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    中国古琴钢弦制作技术考略

    2018-08-29 13:04  来源:中国古乐网    浏览:5039次   

    张子谦先生在《操缦琐记》1975年5月9日一则中写道

    八音之中试言丝。丝为弹拨乐,发音以丝,丝为丝制。今不丝而钢,闻之未有不诧为诞妄者矣,然而事实证明,在变化中竟获得意外之效果。

    余有丝乐中之古琴一,仿古法自制,尺寸较常琴为大,但音并不洪,且新琴新声,尤觉刺耳,常搁置不弹。偶见友朋中有有以古琴装钢弦者,姑效颦为之,竟获奇效。

    音量较常琴约大二三倍,音长更为常琴所未有。常琴上品,散音约长五六秒,泛音四五秒,按音不过三四秒而已;今散音竟达十秒以上,泛音九秒,按音七秒。按弦无须着力,随指有音,且弦位标准,不可差之毫厘。附带优点则为丝之松紧不随天气变化,可以久置不移,即欲改弦换调,绒扣松紧极微,调弦较便。因其音量洪大,宏织分明,轻重之间,亦易掌握曲情。又弦光滑不伤指。此皆为钢弦之特点。

    然则有百利而竟无一弊乎?曰:有之。金属弦终带有金属音,刚硬有余,柔和不足,泛按略好,散音最差,制作不佳之弦,按之噪音尤大,余音过长,反觉不清。欲去其弊,惟在弹奏者细心掌握,尽量避免。弹时宜轻宜缓,散音尤不可太重太速。按宜多用肉、少用甲,勿过着力,减少噪音。潑剌伏愈轻愈妙,滚拂亦如之。取其长,去其短,熟练习惯,即能运用自如,抚弦动操,自然无不如志矣。

    基于上述,钢弦之优点自多于缺点,确为变化中之奇迹。至其缺点,亦有非属本身而因制作不良所致者,逐步研究,当可改善。一切变化本无止境,苟满足于现状,则阻碍其进步矣,希于变化中再求变化,必至十分完善而后已。兹姑记其颠末,以当息壤。

    古琴家张子谦(1899-1991)

    张子谦先生在文章中从一个可谓“只用丝弦”的人接触钢弦的角度,得出了较为中肯的评价:

    优点:余韵长、音量大、响应敏感、音高稳定

    缺点:金属音、散音过于刚硬且余音过长、按音噪音大

    此外,张子谦还认为有一些不是钢弦固有的问题,而是制作不够好。站在钢弦诞生50多年(1960年代初)的今天来看,我们对于钢弦优缺点的评价,依然是处在张先生的这个评价体系下。而钢弦的发展,也是沿着以张子谦、吴景略、龚一等“乐见其成,并以力行”的琴家所期望的角度来发展的,没有琴人和古琴钢弦研制者的共同努力,可以肯定的说,就没有琴音的延续,也没有古琴的今天。

    在上一期《谈谈琴弦1-影响琴弦性能的关键因素》一文中,笔者提出了一张如下的“古琴琴弦性能关系图”,可以作为琴弦设计、制作和审美的总纲。同时文末已引出了一个核心问题:琴弦的惯性特征是如何影响琴弦音色?为了方便讨论,我们本期以钢弦的设计、制作和审美为主要分析对象,姑且名为《谈谈琴弦2-古琴钢弦制作技术考略》。

    琴弦性能关系图

    1. 古琴钢弦用料特征

    很多人都知道,古琴钢弦的全称叫“钢丝尼龙古琴弦”,其主要的制作工艺就是在钢丝弦芯外面缠绕尼龙。按照我们普通人“望文生义”的正常看法,钢弦当然比丝弦牢固,但是为什么不直接使用钢丝呢?为什么又需要这样的一个“缠绕层”呢?其实,在弦芯外加缠绕层的办法在传统古琴丝弦中早已经被采用,且为古琴琴弦的独有特征,并非今人的首创。缠绕层增加琴弦重量,增加琴弦张力,改变裸弦芯子的振动特性,使琴弦具有合适的振幅,并可显著改善琴弦音质。此外,对于作为指板类乐器的古琴而言,缠弦有助于控制琴弦表面光滑度,提升按音所需的韵长。既然要用缠弦,那应该缠什么呢?

