复合振动共鸣原理在双腔葫芦埙创新技术中的应用

张 莉

(四川音乐学院乐器研究所 四川成都 610021)

复合振动共鸣原理在双腔葫芦埙创新技术中的应用

张 莉

(四川音乐学院乐器研究所 四川成都 610021)

双腔葫芦埙是四川音乐学院王其书教授的重大乐器研究科研成果，是埙改革的突破性成果。它将埙的音域(从胴音算起)扩展到两个八度，并增大了音量。双腔葫芦埙使用十二平均律律制排列，它转调方便，大大提高了埙的演奏性能和表现力。双腔葫芦埙成功的关键在于使用了王其书老师发明的复合振动共鸣创新技术。通过重点研究复合振动的原理，并对埙在各音区发音的声学现象进行分析研究，在对比的基础上，找出双腔葫芦埙扩展音域和增大音量的声学奥秘。

复合振动共鸣创新技术；双腔葫芦埙；王其书

埙虽古老，却是一件极具神韵的乐器，是祖先留下的文化瑰宝。但几千年来，埙在形制上未曾有大的改进，传统陶埙不能超吹，音域狭窄，音量小，音律不齐，转调不便，大大制约了埙演奏艺术的发展。为此，热爱音乐的有心人——四川音乐学院王其书教授默默耕耘，多年潜心研究和探索埙的改革。功夫不负有心人，多年知识经验的积累和辛勤劳动的实践碰撞出了智慧的火花。在上世纪90年代初，王老师创新研究出复合振动共鸣技术，并将该技术运用在埙的改革上，成功研制了双腔葫芦埙这件优秀的民族吹奏乐器，在埙的改革上取得了丰硕的成果，也为乐器改革科研事业提供了新的思路和新的方法。

一、 埙的发展轨迹和发音原理

(一)从埙的起源到双腔葫芦埙的问世

埙是我国古老的民族乐器之一，距今已有7000多年历史。根据考古资料及史书记载，埙的起源可追溯至新石器时代，古书《乐书》引用古人櫵周的话说：“幽王之时，暴辛公善埙”。《世本》认为埙为暴辛公所作。王子年《拾遗记》上说：“庖牺氏易土为埙”。这种认为埙乐器是个人首创的传说虽不可考，但是埙的历史的确是十分久远的。中国最古老的诗歌总集《诗经·小雅》中有载“伯氏吹埙，仲氏吹篪”。《尔雅·释乐》注：“烧土为之。大如鹅子，锐上平底，形如称锤，六孔，小者如鸡子”。按科学的观点，埙的起源与人民的劳动生产活动有关。最初可能是先民们模仿鸟兽叫声而制作的狩猎辅助工具——石流星(一种球形飞弹)，由于石头上有自然形成的空腔或洞，当先民们用这样的石头掷向猎物时，空气流穿过石上的空腔，形成了哨音。这种哨音启发了古代先民制作乐器的灵感，就这样产生了最早形态的埙。远古的埙多为石制、骨制，后逐渐改用陶土烧制而成，顶端均有一个吹孔。在历史上，埙的形制较多，有球形、管形、橄榄形、卵形、鱼形、月牙形、人头形、牛头形、梨形及各种动物形状。商周时期，“锐上平底”的梨形埙在中原地区逐渐取代了其他埙，成为埙的主流形制。除少数民族地区外，其他形制已不多见。随着社会的进步，埙被当成单纯的乐器，并逐渐增加音孔，发展成可以吹奏曲调的旋律乐器。汉代是埙乐发展的高峰期，但主要用于宫庭雅乐。隋唐以后，在民间已几乎绝迹。但在少数民族地区却一直长盛不衰。[1][2]

从浙江余姚河姆渡遗址发现的7000多年前只有一个吹孔、没有音孔的椭圆形陶埙，到近代仿制改良的八至十六孔的各式各样的埙，再到1991年双腔葫芦埙成功问世，埙这件古老的乐器跨越了人类文字文明5200年的历史长河，而从在河姆渡出土的新石器时代(公元前5000年)单腔无音孔的陶埙到双腔葫芦埙的问世则有7000多年的历史了。[2]

