低音梁在力學(xué)聲學(xué)中的檢驗方法及調(diào)整方案（二）

張猛

（四）低音梁粘合與修整

粘合低音梁時是另一個可能發(fā)生變形的過程，這就是粘接前需要提前預(yù)安裝的原因（圖9）。

可以在面板下方使用一個中空托盤來保護面板在粘合過程中不發(fā)生形變。然后用夾子預(yù)夾住即將粘合的低音梁和面板，并標記出夾子的位置。接下來，開始使用加熱燈加熱面板和低音梁。當(dāng)加熱膠水時，可以順便清理工作臺并將提前準備好的夾子按順序排列起來，以便知道每個夾子該夾在哪里。這樣可以最大程度地減少粘合過程中遇到的麻煩。當(dāng)面板和低音梁溫度達到，將膠水涂在兩者上，并粘到原位。第一個夾子夾在中心，然后朝著兩端依次分布，同時確保低音梁的位置、角度保持正確。此時，之前布置的防滑釘便起到至關(guān)重要的作用。夾子擰緊后，確保面板和低音梁粘接緊密即可，但不宜過緊。之前所提到的那個面板凸起也有可能是由于面板吸水造成的，所以在清理時盡量不要用水，只需要一根棍子刮掉多余膠水再用抹布來擦掉剩余的膠水。這樣低音梁在粘好且修完后，只要不滴水，稍微沾濕抹布就可以將多余膠水清理干凈。通常在幾個小時后取下夾子，并讓它過夜后再開始修整低音梁（圖10）。

接下來要開始修削低音梁，首先取下夾子。為了幫助修削低音梁，可以使用低音梁模板進行修整。通過它可以標記出低音梁的最高點位置，并且因為模板的底部比面板內(nèi)弧弧度更大，所以可以適合任何不同內(nèi)弧弧度的琴，將模板靠近梁，然后用鉛筆沿著模板曲線，將上部曲線描繪到梁上，從而得到其高度。然后將梁修整到該尺寸（圖11）。

在修整低音梁的上部曲線時，注意要先沿縱向標記出梁的中心線。一旦調(diào)整到滿意的形狀并用砂紙打磨光滑，就會得到一個比最終成品稍大的低音梁，這一步可以在很短的時間內(nèi)完成。

由于不同琴的面板的弧度不同，從側(cè)面測量低音梁的高度時，會得到明顯不同的讀數(shù)，所以可以使用卡尺測量低音梁高度（圖12）。將梁的縱向分成八個相等的部分，并在這些點的頂部進行測量。

目前關(guān)于低音梁最高點的位置的觀點百家爭鳴。低音梁最高點到底應(yīng)該在琴碼處、低音梁中心還是介于兩者之間？我認為不一定非要有一個標準答案。如果使低音梁的最高點在中心位置并且中央弧度較大，會使面板的C口部分有很大彈性，使面板達到很好的振動效果。相反，如果低音梁在琴碼處大片趨近于最高點也就是中部的高度高且弧度相對平緩，會使面板的上述區(qū)域獲得更大的強度以及更好的效果。可以根據(jù)最終想要的效果自行調(diào)整。即可完成低音梁的常規(guī)制作（圖13）。

三、相關(guān)因素對低音梁的影響

（一）不同張力對低音梁的影響

正如我們在第二章所提到的現(xiàn)代低音梁種類中所說，目前世界上對于低音梁制作主要有兩種觀點，第一種觀點是無翹縫低音梁，即在安裝、粘合低音梁時，梁與板之間沒有張力，完全按照面板的弧度去修整低音梁的底面，盡量使低音梁的底面與面板內(nèi)弧完全貼合。這種觀點的主張依據(jù)是，他們認為用張力安裝低音梁沒有任何好處，并且認為這種做法可能對樂器有害。過度的張力會將面板拉出其自然形狀，因為低音梁的拉力會導(dǎo)致面板與低音梁的拱形一致，反之亦然。他們認為“張力”理論很可能是由不知道如何在沒有張力的情況下安裝梁的人發(fā)明的。另一個理論認為，可以通過安裝有張力的梁使琴碼區(qū)域凹陷的拱形升高。

而第二種觀點就是有翹縫低音梁，即在安裝低音梁時使梁的底面兩端與面板內(nèi)弧之間保留一定縫隙，在兩端施加壓力，并在粘合后的情況下使梁的底面與面板內(nèi)弧完全貼合。這種觀點的主張依據(jù)是低音梁的張力可以增強低音梁對于面板的加固作用，并且對提琴音色也有幫助。

