扬琴制作的选材、处理与音质提升

宋营彬

摘要：扬琴自明代后期传入中国，最初流行于广东沿海一带后逐渐遍及内地，经过历代艺师的不断改进，在民间传统艺术的实践中，逐渐演变成一件富有特色的民族乐器。半个多世纪以来，传统扬琴经过历次改革与改良，逐步定型在现代402扬琴的状态，制作工艺也由乐坊传统手工制作发展到企业化生产及半机械化流水线生产的工业化阶段。一个时期以来，乐海乐器公司为提升扬琴制作的工业化水平，积极创建扬琴制作科研的平台，结合生产实践，以扬琴制作生产中的材料选材及技术性处理和提升音质的专项研究为突破口，集思广益，探索扬琴制作的关键工艺改良和调试技术优化。本文将结合乐海乐器公司扬琴制作提升计划实施过程的科研实践，为扬琴制作的质量提升提供有价值的参考资料。

关键词：扬琴制作  材料处理  数据整理  材料应力  音质提升

现代402扬琴，除保留有传统扬琴梯形及派生的蝴蝶型等琴体外形外，仍然以大小帮板、左右琴头，音樑、滚板、音板等为主要组成的结构部件。鉴于乐器制作材料90%都是木材，而木材的材质影响扬琴音质与结构稳定的因素有很多，其中扬琴框架材料的选材、处理、材料的密度及韧性变化等因素对扬琴的音质与结构稳定的影响最大。例如，扬琴框架材料的应力不平衡会导致扬琴四角及音板的开裂，从而导致扬琴框架的扭曲变形，影响扬琴的音质稳定。这不仅影响了扬琴的使用寿命，而且还影响了演奏者演奏技能的发挥。为此乐海研发团队立项研究，利用木材受环境温湿度的影响较大的特点，对扬琴制作的选材标准提升、材质结构测试处理等技术问题进行了一系列的研发分析，积累了大量的科学数据和制作经验，笔者结合多年的乐器材料研究及生产技术实践的经验总结，扬琴材料的选材处理与音质提升的问题进行研究分析，为扬琴乐器的质量提升提供有价值的制作参考。

一、选材的实际问题

402扬琴有144根琴弦，调好音以后，按其涨力计算琴弦拉力有两吨左右，一个木质结构乐器的梯形框架既要承受两吨的力，又要保持琴身框架的应力平衡，以此保证扬琴的框架稳固并使乐器音高稳定及使用寿命得到延长等，保持扬琴琴体框架结构稳固与材料声音传导性能、提升材料在应力平衡中的作用非常關键。

为了提升扬琴的稳定性采用增加帮板与琴头的胶合面积，扬琴框架组合采用了指接结构，帮板、琴头在扬琴框架中起重要的支撑作用。多年来扬琴框架的重要组成材料——小兴安岭的优质色木，因其韧性好、密度大、抗拉力强度较高、耐腐蚀、纹理细腻得到了生产厂家及市场的认可，使色木的市场需求量越来越大。然而随着国家“封山育林”政策的出台使色木的市场供给出现了不足，不能满足扬琴生产的需求。为了不影响扬琴的生产与质量需求，乐海扬琴研发团队立项研究扬琴框架组成的代替材料，进行了多次帮板材料受力测试，分析扬琴框架材料的受力情况，尝试利用俄罗斯榉木及非洲硬杂木代替色木，在402扬琴结构的基础上提升音质，从中获得了许多成功的经验，在此分享给大家。

二、制作材料的受力测试

为了充分了解402扬琴特性，我们立项对402扬琴帮板受力进行测试，测试方法如下：

1.不同材料受力变形的测试

按402扬琴大帮板的工艺要求：取其长度1200mm、宽度115mm、厚度42mm相同规格尺寸且含水率≤10%的吉林优质色木、俄罗斯的优质榉木、非洲硬杂木帮板木块各三块在同一环境下进行受力测试。

