復合振動共鳴原理在雙腔葫蘆塤創新技術中的應用

張 莉

(四川音樂學院樂器研究所 四川成都 610021)

復合振動共鳴原理在雙腔葫蘆塤創新技術中的應用

張 莉

(四川音樂學院樂器研究所 四川成都 610021)

雙腔葫蘆塤是四川音樂學院王其書教授的重大樂器研究科研成果，是塤改革的突破性成果。它將塤的音域(從胴音算起)擴展到兩個八度，并增大了音量。雙腔葫蘆塤使用十二平均律律制排列，它轉調方便，大大提高了塤的演奏性能和表現力。雙腔葫蘆塤成功的關鍵在于使用了王其書老師發明的復合振動共鳴創新技術。通過重點研究復合振動的原理，并對塤在各音區發音的聲學現象進行分析研究，在對比的基礎上，找出雙腔葫蘆塤擴展音域和增大音量的聲學奧秘。

復合振動共鳴創新技術；雙腔葫蘆塤；王其書

塤雖古老，卻是一件極具神韻的樂器，是祖先留下的文化瑰寶。但幾千年來，塤在形制上未曾有大的改進，傳統陶塤不能超吹，音域狹窄，音量小，音律不齊，轉調不便，大大制約了塤演奏藝術的發展。為此，熱愛音樂的有心人——四川音樂學院王其書教授默默耕耘，多年潛心研究和探索塤的改革。功夫不負有心人，多年知識經驗的積累和辛勤勞動的實踐碰撞出了智慧的火花。在上世紀90年代初，王老師創新研究出復合振動共鳴技術，并將該技術運用在塤的改革上，成功研制了雙腔葫蘆塤這件優秀的民族吹奏樂器，在塤的改革上取得了豐碩的成果，也為樂器改革科研事業提供了新的思路和新的方法。

一、 塤的發展軌跡和發音原理

(一)從塤的起源到雙腔葫蘆塤的問世

塤是我國古老的民族樂器之一，距今已有7000多年歷史。根據考古資料及史書記載，塤的起源可追溯至新石器時代，古書《樂書》引用古人櫵周的話說：“幽王之時，暴辛公善塤”。《世本》認為塤為暴辛公所作。王子年《拾遺記》上說：“庖犧氏易土為塤”。這種認為塤樂器是個人首創的傳說雖不可考，但是塤的歷史的確是十分久遠的。中國最古老的詩歌總集《詩經·小雅》中有載“伯氏吹塤，仲氏吹篪”。《爾雅·釋樂》注：“燒土為之。大如鵝子，銳上平底，形如稱錘，六孔，小者如雞子”。按科學的觀點，塤的起源與人民的勞動生產活動有關。最初可能是先民們模仿鳥獸叫聲而制作的狩獵輔助工具——石流星(一種球形飛彈)，由于石頭上有自然形成的空腔或洞，當先民們用這樣的石頭擲向獵物時，空氣流穿過石上的空腔，形成了哨音。這種哨音啟發了古代先民制作樂器的靈感，就這樣產生了最早形態的塤。遠古的塤多為石制、骨制，后逐漸改用陶土燒制而成，頂端均有一個吹孔。在歷史上，塤的形制較多，有球形、管形、橄欖形、卵形、魚形、月牙形、人頭形、牛頭形、梨形及各種動物形狀。商周時期，“銳上平底”的梨形塤在中原地區逐漸取代了其他塤，成為塤的主流形制。除少數民族地區外，其他形制已不多見。隨著社會的進步，塤被當成單純的樂器，并逐漸增加音孔，發展成可以吹奏曲調的旋律樂器。漢代是塤樂發展的高峰期，但主要用于宮庭雅樂。隋唐以后，在民間已幾乎絕跡。但在少數民族地區卻一直長盛不衰。[1][2]

從浙江余姚河姆渡遺址發現的7000多年前只有一個吹孔、沒有音孔的橢圓形陶塤，到近代仿制改良的八至十六孔的各式各樣的塤，再到1991年雙腔葫蘆塤成功問世，塤這件古老的樂器跨越了人類文字文明5200年的歷史長河，而從在河姆渡出土的新石器時代(公元前5000年)單腔無音孔的陶塤到雙腔葫蘆塤的問世則有7000多年的歷史了。[2]

