新型低音弓弦乐器桥琴的音效提高研究

周和明，铁梅，罗兆麟

（1.沈阳师范大学戏剧艺术学院，辽宁沈阳110034；2.沈阳师范大学音乐学院，辽宁沈阳110034；3.沈阳师范大学学前与初等教育学院，辽宁沈阳110034）

新型低音弓弦乐器桥琴的音效提高研究

周和明1，铁梅2，罗兆麟3

（1.沈阳师范大学戏剧艺术学院，辽宁沈阳110034；2.沈阳师范大学音乐学院，辽宁沈阳110034；3.沈阳师范大学学前与初等教育学院，辽宁沈阳110034）

桥琴属于一种柔弦乐器，是在传统弓弦乐器声音共鸣特征的基础上，运用现代乐器声学理论研制出的新型民族低音弓弦乐器。它突破了民族弓弦乐器单纯性以膜或板共振共鸣的发音原理，从根本上改变了传统低音胡琴与革胡将琴筒作为单一型共鸣腔体构造，为了扩大振动效果，增加了琴杆向后倾斜的角度，并由特制桥码连接皮膜与音板产生共振共鸣。其特点是谐波多，中、低频强，声音连续、和谐。

桥琴；板膜共鸣；音效

我国民族乐器改革工作正处在探索期，在过去的几十年里，乐器改革工作一直没有停止过［1］。随着中国民族乐队“交响化”进程的不断加快，改良和研制新型中国民族低音弓弦乐器是民族乐队“交响化”建设中的一项重要工作。

一、桥琴的研制背景

从上世纪50年代开始，我国乐器制作家和民族乐器演奏家们先后制造出第一代和第二代低音弓弦乐器——“低胡”和“革胡”，为完善民族管弦乐团的乐队建制起到了积极作用［2］。但是，由于音频振动迟缓、音量较小、音色暗哑等原因，仍有不少民族乐团使用大提琴作为民族乐团中的低音声部乐器。无论从外型还是音色的融和性等方面，都存在着与民族乐团的民族风格不协调的问题。因此，没能从根本上解决民族乐器“低音化”的问题。其后，从中央到地方各专业院团、乐器厂家以及民间爱好者们不断尝试着改革与创新，但应用范围有限，没有得到业内人士的广泛认可，没有达到理想效果。

二、桥琴的基本形制

桥琴的结构包括共鸣箱（9）、琴杆（3）、皮膜（4）、音板（5）、桥码（7）、拉弦板（6）、f孔（8）、骨花（1）、琴轴（2）和底脚（10）。

桥琴的造型突出传统民族风格，共鸣腔体（9）为半椭圆形结构，四角抹圆，线条优美；琴头（1）装饰选以古典式传统龙头造型雕刻骨花；琴杆（3）借鉴中阮造型，并使用木轴置于共鸣箱上端，与共鸣箱固定连接；指板（11）粘贴在琴杆的表面；琴轴（2）固定在琴杆上端的琴头上；拉弦板（6）采用固定式，不采用浮弦式，设置在共鸣箱下端；琴弦设为四根，选用缠弦，一端固定在琴轴上，由琴枕支撑，另一端固定在拉弦板上；琴弓为开放式；桥码（5）为四弦独立孔，顶部呈圆弧式［3］。

图1　

图2　

根据声学、力学、材料学和音乐律学等原理，将共鸣箱长度设定为750mm，上部宽度为340mm，中部宽度为395mm，下部宽度为430mm，箱体厚度为100mm；侧板厚度为2.5mm-3mm；琴杆长度为500mm，宽度为60mm；指板长度为575mm；有效弦长为650mm；桥码长度为310mm，圆径为80mm，高度为170mm。

三、桥琴的创新技术与音效提高

“桥琴”的设计理念突出了三项创新技术，包含了物理声学、力学、材料学及音乐律学等原理，为音效的提高提供了有力依据。

（一）共鸣箱板面采用了“皮膜”与“音板”共振共鸣原理

桥琴突破了我国传统民族弓弦乐器单纯依靠膜或板振动发音的音色特点。共鸣腔体的外形设计体现传统民族特色，半椭圆体结构使其增加皮膜与音板的张力，产生内应张力［4］。

腔体正面上部为膜板采用皮膜振动，并设有调节皮膜张力装置可任意调节皮膜的张力达到音质要求，保留了传统民族弓弦乐器皮膜振动的特色音效；下部为音板振动并设有f孔，f孔采用中华民族的云字花图案，音板采用梧桐木与白松等软质的木材，按高低音排列音板的厚度，要求纹理顺直、年轮均匀。两侧的侧板为弧线形凹凸线条并按音色的需求来确定侧板的厚度，能够更好地配合音箱共振共鸣效果。箱体背板采用枫木，为缓弧线形，借鉴大提琴背板模式。腔体空间较大，上部皮膜与下部音板分出两个相对的独立式音箱，在音质得到充分过滤后产生共振。

在双腔体琴箱内形成一个共鸣区，通过低音音梁与音柱的调节，让声音在腔体内部得到充分传振，增强了声音协和共振能量。桥琴的音板采用梧桐木与白松等软质的木材与皮膜装置协和振动时应能表现出相近的物理特征，在共鸣区中形成“共振峰”（中心频率），使音质和音色更具有复合共鸣的特点。音板太软或太重都不行，太软了振动不起来，太重了则被压住了。通过桥码把振动传送到琴箱上去，这时整个共鸣腔体的振动已经是一种放大了的耦合振动。

