目前国外音乐界已充分肯定和喜爱二胡这件中国民族乐器,把二胡作为东方拉弦乐器的代表,融入交响乐协奏中。并且为二胡创作了不少新曲目,使二胡 — 中国的民族乐器逐步进入世界音乐舞台。二胡融入世界音乐后,给现代二胡提出了很大的挑战,特别是对二胡的声音质量提出更高的要求:
一、 声音的稳定;
二、 各音区的均衡;
三、 高音区的音质提高。更要求演奏手感的灵敏,轻松的操控能力。各音的发音清晰,不能有任何噪音“狼音”。
基本要求已超越二胡演奏和乐器的极限。
现代演奏要求二胡发音必须满足,每个音、每个音区都要按十二平均律的演奏要求,内外弦每个半音点发音都要干净、结实。
目前一般的二胡已很难满足现代二胡的演奏需要。这给二胡制作界带来了挑战。
试论二胡琴筒腔体(板)的声学性质二胡琴筒腔体是采用紫檀木、红木、乌木、色木以及其它材种板料拼胶加工而成。它前口套蒙一块蟒蛇皮,后口镶嵌一块占后口一定面积的音窗,形成二胡发音的共鸣体。
由于琴筒内腔容积一定体积的空间,组成一个固有一定振动频率的空气柱,在二胡振动发音过程中,与皮膜产生耦合振动,配合琴弦共振,扩大音量,美化了二胡的音色。
在二胡振动发音中,皮膜和琴筒内空气柱的共振作用是主要的,然而琴筒腔体(板)是否也有这一效应呢?
一.二胡琴筒板质量与声音的关系
二胡琴筒板的材料是硬质木材,板材的质量和刚性均较大。因此在二胡振动发音中,其共振效应是极其有限的。其实二胡琴筒板主要起了反射、聚集、传递声音的作用,而琴筒板的质量和材料的刚性却体现了其反射、聚集、传递声音的能力。
在对二胡声音分析中发现:一般杂木制作的二胡音量虽大,但声音却偏空、闷,特别是下把高音单薄乏力。可是红木类二胡就明显优于杂木二胡。
根据声波刚性导管理论:当声波在管(筒)中传播时高次谐波实质上是一束与管口平面成θ角方向斜向传播,并经管壁面不断反射而进行着的平面波。它不是沿管长度L轴直线传播,而是以θ角经过壁面反射传递的。
在声波反射中,材料的刚性和特性阻抗( ω=C•ρ, C:声音在材料中的传播速度,ρ;材料的密度),决定着声波通过材料表面的反射能力。一般当入射波与反射波声压比 Ip<0 时,它相当于声波遇到“软”边界;如果 Ip≈1 相当于声波遇到刚性壁。由于各种材料的刚性和特性阻抗不同,所以它们各自对声波的反射能力均不同。一般衡量材料对声波的反射能力时,可用声压比平方 I2p=Ic 表示及材料的声波反射系数。
木材的品种很多,它们各自的刚性和特性阻抗均不同,一般木材对声波的反射系数为:Ic 大于0.5,小于 1。这就是说声波通过空气这一媒质入射到木材表面时,木材是有一定反射能力的,仅次于金属等硬材料。
由于红木类在木材中的刚性和特性阻抗最大,作为二胡琴筒板较有利于声音中的高次谐波的反射传递,然而其它材种木材的刚性和特性阻抗都次于红木,因此对二胡声音中的高次谐波的反射传递就低于红木。往往造成二胡声音中高频衰减,影响了二胡声音的明亮度、力度以及下把位高音的音质。
在二胡声谱资料分析中发现:由于二胡琴筒板的质量不同,将产生其声学品质的差异。客观上对二胡乐音声谱要求谐波数量要多,音品才富有变化性,有韵味,丰满度好。特别是要在低频分音强的基础上,保持一定的中、高频分音。这样二胡的声音才能达到高、低音均衡,声音纯而不杂,亮而不噪,厚而不闷的特点。如果声谱中的中、高频分音特别微弱或缺少,音品将产生单调,不丰富,空洞或阴暗的效果。因此杂木二胡的声音空洞或阴暗单薄的效果,主要原因在于声音中,高、中频分音较弱或分布不均匀所至。虽然这不仅仅是琴筒板的因素,但它与红木类二胡相比,在对高、中频谐波的反射传递能力上,不如红木二胡。
根据材料力学分析,由于木材内部结构原因,它属各向异性材料。木材的各向力学性能不同,一般纵向力学性能大于横向。
假如我们仅对其一向进行力学分析,也必须把木材控制在一定厚度下。 因材料力学板刚度理论证明:
Bc = h3E/12(1-μ2)
(h:板的厚度,E:材料的弹性模量,μ:泊松比)。
从理论上可以看出板的刚度(性)与板的厚度成正比。在一定弹性模量下,板厚度越大,材料的刚度就越强;反之,板厚度越小,它的刚度就越小。因此琴筒板的厚度不同,刚度也有所不同。不同的琴筒板厚度、不同的刚度将产生不同的反射传递二胡声波中高次谐波的能力。