把吉林色木、俄罗斯榉木、非洲硬杂木帮板木块按扬琴帮板使用受力方向依次分别放在木材韧性测试仪器上，调整好固定卡把帮板两端固定，调整千斤顶传感器顶端位置，使其处在被测试帮板木块的左右、前后的中心位置，然后旋紧千斤顶油压螺母，上下摆动千斤顶加压杆给被测试扬琴帮板木块加压，当压力逐渐增加到2000kg时，在木材韧性测试仪的位移传感器上显示被测吉林色木帮板木块的变形指数分别为9mm、9.5mm、9.7mm，平均变形指数为9.4mm;俄罗斯榉木料帮板木块的变形指数分别为9.96mm、10.2mm、12.9mm，平均变形指数为11.02mm;非洲硬杂木帮板木块的变型指数为7.76mm、8.5mm、8.86mm，平均变形指数为8.37mm（如图示）。

通过对几种木材帮板木块在相同外力作用下的变形指数对比可以明显看出：俄罗斯榉木受力后变形性较大、吉林色木受力后变形性居中、非洲硬杂木受力后变形性较小。由此可见，非洲硬杂木做成的帮板木块比其他两种木材做成的帮板木块用在扬琴产品中变形量最小、承受力较大、扬琴不容易变形、稳定性较高，这一实验数据为我们选择扬琴帮板材料、以增加扬琴产品的后期稳定性能提供了可行性依据。

2.材料测试结果的应用分析

木材密度是衡量木材性能的重要指标，掌握木材的工艺性能，了解木材的硬度、收缩、膨胀等物理力学性能可有效地指导生产，解决生产过程中因材料应力问题造成的开裂、变形。于是我们尝试在同一环境下取相同体积40mm×40mm×40mm、相同含水率（≤10%）的吉林色木、俄罗斯榉木、非洲硬杂木气干材正方形木块，称其重量分别为48g、44.8g、52.48g。根据木材密度公式测算其单位体积的重量，其密度分别为吉林色木0.75g/cm3，俄罗斯榉木0.70cm3、非洲硬杂木0.82g/cm3，通过比对测试分析：可知吉林色木和非洲硬杂木的密度接近小兴安岭的色木密度（0.78kg/cm3），是代替小兴安岭色木的理想材料。

木材销钉扭矩力大小是衡量扬琴琴头木材可行性的另一重要指标。木材销钉扭矩力的大小直接影响扬琴的音准稳定性，因为木材销钉扭矩力越小，在受力的状态下销钉越容易松动，导致扬琴音准降低直接影响演奏技能的发挥。为了保证扬琴的音准稳定性，我们按扬琴琴头选材标准选取含水率≤10%和相同尺寸（600mm×145mm×50mm）、质地较好（无糟朽、劈裂的）的优质吉林色木、俄罗斯榉木、非洲硬杂木，分别用直径5.2mm的合金钻头在木料正面不同位置垂直打深度30mm的眼各6个，并用扬琴扳手旋进直径5.5mm的扬琴销钉，销钉旋进深度25mm，然后用扭矩力测试仪器进行销钉扭力测试，结果显示：吉林色木6个点的销钉扭矩力为2.0～3Nm非洲硬杂木6个点的销钉扭力为3～3.5Nm，而俄罗斯榉木6个点销钉扭矩力1.5～2Nm。我们可以理解为销钉的扭矩力越大其木材的握钉力就越大，扬琴销钉的稳定性越大，该材料产品的扬琴越不容易掉音，音准稳定性就会越好。这一实验结果证明了非洲硬杂木的握钉力大于吉林色木和俄罗斯榉木、是制作扬琴较为理想的材料。

三、材料应力平衡的处理实践

在扬琴的使用中，受其结构影响，扬琴受力较大，使用寿命相对其它乐器而言比较短，这就对扬琴的组成材料要求更高。扬琴受环境温湿度的影响，开裂、变形几率较大，严重影响了扬琴的使用即正常演奏的发挥。究其原因，是制作扬琴材料的应力较大所致，因此扬琴材料的应力平衡处理非常关键。

1.材料的浸泡处理，降低木材应力

我们试着对同批次的非洲硬杂木扬琴帮板材料进行应力平衡处理。例如：第一组做常温清水浸泡处理，第二组用沸水蒸煮处理，第三组作为参照，不做任何处理。处理过程如下：

把第一组的非洲硬杂木帮板材料完全浸泡于清水池中，每隔两天换一次清水，一个月为一周期、前几次换水，水是浑浊的，随着换水次数的增多水逐渐变得清澈，浸泡完成后，捞出淋干水，码花垛自然风干。

