們嘗試了許多不同的方法：一是繼續使用橫向低音梁以支撐面板的下側；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通常的解釋是它節省了時間。因為大部分有整體梁的面板是快速和草率的工藝的體現，整體梁的出現成為一個極其廉價的質量的標志，盡管事實是這樣的，但整體梁實際上是低音梁歷史發展的一個步驟。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準“雕刻”出一根低音梁要比用現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，仍然在發揮它們的作用。因此，普遍認為制作整體低音梁只是為了節省時間的觀點也是不完全合理的（圖3、圖4）。

但是，16世紀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，但在當時卻未能廣泛地付諸實踐。除了對面板構造的基本問題有不同的應對方案之外，16世紀初期的意大利工匠對設計的其他方面也有自己的想法，例如：木材的選擇。當然，每個工匠在細節制作上都有自己獨特的風格，例如：音孔的形狀。因此，從構造的基本方面和次要的外部細節來看，16世紀初是一個制琴工藝變化很大的時期。直到16世紀中葉，一些占主導地位的琴型才開始從各種現存琴模中脫穎而出，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世紀整體梁消失。雖然一些比較好的琴中也有整體梁的出現，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和方法來定位低音梁，但結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：根據老琴顯示，f孔上珠之間的距離通常比今天的標準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聯。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準。所以在那時低音梁是沒有相對固定的位置標準的。

（四）低音梁在現代提琴上的種類與作用

1．無翹縫低音梁

關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，發音會純厚一些”。但具體還要根據提琴制作的木料、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“低音梁翹縫的預應力，是沒有好處的，隨著時間推移應力會使低音梁兩端處的面板出現下塌，在面板表面可清晰地看到低音梁的痕跡，甚至會損壞較薄的面板。因為低音梁的強度大于面板，預應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應力把它拉變形。”

但目前主流觀點還是以有翹縫低音梁為主，在后續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。

無翹縫低音梁在現代的應用主要出現在老琴的修復中，由于老琴大多會出現面板變形的情況，縱弧變高，橫弧變低，面板與琴圈粘合的基準面也變為C口高、上下低的弧形形狀，故變形后的面板已經具有足夠支撐力，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

低音梁所產生的彎曲應力，能使面板的振動更加強烈，從而發出更加宏亮、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生形變而密切貼合，這樣的做法是為了使其產生彎曲應力，在經過外部壓力與膠合后所產生的這種形變，是一種復雜的彎曲形變，它使低音梁產生彎曲應力，面板也受到相同的力的作用，也隨之產生彎曲應力，有彎曲應力的面板相比沒有應力的面板的振動更加強烈，發音也更加飽滿。

不過這種應力會因年限關系逐漸消失，當應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（應力一般保持10～20年）。有資料進一步談到低音梁的壽命：現代制作的小提琴，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出渾厚溫柔的音色。

此外，優秀的提琴修復師，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。其生長線應與面板紋理完全一致（劈料），經過風干且共鳴好，長度是通過測量面板長度減去80mm，并預留8mm加工量，高度、寬度分別預留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，首先縱向可根據面板長度，上下各減40mm確定低音梁長度或由面板上方找到195mm處作為標準點，后將低音梁270mm分為9份，標準點上方4/9、下方5/9。低音梁與中線呈現斜向關系即上部距中線近，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并標點，將上下連線的靠中線的第一份標點連線，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調整低音梁角度，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，檢查低音梁料與內弧之間的縫隙，若縫隙過大時需進行調整，修整至大致貼合面板內弧弧度，然后借助墊圈輔助用鉛筆將內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）粘在面板上，用于固定低音梁位置，防止上膠后出現打滑、偏移預定位置的情況。最后的裝配是用粉筆完成的，將粉筆涂在低音梁底面，貼合處會粘上粉筆印（同理也可使用復寫紙），使用的量很少，所以不用擔心它會堆積在面板上。在安裝過程中出現的任何側向搖擺或扭曲都需要立刻將其消除，然后再繼續安裝低音梁。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。上文中提到有翹縫低音梁的弊端，低音梁的應力會使面板發生形變，所引發的拱形形變通常是以面板外弧的凸起形式出現，并且大部分都是出現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弧弧度大，兩端弧度保持與面板內弧相對部位的弧度相同，這樣當它粘接就位時，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。