低音梁在力学声学中的检验方法及调整方案 （一）

张猛

摘要：本文将从具有代表性的两种不同弧度的斯式琴型着手，分析不同小提琴琴型适用的低音梁特点，该课题属于力学、声学与音乐的交叉领域研究。研究对象主要是小提琴的低音梁，通过不同制作方法、声学实验数据找到低音梁的最优安装方法。研究性质旨在将小提琴低音梁制作提升到数据化、规律化水平，再通过找到的最优低音梁的制作方法反向总结出具有一般规律的制作标准与检验方法应用于其他琴型日常制作中。

以往制作师都是凭借多年制作经验制作及调整低音梁，对后续的教学与传承有一定难度，若通过以数据支撑的规律总结制作，会对后续的制作、调整效率大大提升，从而使提琴制作的工艺传承、入门难度、后续的创新发展等有更高的实用价值。

关键词：提琴制作  低音梁张力  敲击音

引言

在漫长的音乐发展史中，从无到有，从简单到复杂，随着音乐发展的需求小提琴逐渐出现在人们的视野并广泛传播开来，在音乐界占据举足轻重的位置，同样低音梁作为小提琴内不可或缺的部件，也起到了至关重要的作用。如果说小提琴是西洋乐器的中流砥柱，那么低音梁便是小提琴中秉轴持钧的一环。

在面板内部低音弦一侧附着着一根纵向木梁结构，称为低音梁。它是中间高两端逐渐降低的流线形状，承担着加强面板低音区强度、传递振动、平衡四根弦音色等作用。

本文将通过总结不同时期音乐风格对应当时的低音梁结构，分析当代音乐风格下低音梁的制作需求，以及不同琴型适用的低音梁种类。

一、低音梁结构演变

（一）横向低音梁

提起低音梁的历史，首先我们就要了解，为什么要有低音梁，它的作用是什么？巴洛克时期随着音乐风格的不断变化，人们不满足于弓弦乐器仅作为伴奏使用，逐步由伴奏乐器向独奏乐器转变，所以对乐器的性能也提出了很大的要求，首当其冲的就是独奏乐器需要更大的音量，这里我们就不得不结合琴码的发展历史来回顾提琴以及低音梁的整个发展历程。

低音梁的设计初衷就是为了加固面板强度。一些原始的梁是以横梁的形式安装在琴上的，由于巴洛克时期琴码加高，琴弦的张力变大，琴码对面板的压力相应增大，所以需要低音梁来起到加固面板以及抵抗、支撑琴码压力的作用。在早期的面板上发现了弯曲的横向支撑梁以及短的胶粘低音梁。横向支撑梁用小木块固定在侧板上，以防止低音梁脱落（图1）。早期的琴箱面板内弧，通过一个凸起的加厚结构充当低音梁或使用一个安装在内弧中心左侧的横向小木条来加固面板。这种加固结构也在古老的阿勒曼尼学派的琴和欧洲北部国家制作的哈丹里克小提琴中使用。极少数情况下，在背板中也发现过这些小加固木条的存在。

（二）整体低音梁

在15世纪的意大利，琴码较为低平的早期比维拉·达·雅柯（vihuela de arco）逐步出现，它的面板较为平坦，并由轻巧的横向低音梁进行支撑，这种方法非常适合比维拉·达·雅柯。但它在意大利的存续时间不到十年，由于上述所说巴洛克时期音乐风格的转变，这种乐器为适应时代的变化不得不需要对自身结构构造进行一次颠覆性的改变，且我们通过历史进程资料能看出这种改变在意大利于很短的时间内完成并流传开来。

这次改变的直接原因是源于琴弦支撑方法的变化。想要拥有更大的音量必然需要通过改变琴码结构来增大琴弦张力，旧的低平琴码式的比维拉·达·雅柯的内部结构与其孪生兄弟维奥拉·达·玛瑙（vihuela de mano）琴的内部结构非常相似，这种结构对面板的压力很小，但是一旦改为较高的拱形琴码，增加了向下的压力，平坦的面板便不再适用，因为它会在额外增加的压力下塌陷。为应对不断提升的琴弦压力，低音梁也不断进行改变（图2）。