自1988年起，為解決塤的音域、音量、吹奏等問題，王老師進行了無數次的研究試驗和探索。他從單腔體入手，除仿制歷代各種形制的塤外，還制作過很多不同形狀的塤，如：細頸花瓶狀的、各種酒瓶狀的、葫蘆形的、并排雙梨形的……試圖增加其音域但全部沒有成功。這些塤的腔體形狀雖然各不相同，但其空氣球振動發音的基本方式沒有變，因此，不可能產生超吹的音，當時的單腔改革塤已將音域擴展到極限，不可能再擴展其音域。王老師絞盡腦汁，突然間頭腦中閃過了一種想法：所有的塤不能超吹都是因為腔體的空氣球無法分割成兩個半球來振動而產生倍頻泛音，如果將兩個空氣球連接起來，通過口風來控制，使兩個球體振動可分可合，不就可以解決超吹問題了？正是這一閃念，王老師拿到了解決超吹問題的金鑰匙，從而踏入了千年禁區的大門。經過認真的思考和多次實驗，王老師創新研究出復合振動共鳴技術，并將該技術運用在了塤的改革上，終于設計出全新的改革塤，誕生了可以超吹的音域寬廣的塤。1990年，王老師根據它的形狀給它起名為“雙腔葫蘆塤”，在塤的改革事業上取得了豐碩的成果，也為樂器改革科研事業提供了新的思路和新的方法。七千年古塤揚眉吐氣，再展昔日之風采。[3]

(二)塤及雙腔葫蘆塤的發音原理

吹奏樂器屬氣鳴樂器，其發音方式是多種多樣的。塤和笛、簫均屬邊棱樂器，其成聲不依靠固定哨口或簧的振動，是直接依靠口中呼出的氣流沖擊邊棱激發腔體內空氣振動而發音。但因振動體形狀的不同，樂器性能可能差異巨大，笛、簫為管狀空氣柱振動發音，可產生超吹泛音，塤卻因其為空氣球振動發音，不可能通過超吹將空氣球分割成兩個半球來振動產生倍頻泛音，所以音域很窄。雙腔葫蘆塤的結構則完全不同，它是復合振動雙腔體結構，由上、下兩個梨形的振動腔體組成，中間有一個蜂腰孔將兩個腔體連接(見圖1)。緩吹時，它是一個整體，以單腔振動方式發音(上下兩腔作為一個腔體振動發音)，和傳統塤相同；急吹時，上下腔體分離，只是上腔體振動發音，下腔體成為共鳴腔，利用蜂腰孔使塤產生了超吹音并擴展了音域。

圖1 雙腔葫蘆塤

因此，傳統塤和雙腔葫蘆塤的發音方式是既相同也相異的，它們的共同點在于都是團狀氣流振動，都是因空氣球振動發音；不同點在于傳統塤是單腔體振動發音，而雙腔葫蘆塤是根據音高的不同而選擇平吹或超吹使上下兩個腔體分開或復合振動而發音的。

二、雙腔葫蘆塤的結構、性能和創新技術要點

(一)雙腔葫蘆塤的結構和性能

雙腔葫蘆塤外形設計成葫蘆狀，有上、下兩個梨形振動腔體，兩腔體之間設計了一個蜂腰孔，其目的是在將兩腔體連接在一起的同時，使上、下兩個腔體形成復合振動共鳴的發音方式。其上腔直徑略大于下腔，同時設計了能夠兼顧超吹和音色、音量、音域的蜂腰孔孔徑及上下腔最佳的容積比例。如前述，緩吹時，是單腔振動發音，當風門收緊超吹時，在急氣流的沖擊下上下兩腔分離，上腔空氣球振動發出超吹高音，下腔則變成為一個共鳴腔，同時兼具調整音高的輔助功能(與笛子笛尾的部分作用相似)。它還按十二平均律配齊了音列，轉調方便，共十一個音孔，下腔九個，上腔兩個，演奏指法簡便順手。音域達到了兩個八度以上，高、中、低音塤三個一套，真正方便了演奏者。雙腔葫蘆塤的最大音量可達104 dB,平均音量89.3dB，相比以往大大增加，更能勝任獨奏、重奏和合奏。上面飾以小篆刻畫圖案，有大小音孔的襯托，造型古樸別致，不失為一件具有濃郁民族風格的藝術品。