    由于古代的材料技术限制,传统丝弦采用丝作为缠绕层,而丝质缠弦耐磨性差且较为粗糙,而传统丝弦由于弦芯强度限制,只能在1-4弦采用缠弦(或1-3弦)而5-7弦(或4-7弦)为裸弦。那么钢弦设计者为什么没有直接照搬丝弦方案,细弦采用裸弦呢?最直接的原因是:钢丝过细不便于按弦走音且裸钢丝金属味太大。

    古琴丝弦特写

    (折光效果可见1-4弦和5-7弦区别)

    既然古琴钢弦都已经引入了钢丝内芯,那作为现代技术的改良产物,其外表再采用不耐磨损的丝质缠弦显然已经不合时宜了,那么直观感觉,采用金属缠绕层如何?(类似现代的钢琴、吉他等西方乐器的缠铜丝的琴弦增重方式)。答案是:当然不行!那又是为何?

    原因其一,古琴的细弦音高较高且弦很长(如七弦是D,且有效弦长110cm左右),如采用金属缠绕层,琴弦重量过大而使得细弦张力过大(也就是说,按不动),此外即便对于钢丝,其使用强度也不能接受;其二,古琴是指板类乐器,频繁的按音摩擦琴面,如采用金属包覆会有划伤古琴漆面的风险。

    因此在1950年代末期,以上海音乐学院戴闯为主的研究人员首创提出“钢丝缠绕尼龙丝”制弦方案,形成了适用于中国民族乐器的独特方案。以此思想为基础,研究者在琴弦音色、牢度等方面开展了一系列测试和试验,提出了“层间缠绕蚕丝”形成“过渡层”的关键技术特征,并在琵琶、二胡、古筝上逐步试验,最终研发成功难度最大的古琴钢弦,同时古琴家们也逐渐开始参与古琴弦试制和改进,如吴景略、龚一等。古琴钢弦的设计方案在1960年代初基本定型,最终定型生产为上音乐器厂的古琴钢弦。“上音”古琴弦在过去的50多年间,其选材方案和制作工艺延续至今,是现代古琴弦继承和发展的基础。

    钢丝尼龙古琴弦的缠弦特写

    2. 缠弦材料特性和缠弦工艺

    “钢丝缠绕尼龙丝”只是对于古琴钢弦制作的简要概括,而古琴钢弦的构成在钢芯之外的“缠弦层”是钢弦技术的主要载体,其主要包括:1)尼龙包覆层;2)增重材质层;3)过渡材质层。下面对上述缠弦成分做一些简要讨论:

    1) 尼龙层:在上音钢弦早年试制的过程中,曾经使用过玻璃丝(也就是小姑娘扎头发的塑料丝)替代尼龙,而后来量产的上音琴弦所使用的尼龙也并非最理想的尼龙材质,其硬度过高而易脆,然而,审美往往也具有多重性,这样材质的尼龙也形成了上音钢弦的走手音审美,并广为琴人怀念;近年来某些琴弦品牌的重磅琴弦甚至采用了类似塑料材质,极大提高了缠弦的重量,拓展了琴弦音色的审美方向。需要说明的是,尼龙层设计和制作水平对琴弦的振幅带来重要影响,最终决定了琴弦的煞音表现。在上音琴弦的设计之初,由于原料的限制,其3弦的张力过低,这一缺陷在上音钢弦上保留至今,并深刻影响了整个琴弦界。

    2) 增重层:由于古琴的1和2弦音较低,上音琴弦的设计者戴闯等设计在1和2弦外层缠绕铜丝来增重,有效的协调了琴弦振幅和张力之间的矛盾,同时也压制了粗钢丝过分的金属音,避免1和2弦的散音余音过长。但是同样由于原料的限制,2弦的张力过大,这一缺陷在上音钢弦上保留至今,并深刻影响了其他品牌的琴弦。当然,需要说明的是,对于3-7弦,尼龙和过渡层也同时起到了增重物的作用,故这里所说的“增重层”的界限并不是绝对的。

    在此,引用学者杨帆在论文《古琴的琴弦物理性能测量》(演艺科技,2014年第9期)的研究,其中对市面上常见古琴钢弦的张力作了测试(F调,标准音高),可以用数据证明上述“历史的足迹”。

    3) 钢弦张力分布普遍出现“头重脚轻”的特征:即1和2弦(75N以上,即7.65千克以上)张力高于3-7弦(60-70N左右),尤其是2弦出现张力突锋(比同款1弦普遍高5N,500克以上);而3弦却最低,比同款2弦低20N以上,即2千克以上(该差值超过了3弦张力的30%强),源自上音方案,由于原材料型号限制而导致的张力不均的遗留缺陷十分显著。

    4) 丝弦张力分布呈现相对均匀上升趋势:7弦张力显著高于1弦(显著者甚至达到2倍),呈现“脚重头轻”的特征,由于丝弦的型号相对没有钢弦规范,其张力分布低值(同款内30-60N)到高值(70-80N)之间的差异接近1倍。