把第二组的非洲硬杂木浸泡在沸水中，蒸煮10天后捞出淋水自然风干。

第三组的非洲硬杂木帮板材料不做处理，直接码花垛自然风干。

以上三组材料处理完后每两个月倒垛一次，码花垛通风自然存放，放置6个月后测其含水率。

第一组清水处理组平均含水率为18.8%，第二组蒸煮组平均含水率为16.6%，第三组参照组的平均含水率为25.6%。再分别放置一年后测试这三组的含水率分别是13.5%、11.8%、15.7%。三组材料的变形指数分别是8.5%、5%、12%。通过以上数据分析可显示出扬琴帮板材料通过清水浸泡、沸水蒸煮，可明显疏通木材的纤维管孔，缩短木材的自然干燥时间，减少材料的變形指数，增减后期产品的稳定性。

2.材料浸泡处理，降低木材应力后的应用效果

我们按照材料烘干流程把三组帮板材料进行蒸汽烘干（<8%）处理，然后从处理好的三组材料中随机各抽取了5套，做成402扬琴后让专业老师进行音色比对鉴定。结果是材料经过清水浸泡或经过清水蒸煮处理的两组材料做成的扬琴音色明显比参照组的扬琴音色要通透，尤其是高音区最为明显，纯净度明显提升，中低音区音色也有质的改变，余音延长显得浑厚了许多，可见材料的应力平衡处理非常关键。

3.复合材料应用实践的效果

在选择材料的同时，为了充分的利用材料，设想材料的复合成型，把较小的材料通过指接，错位复合粘贴到402扬琴框架需要的标准尺寸。我们尝试把色木小料进行指接复合，利用酚醛树脂胶进行粘合、加长、加厚到402扬琴帮板需要的长度、厚度、宽度等同于扬琴帮板尺寸的木块，用挤板机加压组合成一体。我们尝试在相同的环境下，把复合木块放在测试韧性的仪器上进行测试，当外力增加到1600㎏的时候，复合木块在底部中间粘合处横向出现了断裂、分析原因是复合木块底部拼接处断面抗力小，胶的粘合力不足承受过大的外力而导致受力时从指接粘合处断面处撕裂。于是我们改进了木料复合指接的结构，把复合木块底部10mm的拼接料换成10mm厚的色木整料，目的是为了增加复合木块底侧的承受力，粘好后进行受力测试，当外力增加到2000㎏的时候没有出现断裂现象，但复合色木块的变形指数为14.5mm，和前面的扬琴色木帮板测试结果相比变形指数增加了14.5-9=3.5mm。由此可见色木复合木块的韧性小于色木实木帮板的韧性，胶的粘合强度要小于色木自然结构木质的强度。由此可见采用木块复合工艺材料，不适宜承受过大的外力，不能用于扬琴制作，所以选择合适的材料，对扬琴框架结构的稳定性非常重要。

四、框架数据对扬琴音色的影响

扬琴帮板在扬琴框架中起着重要的支撑作用，那么其帮板的厚度和高度对扬琴的支撑作用会有较大的影响。帮板加厚了、加高了，帮板的支撑力就会有所增大，帮板变形量就会缩小，相对来讲扬琴的稳定性就提高了，这将直接影响扬琴的音准稳定，但对扬琴的音色有何影响？

为了增加扬琴的琴体稳定性，测试扬琴框架受力的变化规律，掌握扬琴帮板加厚加高对扬琴音色的影响。具体做法是：我们在402扬琴帮板42mm厚的基础上增加5mm，使厚度达到47mm。增加扬琴帮板的厚度得到了两种结果：一种是在现在402扬琴外形不变的基础上缩小扬琴框架腔体尺寸10mm，另一种情况是不改变402扬琴的框架腔体尺寸，向外延伸，琴体外形加宽10mm。我们按上述两种思路各做五台琴，然后让专家鉴定音色质量。实验证明402扬琴琴体加大10mm后扬琴音色会宽厚，尤其是中低音变化会较大，但纯净度会有所降低;扬琴内腔缩小10mm后，扬琴的音色会有所变窄。此外，我们又将扬琴帮板的高度从现在的110mm逐渐加大至120mm，其他尺寸不变。当做成扬琴产品后，我们让专家鉴定音色，发现加高扬琴帮板的实验扬琴其音色发闷。实验证明：目前乐海制作扬琴的工艺尺寸较为科学合理，是经过数次测试后取得的最佳数据。