談談現代科技與笛子製作規範化

文:上海藝術研究所陳正生(2003/09/21)


一位笛子愛好者說,有位熟悉車床的電腦專家,想用電腦(編程)控制車床來製作笛子。這位元電腦專家認為,只要有可靠的資料,製作笛子時在開孔、劃線等一系列的工藝操作上將會比手工製作更加精細。這位電腦專家還認為,這一方法若能成功並申請專利,應該具有應用價值。此外還聽說,更有演奏家和笛子製作工藝的研究者,已在結合共同進行了這項研究。

專利的申請不難。原因是,專利只要求 " 新 " 。例如,20世紀30年代,張燮林設計的十一孔笛,近年有人在上面加了兩個托,不僅申請了專利,而且還獲得了文化部 " 科學進步三等獎 " ;又如,有人製作了玻璃仿玉笛,也同樣獲得了專家們的認可,也同樣獲得了專利;再如,按照民間樂器 " 籌 " ——或者是所謂的 " 賈湖骨笛 " 製作的中音管樂器,不也獲得了專利?這些專利的獲得,不都是因為 " 新 " 嗎?

20世紀30年代,中國沒有專利,張燮林當然沒法為十一孔笛申請專利,如今專利局也就無從稽查。 " 雙托十一孔笛 " ,僅是在十一孔笛上裝了雙托。我曾請教過評審委員,回答是 " 十一孔笛沒人演奏,如今他演奏哪! " 我知道,演奏者耗了八年時間,如今能演奏李姆斯基-科薩柯夫的《野蜂狂舞》了。八年哪--難能卻不可貴:專業演奏者也無此耐心,何況業餘演奏者?希奇的是, " 雙托十一孔笛 " 所獲得的是 " 科學進步獎 " ,可不是演奏獎!

言歸正傳,以下還是談談電腦與樂器製作規範化研究的問題。

若用電腦開發笛子製作軟體,進行笛子製作規範化研究是否可能?筆者認為在特殊的條件下,行;而在一般的情況下,不可行!

那麼在什麼情況下可以用電腦操作進行笛子規範化器作,又在什麼情況下無法運用電腦進行笛子規範化製作呢?愚以為,象長笛就可以用電腦設置程式進行製作;中國笛子若改用金屬、硬木或塑膠車削後,很難用電腦設置程式進行製作;而就傳統的竹笛而言,用電腦設置程式進行製作根本就不可能!因為,用電腦設置程式製作新型材料的笛子,決不僅僅是製作者的事,它還涉及到資料取得的根據,教材的科學性,以及教學與樂器製作和教材的協調性;至於竹笛,那就完全是奢望!

為什麼長笛可以用電腦設置程式製作,新型材料的笛子用電腦設置程式製作就會有困難,而竹笛就不可能?這是由它們各自的特性所決定的。新型材料(金屬、木、塑膠)的笛子,與長笛的製作材料雖然一樣可以車削,表面上看並無多大差別,實際上卻有不小的不同。要弄清這個問題並不難,只要弄清它們之間的差別就行了。中國笛子與長笛的重要差別有二:一是中國笛子有眾多的流派,二是沒有統一的教材和教學方法。這兩個問題實際上是互相關聯的:流派的存在就不可能使教材統一;教材的不統一,是流派繼承與發展的基礎。

樂器最重要的屬性是音色與音準:特異的音色是它立命的根基;良好的音準是它能得以應用的條件。竹笛的特異音色,從而無法用製作比它先進的長笛來替代它;假若製作無法保證音準,那它只能存留於民間,無法躋身音樂會的殿堂。由此足見音色與音準的重要。

長笛的音準,不僅決定於製作,同時也決定於教學。長笛製作有嚴格的工藝要求,這要求乃是數百年來製作經驗的不斷歸結與昇華,並不是數理公式的推求。長笛的吹奏教材,乃是順應了長笛的音準條件,再輔之以嚴格的視唱練耳才得以保證的。我國的笛子就缺少這個先決條件,電腦應用程式的嚴格,最多只能符合部分人的吹奏條件,而無法符合所有演奏者的吹奏條件。至於竹笛,材料千變萬化,又怎麼能用同一個規格進行製作而達到音準要求呢?

