揚(yáng)琴制作的選材、處理與音質(zhì)提升

宋營彬

摘要：揚(yáng)琴自明代后期傳入中國，最初流行于廣東沿海一帶后逐漸遍及內(nèi)地，經(jīng)過歷代藝師的不斷改進(jìn)，在民間傳統(tǒng)藝術(shù)的實(shí)踐中，逐漸演變成一件富有特色的民族樂器。半個(gè)多世紀(jì)以來，傳統(tǒng)揚(yáng)琴經(jīng)過歷次改革與改良，逐步定型在現(xiàn)代402揚(yáng)琴的狀態(tài)，制作工藝也由樂坊傳統(tǒng)手工制作發(fā)展到企業(yè)化生產(chǎn)及半機(jī)械化流水線生產(chǎn)的工業(yè)化階段。一個(gè)時(shí)期以來，樂海樂器公司為提升揚(yáng)琴制作的工業(yè)化水平，積極創(chuàng)建揚(yáng)琴制作科研的平臺(tái)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，以揚(yáng)琴制作生產(chǎn)中的材料選材及技術(shù)性處理和提升音質(zhì)的專項(xiàng)研究為突破口，集思廣益，探索揚(yáng)琴制作的關(guān)鍵工藝改良和調(diào)試技術(shù)優(yōu)化。本文將結(jié)合樂海樂器公司揚(yáng)琴制作提升計(jì)劃實(shí)施過程的科研實(shí)踐，為揚(yáng)琴制作的質(zhì)量提升提供有價(jià)值的參考資料。

關(guān)鍵詞：揚(yáng)琴制作? 材料處理? 數(shù)據(jù)整理? 材料應(yīng)力? 音質(zhì)提升

現(xiàn)代402揚(yáng)琴，除保留有傳統(tǒng)揚(yáng)琴梯形及派生的蝴蝶型等琴體外形外，仍然以大小幫板、左右琴頭，音樑、滾板、音板等為主要組成的結(jié)構(gòu)部件。鑒于樂器制作材料90%都是木材，而木材的材質(zhì)影響揚(yáng)琴音質(zhì)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素有很多，其中揚(yáng)琴框架材料的選材、處理、材料的密度及韌性變化等因素對揚(yáng)琴的音質(zhì)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響最大。例如，揚(yáng)琴框架材料的應(yīng)力不平衡會(huì)導(dǎo)致?lián)P琴四角及音板的開裂，從而導(dǎo)致?lián)P琴框架的扭曲變形，影響揚(yáng)琴的音質(zhì)穩(wěn)定。這不僅影響了揚(yáng)琴的使用壽命，而且還影響了演奏者演奏技能的發(fā)揮。為此樂海研發(fā)團(tuán)隊(duì)立項(xiàng)研究，利用木材受環(huán)境溫濕度的影響較大的特點(diǎn)，對揚(yáng)琴制作的選材標(biāo)準(zhǔn)提升、材質(zhì)結(jié)構(gòu)測試處理等技術(shù)問題進(jìn)行了一系列的研發(fā)分析，積累了大量的科學(xué)數(shù)據(jù)和制作經(jīng)驗(yàn)，筆者結(jié)合多年的樂器材料研究及生產(chǎn)技術(shù)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，揚(yáng)琴材料的選材處理與音質(zhì)提升的問題進(jìn)行研究分析，為揚(yáng)琴樂器的質(zhì)量提升提供有價(jià)值的制作參考。

一、選材的實(shí)際問題

402揚(yáng)琴有144根琴弦，調(diào)好音以后，按其漲力計(jì)算琴弦拉力有兩噸左右，一個(gè)木質(zhì)結(jié)構(gòu)樂器的梯形框架既要承受兩噸的力，又要保持琴身框架的應(yīng)力平衡，以此保證揚(yáng)琴的框架穩(wěn)固并使樂器音高穩(wěn)定及使用壽命得到延長等，保持揚(yáng)琴琴體框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固與材料聲音傳導(dǎo)性能、提升材料在應(yīng)力平衡中的作用非常關(guān)鍵。