在16世纪期间，人们尝试了许多不同的方法：一是继续使用横向低音梁以支撑面板的下侧；二是把面板弧度做成拱形；三是增加面板的厚度；四是在面板上刻一條完整的纵向“脊柱”，也就是我们这一节所说的整体低音梁，以增加其抗压能力。整体低音梁是从中心向低音侧延伸且逐渐变厚。它相较于横向低音梁变得更小，形状更像现代低音梁。整体梁是指在面板本身上挖出一道梁，因为这些早期的低音梁仍是最初的面板的一部分，使用一整块木头制作，所以他们的高度无法超出面板弧度。在钻床等电动工具发明之前，在很多廉价的普级琴上依旧可以看到整体梁的存在。今天，对于这种古老的技术通常的解释是它节省了时间。因为大部分有整体梁的面板是快速和草率的工艺的体现，整体梁的出现成为一个极其廉价的质量的标志，尽管事实是这样的，但整体梁实际上是低音梁历史发展的一个步骤。重要的是，也有一些制作得非常完美的从面板挖出来的整体梁，甚至需要用放大镜来仔细确定它是否是整体梁或胶粘梁。但用这种苛刻的工艺标准“雕刻”出一根低音梁要比用现代低音梁消耗的时间长得多。其中一些低音梁直到今天仍然没有改变，仍然在发挥它们的作用。因此，普遍认为制作整体低音梁只是为了节省时间的观点也是不完全合理的（图3、图4）。

但是，16世纪留存下来的提琴证明，最终获得广泛认可的解决方案是：用低音梁和音柱支撑拱形面板，但在当时却未能广泛地付诸实践。除了对面板构造的基本问题有不同的应对方案之外，16世纪初期的意大利工匠对设计的其他方面也有自己的想法，例如：木材的选择。当然，每个工匠在细节制作上都有自己独特的风格，例如：音孔的形状。因此，从构造的基本方面和次要的外部细节来看，16世纪初是一个制琴工艺变化很大的时期。直到16世纪中叶，一些占主导地位的琴型才开始从各种现存琴模中脱颖而出，其中最著名的是威尼斯的维奥尔琴。

（三）现代胶粘低音梁

有胶低音梁在1550年到1600年间开始使用，并与整体梁一同存在，直到18世纪整体梁消失。虽然一些比较好的琴中也有整体梁的出现，但在最高档的琴中从未使用过整体梁。为了抵抗琴弦不断增加的张力，改变琴颈角度等改进要求，低音梁的形制变得更长更粗。文献记录了许多对于低音梁的最佳安装位置的不同的意见和建议。这其中虽然记录了很多不同的系统和方法来定位低音梁，但结果总是只能局限于单个乐器，即不同琴的最佳位置不同。举个例子：根据老琴显示，f孔上珠之间的距离通常比今天的标准42毫米要小。小提琴的f孔上珠通常在38毫米（或更少）到42毫米之间，在标记低音梁的位置时需要考虑到这一点。那个时期在任何情况下，低音梁都不能部分穿过f孔的上珠。低音梁的位置也必须与琴码的位置相关联。换句话说，如果上珠之间的距离比正常的小，制琴师就必须偏离通常的位置标准。所以在那时低音梁是没有相对固定的位置标准的。

（四）低音梁在现代提琴上的种类与作用

1．无翘缝低音梁

关于小提琴低音梁的无翘缝观点，有人认为“无翘缝安装低音梁的琴，发音会纯厚一些”。但具体还要根据提琴制作的木料、琴型以及想要达到的音响效果来决定所需使用的低音梁制作工艺，这样所达到的效果是会更好的。有观点谈到“低音梁翘缝的预应力，是没有好处的，随着时间推移应力会使低音梁两端处的面板出现下塌，在面板表面可清晰地看到低音梁的痕迹，甚至会损坏较薄的面板。因为低音梁的强度大于面板，预应力只会迫使面板的局部形状与它趋于一致，低音梁决不会趋向面板的弧度。如果拱型（弧度）已加工到最佳的形状，提琴的音色和音量必然有保证，也没有必要用低音梁的预应力把它拉变形。”

但目前主流观点还是以有翘缝低音梁为主，在后续的第二章也将通过实验证实低音梁有无张力对整琴的影响。

无翘缝低音梁在现代的应用主要出现在老琴的修复中，由于老琴大多会出现面板变形的情况，纵弧变高，横弧变低，面板与琴圈粘合的基准面也变为C口高、上下低的弧形形状，故变形后的面板已经具有足够支撑力，不再需要低音梁再提供额外张力。所以一般对古琴修复时制作低音梁一般采用无翘缝的方式。

2．有翘缝低音梁

低音梁所产生的弯曲应力，能使面板的振動更加强烈，从而发出更加宏亮、丰满的音色。这种观点制作的低音梁底面弧度与面板内部弧度在制作过程中并不是使它们完全贴合的，而是低音梁底部的两端与面板内弧之间有一个空隙，约1.5mm～2.0mm左右的翘缝，然后在粘合时通过外部施加压力，强行使低音梁与面板发生形变而密切贴合，这样的做法是为了使其产生弯曲应力，在经过外部压力与胶合后所产生的这种形变，是一种复杂的弯曲形变，它使低音梁产生弯曲应力，面板也受到相同的力的作用，也随之产生弯曲应力，有弯曲应力的面板相比没有应力的面板的振动更加强烈，发音也更加饱满。