    说完上述两个层级,接下来的问题可能就连很多操缦多年的琴人可能都不甚了解了。事实上,古琴钢弦除了尼龙和钢丝外,还有一个“过渡层”,而这个过渡层恰恰是对琴弦音色有着至关重要作用的技术特征,评价一个古琴弦所谓的“清亮”、“厚重”、“新弦”、“火气”等词语均和这一个小小的“过渡层”有关:

    5)材质影响:钢芯外表包覆的“过渡层”对于压制钢芯金属声,控制过度散音韵长等有重要作用,这也是上音琴弦A型弦方案成功的最重要的技术特征之一。理想的过渡层最好的材质是优质的蚕丝,而蚕丝的品质、比例、纤度及工艺对音色都有关键影响。但是部分琴弦厂在考虑生产成本和制作难度时,对“过渡层”采用了简化措施(如取消过渡、改用化学纤维等),这会导致琴弦音色过燥、过闷等。因此,过渡层的材质是钢弦设计中非常重要的一环。

    6)工艺影响:“过渡层”的制作工艺对于琴弦音色的影响很大,归纳而言,目前的钢弦过渡层的制作工艺主要分为两大系统:

    缠丝法系统:这是上音在1960年代确立钢丝尼龙弦时提出的最基础方案,也是沿用到2015年停产时的唯一方案。该工艺系统采用手工缠绕制作“过渡层”。但是由于“过渡层”本身材质限制,该方法需要非常熟练、负责的工人并配合合适的设备,这直接影响钢弦的成品率和制作成本。其优点是琴弦敏感度高、虽然新弦有一定的燥度,但通过长期可以达到较为理想的音色,可塑性强,缺点是制作难度相对较大,在材料质量不佳情况下会显著暴露新弦的音色缺陷,尤其是暴露制作不佳的琴体不匀或空泛的缺陷。

    横丝法系统:面临最理想的“缠丝法”在生产中存在的问题,同时也是为压制早期钢芯材质和工艺导致的“金属声”,以戴闯为核心的早期琴弦研制者在面临以工人熟练度为主的技术限制的情况下,为提高琴弦产量,在确立钢弦制作的基础方案后即创造了以“过渡层”和钢芯非缠绕式混合的另一种工艺方式,称为“横丝法”。该工艺系统降低了制作难度、提高了生产效率,并且能较好的压制钢丝的“燥气”。其优点是有助于改善琴体发音不匀或过于空泛,缺点是琴弦灵敏度有所损失、选材不佳时容易导致音色发闷。“横丝法”由于其特点显著,是古筝、古琴、琵琶等民乐琴弦的主要方式之一。

    下面用一段录音直观对比同一张琴上的缠丝(戴氏A弦)和横丝法(戴氏B弦)琴弦的音色特点(前30秒,欸乃;后30秒,平沙落雁):

    缠丝法VS横丝法—音色对比

    古琴钢弦缠弦机:值得补充的一点是,有一些学者“纯理想”希望制作的7根琴弦的张力完全一致。对此需要指出,因为这样的设想忽略了一个重要因素,导致这样的“纯理想”其实并不合适:因为1和2弦相对7弦质量远远超过后者(尺寸更粗约一倍),在相同张力情况下,粗弦和细弦在受到按音压力后产生的张力变化率是不一样的,这样理想设计的琴弦,对于按音手感的假设是不成立的;也就是说,设计琴弦不能是“静态思维”。

    上述2和3弦的制作缺陷,遗传到现在市面上绝大多数以上音钢弦为母本的琴弦产品,而普遍存在“张力不均”现象。事实上,目前的一些琴弦制作者已经意识到上述问题,并在逐步改善上述缺陷,接近符合琴人操缦习惯所需意义上的“张力统一”,这是琴弦设计思想和制造水平进步的表现。这也表明,琴弦的研制亟需要琴人的积极参与,琴弦并不应该只是一种“货架产品”,更不应该只是宣传中的“精良”,而应该做到实实在在的“匠心不缺”。

    7).古琴琴弦“芯—缠”配比关系

    为了便于讨论并得出一些一般性结论,我们将由尼龙、增重物、过渡层构成的复合体(在丝弦上,简化为仅有蚕丝缠绕层)看作“缠绕层”,将钢丝(丝弦为裸弦芯)看作“内芯”,由“芯—缠质量比”和“琴弦张力”构成一个二维的空间,可划分为4个定性的“音色概念”区间。

    琴弦音色影响因素的概念区间

    (本文原创,转载请注明出处“吟踆斋公众号”)