為了提升揚(yáng)琴的穩(wěn)定性采用增加幫板與琴頭的膠合面積，揚(yáng)琴框架組合采用了指接結(jié)構(gòu)，幫板、琴頭在揚(yáng)琴框架中起重要的支撐作用。多年來揚(yáng)琴框架的重要組成材料——小興安嶺的優(yōu)質(zhì)色木，因其韌性好、密度大、抗拉力強(qiáng)度較高、耐腐蝕、紋理細(xì)膩得到了生產(chǎn)廠家及市場的認(rèn)可，使色木的市場需求量越來越大。然而隨著國家“封山育林”政策的出臺(tái)使色木的市場供給出現(xiàn)了不足，不能滿足揚(yáng)琴生產(chǎn)的需求。為了不影響揚(yáng)琴的生產(chǎn)與質(zhì)量需求，樂海揚(yáng)琴研發(fā)團(tuán)隊(duì)立項(xiàng)研究揚(yáng)琴框架組成的代替材料，進(jìn)行了多次幫板材料受力測試，分析揚(yáng)琴框架材料的受力情況，嘗試?yán)枚砹_斯櫸木及非洲硬雜木代替色木，在402揚(yáng)琴結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提升音質(zhì)，從中獲得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，在此分享給大家。

二、制作材料的受力測試

為了充分了解402揚(yáng)琴特性，我們立項(xiàng)對402揚(yáng)琴幫板受力進(jìn)行測試，測試方法如下：

1.不同材料受力變形的測試

按402揚(yáng)琴大幫板的工藝要求：取其長度1200mm、寬度115mm、厚度42mm相同規(guī)格尺寸且含水率≤10%的吉林優(yōu)質(zhì)色木、俄羅斯的優(yōu)質(zhì)櫸木、非洲硬雜木幫板木塊各三塊在同一環(huán)境下進(jìn)行受力測試。

把吉林色木、俄羅斯櫸木、非洲硬雜木幫板木塊按揚(yáng)琴幫板使用受力方向依次分別放在木材韌性測試儀器上，調(diào)整好固定卡把幫板兩端固定，調(diào)整千斤頂傳感器頂端位置，使其處在被測試幫板木塊的左右、前后的中心位置，然后旋緊千斤頂油壓螺母，上下擺動(dòng)千斤頂加壓桿給被測試揚(yáng)琴幫板木塊加壓，當(dāng)壓力逐漸增加到2000kg時(shí)，在木材韌性測試儀的位移傳感器上顯示被測吉林色木幫板木塊的變形指數(shù)分別為9mm、9.5mm、9.7mm，平均變形指數(shù)為9.4mm;俄羅斯櫸木料幫板木塊的變形指數(shù)分別為9.96mm、10.2mm、12.9mm，平均變形指數(shù)為11.02mm;非洲硬雜木幫板木塊的變型指數(shù)為7.76mm、8.5mm、8.86mm，平均變形指數(shù)為8.37mm（如圖示）。

通過對幾種木材幫板木塊在相同外力作用下的變形指數(shù)對比可以明顯看出：俄羅斯櫸木受力后變形性較大、吉林色木受力后變形性居中、非洲硬雜木受力后變形性較小。由此可見，非洲硬雜木做成的幫板木塊比其他兩種木材做成的幫板木塊用在揚(yáng)琴產(chǎn)品中變形量最小、承受力較大、揚(yáng)琴不容易變形、穩(wěn)定性較高，這一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為我們選擇揚(yáng)琴幫板材料、以增加揚(yáng)琴產(chǎn)品的后期穩(wěn)定性能提供了可行性依據(jù)。

2.材料測試結(jié)果的應(yīng)用分析

木材密度是衡量木材性能的重要指標(biāo)，掌握木材的工藝性能，了解木材的硬度、收縮、膨脹等物理力學(xué)性能可有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，解決生產(chǎn)過程中因材料應(yīng)力問題造成的開裂、變形。于是我們嘗試在同一環(huán)境下取相同體積40mm×40mm×40mm、相同含水率（≤10%）的吉林色木、俄羅斯櫸木、非洲硬雜木氣干材正方形木塊，稱其重量分別為48g、44.8g、52.48g。根據(jù)木材密度公式測算其單位體積的重量，其密度分別為吉林色木0.75g/cm3，俄羅斯櫸木0.70cm3、非洲硬雜木0.82g/cm3，通過比對測試分析：可知吉林色木和非洲硬雜木的密度接近小興安嶺的色木密度（0.78kg/cm3），是代替小興安嶺色木的理想材料。