想要了解不同弧度琴型適合的低音梁張力，首先我們要關(guān)注的就是低音梁的張力到底對最終的整體效果有什么影響，需不需要有張力，張力最適合的大小是多少，能不能找到一個兩全其美的數(shù)值，既能保留有翹縫低音梁的優(yōu)點，又能避免低音梁對面板產(chǎn)生的形變。為此，我設(shè)計了一個實驗以從靜態(tài)、動態(tài)兩個方面分別驗證低音梁對最終效果的影響，這里的靜態(tài)和動態(tài)分別對應(yīng)了低音梁在結(jié)構(gòu)上的影響以及聲學(xué)特性上的影響。實驗的出發(fā)點是驗證張力的影響是什么？以及不同弧度琴型適用的張力范圍，實驗分為兩組進行。首先，我在第一把小提琴上安裝幾個不同張力的低音梁，并在一定程度上控制實驗中的所有其他參數(shù)，以便我們主要測量張力的影響。其次選取與第一組實驗弧度不同的琴型再次進行相同實驗，以驗證實驗結(jié)果在不同弧度琴型上的適用規(guī)律。

1．靜態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗

對于靜態(tài)的結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的實驗，將測量對比，使用不同張力安裝低音梁的單獨面板（下文簡稱自由面板）在琴碼處的高度變化，以及其他各種條件如：安裝音柱、安裝琴弦后等是否會對結(jié)果產(chǎn)生影響。

由于這個實驗并不是關(guān)于低音梁本身形制調(diào)音研究，故在對第一組（無張力）低音梁進行滿意的調(diào)整后，隨后的兩組適中張力、較大張力低音梁，都修整成與第一個無張力低音梁相同的高度和輪廓。如前所述，低音梁是從同一木坯上劈料取材的，以減少變量。

首先實驗的第一個問題是判斷三組低音梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性。通過測量不同張力低音梁安裝后的面板高度分析張力在結(jié)構(gòu)上的影響。為了盡量減少誤差，我們按以下順序進行了這些測量：裝好琴弦、松掉琴弦以及敲掉音柱。通過這種方式，不必移除測量工具，從而最大限度地減少了可能發(fā)生的變量。

我們嘗試的三種情況是：沒有張力（零），1.25mm的張力（稱之為中等張力）和2.25mm（大張力）。表1的第3列顯示了裝低音梁后自由面板弧高測量值，變化小于1mm。第4列顯示了面板粘在琴圈上后且沒有音柱沒有琴弦壓力的情況下面板弧高。同樣，有零點幾毫米的變化。總的來說，我們看到在這個范圍張力對面板形變的影響很小。

比較表1中接下來的兩列，“安裝音柱后”和“安裝琴弦后”。這些數(shù)據(jù)比較表1中接下來的兩列，“安裝音柱后”和“安裝琴弦后”。這些數(shù)據(jù)表明，當(dāng)裝入音柱后弧高上升，當(dāng)裝上琴弦時，面板弧高又下降。正如預(yù)期的那樣，我們可以發(fā)現(xiàn)低音梁的張力可以部分抵消琴碼上琴弦施加的向下壓力，也就是說張力越大的低音梁在安裝琴弦后下壓造成的面板高度變化越小。并且還能注意到，對于張力最大的低音梁，f孔的左上翼略升高，而對于零張力情況，它相對于面板略微下陷。

綜上所述，低音梁張力會對自由面板高度產(chǎn)生一定影響，當(dāng)張力范圍在1.25mm以內(nèi)時，對面板高度改變幾乎可以忽略不計，加之使用上文中所述低音梁底面修整方法，便可保證面板不會因低音梁張力而導(dǎo)致形變，故低音梁張力范圍在1.25mm以內(nèi)都屬于該弧度適用低音梁張力的合理范圍之內(nèi)。