自1988年起，为解决埙的音域、音量、吹奏等问题，王老师进行了无数次的研究试验和探索。他从单腔体入手，除仿制历代各种形制的埙外，还制作过很多不同形状的埙，如：细颈花瓶状的、各种酒瓶状的、葫芦形的、并排双梨形的……试图增加其音域但全部没有成功。这些埙的腔体形状虽然各不相同，但其空气球振动发音的基本方式没有变，因此，不可能产生超吹的音，当时的单腔改革埙已将音域扩展到极限，不可能再扩展其音域。王老师绞尽脑汁，突然间头脑中闪过了一种想法：所有的埙不能超吹都是因为腔体的空气球无法分割成两个半球来振动而产生倍频泛音，如果将两个空气球连接起来，通过口风来控制，使两个球体振动可分可合，不就可以解决超吹问题了？正是这一闪念，王老师拿到了解决超吹问题的金钥匙，从而踏入了千年禁区的大门。经过认真的思考和多次实验，王老师创新研究出复合振动共鸣技术，并将该技术运用在了埙的改革上，终于设计出全新的改革埙，诞生了可以超吹的音域宽广的埙。1990年，王老师根据它的形状给它起名为“双腔葫芦埙”，在埙的改革事业上取得了丰硕的成果，也为乐器改革科研事业提供了新的思路和新的方法。七千年古埙扬眉吐气，再展昔日之风采。[3]

(二)埙及双腔葫芦埙的发音原理

吹奏乐器属气鸣乐器，其发音方式是多种多样的。埙和笛、箫均属边棱乐器，其成声不依靠固定哨口或簧的振动，是直接依靠口中呼出的气流冲击边棱激发腔体内空气振动而发音。但因振动体形状的不同，乐器性能可能差异巨大，笛、箫为管状空气柱振动发音，可产生超吹泛音，埙却因其为空气球振动发音，不可能通过超吹将空气球分割成两个半球来振动产生倍频泛音，所以音域很窄。双腔葫芦埙的结构则完全不同，它是复合振动双腔体结构，由上、下两个梨形的振动腔体组成，中间有一个蜂腰孔将两个腔体连接(见图1)。缓吹时，它是一个整体，以单腔振动方式发音(上下两腔作为一个腔体振动发音)，和传统埙相同；急吹时，上下腔体分离，只是上腔体振动发音，下腔体成为共鸣腔，利用蜂腰孔使埙产生了超吹音并扩展了音域。

图1 双腔葫芦埙

因此，传统埙和双腔葫芦埙的发音方式是既相同也相异的，它们的共同点在于都是团状气流振动，都是因空气球振动发音；不同点在于传统埙是单腔体振动发音，而双腔葫芦埙是根据音高的不同而选择平吹或超吹使上下两个腔体分开或复合振动而发音的。

二、双腔葫芦埙的结构、性能和创新技术要点

(一)双腔葫芦埙的结构和性能

双腔葫芦埙外形设计成葫芦状，有上、下两个梨形振动腔体，两腔体之间设计了一个蜂腰孔，其目的是在将两腔体连接在一起的同时，使上、下两个腔体形成复合振动共鸣的发音方式。其上腔直径略大于下腔，同时设计了能够兼顾超吹和音色、音量、音域的蜂腰孔孔径及上下腔最佳的容积比例。如前述，缓吹时，是单腔振动发音，当风门收紧超吹时，在急气流的冲击下上下两腔分离，上腔空气球振动发出超吹高音，下腔则变成为一个共鸣腔，同时兼具调整音高的辅助功能(与笛子笛尾的部分作用相似)。它还按十二平均律配齐了音列，转调方便，共十一个音孔，下腔九个，上腔两个，演奏指法简便顺手。音域达到了两个八度以上，高、中、低音埙三个一套，真正方便了演奏者。双腔葫芦埙的最大音量可达104 dB,平均音量89.3dB，相比以往大大增加，更能胜任独奏、重奏和合奏。上面饰以小篆刻画图案，有大小音孔的衬托，造型古朴别致，不失为一件具有浓郁民族风格的艺术品。