    1. “重芯轻缠—大张力”:金石感区域,琴弦音色高频显著,是古琴“九德”中“清”的代表音色,极限状态会发“干”(右上区)

    2. “轻芯重缠—大张力”:垂坠感区域,琴弦音色沉重,是古琴“九德”中“圆”的代表音色,极限状态会发“浑”(右下区)

    3. “重芯轻缠—小张力”:松透感区域,琴弦音色有“脆声”,是古琴“九德”中“透”的代表音色,极限状态会发“空”(左上区)

    4. “轻芯重缠—小张力”:疲软感区域,琴弦音色较差,不能有效带动琴体共同振动(左下区)

    为了让该“琴弦音色区间”概念能有所拓展,可以结合弦芯的力学特征对其作一修正,以弦芯的“强延比”作为特征参数,画出图中由“蚕丝—化工丝—钢丝”递进过程所形成“红色箭头”。此外,对于琴弦音色有影响的还有表面粗糙度(主要是按音韵长)和扭转刚度(原理较为复杂)。对上述附加修正的内涵,琴友可以结合自己的操缦体验进行理解,此处限于篇幅就从略了。

    进一步应用上述“琴弦音色区间”概念,可以将一些代表性音色(比如录音音色)映射到相应的区间中。因此,音色区间概念可以作为音色取舍的定性参考,也就是说在琴弦设计时,为了达到目标音色,弦芯并不是单向调整的,非常强调综合考虑其配合因素,这个和斫琴的面底材质、灰胎材质的选择搭配有着类似的技术内涵。值得注意的是,“琴弦音色区间”也再一次强调了琴弦张力对琴弦音色有非常大的影响。

    近60年来,被张上钢弦的古琴中,有唐琴有宋琴、更有众多的现代新琴。因为有了钢弦,古琴的声音得以“恢弘细腻”,钢弦振动能量比丝弦大、灵敏性高、表面光滑,在推动现代斫琴人理解古琴声学原理、探索槽腹、木材、灰胎等特性上起到了重要的作用。

    同时,正如以张子谦为代表的传统琴人所乐见的那样,钢弦在扩大古琴的表现力的同时,却并没有使古琴千年的“丝桐之韵”断绝,反而凸显了丝弦所代表的古琴传统音色审美的“雅致高标”,反过来也启迪着融入了现代技术特征的高品质古琴琴弦去追求“丝韵审美”,去追求中国音乐那份“怀古思今”的独特之美。

    上世纪五十年代

    上世纪五十年代初,建国后的上海音乐学院只设钢琴修理室和提琴修理室。

    时任上海音乐学院院长的贺绿汀,为了发展乐器研究,建议其小提琴专业的学生戴闯(1935—)发扬其个人特长和兴趣,加入钢琴修理室,开展乐器研究(包括琴弦、竖琴、古筝等),1958年成立了上海音乐学院乐器研究所和乐器工厂。

    贺绿汀(1903-1999)

    五十年代末期,戴闯从西洋乐器研究中得到启发,首创提出“钢丝缠绕尼龙丝”制弦方案,由此很好解决了传统民乐丝弦的发声、牢度等困扰已久的难题,其后为解决钢丝发声金属音太重的缺陷,又同研究组确立了“层间缠绕蚕丝”的新工艺,改善了音色,也提高了弦的灵敏度和韵长,先后研制成功了琵琶、二胡、古筝等民乐琴弦。以此思想为基础,进而设计了古琴钢弦;至此,新一代钢丝尼龙古琴弦基本确立了雏形,并得到了各界广泛好评。部分琴家开始参与古琴弦试制和改进,如吴景略、龚一等

    1959年,为了向建国10周年献礼,乐器研究所和工厂共同研制成功S形古筝和第一台国产竖琴,均安装钢丝尼龙弦。

    六十年代

    六十年后,增设了竖琴车间和琴弦车间,琴弦由赵俊仁负责生产。1962-1963年,为了响应“生产大协作”和满足市场需求,将古琴钢弦配方提供给苏州民乐厂和上海民族乐器厂生产。

    在上述时间中,早期钢丝尼龙弦由于材料和工艺限制,存在缠弦精度差、金属味重等问题,并综合参与试音的古琴家的意见,进一步改进琴弦工艺,并通过轻工部开展琴弦性能试验。在面临以工人熟练度为主的技术限制的情况下,为提高琴弦产量,提出了“横丝法”,并以钢芯外包覆的不同缠丝方案为技术特征,形成了上音的A(缠丝)、B(横丝)两种方案,沿用至今。



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