共鸣腔体上下左右围绕音板辅助振源，在音质得到充分过滤后产生完美共振共鸣，构成皮膜与音板共振的补助协和式音箱。

（二）桥码的材料优选与形制

在桥琴的整体设计中，特制桥码要纵跨皮膜与音板两个相对独立的共鸣腔体之间，所以在桥码的材料选择上既要考虑到振动，又要考虑美观。质地过硬影响振动，过软容易断裂。通过对枫木、乌木、老红木、紫檀木等常用桥码材料进行试验，结果差强人意。乌木、老红木与紫檀木虽然色泽美观，但木质坚硬对共振产生抵触；枫木略好于乌木，材质结构上比乌木、老红木、紫檀木松软，能够起到一定的共振效果，但仍然没有达到预期值。

当桥码的频率与琴体固有频率近乎相等时，就会产生“共振”现象，恰恰竹制桥码能够最大完善共振效果。这是因为竹子挺拔、修长、纹理清晰、质薄而较脆，在每一个振动周期内，竹制桥码能不断给琴体补充能量而没有被抵消掉。就像摆动秋千一样，每次都顺着原来的振动加一份力，秋千就越荡越高。经过多次振动与硬度的测试最终选用圆径80mm，长度300mm的风干竹筒作为竹制桥码的原材料，经过加工后中部镂空，两端呈四脚状，纵跨皮膜腔体与板膜腔体之间，底脚宽度与厚度根据音质、音色的要求进行调整。由于整体的共鸣腔为上部皮膜与下部音板构成，桥码作为重要的压力缓冲与音色过滤装置将选取最佳音质接触点纵跨皮膜与音板，让高低音域分属不同振动范围，使高音更侧重音板振动，低音更侧重皮膜振动，从而达到彻底的板膜共振共鸣，体现板膜共振共鸣的完美音效。

桥码顶部为四弦独立孔顶部圆弧式，便于演奏。当周期性的外力作用到桥码时，双腔共鸣音箱会产生受迫振动，这种外力也叫做策动力。当振动达到稳定后，双腔共鸣音箱不再以他自身的固有频率振动，而是以策动力的频率振动，纵跨式桥码的几何造型特性决定协和共鸣的质量，也是改变传统单腔共鸣结构为复合共鸣结构的关键。

这样，既较大幅度地扩大了乐器共振与音响共鸣，也大大提高了乐器的声学品质。从而使“桥琴”发音更加灵敏，高、中、低音区音色更加统一，音质更加优美动听，低音区更加丰满，在民族乐队中与胡琴、弹拨等乐器声部音响更加协调，达到了听觉与视觉的完美结合［5］。

（三）后倾式琴杆

在不影响演奏的前提下，加大了琴杆向后倾斜的角度。目的是为了增加琴弦、桥码、皮膜与音板相互之间的张力，充分扩张振动效果，增强简谐振动的振幅。简谐振动的振幅是由振动的起始状态决定的。就像嗓子喊得用力些，钢琴击弦的琴键离弦远些即可使发声体振动的振幅大些，出声也就响些。当然，也有一定的限度。从上述的例子中也可以看出，简谐振动的振幅是与能量有关的。振幅越大，振动的能量越大。琴杆后倾，使桥码高度达到170mm，琴杆安装角度与共鸣箱板面呈75°关系，明显大于大提琴角度。在增加了琴杆与共鸣腔体距离的同时，琴弦、指板、桥码与皮膜和音板之间的距离也随之加大。因此，我们且不去考虑重力势能，只需考虑弹性势能。当简谐振动的动能最大时，弹性势能最大时，动能最小。简谐振动的振幅及初相位也随之加大，但振动的固有周期或固有频率不会有任何变化，而与共鸣腔体的固有特性相关。

四、桥琴目前所取得的社会认可度

桥琴于2012年获批辽宁省教育厅科学研究一般项目；次年5月取得文化部“国家文化科技提升计划项目”支持；同年9月参加辽宁省科技厅、财政厅、教育厅主办首届辽宁省创新创业大赛获一等奖（参赛企业、团队400余家，第一名），11月获科技部、财政部、教育部、中华全国工商业联合会主办第二届中国创新创业大赛优秀奖（参赛企业、团队13000余家）；目前已获批3项发明专利及一项实用新型专利。

桥琴的设计与研发运用了物理声学、力学、材料学和音乐律学的原理，综合了我国传统民族乐器与西洋乐器的优势。桥琴是一件真正的新型民族低音弓弦乐器，利用传统皮膜振动源与音板振动源产生共振共鸣的独特音色，从根本上改变了中国传统民族乐器共鸣腔体单一型结构的振动原理，加快了民族乐器低音化改革的步伐。桥琴的成功研制，推动了我国民族乐器改革的历程，明确了乐改与科技相结合的道路，为解决民族管弦乐队的交响化问题贡献了力量。这便是桥琴——板膜协和共鸣式新型民族低音弓弦乐器崭新的研发理念。

［1］周和明，铁梅.中国民族乐器考［M］.沈阳：辽宁民族出版社，2013：204-207.

［2］韩宝强.中国改良民族乐器——拉弦乐器［J］.演艺设备与科技，2008（6）：51-57.

［3］张辉，等.发明专利名称：板膜弦协和共鸣式低音弓弦乐器［P］.发明专利号：201310254572.8

［4］张辉，等.发明专利名称：低音拓延的管弦共鸣乐器［P］.发明专利号：201210100463.6

［5］张辉，等.发明专利名称：合琴的制作与研究［P］.发明专利号：201510009349.6

【责任编辑曹萌】

J624.1

A

1674-5450（2015）04-0169-02

2015-03-20

周和明，男，辽宁沈阳人，沈阳师范大学副教授；铁梅，女（回族），辽宁海城人，沈阳师范大学副教授，福建师范大学音乐教育理论博士研究生。