(二) 雙腔葫蘆塤的創新技術要點

1．改革的目標

王老師的改革目標和改革原則是：(1)拓寬音域。音域狹窄是傳統塤的致命缺點，拓寬音域至兩個八度以上，才能滿足演奏的基本需求；(2)適當增大音量。在樂隊中能與其它樂器達到音量的平衡，使其能在與其它樂器合奏、重奏時發揮功能；(3)按十二平均律設計合理的音孔布局，增強轉調的功能，使其兼具獨奏樂器和進入樂隊常規編制的能力；(4)達到以上三條的同時保留其迷人的傳統音色和演奏技法。 要實現以上目標的關鍵問題是解決傳統塤的超吹問題。

2．蜂腰孔與雙腔復合體

雙腔復合體結構的核心是蜂腰孔的設計。孔太大，兩腔不能分離，沒有超吹音；孔太小，雖能超吹，但是高低音脫節不能貫通，各音區音色不統一，部分音音色虛暗，音量減弱。蜂腰孔的設計至關重要，這是復合振動共鳴創新技術的核心。

3．雙腔葫蘆塤的形狀和上下腔比例

雙腔葫蘆塤的形狀是葫蘆狀，它是由上下兩個腔體構成，上腔直徑略大于下腔。雙腔葫蘆塤上，下腔的形狀和容積比對音色和音量的統一、高中低音的銜接與蜂腰孔起著相輔相成的作用。

4．音量的增大和音色的改善

在雙腔葫蘆塤研制過程中，王老師特別注重音量的增大和美妙音色的保留和改善。相較于傳統塤和其他改良塤，雙腔葫蘆塤的音量有明顯的增大，最大音量達104dB,高、中、低音的平均音量為89.3dB,加之塤的穿透力，在實際演奏中，雙腔葫蘆塤的音量在聽覺上是令人滿意的，并在音量增大的基礎上音色也較傳統塤渾厚、飽滿。在筆者的獨奏音樂會上，不需要話筒擴音器等設施，用古箏來伴奏，其音量很均衡。全部音域均能隨心所欲，強弱控制自如。歸結雙腔葫蘆塤音量明顯增大的原因，就在于復合振動共鳴腔體的科學與合理使用，不但增加了諧振與共鳴，也為適當增加音量提供了保證。

5．音域的擴展

傳統塤的音域僅一個八度左右，但雙腔葫蘆塤的實際使用音域達到兩個八度以上，高、中、低音塤三個為一套，其各自音域如圖2[1]9，[4]所示。根據演奏和音域的需要，雙腔葫蘆塤還可以設計為其他規格的。

圖2 雙腔葫蘆塤音域示意圖

6．音孔的排列設計

音孔排列設計應將手的生理結構特點、塤的結構特點以及樂器的性能巧妙結合起來。雙腔葫蘆塤按照十二平均律配齊了音列，運用十根手指來演奏。音孔設計總共有十一個，上腔兩個音孔，下腔九個音孔，右手小指同時按兩個小孔，兩小孔演奏時成半音關系。按照人手的生理結構特點，音孔的設計分布在塤體的前后左右，演奏指法的設計以順手、簡便、轉調方便為原則(見表1)。

表1 新型雙腔葫蘆塤指法表

7．制作工藝及材料的選擇

雙腔葫蘆塤基本沿用了傳統的陶瓷工藝，用陶土制坯，爐火燒制而成。2011年，筆者隨王其書老師進行第四代雙腔葫蘆塤改良制作課題的研究，制坯的工藝改為模具注漿成型，傳統煤窯燒制改為電窯自動控溫燒制。制作好的雙腔葫蘆塤保持了傳統塤古樸、典雅的風格和傳統音色，在保持樂器演奏的民族特色不變的基礎上，進一步改進了樂器的性能，提高了樂器的演奏能力。

