介紹幾種創新樂器

王建民

【摘 要】 介紹筆者近年來研制的10件創新樂器的發聲原理及特點。

【關鍵詞】 民族樂器改革；創新樂器；發聲原理；月胡；雙膜雙音大提琴；藍笛；環形塤笛；雙音排簫

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.08.019

Introduction of Some Innovative Instruments

WANG Jian-min

（China National Acrobatic Troupe Co.， Ltd.， Beijing 100176， China）

【Abstract】The principles and characteristics of Wang Jianmin's 10 innovative instruments developed in recent years are introduced.

【Key Words】national instrument reform； innovative instrument； sound producing principle； Yue Hu； double-film double-tone violin cello； blue flute； circular flute； double tone panpipe

筆者長期從事道具研制工作，對于樂器的研發，是多年來的興趣所致。本文介紹筆者研制的10件創新樂器，其中包括拉弦類樂器、吹管類樂器和民族打擊類樂器。拉弦類樂器包括月胡、雙膜雙音大提琴和雙膜雙音倍大提琴，以及一把琴筒筒口朝外的未命名二胡；吹管類樂器包括活塞笛、環形塤笛、藍笛、雙音排簫等；民族打擊類樂器包括拍管、腳踏風鈴等。

本文介紹這些革新的樂器形式，但其樂器的聲學原理是否科學有待進一步深入研究。

1 月胡

胡琴源于西北少數民族，又叫奚胡（或西胡），基本定型于宋代，至今有1 000多年歷史，現已成為中國所特有的民族弓弦樂器。由于胡琴“琴馬”至“千金”和“琴馬”至“弓弦摩擦點”最佳比例關系與胡琴的基本結構的矛盾，很難制造出像大提琴所發出的那樣優美低沉且明亮的低音胡琴。目前，中國民樂隊中低音弓弦樂器部分，不得不將西樂的大提琴等“借來”加入，這是中國弓弦樂器方面的一大憾事。月胡研制的動機便是嘗試著解決上述問題。

從樂器下部分看，月胡與傳統二胡沒有太大區別。但是，順著琴桿向上，其琴首裝飾部分被一個圓形的單皮鼓所替代。由于這個圓形單皮鼓如高懸的月亮，因此，此樂器得名為“月胡”（圖1）。這件拉弦樂器的創新點在于，改變了傳統的蟒皮膜振動，取而代之的是琴首上方的單皮鼓膜振動。其振動原理是：利用兩個90°的傳動位置，通過中空的琴桿，將琴弦的振動傳到琴首的單皮鼓上以發聲。這樣就解決了既要產生洪亮的低音，又要保證弓子的擦弦點在有效弦長1/9左右才能產生優美音色的矛盾。

月胡主要特點：

（1）保持胡琴的演奏習慣、民樂韻味和聲音特色。

（2）演奏時，弓毛與琴弦摩擦的振動能量通過設置在原琴馬位置上的一個呈90°的杠桿裝置、一條縱向傳導鋼絲和另一個呈90°的杠桿裝置，將振動的能量傳導到置于琴桿上端琴筒的發音膜上。

（3）由于設計了這種特殊的結構，解決了胡琴“琴馬”至“千金”和“琴馬”至“弓弦摩擦點”最佳比例關系與胡琴的基本結構的矛盾，便可以將發音共鳴體的琴筒以及發音膜的直徑做得較大，從而獲得了低沉洪亮的聲音。

（4）由于發音體在琴桿的上側，并且可以在琴桿的軸向上任意變換朝向角度，從而緩解了胡琴演奏時琴筒位置較低，特別是許多胡琴在一起演奏時，演奏員服裝對聲音的吸收（約20%，通常一群二胡演奏聲音卻不很大），使得發音效率不高的問題。由于朝向可調整至聽眾方向，使得發音效率進一步提高。

這種“月胡”設計，改變了傳統動物皮膜振動原理，解決了音量問題。但是，樂器上部的鼓面重量較大，有些頭重腳輕的感覺，應當適當選用輕質材料，減少樂器上部的重量，以達到平衡。

2 雙膜雙音大提琴和雙膜雙音倍大提琴

雙膜雙音大提琴（圖2）和雙膜雙音倍大提琴采用膜振動原理。20世紀50年代所研制的膜振動低音拉弦樂器，如楊雨森研制的革胡，屬于單膜動物皮（蟒皮）振動樂器，在結構上有不合理的地方，容易出現表面零壓力。而且動物皮膜極易受到環境的影響出現塌陷等問題。