(二) 双腔葫芦埙的创新技术要点

1．改革的目标

王老师的改革目标和改革原则是：(1)拓宽音域。音域狭窄是传统埙的致命缺点，拓宽音域至两个八度以上，才能满足演奏的基本需求；(2)适当增大音量。在乐队中能与其它乐器达到音量的平衡，使其能在与其它乐器合奏、重奏时发挥功能；(3)按十二平均律设计合理的音孔布局，增强转调的功能，使其兼具独奏乐器和进入乐队常规编制的能力；(4)达到以上三条的同时保留其迷人的传统音色和演奏技法。 要实现以上目标的关键问题是解决传统埙的超吹问题。

2．蜂腰孔与双腔复合体

双腔复合体结构的核心是蜂腰孔的设计。孔太大，两腔不能分离，没有超吹音；孔太小，虽能超吹，但是高低音脱节不能贯通，各音区音色不统一，部分音音色虚暗，音量减弱。蜂腰孔的设计至关重要，这是复合振动共鸣创新技术的核心。

3．双腔葫芦埙的形状和上下腔比例

双腔葫芦埙的形状是葫芦状，它是由上下两个腔体构成，上腔直径略大于下腔。双腔葫芦埙上，下腔的形状和容积比对音色和音量的统一、高中低音的衔接与蜂腰孔起着相辅相成的作用。

4．音量的增大和音色的改善

在双腔葫芦埙研制过程中，王老师特别注重音量的增大和美妙音色的保留和改善。相较于传统埙和其他改良埙，双腔葫芦埙的音量有明显的增大，最大音量达104dB,高、中、低音的平均音量为89.3dB,加之埙的穿透力，在实际演奏中，双腔葫芦埙的音量在听觉上是令人满意的，并在音量增大的基础上音色也较传统埙浑厚、饱满。在笔者的独奏音乐会上，不需要话筒扩音器等设施，用古筝来伴奏，其音量很均衡。全部音域均能随心所欲，强弱控制自如。归结双腔葫芦埙音量明显增大的原因，就在于复合振动共鸣腔体的科学与合理使用，不但增加了谐振与共鸣，也为适当增加音量提供了保证。

5．音域的扩展

传统埙的音域仅一个八度左右，但双腔葫芦埙的实际使用音域达到两个八度以上，高、中、低音埙三个为一套，其各自音域如图2[1]9，[4]所示。根据演奏和音域的需要，双腔葫芦埙还可以设计为其他规格的。

图2 双腔葫芦埙音域示意图

6．音孔的排列设计

音孔排列设计应将手的生理结构特点、埙的结构特点以及乐器的性能巧妙结合起来。双腔葫芦埙按照十二平均律配齐了音列，运用十根手指来演奏。音孔设计总共有十一个，上腔两个音孔，下腔九个音孔，右手小指同时按两个小孔，两小孔演奏时成半音关系。按照人手的生理结构特点，音孔的设计分布在埙体的前后左右，演奏指法的设计以顺手、简便、转调方便为原则(见表1)。

表1 新型双腔葫芦埙指法表

7．制作工艺及材料的选择

双腔葫芦埙基本沿用了传统的陶瓷工艺，用陶土制坯，炉火烧制而成。2011年，笔者随王其书老师进行第四代双腔葫芦埙改良制作课题的研究，制坯的工艺改为模具注浆成型，传统煤窑烧制改为电窑自动控温烧制。制作好的双腔葫芦埙保持了传统埙古朴、典雅的风格和传统音色，在保持乐器演奏的民族特色不变的基础上，进一步改进了乐器的性能，提高了乐器的演奏能力。