木材銷釘扭矩力大小是衡量揚(yáng)琴琴頭木材可行性的另一重要指標(biāo)。木材銷釘扭矩力的大小直接影響揚(yáng)琴的音準(zhǔn)穩(wěn)定性，因?yàn)槟静匿N釘扭矩力越小，在受力的狀態(tài)下銷釘越容易松動(dòng)，導(dǎo)致?lián)P琴音準(zhǔn)降低直接影響演奏技能的發(fā)揮。為了保證揚(yáng)琴的音準(zhǔn)穩(wěn)定性，我們按揚(yáng)琴琴頭選材標(biāo)準(zhǔn)選取含水率≤10%和相同尺寸（600mm×145mm×50mm）、質(zhì)地較好（無糟朽、劈裂的）的優(yōu)質(zhì)吉林色木、俄羅斯櫸木、非洲硬雜木，分別用直徑5.2mm的合金鉆頭在木料正面不同位置垂直打深度30mm的眼各6個(gè)，并用揚(yáng)琴扳手旋進(jìn)直徑5.5mm的揚(yáng)琴銷釘，銷釘旋進(jìn)深度25mm，然后用扭矩力測試儀器進(jìn)行銷釘扭力測試，結(jié)果顯示：吉林色木6個(gè)點(diǎn)的銷釘扭矩力為2.0～3Nm非洲硬雜木6個(gè)點(diǎn)的銷釘扭力為3～3.5Nm，而俄羅斯櫸木6個(gè)點(diǎn)銷釘扭矩力1.5～2Nm。我們可以理解為銷釘?shù)呐ぞ亓υ酱笃淠静牡奈蔗斄驮酱?，揚(yáng)琴銷釘?shù)姆€(wěn)定性越大，該材料產(chǎn)品的揚(yáng)琴越不容易掉音，音準(zhǔn)穩(wěn)定性就會(huì)越好。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了非洲硬雜木的握釘力大于吉林色木和俄羅斯櫸木、是制作揚(yáng)琴較為理想的材料。

三、材料應(yīng)力平衡的處理實(shí)踐

在揚(yáng)琴的使用中，受其結(jié)構(gòu)影響，揚(yáng)琴受力較大，使用壽命相對其它樂器而言比較短，這就對揚(yáng)琴的組成材料要求更高。揚(yáng)琴受環(huán)境溫濕度的影響，開裂、變形幾率較大，嚴(yán)重影響了揚(yáng)琴的使用即正常演奏的發(fā)揮。究其原因，是制作揚(yáng)琴材料的應(yīng)力較大所致，因此揚(yáng)琴材料的應(yīng)力平衡處理非常關(guān)鍵。

1.材料的浸泡處理，降低木材應(yīng)力

我們試著對同批次的非洲硬雜木揚(yáng)琴幫板材料進(jìn)行應(yīng)力平衡處理。例如：第一組做常溫清水浸泡處理，第二組用沸水蒸煮處理，第三組作為參照，不做任何處理。處理過程如下：

把第一組的非洲硬雜木幫板材料完全浸泡于清水池中，每隔兩天換一次清水，一個(gè)月為一周期、前幾次換水，水是渾濁的，隨著換水次數(shù)的增多水逐漸變得清澈，浸泡完成后，撈出淋干水，碼花垛自然風(fēng)干。

把第二組的非洲硬雜木浸泡在沸水中，蒸煮10天后撈出淋水自然風(fēng)干。

第三組的非洲硬雜木幫板材料不做處理，直接碼花垛自然風(fēng)干。

以上三組材料處理完后每兩個(gè)月倒垛一次，碼花垛通風(fēng)自然存放，放置6個(gè)月后測其含水率。

第一組清水處理組平均含水率為18.8%，第二組蒸煮組平均含水率為16.6%，第三組參照組的平均含水率為25.6%。再分別放置一年后測試這三組的含水率分別是13.5%、11.8%、15.7%。三組材料的變形指數(shù)分別是8.5%、5%、12%。通過以上數(shù)據(jù)分析可顯示出揚(yáng)琴幫板材料通過清水浸泡、沸水蒸煮，可明顯疏通木材的纖維管孔，縮短木材的自然干燥時(shí)間，減少材料的變形指數(shù)，增減后期產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

2.材料浸泡處理，降低木材應(yīng)力后的應(yīng)用效果

我們按照材料烘干流程把三組幫板材料進(jìn)行蒸汽烘干（<8%）處理，然后從處理好的三組材料中隨機(jī)各抽取了5套，做成402揚(yáng)琴后讓專業(yè)老師進(jìn)行音色比對鑒定。結(jié)果是材料經(jīng)過清水浸泡或經(jīng)過清水蒸煮處理的兩組材料做成的揚(yáng)琴音色明顯比參照組的揚(yáng)琴音色要通透，尤其是高音區(qū)最為明顯，純凈度明顯提升，中低音區(qū)音色也有質(zhì)的改變，余音延長顯得渾厚了許多，可見材料的應(yīng)力平衡處理非常關(guān)鍵。

