乐器制作声学研究与箫笛制作的规范化

声学研究与箫笛制作的规范化 陈正生 内容提要：本文从音乐声学的角度，讨论了影响箫笛音色、音准和音域等问题。 关键词：箫/ 笛/ 音色/ 音准/ 音域/ 量度   箫笛是我们民族乐器中的古老成员，在民族乐队中占有重要地位。建国以来，箫笛的制作有了重大进步。但改进乃是无止境的，箫笛制作至今还存在着不少尚欠完善的地方，需要我们作进一步的研究。这也该是箫笛制作研究的事实。   好的箫笛必须用好的竹；但是好的竹，即使在技艺高超的制作技师手里，恐怕也难以保证一定能制作出好的箫笛来。当然，由于箫笛是用竹制作的，作为制作材料的竹，受生长环境的影响极大，材料本身就存在着万千的差异，技师制作之前当然就很难估计出制成品的质量了。就眼前箫笛制作的实际来说，尽管各个乐器工厂的箫笛制作都有一套制作规格，但是各厂之间的制作工艺却不完全一样。能不能将各乐器工厂的制作规格进行筛选，使箫笛的制作大体上达到规范化的要求呢？有如此想法的人当然不少，可这件事目前无人作、实际上也确实难以下手，究其原因乃是动起手来困难不小的缘故。难处不仅在于每一个演奏者对箫笛音色的喜好不完全一致，更重要的是无论技艺如何高超的制作技师，也无法完全自觉地按照演奏者的要求进行制作。为此，该如何完善箫笛制作工艺而却又寻得理论根据，此乃是一件极有意义的事。为此，我们完全应该把音乐声学理论研究，引进到箫笛制作研究中来。   要确定一支箫笛质量的优劣，当然要讨论箫笛质量优劣的。人们对箫笛质量优劣的标准还是比较统一的：无非是要求箫笛具有发声敏锐、省力，音色通透、明亮，发音准确，音域宽广等品格。如何才能制作出具有以上品格的箫笛，笔者在此拟就自己箫笛制作研究的体会，并结合对音乐声学研究的思考，谈一点粗浅的体会，期望能达到抛砖引玉之目的。 省 力   管乐器吹奏起来应该力求省力。省不省力，在年青人看来恐怕是一个不很紧要的问题，这个问题好像只值得有了一点年岁的人注意。事实并非如此。实际上吹奏起来省力，不仅有利于演奏时间的持久，而且有利于乐器性能和演奏技艺的充分发挥。因此，省力当是乐器品质优良的一个重要体现。   箫笛吹奏起来是否省力，不仅同所选的材料质地有关，而且还同制作工艺有着尤其密切的关系。一般地说，管径大，耗气量大，相对地说比较费力；管径小，耗气量小，相对就比较省力。由于管径大小影响着箫笛的音色，所以对箫笛管径的选择就不能规定得十分死板。例如昆曲所用的笛，内径应该稍微大一点，管壁要求稍微厚一点，吹出的音色才能宽厚，尤其是为净角伴唱所用之笛就更须如此。上海地区江南丝竹音乐所用之笛，它同昆曲伴奏所用之笛（曲笛），在制作上虽然没有什么两样要求，但是丝竹演奏要求音色清脆、飘逸，因此管径就不宜过大，而且管壁也不宜过厚。   再如洞箫，管径大小的选择，同用途以及乐曲情绪的需要有着密切的关系。例如琴箫，它是用来同古琴合奏的。古琴的音色虽然清亮激越，但是音量小，所以用来同古琴合奏的琴箫，管径必然不能大，以不超出1.5厘米为宜。本世纪三十年代，“今虞琴社”的彭祉卿，把他所的“雅箫”（按三分损益律制作的琴箫）内径定为1.2厘米，而如今所用的琴箫一般都是1.4厘米。琴箫合奏假如用一般的洞箫，不仅音量难以控制得很小，即使把音量控制得很小，音色也难以同古琴调和。就这1.4厘米内径的琴箫来说，它的耗气量是相当小的。因此一般吹笛的人演奏它，由于吸入的气多于演奏所耗的气，也常常会觉得憋闷，反而显得吃力。