其实琴筒板在声波入射到其壁面时,大部分被反射传递出去,但还有一小部分将折射,甚至透射于琴筒板。造成筒板的一定振动。然而,这一现象不仅仅是空气柱振动所至,还有一个重要的原因就是皮膜在琴弦受激振动后,由马子传递到其表面四周时,把声波传播到筒口边界,从而引起琴筒板的振动。但是由于琴筒板均由硬质木材制成,其具有较大的刚性和特性阻抗,它的振动是极其有限的。
根据这一特点可以得出结论:二胡琴筒板的质量和材料刚性对二胡的声音的影响是主要的。体现在琴筒结构和尺寸中的要素是琴筒板的厚度。
为了具体分析二胡琴筒板的质量、刚度以及厚度,在研究中对各地生产的红木专业二胡的琴筒板进行了分析测量:
1.苏州产的二胡琴筒板厚度:0.78厘米;
2.上海产的二胡琴筒板厚度:0.69厘米;
3.北京产的二胡琴筒板厚度:0.67厘米。
(注:以上均为琴筒外表加工成型后的平均厚度。)
根据上述情况,假如各地均用同一质量的红木板材制作琴筒。设:红木弹性模量:E=2.1×105 公斤/平方厘米;泊松比:μ=0.3;将各地的不同琴筒板的厚度代入板刚度理论公式:Bc =h3E/12(1+μ2)计算得:
1.苏州产:9.13×103 公斤/厘米 刚度;
2.上海产:6.32×103 公斤/厘米 刚度;
3.北京产:5.78×103 公斤/厘米 刚度。
因此由于各地生产的专业二胡筒板厚度控制不一,材料刚度的差异,将产生不同的反射传递声音的能力,再则各自在皮膜选择工艺处理和蒙皮方法有所不同,必然产生各地不同的二胡声音特点。
二、二胡琴筒腔体的结构造型特点的分析
专业六角二胡的琴筒内腔是由总长度为:13厘米,几个大小不一的正六角形截面组成的棱台体。它的内前口大于内后口,形成一个倒锥形的空气柱。
在其内部具有以下几个特征:
1、 离琴筒前口内1.4厘米处有一周深约:2.5毫米;宽约:2厘米以上的凹槽,形成前筒(管)面积小于后筒(管)面积的扩张管特征;
2、 在离后口内2厘米以上处为喇叭状开口;
3、 后口端具有一块占后口面积约:30%左右的音窗。
根据声波的传输理论分析,以上特征是为了声滤波和声反射聚合声能的需要。在二胡琴筒共鸣时,加强主要谐波的振动传递,减少不谐和的高次谐波成分(即对一端闭口,一端开口的空气柱第7、9不谐和谐波的衰减)。使二胡琴筒空气柱振动发音清晰、纯净、集中。
另外由于内部结构造型的分布,以及外部造型的特点,使实际琴筒板的厚度趋于均匀,增加了琴筒板微量振动的均匀性和协调性。
三、二胡琴筒板材的质量要求和选择方法
根据以上综述可以看出:琴筒板的质量好坏对二胡声音是有一定影响的。由于琴筒板均由木材制成,木材的材种不一,产地不一以及木材含水率等自然因素的不同,必然会产生质量的差异。
一般乐器用材:要求木材年轮均匀,材质致密,纹理顺直。含水率根据要求最好控制在:5% 左右。然而在实际生产中一般常用气干材,含水率约为:12~15%,这仅能满足一般要求。最好采用窑干材,使木材含水率控制在:4~12%范围内。因为木材含水率过高,物理力学性能和声学性能较差,木材的刚度和强度将明显下降。并会增加木材内部传声的摩擦阻力,衰减损耗一定声能。如果木材含水率逐渐减少,木材内部细胞将会挥发大量水分,产生干缩,增强了细胞壁强度,增大了细胞内空隙,从而有助于木材的物理力学性能和声学性能。
由于我国各地区气候条件不同,南方空气湿度较大,北方比较干燥。往往采用含水率过大的木材制作乐器,虽然在南方对其影响不大,但到北方干燥的气候条件下,木材在干缩后,容易造成乐器变形,甚至开裂。
对二胡来讲,如果琴筒板干缩明显,将直接影响皮膜的张力的稳定。因为在气候干燥影响下,皮膜也会产生收缩,从而加大了琴筒口处的变形。容易造成皮膜松动和塌皮现象,直接影响了二胡的声音稳定。因此在乐器制作中,一定要严格控制木材的含水率。一般采用以下几种方法选择琴筒板材的质量:
1.板材外观特征:要求木材年轮基本均匀、纹理顺直、无节疤、无开裂,最好采用径切材。
2.测定含水率,并称测板材重量。一般重量大的发音结实,重量轻的发音松驰。