3.復(fù)合材料應(yīng)用實(shí)踐的效果

在選擇材料的同時(shí)，為了充分的利用材料，設(shè)想材料的復(fù)合成型，把較小的材料通過指接，錯(cuò)位復(fù)合粘貼到402揚(yáng)琴框架需要的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。我們嘗試把色木小料進(jìn)行指接復(fù)合，利用酚醛樹脂膠進(jìn)行粘合、加長、加厚到402揚(yáng)琴幫板需要的長度、厚度、寬度等同于揚(yáng)琴幫板尺寸的木塊，用擠板機(jī)加壓組合成一體。我們嘗試在相同的環(huán)境下，把復(fù)合木塊放在測試韌性的儀器上進(jìn)行測試，當(dāng)外力增加到1600㎏的時(shí)候，復(fù)合木塊在底部中間粘合處橫向出現(xiàn)了斷裂、分析原因是復(fù)合木塊底部拼接處斷面抗力小，膠的粘合力不足承受過大的外力而導(dǎo)致受力時(shí)從指接粘合處斷面處撕裂。于是我們改進(jìn)了木料復(fù)合指接的結(jié)構(gòu)，把復(fù)合木塊底部10mm的拼接料換成10mm厚的色木整料，目的是為了增加復(fù)合木塊底側(cè)的承受力，粘好后進(jìn)行受力測試，當(dāng)外力增加到2000㎏的時(shí)候沒有出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，但復(fù)合色木塊的變形指數(shù)為14.5mm，和前面的揚(yáng)琴色木幫板測試結(jié)果相比變形指數(shù)增加了14.5-9=3.5mm。由此可見色木復(fù)合木塊的韌性小于色木實(shí)木幫板的韌性，膠的粘合強(qiáng)度要小于色木自然結(jié)構(gòu)木質(zhì)的強(qiáng)度。由此可見采用木塊復(fù)合工藝材料，不適宜承受過大的外力，不能用于揚(yáng)琴制作，所以選擇合適的材料，對揚(yáng)琴框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性非常重要。

四、框架數(shù)據(jù)對揚(yáng)琴音色的影響

揚(yáng)琴幫板在揚(yáng)琴框架中起著重要的支撐作用，那么其幫板的厚度和高度對揚(yáng)琴的支撐作用會(huì)有較大的影響。幫板加厚了、加高了，幫板的支撐力就會(huì)有所增大，幫板變形量就會(huì)縮小，相對來講揚(yáng)琴的穩(wěn)定性就提高了，這將直接影響揚(yáng)琴的音準(zhǔn)穩(wěn)定，但對揚(yáng)琴的音色有何影響？

為了增加揚(yáng)琴的琴體穩(wěn)定性，測試揚(yáng)琴框架受力的變化規(guī)律，掌握揚(yáng)琴幫板加厚加高對揚(yáng)琴音色的影響。具體做法是：我們在402揚(yáng)琴幫板42mm厚的基礎(chǔ)上增加5mm，使厚度達(dá)到47mm。增加揚(yáng)琴幫板的厚度得到了兩種結(jié)果：一種是在現(xiàn)在402揚(yáng)琴外形不變的基礎(chǔ)上縮小揚(yáng)琴框架腔體尺寸10mm，另一種情況是不改變402揚(yáng)琴的框架腔體尺寸，向外延伸，琴體外形加寬10mm。我們按上述兩種思路各做五臺(tái)琴，然后讓專家鑒定音色質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)證明402揚(yáng)琴琴體加大10mm后揚(yáng)琴音色會(huì)寬厚，尤其是中低音變化會(huì)較大，但純凈度會(huì)有所降低;揚(yáng)琴內(nèi)腔縮小10mm后，揚(yáng)琴的音色會(huì)有所變窄。此外，我們又將揚(yáng)琴幫板的高度從現(xiàn)在的110mm逐漸加大至120mm，其他尺寸不變。當(dāng)做成揚(yáng)琴產(chǎn)品后，我們讓專家鑒定音色，發(fā)現(xiàn)加高揚(yáng)琴幫板的實(shí)驗(yàn)揚(yáng)琴其音色發(fā)悶。實(shí)驗(yàn)證明：目前樂海制作揚(yáng)琴的工藝尺寸較為科學(xué)合理，是經(jīng)過數(shù)次測試后取得的最佳數(shù)據(jù)。