再请看看那日本尺八和我国福建的南音洞箫（近来亦被称作南音尺八），它们的管端内径都是2.1厘米，若选小一点的内径，吹出来的恐怕就是另一种韵味了。   箫笛的管径常常不能随意选择，但是制作方法却是完全可以由人决定的。实际上箫笛制作方法的得当与否，乃是演奏省力与否的关键。笔者通过研究证明，箫笛吹孔的开挖得当与否，同发声的敏锐程度（即演奏时的耗气量）有着极大的关系。这是毫不足怪的。因为箫笛一类的乐器就是以边棱音为激振源的。口风经过箫笛吹孔边棱的分劈而形成边棱音，边棱音与管内气柱耦合，箫笛就发声了。因此，只要边棱音容易与管内气柱耦合，发声必然敏锐，吹奏起来自然省力。   笔者四十余年箫笛制作研究的体会是，吹孔的形状和大小，影响着箫笛的音量和音色，但也同样影响着吹奏的耗气量。对此问题，笔者曾有意识的通过制作进行了验证。由于制作箫笛所选用的竹材管径的大小不同，管壁厚薄不同，加上对所制箫笛的音色要求又不完全相同，因此制作时不仅不应该将笛子的吹孔大小、洞箫吹孔的深浅开挖得近乎一样，而且吹孔的边棱夹角更不能挖得相同。笔者曾多次对竹材良好，但音色明显不够通透的箫笛作修复，都获得了良好的效果。可惜笔者不从事专业生产，无法进行大量的制作验证，没能进行规律的探索与。此事希望我们的生产厂家能给予相当的重视。 音 色   影响箫笛音色的因素是多方面的。它不仅取决于材料的选择是否得当，制作工艺是否精良，同时还取决于演奏方法是否得当。   谁都知道，任何一种乐器都有该种乐器的特有音色。假如某种乐器不具有它本身所特有的音色，它就很难流传下去。例如与笛子同类的“筹”（一种两端通洞的笛），现在就很少能见到它的踪影。原来“筹”的音色与笛子一样清脆嘹亮，但是吹奏难度远比笛子大，耗气量也远比笛子大，音域也就不及笛子宽，因此，如今就很少有人再使用它了。笔者年轻时黄梅戏就用“筹”伴奏，例如袁凤英的《天仙配》中的似笛的乐器乃是筹。尽管“筹”也有它本身所特有的技巧，例如在筒音上演奏圆滑的大二度滑音（这是笛子无法做到的），也难以逃避被人们舍弃的命运。再如人们嫌弃洞箫的音量太小，合奏中就常用新笛（亦称横箫，实际上就是筒音与洞箫一样为d1，而又没有开膜孔的笛）来代替它。熟悉民族乐器的人，是很容易分辨出新笛与洞箫之间音色上的差别的：新笛音色木滞，而洞箫的音色清柔，因此新笛是无法代替洞箫的。   各种乐器除了有它独自的音色特点而外（例如二胡的音色就无法混同于小提琴）,再就某一种乐器来说，其个体又有它各自本身的音色特点。由于每首乐曲各自有着不同的情调，为了更好地表现乐曲情感，人们为演奏着想，也就必然要求每一件乐器都有可供演奏者选择的音色差异。   演奏方法造成箫笛音色差异的原因，是吹奏过程中的口型和口腔形态。笔者曾经作过这样的试验，用人工吹口吹奏箫笛，发现箫笛的制作材料无论是优是劣，也无论箫笛的制作工艺是精是粗，其音色同样是空洞、单调，实在难以辨别各自的优劣。受此启发，笔者曾有意识地对口型、口腔状态同箫笛的音色之间的关系作了，发现一支箫笛至少可以吹出三、四种有明显差异的音色；管径大，音色的可塑性也大。   就箫笛的制作对箫笛音色的影响而言，吹孔的影响乃居首位。一般地说，吹孔开得大，音量大，但是音色欠含蓄；吹口开得小，音色柔和，但是音量小。就笛子而言，膜孔的形状和位置，对音色的影响尤其明显，这问题是早就引起人们注意了的，首先注意膜孔对笛子音色影响的是郑觐文，那是1932年的事。笛子加膜，使笛子的音色圆润、嘹亮，掩住膜孔，笛子就明显地失去了光彩。