2．學(xué)特性測量實驗

（1）克拉尼圖像分析低音梁對面板振動影響

這一章開始轉(zhuǎn)向聲學(xué)測量。對于動態(tài)聲學(xué)測量，將測試自由面板的克拉尼圖形頻率特征，以及客觀和主觀地評價裝配后的小提琴的聲學(xué)特性。這里首先解釋一下克拉尼振動實驗。十八世紀，德國物理學(xué)家恩斯特·克拉尼做過一個實驗，他用一塊較寬的金屬薄片，在上面均勻地撒上沙子。然后用弓弦拉動摩擦金屬板，結(jié)果這些細沙自動排列成不同的圖案，并隨著弓弦拉動力度速度不同，圖案也不斷變幻和越趨復(fù)雜——這就是著名的克拉尼圖形。其原理是通過對某一物體施加一個外部強制振動，觀察這個物體在不同情況下參與振動的區(qū)域，由于波節(jié)波腹的振幅不同，這些細沙在振動的驅(qū)使下移動到某些不參與振動的區(qū)域。

接下來開始布置本次實驗的實驗裝置，使用函數(shù)信號發(fā)生器連接音響以及揚聲器，將測試音板放在揚聲器上方，并用四根立柱支撐音板，為避免立柱抑制音板振動，需在立柱上方包裹海綿，以最大化減小實驗誤差。

使用布置好的實驗裝置分別測試并記錄了模式 1、2、5（模式1/2/5為不同頻率區(qū)間的振動模式）的克拉尼圖像所對應(yīng)的頻率數(shù)據(jù)。小提琴面板在模式2和模式5中所對應(yīng)的克拉尼圖形分別如圖14和圖15所示。這些圖形正是這些模式的典型形狀。

在表2中，列出了三組實驗分別測量的固有模式頻率。固有模式頻率在表2中，列出了三組實驗分別測量的固有模式頻率。如圖表2，固有模式頻率沒有顯著變化。

這里是因為對于這兩種帶張力的實驗組都沒有任何先前調(diào)整。只是簡單的將低音梁保持與第一組無張力低音梁相同的尺寸修整。我們在這里看到的是，低音梁的張力似乎對處于制作中的自由面板的固有頻率幾乎沒有影響或者說沒有影響。更令人驚訝的是，我們觀察到振動圖形的變化也是微乎其微。在第一種零張力低音梁測試時，用鉛筆在測試音板上標記了模式2和模式5的形狀。當(dāng)再次測量第二組中等張力和大張力時，將測試時的克拉尼圖像與之前的鉛筆印對比發(fā)現(xiàn)，圖像幾乎保持一致。

綜上所述在自由面板階段，通過克拉尼圖像顯示，不同張力低音梁對面板的固有頻率以及振動模式幾乎沒有影響。

（2）聲譜測繪分析低音梁及面板振動發(fā)聲

①主觀聲音測試

接下來開始進行合琴后的聲音測試。我覺得小提琴經(jīng)過拆掉面板測試并重新合琴后，需要一定的磨合時間。即我們拿到一把琴后需要拉一段時間才能發(fā)揮琴的真實性能，也就是俗稱的“開琴”。所以這里通過在小提琴重新合琴后使用人工振動小提琴來加速模擬這一過程，使用一種名為骨振動器（bone vibrator）的助聽裝置。將振動器選用頻率約為220Hz的方型波形振動，并將振動器連接到琴碼，如圖16所示。在所有三種情況下，小提琴都使用振動器約1w的功率水平振動24h。

對重新裝配并調(diào)試好的小提琴進行的聲學(xué)測量分為兩個方面：主觀和客觀。用每個實驗用琴分別演奏了兩個半八度的半音階和一個簡單的樂曲，并錄音記錄，以便后續(xù)可以隨時進行對比。

經(jīng)過對多名拉琴者聽后的反饋總結(jié)發(fā)現(xiàn)大家的主觀評價都非常相似——不同的形容詞，但內(nèi)容意思相近。對于零張力低音梁的評價，聲音非常平坦，沒有太多色彩。對于中等張力的低音梁評價，普遍認為這組實驗的聲音是三組中最好的，更接近于我們印象中“好琴”的聲音。最后，對于大張力低音梁的評價是，聲音似乎有點過于明亮，甚至可能有點脆，就像一把全新的小提琴。很明顯，不同張力的低音梁確實影響了小提琴的音色。但在小提琴界評價音色時經(jīng)常出現(xiàn)的一個問題是，每個人對提琴聲音的主觀感受不同，一個人覺得“亮而突出”，但可能同樣的聲音另一個人聽就變成了“刺耳脆”。所以，我希望通過定量化的方法，繼續(xù)進行客觀實驗提高主觀評價的準確性。