制作材料的选择上也不断寻找，陆续试验出更适合做埙的陶土。20年前，王其书老师为研制成功的双腔葫芦埙苦苦寻找适宜的陶土材料，在四处奔波多次试验后，选择了四川名陶“桂陶”的生产原料酸性黄色黏土。陶土含有铁、锰等特有的金属成分，适合烧制彩陶，用该陶土做的埙能较好地耐高温，并用当地传统名窑“龙窑”烧制，炉火可达900℃～950℃。桂花泥收缩性较大约为13%～16%,烧制出来的埙质感较细润，色泽为中等朱红色，质地较硬，埙的音色高音明亮，中音润泽，低音浑厚，是较为理想的泥材。

近年来，王老师没有停止过再寻找更加适合做埙的优良泥材的步伐，终于锁定了中国四大名陶之一荣昌安陶的原料作为埙的泥材。荣昌安陶为纯的侏罗纪粘土岩，泥色为白、红两种，均质细色正，可塑性强，埋藏浅，并且含水率低，烧失率低，烧结性能好，制埙的温度可达1150℃～1200℃，是最佳的陶瓷原料，自古素有"泥精"之美誉。其中红泥的含铁量高，约为0.5%，一氧化硅含量约为62%～65%，一氧化铝约为12%；其收缩性较桂花泥要小，约为13%～ 14%；硬度好于桂花泥，色泽较桂花陶略深，为中等偏深的朱红，烧制成的陶埙音色更加明亮，叩之发声清脆悦耳，具有穿透力。

8．造型外观设计

在造型上，王老师以民族审美的眼光，将埙的外型设计为我国西南少数民族的图腾“葫芦”形状，并在埙体前后加以刻花图案或是小篆凸文字来装饰衬托。音孔的排列使双手握埙成立式，同时按上下两腔的音孔，手形放松自然，使演奏者的姿势与埙的外型相得益彰，显得优美而高雅，加之埙的独特文化背景和音色，使双腔葫芦埙的现场演奏效果颇具神韵。制作完善的双腔葫芦埙具有很高的演奏和收藏价值。

三、 复合振动共鸣技术的声学分析

1990年7月，中国艺术科学技术研究所对王其书老师研制的第一代双腔葫芦埙做了一次物理声学分析，测试对象是传统埙(指单腔梨形改良埙)(大、中、小号埙)与新研制的双腔葫芦埙，其声学测试结果如下：

单音，最大的力度，测试距离为1m。

双腔葫芦陶埙改良传统陶埙大埙中埙小埙音高SPL(dB)SPL(dB)g5·88.679.9a6·75.976.1c1182.085.184.2d1285.989.688.9e1386.989.788.4g1583.494.279.185.8a16104.389.794.6c21·98.989.892.8d22·95.490.2e23·86.992.0g25·83.793.9平均89.385.886.791.5

表2双腔葫芦埙声学测试表

从以上频谱分析的结果来看，改革埙的音色，在中间、高音部分和传统埙一样，在低音区虽然小有差别，但是仍具有同类型包络，即具有共同之音色特点。①[1]10-11

通过演奏实践和声学的测试，可以证明双腔葫芦埙已经完全达到了前面提出的4项目标，它的各项技术指标均优于传统的古埙和当今国内外已有的改革埙。

四、复合振动共鸣创新技术的重大意义

双腔葫芦埙成功的关键是在于使用了王其书教授发明的复合振动共鸣创新技术。顾名思义，“复合振动共鸣”就是振动共鸣的形式是复合的，根据需要有共同振动的时候，又有单独振动的时候，也可两种振动方式交替结合运用。这个技术是王老师多年刻苦钻研、勤奋思索的重要成果，它打破了几千年来单腔体振动的发音形式，这在乐器史上还是首例。该项新技术将乐器改革带进了新的领域，给拓展乐器音域、改善乐器音色及增大音量都带来了新的机遇，弥补了单腔体振动的不足和局限，展现了双腔体配合的奥妙和功能。可以试想，在它的启示下，将该技术应用到其它乐器的研究上，可设计发明出性能优越、具有复杂的振动形式和结构的乐器。这项技术在所有具有振动腔体的乐器中都有运用的空间。