记得“大跃进”时期，上海音乐学院管弦乐系就有人在长笛上换上有膜孔的竹笛笛头，贴上笛膜，音色竟与竹笛相差无几。   膜孔的作用如此。膜孔的大小、形状和在笛管上的位置，对竹笛音色的影响也很大。膜孔大小不仅影响了竹笛的音色，同时也影响了音量。一般地说，膜孔大，音量大，音色也格外明亮；膜孔小，音量小，音色也就愈显柔和。但是膜孔又不宜过大，膜孔过大，不仅使笛子的音色暴烈，而且笛膜也不易控制，会严重影响演奏效果。   笛管上膜孔位置选定得是否得当，在很大程度上影响着笛子的音色。正确确定笛子膜孔位置的问题，早已为不少技师所注重，这是竹笛制作的一大进步。为了保证一支竹笛各个音区的音色统一，也有人试用双膜孔。如今膜孔位置的确定，都是靠经验，谁也说不出个道道来。无可置疑，这确实是一个不大容易解决的难题。从音乐声学的角度来说，笛管是所谓的“开管乐器”（即八度超吹乐器）。笛子有六个音孔，音域一般是二组半。这两组半的音域，最低一组是基音，中间一组是第一泛音，剩下的几个音当然便是第二泛音了。笛子上的每一组音，都是靠着启、闭音孔而改变气柱长短这一办法来构成音阶的。音阶（不包括按半孔音）有七个，气柱的长短变化也应该是七种；从理论上说，膜孔理应开在最适合于这长短不同的七根气柱的共同点上。要在笛管上寻出一个适合七个长短不同气柱振动的点，似乎就该很难。笔者少年时出于好奇心理，曾想方设法一睹笛管内气柱振动的情况。照理，音孔的开闭理应导致气柱长短的变化，而气柱长短的变化也应该导致气柱振动之激烈点的改变，结果发现，气柱振动之激烈点的改变并不十分明显。细想，我们若挑选一些标准管对各音区的气柱振动情况进行一些细致的分析，说不定能找到膜孔的最佳位置，同时还会便利于从音乐声学的角度作出合理的解释呢。 音 准   箫笛的音准与否，当然是箫笛制作是否精良的重要标志之一。但是有人把音准同音色混为一谈，说什么“音不准就谈不上音色美不美”，这提法显然是不恰当的了。   如今的演奏家都很注重乐器的音准，但是对音准的认识却不一定全面。例如有人要求琴箫的音准能完全符合琴律（三分损益律），也有技师宣称自己制作的箫笛音准误差不超过一音分，如此等等。实际上只要懂得一点音律学知识的人都会知道，这些提法不仅太玄乎，实际上也是无法作到的。 首先我们应该知道的是,“准”乃是准则。就音律学的准与不准而言，其准则就是律制；各不相同的律制，音准的要求也就各不相同。箫笛的音准当然同样是就律制而言的。箫笛该属于什么律制？是三分损一益律、纯律、十二平均律？抑或别的什么律制？若以大三度而言，三分损益律的大三度为407.82音分，纯律的大三度为386.31音分，十二平均律的大三度为400音分；若就小三度而言，三分损益律的小三度有两种音程：317.60音分和294.13音分；纯律的小三度为315.64音分，十二平均律的小三度为300音分；就我国民间乐器的制作和演奏实际情况来说，音律变化的情况恐怕还要复杂得多。从上述三大律制的比较中就已证明，音程虽然相同，由于律制不同，音分值相差就十分悬殊。我们不禁要问，这一音分之内的误差应该通过什么方法来兑现呢？就乐器制作和演奏的生动实际来说，一音分误差的要求乃是无法兑现的。不同的律制，不仅对音准的要求不同，而就某一种乐器来说，演奏不同的律制，其间亦存在着难和易的差别。例如小号，由于它演奏过程中不用基音，以泛音构成音阶，故而奏纯律比较方便；而笛子（无论长笛还是竹笛）由于演奏过程中只出现第一、二泛音，除了制作时的特意考虑或演奏时的竭力控制而外，用它演奏纯律就比较困难。