制作材料的選擇上也不斷尋找，陸續試驗出更適合做塤的陶土。20年前，王其書老師為研制成功的雙腔葫蘆塤苦苦尋找適宜的陶土材料，在四處奔波多次試驗后，選擇了四川名陶“桂陶”的生產原料酸性黃色黏土。陶土含有鐵、錳等特有的金屬成分，適合燒制彩陶，用該陶土做的塤能較好地耐高溫，并用當地傳統名窯“龍窯”燒制，爐火可達900℃～950℃。桂花泥收縮性較大約為13%～16%,燒制出來的塤質感較細潤，色澤為中等朱紅色，質地較硬，塤的音色高音明亮，中音潤澤，低音渾厚，是較為理想的泥材。

近年來，王老師沒有停止過再尋找更加適合做塤的優良泥材的步伐，終于鎖定了中國四大名陶之一榮昌安陶的原料作為塤的泥材。榮昌安陶為純的侏羅紀粘土巖，泥色為白、紅兩種，均質細色正，可塑性強，埋藏淺，并且含水率低，燒失率低，燒結性能好，制塤的溫度可達1150℃～1200℃，是最佳的陶瓷原料，自古素有"泥精"之美譽。其中紅泥的含鐵量高，約為0.5%，一氧化硅含量約為62%～65%，一氧化鋁約為12%；其收縮性較桂花泥要小，約為13%～ 14%；硬度好于桂花泥，色澤較桂花陶略深，為中等偏深的朱紅，燒制成的陶塤音色更加明亮，叩之發聲清脆悅耳，具有穿透力。

8．造型外觀設計

在造型上，王老師以民族審美的眼光，將塤的外型設計為我國西南少數民族的圖騰“葫蘆”形狀，并在塤體前后加以刻花圖案或是小篆凸文字來裝飾襯托。音孔的排列使雙手握塤成立式，同時按上下兩腔的音孔，手形放松自然，使演奏者的姿勢與塤的外型相得益彰，顯得優美而高雅，加之塤的獨特文化背景和音色，使雙腔葫蘆塤的現場演奏效果頗具神韻。制作完善的雙腔葫蘆塤具有很高的演奏和收藏價值。

三、 復合振動共鳴技術的聲學分析

1990年7月，中國藝術科學技術研究所對王其書老師研制的第一代雙腔葫蘆塤做了一次物理聲學分析，測試對象是傳統塤(指單腔梨形改良塤)(大、中、小號塤)與新研制的雙腔葫蘆塤，其聲學測試結果如下：

單音，最大的力度，測試距離為1m。

雙腔葫蘆陶塤改良傳統陶塤大塤中塤小塤音高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雙腔葫蘆塤聲學測試表

從以上頻譜分析的結果來看，改革塤的音色，在中間、高音部分和傳統塤一樣，在低音區雖然小有差別，但是仍具有同類型包絡，即具有共同之音色特點。①[1]10-11

通過演奏實踐和聲學的測試，可以證明雙腔葫蘆塤已經完全達到了前面提出的4項目標，它的各項技術指標均優于傳統的古塤和當今國內外已有的改革塤。

四、復合振動共鳴創新技術的重大意義

雙腔葫蘆塤成功的關鍵是在于使用了王其書教授發明的復合振動共鳴創新技術。顧名思義，“復合振動共鳴”就是振動共鳴的形式是復合的，根據需要有共同振動的時候，又有單獨振動的時候，也可兩種振動方式交替結合運用。這個技術是王老師多年刻苦鉆研、勤奮思索的重要成果，它打破了幾千年來單腔體振動的發音形式，這在樂器史上還是首例。該項新技術將樂器改革帶進了新的領域，給拓展樂器音域、改善樂器音色及增大音量都帶來了新的機遇，彌補了單腔體振動的不足和局限，展現了雙腔體配合的奧妙和功能。可以試想，在它的啟示下，將該技術應用到其它樂器的研究上，可設計發明出性能優越、具有復雜的振動形式和結構的樂器。這項技術在所有具有振動腔體的樂器中都有運用的空間。