筆者所研制的提琴則屬于雙膜振動，其結構、發聲原理為：

（1）樂器上下有兩個大小不同的鼓面，下面較上面大。兩個鼓由螺絲固定在一起，從外觀上來看（包括琴首）都與大提琴相似，但其膜振動原理與大提琴的板振動原理有本質區別。

（2）兩個鼓膜的振動相位相差180°，下面大鼓膜為正半軸，上面小鼓膜為負半軸，兩個鼓膜相互交替振動。兩個鼓膜交替振動是通過導音行架完成的。

（3）弦馬的外觀與大提琴不同，厚薄也不同。對于弦馬的設置遵循一個公式：即半徑的平方的質量和音量成反比。半徑的起始點實際上是上鼓面皮膜的壓力點（導音行架與鼓的接觸點）、兩個鼓面連接點和下鼓面皮膜的壓力點，這三點從上向下看是在一個直線上，實際是一個點。

（4）利用杠桿的原理，當演奏者拉動弓子，琴弦得到振動后，由導音行架傳導振動諧波，當下鼓面受到壓力時，上鼓面正好向上翹。反之亦同。由此形成兩個鼓面雙峰的錯峰運動。這樣，使弦馬兩邊的振動永遠相反。這種原理恰恰與大提琴的諧波振動規律相一致，因此，這種低音胡琴與大提琴的音色十分接近。

這種雙膜振動的雙膜雙音大提琴和雙膜雙音倍大提琴的研制目標主要有兩個：一個是實現膜振動，另一個是高效率。膜振動原理已經在前面解釋。高效率關鍵在于：將弦馬的質量減到最小值，以使得拉弦時慣性所帶來的能量降低到最小，這樣，與之成反比的音量就可以達到最大值，以實現音量的高效率。

此外，雙膜雙音倍大提琴和雙膜雙音大提琴相比較，其音量要小得多。原因在于：導音行架與皮膜間拉弦的粗細程度。雙膜雙音大提琴的拉弦要較雙膜雙音倍大提琴的拉弦細0.02 mm，正是這用肉眼無法看出的差異，使得兩者在音量上的差異十分明顯。同時，雙膜雙音大提琴的背架采用了輕質材料，而雙膜雙音倍大提琴采用鋼管，前者較后者輕4.5 kg ～5 kg。

采用雙膜振動的雙膜雙音大提琴和雙膜雙音倍大提琴具有開創性，它既不同于傳統的單膜振動低音拉弦樂器，也不同于西方的板振動提琴樂器。其設計符合樂器制作的物理原理，解決了低音拉弦樂器音量問題。至于其外觀還有待進一步美化以及民族化。

3 藍笛

所謂“藍笛”，是用“呼啦圈”制作而成的一種橡膠材質的笛子（圖3）。雖然看上去看普通，但是筆者用其吹奏時，竟然出現了長笛的音色，具有金屬的質感，而且聲音通透。其原因在于：笛頭塞入了一枚金屬硬幣。筆者曾試驗過許多硬幣，但只有其中的一枚特殊的硬幣才可以使“藍笛”發出現在的音色。這是一個具有偶然性的創造，而不具有必然性。但是笛子的開孔設計則體現出仿生學理念。與傳統的在一條直線上開孔的形式不同，筆者按照自己手指大小和兩個手按孔的舒適度，將6個音孔分為兩組，三個一組，分在兩個面上，與手指自然彎曲放在笛子表面時的位置點一致，無需矯正手指，僵直地放在一條直線上。

這種“藍笛”的設計具有很強的仿生學理念，同時，它的研制也具有一定的偶然性。它的研制為民族樂器改革提供了新的思維方式。

4 環形塤笛

該樂器屬于吹管類簫笛氣柱振動發聲樂器，因兼有笛子和塤的特點而得名（圖4）。簫笛類樂器的發音基本原理是：當演奏者演奏時，嘴對著吹孔的邊棱吹出一定壓強的口風，引起笛管內形成氣柱振動（駐波振動）而發出聲音，笛管內氣柱的長短決定聲音的高低。笛類樂器是由手指按住或打開笛身上的音孔的方法來改變氣柱的長短；另外，演奏者演奏時還要配合改變口風的壓強和口風的角度，以便吹奏出泛音（氣柱中振動波的倍頻），從而獲得較大的（兩個8度以上的）音域寬度。

本環形塤笛與通常的笛子不同點在于：

（1）環形塤笛開8個孔，較傳統笛子增加了2個音孔，為演奏半音和轉調提供了方便。

（2）吹孔與手按的開孔相對較大、發音管內徑較大、距離較長，從而，可吹奏出比通常的笛子或簫要低沉并且洪亮的聲音（最低音為小字組g）。

（3）增加了笛身的直徑和長度，因此低音音高比通常三孔為“dol”的C大調曲笛還要低一個八度。由于該樂器聲音較一般的笛子或簫的聲音要低一些，并且由于該樂器的吹孔邊棱銳利度的不同，在一定程度上可改變本樂器的音色。當較鈍時，在低音區域就會發出如同塤的音色——低沉悲涼的滄桑感。