由此证明，在整个乐器（全部的管弦乐器）的演奏中，音准只具有相对性，并不具备绝对性。   笛箫音准只具有相对性，还表现在温度和湿度对笛箫频率的影响，口风力度对频率的影响，以及口缝位置的改变所导致的箫笛管端校正量的改变，从而导致了箫笛频率的改变。   温度和湿度是影响管乐器频率稳定性的重要因素，这是每个熟悉管乐器的人都熟知的。演奏管乐器时的温度和湿度，在绝大多数情况下是与制作时的条件大不相同的。由于管乐器的频率同温度成正比，温度的变化必导致频率的改变，这就造成了管乐器绝对音高的不稳定。如今箫笛都仿效长笛，装上铜套节，用改变管长的办法来调节因气温变化而导致的音高浮动。这确实是一个应变的办法。箫笛管长的改变，在某种程度上保证了箫笛绝对音高的稳定。但是各音孔之间的比例由于无法改变，也就必然导致各孔之间音程大小的改变，这又必然使箫笛的音准只具备相对性。   前文已经提及，箫笛是以边棱音为激振源的，边棱音频率的改变，必然要导致箫笛频率的改变。从边棱音公式可知，边棱音的频率同风力成正比，同口缝与边棱的距离成反比。在箫笛演奏过程中，人们是很难保证每次口缝同边棱的距离，以及口风力度都相等，因此也就很难保证每一次演奏频率的绝对稳定。有径验演奏者，是凭听觉来校正音高的。某知名专家曾向笔者问及此事，笔者曾用直笛演示来加以说明，证明口风力度对音高的明显影响。谁都知道，直笛的“口缝”同边棱的距离是无法改变的，但是仅凭力度的改变，其音高就能产生100音分以上的浮动。由此可见，要保证箫笛音高的绝对稳定该是何其难也！   此外，口缝位置的移动，不仅会改变箫笛的绝对音高，同时还会改变相对音高。笔者认为，这是由于口缝位置的改变，从而改变了管端校正量的缘故。管乐器需要作管口校正，这是人们都知道的。但是管口校正的规律，我们还远远没有探明。如何证明口缝位置的改变会在改变绝对音高的同时,还必然改变相对音高呢？笔者曾试图用简明的公式证明，结果力不从心，公式难以化简。但是这一事实却是可以通过实际吹奏来验证的。当你选定好适当的口缝位置和力度之后，认定此时所奏之音准确了，然后先轩昂管端，此时不仅筒音增高，而且上端三个音孔的音程增宽，下端三孔的音程减小；若压抑管端，不仅筒音降低，各孔之间的音程变化相反。有意于此道之诸君，不妨一试；若肯细加揣摩，也不难悟出其间的道理。   由此我们也就该懂得以下道理：箫笛制作的校音过程中，由于各个音孔不能一次校准，各个音孔必须逐个校对，校音时也就必须保持有稳定的管端校正量；否则各孔的音程必然无法校准。演奏时，演奏者也只有用与制作时相当的管端校正量，才能把音奏准。   为了保证演奏者能很容易地找到制作者校音时的管口校正量，箫笛制作时对于管端校正量的选择就十分重要。今日箫笛的制作，都把吹孔开挖得比较大、比较深，目的在于希望能获得较大的音量。实际上吹孔开挖得比较大、比较深，客观上倒使管端校正量相对地稳定多了。原来管端校正量的改变，是同口唇掩没吹口部分与整个吹口面积的比相关的。正因为这个缘故，所以今日的日本尺八那新月形的吹口，最容易改变管端校正量，因此也就极大地方便了吹奏圆滑的气滑音。   对于我国旧式的均孔箫笛，笔者化了不少时间对它的历史渊源、历代（特别是明清二代）的制作情况、音律情况，以及所谓的一笛七调问题，都作了比较认真的分析。旧式箫笛（特别是笛），吹孔都比较小，这是很有道理的。