对复合振动共鸣创新技术的深入研究有利于乐器研究者们在这一新领域中的再思索，再创新和再利用。在当代，音乐的快速发展需要更多的创新技术来支撑，复合振动共鸣创新技术将使我们使用的乐器产生突破性的改进，这是一项了不起的发明，应该得到大力推广，使之为推动乐器改革做出贡献。

五、 复合振动共鸣技术发展前景及双腔葫芦埙应用展望

双腔葫芦埙是王其书教授的重大科研成果。该乐器研究于1988年立项，1991年完成，同年获得国家专利权。次年在成都通过省级鉴定。1992年获四川省首届少数民族文艺基金最佳奖、文化部科技进步二等奖、1993年国家发明奖三等奖。该成果受到国内外专家的高度评价，居全国领先地位。双腔葫芦埙定型后，于1991年在第六届全国发明展览会上首次亮相并获得银牌奖，继而赴全国各地进行宣传介绍，各地专家教授如陈家齐、张维良、蒋志超、戴亚、王次恒、郭雅志、高明、元修和、陆金山、闵惠芬、李增光、张宝庆等均给予了高度评价。四川音乐学院作曲系邹向平教授专为双腔葫芦埙谱写了大型作品《鱼凫祭》(双腔葫芦埙与管弦乐队)，乐曲的演奏充分体现了双腔葫芦埙在音量、转调、音域方面的优越性和保留传统演奏手法的优良性能，该曲在1992年“黑龙杯”全国管弦乐作曲大赛中获特别奖，并由四川人民广播电台录音。刘宽忍用双腔葫芦埙演奏的专辑《废都》于1993年夏正式出版发行。除了在国内推广以外，双腔葫芦埙已逐步推介至世界各国及地区。

世界日新月异，新的技术发展一日千里，传统乐器的改革迫在眉睫。一件乐器的改革是否成功，可以从它的实际运用效果和价值是否比原有乐器更先进更能适应演奏者的演奏需求上来衡量。任何一项变革都会产生一些新的东西，王老师改革的双腔葫芦埙就像波姆式长笛一样，既保留了传统乐器的音色、演奏方法，又解决了音域、转调的问题。它是中国民族改革乐器中成功的典范。

复合振动共鸣技术给乐器研究者们一个巨大的想像空间，将该技术原理应用在其它乐器的改革上，或新型乐器的发明上都有着不可低估的价值。该技术的运用在乐器音量的增大、音域的增宽及音色的改进上面有着相当大的作用，给乐器改革提供了很强的技术支持。这是王其书教授潜心研究几十载最终取得的丰硕研究成果。实践证明，用科学的方法去改进乐器，使其具有新的生命力以适应现代音乐发展的需求这条思路是完全正确的。也只有沿着这条路线不断地发展创新，乐器改革事业才会有更大的发展空间和更旺盛的生命力。

注释:

①该测试报告由中国艺术科学技术研究所虞忻平完成，详细信息参见王其书：《七千年禁区的突破——复合振动腔体结构的发明与双腔葫芦埙》，载《音乐探索》，1994年第1期第10-11页《双腔葫芦埙声学测试表》。

[1]王其书.七千年禁区的突破——复合振动腔体结构的发明与双腔葫芦埙[J].音乐探索，1994(1).

[2] 埙的历史[EB/OL]. (2012-07-14)[2015-04-15].http://www.maiqin.com/xunlishi/7671.html.

[3] 陈善详. 古乐奇葩——再论复合振动腔体结构的发明与双腔葫芦埙[J].音乐探索，2005(3):34-37.

[4] 张莉.新型配套双腔葫芦埙[J].乐器，2015(2):30-31.

J62

A

1004-2172(2015)04-0020-06

10.15929/j.cnki.1004-2172.2015.04.004

2015-03-13

张 莉(1978— )， 女，硕士，四川音乐学院乐器研究所研究实习员。

责任编辑：钱芳