（4）具有塤的音色特點，但音量較普通的塤大得多。

（5）該樂器用pvc管、水管彎頭制作呈封閉環狀，以便于演奏與攜帶。

5 雙音排簫

該樂器屬于吹管類簫笛氣柱振動發聲樂器，發音原理與排簫相同（圖5）。排簫的發音原理與笛子類樂器在發音原理上有一些不同。

（1）笛子發音管的另一端是開放的，排簫發音管的另一端是封閉的；當管的內徑相同、長度（氣柱長度）相同時，排簫要比笛子正好低了一個8度。

（2）笛子是一根管，由演奏者手按音孔來隨時改變氣柱的長短從而來改變笛子的音高；排簫則是多根管，每根管的音高固定，演奏者嘴對著不同的發音用管上端的吹口吹奏，改變吹管的方法來改變音高。

（3）笛子要經常地吹奏泛音，而排簫很少吹奏泛音。

“雙音排簫”與目前的排簫有所不同，其不同點在于：

（1）現有排簫基本由竹管制作，演奏時，演奏者手持樂器，嘴對竹管上端的哨口進行演奏；“雙音排簫”則是將樂器放置在桌子（或架子）上，演奏者嘴里含著吹嘴，吹嘴連著通氣的管子，管子另一端連著手持著的出氣嘴，由出氣嘴對著發音管上端的哨口進行演奏。

（2）演奏時，表演者用一個含在管嘴中的吹嘴，通過分氣管道和兩個帶手控閥門的“氣槍”來進行演奏。吹奏時，“氣槍”的出氣口對準排簫的笛哨口，可演奏單音，并且還可以將兩個氣槍口分別對準兩個笛哨口，同時吹奏出兩個不同聲音進行和聲演奏，從而獲得了該樂器的獨具特色的特殊表現力。

（3）本樂器是用注射器等制成，兩排注射管（一排為自然音，一排為變化音）整齊排在專門制作的針管架上，注射器的活塞可隨時方便調整，這樣給調整音準帶來較大方便，并增加了半音哨管，可按12平均律排列音階。

（4）所有笛哨管安置在一個可折疊的哨音支架上，折疊后減少體積，方便攜帶。

6 活塞笛

筆者在孩提時代便用竹管和筷子制作可改變腔體大小，從而可吹出不同音高的竹管哨子，胡亂地模仿著鳥的叫聲。按此結構和原理所制成樂器能夠發出其它笛類樂器所做不到的特殊音色和無痕跡滑音。活塞笛發音原理與自制竹管哨原理基本相同。

活塞笛主要特點為：

（1）由于活塞笛體積較小，用手較難直接精確地控制活塞位置，特別在高音區域，活塞很小的位置移動，就會使音高產生較明顯的變化。為此，筆者為活塞笛設計一組四桿連動裝置，以便在手持控制端發生較大變化時，獲得（聯動活塞的）被控制端較小的變化，這樣就較容易地控制了笛音的高低與變化。

（2）為了便于演奏，活塞笛設置了一個和四桿機構聯動的音高顯示裝置，以便演奏者眼睛可看到顯示裝置端頭指示點與參照物（活塞拉桿端頭）相對位置的變化，從而判斷出活塞的位置和所發音的高度（圖6）。

7 腳踏風鈴

腳踏風鈴是通過機械裝置來敲打10多個發音管的方法制成的，用雙腳踏動踏板以帶動擊錘左右旋轉，上下打擊，發出清脆悅耳的分解和弦的單音，進行伴奏。這種樂器主要配合月胡的演奏。因為，風鈴清脆的伴奏與拉弦樂器月胡的音色相得益彰。同時，腳踏風鈴僅用腳即可控制，因此，與月胡演奏時可以手腳并用，一個人同時演奏兩件樂器（圖7）。

8 拍管

“拍管”是采用下水管道制成的打擊樂器，用腳踏帶動踏板上下擊打管道口，由于管道口上加有活動蓋子，因此，踏板踏下時，蓋子打開；抬起踏板，活動蓋子落下，與管口相撞擊，發出“砰砰”的聲音（圖8）。這是為兒童們所設計的玩具樂器。

9 琴筒口朝外的未命名二胡

從遠處看這件樂器的外形，發現其與傳統二胡沒有什么區別，但定睛一看，發現其外形如此奇特，或者說讓人覺得“別扭”。因為，筆者將傳統二胡琴筒本來加音窗、放置在后面的部分調整到左前方，并且取消了音窗，是一個赤裸裸開著口的琴筒（圖9）。這樣設計可以大大改善二胡的音量。經過反復演奏，確實達到預期效果。但是，這種完全顛覆傳統樂器結構的改革樂器尚需進一步研究。

筆者并非樂器界人士，但通過自身對于機械構造的深厚知識與技術，再加上早年對于樂器演奏的深入學習，同時敢于創新改革，這都為從事樂器研發打下良好的基礎。筆者希望這些新型樂器的研制，能夠為民族樂器改革帶來可借鑒的理念和研究方法。

注：本文主要內容來源于趙春婷、王瑋編著的《新中國六十年民族樂器改革研究》（中國大百科全書出版社，2012年2月第1版，P241-245）。