正如前面所说，吹口小，有利于改变箫笛的管口校正量，从而方便了转调。笔者能在一支旧式箫笛上方便地转全七个调，就是靠了改变管端校正量，同时配合“叉口”指法来完成的。当然，这种旧式的均孔箫笛的音准，是不能以三分损益律、纯律或十二平均律作为音准标准的；这种旧式箫笛也绝不是人们一再宣扬而屡遭扬荫浏先生批驳的所谓“七平均律”。至于洞箫，六个音孔，无论如何改进，都很难符合十二平均律的音准要求。笔者认为，洞箫还是制作成八孔比较好，多两个音孔，更方便了转调。 音 域   人们公认，乐器的音域越宽，表现能力越强。箫笛的音域一般为两组半，这似乎已成定论。实际上箫笛的音域原先并没有两组半，五十年代后期始增宽到二组半。目前音域虽然已达两组半，但是人们仍然感到箫笛的音域不够宽，例如赵松庭先生为了增强笛子的表现能力，就设计了排笛。笔者认为，箫笛的音域确实有增宽的可能。努力增宽箫笛的音域，也确实是我们的愿望。   五十年代初，笛的音域只有二组，当时要吹奏小工调的高音La（6）,不仅能吹奏的人寥寥无几，而演奏者吹奏此音时的情绪也是很不踏实的。五十年代后期，笛子音域已达二组半，高音La的演奏也就是常事了。究其原因，不仅是因为演奏技艺的提高，也是由于箫笛制作工艺的改进。如今箫笛制作远比四十年前进步得多，但是我们无法确认已经达到了制作的顶峰，其中值得研究和有待改进的地方仍然甚多。关于箫笛制作规范化的研究，至今尚无法提到议事日程上来，这也该是事实。不可否认，箫笛制作规范化研究，要远比过去长笛制作规范化研究困难得多。因为长笛那人工切削的管身，毫无疑问地极大地有利于制作经验的积累。尽管如此，笔者还是打算结合自己的制作和研究情况，就此问题谈一点看法。   影响箫笛音域的因素有以下几方面：一是演奏技巧，二是材料的选择，三是制作工艺的研究。   前文已经提及，箫笛是以边棱音为激振源的，因此，边棱音的振动情形同箫笛各音区的谐振情况有密切的关系。笔者曾亲眼目睹过笛子各音区边棱音的振动情况。如今笛子的吹孔都开挖成近乎椭圆形。假若这椭圆形的一周为360度，吹奏时口唇掩住的部分是无法形成边棱音的。笔者发现，吹低音区，口风只要冲激吹孔对侧约90度夹角的边棱就可成声；吹高音区，口风冲激吹孔边棱的夹角不能小于150度。至于吹奏极限音，除了必须用强劲的口劲以保证足够的口风力度而外，其夹角必须大于180度，这就大大地增添了成声的难度。笔者根据这极限音的成声条件，利用人工吹口，在自制的笛上也确实能完整地奏出了三组音。为此，了解口风力度同边棱音的振动情况，以及边棱音同气柱的耦合情况，对我们制作出音域宽阔的箫笛，无疑是极有意义的。   所有演奏箫笛的人都知道，中、低音区除第六孔所用为交叉指法而外，其余都是普通指法。可是高音区的情况就大不相同了，不用交叉指法则无法奏出。这又是什么缘故呢？管乐器同弦乐器虽然是不同类型的乐器，但是我们能办能从弦乐器的振动模式中获得一点有益的启示呢？从弦乐器的振动模式来看，弦的1/2、1/3、1/4、……1/ n处，都可以奏出泛音，每一根具体的弦上泛音之多寡，与弦长成正比。再从中国箫笛的制作实际来看，一般的箫笛只有六个音孔，何以会奏出二组半以上的音呢？原来箫笛除最低一组音外，其余都是泛音。值得我们注意的是，管乐器上的泛音的应用，大大地不同于弦乐器。弦乐器上的泛音，是作为特殊需要的效果音而加以运用的，用途并不广泛。而管乐器上的泛音乃是音域内的音，因此管乐器上泛音越多，音域越宽。   为了证明上述分析属实，以下略举两件有趣的事实请大家看看。