不过这种应力会因年限关系逐渐消失，当应力消失或不足以支撑琴弦压力时就需要更换一支新的低音梁（应力一般保持10～20年）。有资料进一步谈到低音梁的寿命：现代制作的小提琴，其低音梁的寿命约为10～20年，有时也可达到40年，一般来说面板弧度较高的琴，要比面板弧度较低的琴，需要提前更换低音梁，用陈年老木制作的低音梁音响效果则更好，陈年老木是有助于琴发出浑厚温柔的音色。

此外，优秀的提琴修复师，很注重更换低音梁的开料和纹理的选择，有意识地将低音梁木纹（年轮）在制作时，向右少许倾斜（即向音柱方向），年轮右斜的低音梁，在安装胶合后，藉以加强低音梁的力度。

二、低音梁制作的几种工艺过程及要求

（一）低音梁备料

低音梁的选材一般为云杉木，在选择和准备木材时，选用重量轻、强度大、纹理窄、径切和无裂纹的木材。其生长线应与面板纹理完全一致（劈料），经过风干且共鸣好，长度是通过测量面板长度减去80mm，并预留8mm加工量，高度、宽度分别预留20mm、8mm左右，最终完成尺寸长270mm宽5.5～6mm。

（二）低音梁定位

首先低音梁要将琴码的振动传递开来，故低音梁的位置与码脚有关，首先纵向可根据面板长度，上下各减40mm确定低音梁长度或由面板上方找到195mm处作为标准点，后将低音梁270mm分为9份，标准点上方4/9、下方5/9。低音梁与中线呈现斜向关系即上部距中线近，下部稍远。将面板上下部最宽点分别做连线，将两条连线分别除以14并标点，将上下连线的靠中线的第一份标点连线，确定低音梁角度（并不是最终位置），再将低音梁平移直至低音梁的外沿与琴码码脚位置相同，确定低音梁位置。这里也可以根据需求，使用不同公式计算低音梁的倾斜角度，如除以更小的数字，比如12，它与中心线之间的角度会更大；若是20这样更大的数字将变得更平行于中心线。并将低音梁的每一端修整掉长约2毫米；使用这些点将低音梁放置到位（图5）。

但在个别琴型中需要注意，若琴型上下缘宽度差过大，即上缘窄下缘宽的情况可以适当调整低音梁角度，使其更加倾斜以保证音色。

（三）低音梁装配

使用二（二）中测算出的这些点将低音梁放置到位，检查低音梁料与内弧之间的缝隙，若缝隙过大时需进行调整，修整至大致贴合面板内弧弧度，然后借助垫圈辅助用铅笔将内弧弧线画到低音梁上，然后在带锯上切割或使用平底刨子刨至线（图6）。

接下来使用一个大的、扁平的一指厚平面（60 mm）来粗略的安装低音梁。当垂直角度良好且贴合紧密时，将其在末端的位置夹紧在面板上。在检查了相对于琴码的位置后（图7），再次检查纵向角度和垂直角度。对调整满意后，如图5所示，将两个木块在低音梁靠中线（下坡一侧）粘在面板上，用于固定低音梁位置，防止上胶后出现打滑、偏移预定位置的情况。最后的装配是用粉笔完成的，将粉笔涂在低音梁底面，贴合处会粘上粉笔印（同理也可使用复写纸），使用的量很少，所以不用担心它会堆积在面板上。在安装过程中出现的任何侧向摇摆或扭曲都需要立刻将其消除，然后再继续安装低音梁。这里仍然可以使用相同的平面进行拟合，偶尔使用平铲纵向的削，注意铲的角度、力度一定要加以控制。这种切削方法完成的低音梁最终底面光滑度更高，但如果过度使用，则会使梁的底端平面变圆，所以一定注意铲的角度尽量垂直于梁的两侧。上文中提到有翘缝低音梁的弊端，低音梁的应力会使面板发生形变，所引发的拱形形变通常是以面板外弧的凸起形式出现，并且大部分都是出现在低音梁的弧的末端部分。这里我认为有一种安装梁的方法，将梁的大部分弧度集中在梁的中间部分，也就是中间部分弧度比其相对部位的面板内弧弧度大，两端弧度保持与面板内弧相对部位的弧度相同，这样当它粘接就位时，它几乎可以同时接触到面板的四分之一，而当胶粘到位时，就几乎不会引起任何变形（图8）。这将集中支撑在面板最需要的中心部分。