對復合振動共鳴創新技術的深入研究有利于樂器研究者們在這一新領域中的再思索，再創新和再利用。在當代，音樂的快速發展需要更多的創新技術來支撐，復合振動共鳴創新技術將使我們使用的樂器產生突破性的改進，這是一項了不起的發明，應該得到大力推廣，使之為推動樂器改革做出貢獻。

五、 復合振動共鳴技術發展前景及雙腔葫蘆塤應用展望

雙腔葫蘆塤是王其書教授的重大科研成果。該樂器研究于1988年立項，1991年完成，同年獲得國家專利權。次年在成都通過省級鑒定。1992年獲四川省首屆少數民族文藝基金最佳獎、文化部科技進步二等獎、1993年國家發明獎三等獎。該成果受到國內外專家的高度評價，居全國領先地位。雙腔葫蘆塤定型后，于1991年在第六屆全國發明展覽會上首次亮相并獲得銀牌獎，繼而赴全國各地進行宣傳介紹，各地專家教授如陳家齊、張維良、蔣志超、戴亞、王次恒、郭雅志、高明、元修和、陸金山、閔惠芬、李增光、張寶慶等均給予了高度評價。四川音樂學院作曲系鄒向平教授專為雙腔葫蘆塤譜寫了大型作品《魚鳧祭》(雙腔葫蘆塤與管弦樂隊)，樂曲的演奏充分體現了雙腔葫蘆塤在音量、轉調、音域方面的優越性和保留傳統演奏手法的優良性能，該曲在1992年“黑龍杯”全國管弦樂作曲大賽中獲特別獎，并由四川人民廣播電臺錄音。劉寬忍用雙腔葫蘆塤演奏的專輯《廢都》于1993年夏正式出版發行。除了在國內推廣以外，雙腔葫蘆塤已逐步推介至世界各國及地區。

世界日新月異，新的技術發展一日千里，傳統樂器的改革迫在眉睫。一件樂器的改革是否成功，可以從它的實際運用效果和價值是否比原有樂器更先進更能適應演奏者的演奏需求上來衡量。任何一項變革都會產生一些新的東西，王老師改革的雙腔葫蘆塤就像波姆式長笛一樣，既保留了傳統樂器的音色、演奏方法，又解決了音域、轉調的問題。它是中國民族改革樂器中成功的典范。

復合振動共鳴技術給樂器研究者們一個巨大的想像空間，將該技術原理應用在其它樂器的改革上，或新型樂器的發明上都有著不可低估的價值。該技術的運用在樂器音量的增大、音域的增寬及音色的改進上面有著相當大的作用，給樂器改革提供了很強的技術支持。這是王其書教授潛心研究幾十載最終取得的豐碩研究成果。實踐證明，用科學的方法去改進樂器，使其具有新的生命力以適應現代音樂發展的需求這條思路是完全正確的。也只有沿著這條路線不斷地發展創新，樂器改革事業才會有更大的發展空間和更旺盛的生命力。

注釋:

①該測試報告由中國藝術科學技術研究所虞忻平完成，詳細信息參見王其書：《七千年禁區的突破——復合振動腔體結構的發明與雙腔葫蘆塤》，載《音樂探索》，1994年第1期第10-11頁《雙腔葫蘆塤聲學測試表》。

[1]王其書.七千年禁區的突破——復合振動腔體結構的發明與雙腔葫蘆塤[J].音樂探索，1994(1).

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

[3] 陳善詳. 古樂奇葩——再論復合振動腔體結構的發明與雙腔葫蘆塤[J].音樂探索，2005(3):34-37.

[4] 張莉.新型配套雙腔葫蘆塤[J].樂器，2015(2):30-31.

J62

A

1004-2172(2015)04-0020-06

10.15929/j.cnki.1004-2172.2015.04.004

2015-03-13

張 莉(1978— )， 女，碩士，四川音樂學院樂器研究所研究實習員。

責任編輯：錢芳