一是弦乐器上的泛音也被称作“笛音”，这岂不是说，弦乐器上的按音（实音）同泛音是有明显区别的吗？事实上也确实如此。而笛子上所有的音几乎没有明显的区别。这一事实足以证明管乐器同弦乐器上泛音的不同。二是原始的单簧管，除了它那特异音色而外，并没有多少引人注目的特长。单簧管的发展，完全归功于泛音孔(也叫高音孔)的发现，第二泛音被激发,音域得以大增宽。至今，有谁能说单簧管的各音区之间音色不统一呢？这一事实不仅证明管乐器上泛音为明显区别，同样说明了泛音的增多对管乐器音域增宽的重要意义。   五十年代之前，笛子只能奏二组音，也就是说，当时笛子能激发的只是基音和第一泛音；如今笛子的音域增宽到二组半，所增加的半组乃是第二泛音。我们能否设法将另外半组第二泛音也激发出来呢？就笛子的制作情况来说，制作上只要有了微小的差异，激发第二泛音的指法就必须相应地改动。这不就正好说明箫笛上第二泛音的被激发，同弦上的泛音的被激发一样，是有条件的吗？我们该如何摸索、并掌握这种规律呢？   可能会有人提出，箫笛上的音孔位置同弦乐器一样，有其规律性，是不能随意改动的。只要有这种认识，必然会给箫笛设计和制作的更新带来不可克服的困难。事实上箫笛制作过程中音孔位置并不是非一成不变不可的。笔者认为，只要需要，完全可以将“7”音孔开挖在“1”音孔之上。笔者就曾经作过实际的验证，证明这完全不是什么天方夜谭！再如，任意选取一支笛，任意选定某一音孔，假如我们用一片很薄的膜片将这个音孔分隔成两半，此时该音孔的音高又会发生什么样的变化呢？谁都知道，笛子上的音高同音孔位置的上下相关；音孔位置不变，音高则同音孔的大小相关。音孔位置越往上、越大，音越高；反之则低。此时笛孔被分隔成两半，无论这分隔的薄片如何薄，从理论上说，这隔膜总究使音孔的表面积变小了，照理该音孔的音高理应降低；可事实上却出乎人们的意料，此时音不仅没有降低，反而增高了，其增高的情况又会因为分隔的情况不同而有所差异。由此可见，任何事物有其一般就必有特殊，在管乐器的制作上也不例外。   通过以上分析，我们完全可以得出如下结论：箫笛音孔有其大体位置，这位置是可以作些相应变动的。为了能尽可能多地激发出泛音以增宽音域，应该设法找出确定音孔的最佳，并确定正确的指法和运气要领。   要增宽箫笛的音域，在材料选择上也同样存在着一个至今尚未引起我们足够重视的问题，那就是“量度”对管乐器音色和音域的影响。何为“量度”？量度就是管乐器上管内径同管长的比值。这个问题是笔者十年前全力研究“荀勖笛律”时开始注意到的，后来才注意到它对所有的管乐器的声学性质都有影响。笔者发现，对于开管乐器来说，量度越小，它能被激发的泛音越多，但是小到一定程度，基音就无法吹出。例如铜管乐器的各种号，除低音号而外，多数号都吹不出基音。就闭管乐器来说，其情形又恰恰相反。请看那单簧管，若无高音孔，其表现能力会受到何等影响，那该是可想而知的；可是中国的管子，由于管身粗短，量度大，吹奏泛音就不很困难；再看那量度比管子稍小一点的筚篥，若不借助泛音孔，它是不能吹出第二泛音的。箫和笛的发声原理完全相同，可洞箫的高音就比笛子容易吹。这不同样证明了量度对管乐器泛音激发成声的影响吗？因此，为了增宽箫笛的音域，对于管径的合理选择，也同样应该引起我们高度重视才对。   以上乃是笔者就影响箫笛制作规范化研究的几个相关的音乐声学问题的一点浅见，旨在引起有关专家及同好的兴趣。不当之处在所难免，尚望专家们教我。