古今簫笛製作的無可爭辯事實是,它們從來就是憑經驗製作出來的,而不是根據嚴格的計算結果製作成的。自古至今,只有兩件是根據計算規定了明確的音孔位置和音準要求:一件是西晉泰始十年中書監荀勖制定的笛律(即 " 荀勖笛律 " ),根據荀勖笛律所製作的 " 泰始笛 " ;另一件則是20世紀三十年代今虞琴社彭祉卿所設計的 " 雅簫 " (琴簫)。這兩件樂器中的泰始笛,音準符合三分損益律和十二律呂,雅簫音準要求不僅符合三分損益律,而且以a1為標準音。但是,這兩個實例並不能證明簫、笛可以通過計算而找到它們嚴格合律的的規律,因為通過 " 公式 " 所取得的資料開孔時,還得充分運用變通的方法才能保證音準;否則音是不可能准的。例如筆者接觸 " 勻孔笛 " 已有50多年,而勻孔笛的製作也有46年了。但是近十年來,通過管口校正理論的具體應用,同樣的製作公式,卻獲得了異樣的效果:其轉調效果是前人無法企及的。

再就笛子製作頻率公式來說,趙松庭先生曾經同他弟弟--復旦大學物理系教授趙松林先生,研究出 " 笛子頻率計算公式 " 。曾經有不少人對我提及這個公式。我認為該公式對於影響竹笛頻率的因素,雖然考慮得比前人周到,但是該公式畢竟還只是一個有待于進一步完善後才能付諸實際應用的公式。對於趙先生所歸結出來的公式,很多人將信將疑。筆者無意就公式本身進行評論,但是趙先生根據公式計算出來的結果不能符合笛子的製作實際,因此就可以斷定該公式不完善。其實公式的不完善,趙先生自己是明白的,趙先生對筆者所提問題的回答就表示了這一態度。趙先生何以不完善它,非不為也,實乃不能也!

以下擬就趙先生的笛子頻率計算公式作點討論。

趙先生的公式不完善,從而使所計算出的笛子製作資料不能付諸製作,這從第二、三孔之間的間距就足以證明。D調曲笛,第二、三孔的間隔為0.25釐米,小A調笛的第二、三孔的間隔為0.1釐米,而小C調則僅僅有0.06釐米!試想,即使竹質纖維能有這麼高的機械強度而不斷裂,恐怕食指與中指之間的指縫也要遠遠大於這一資料而無法掩按。

造成這一失誤的原因,不僅是趙先生沒有注意相鄰二孔的間距(即相鄰二孔之中心點的距離)應該減去相鄰二孔的半徑。例如D調笛,吹孔至第二孔的距離為24.41釐米,至第三孔的距離為23.16釐米,看上去二孔的間距為1.25釐米;但是還應該減去兩個音孔的半徑(0.5×2),所剩只有0.25釐米!當然,若依據所算出的資料製作一支,問題豈不就發現了?可趙先生沒有按照自己所算出的資料製作過一支。

就趙先生所推算的笛子製作頻率公式而言,愚以為所選的物理量中就有兩個量未必恰當:一個是聲波速度,另一個則是管口校正量。

大家都知道,頻率與聲波速度成正比。因此,聲波速度的快慢就決定了頻率的高低。公式中的聲速,乃是自由空間(大氣)中的速度;笛管的內徑一般都比較小,不會超出2.5釐米,管中的聲速照理不該與自由空間相等。究竟是否相等,這可是個有待驗證的問題。

其次是管口校正量。笛子的管口校正量有兩個,一個是末端校正量,一個是管端校正量。趙先生所選末端校正量為0.6R,管端校正量為變數。關於這末端校正量,就是聲學家瑞利所測算的0.6R,本人曾寫過《瑞利的末端校正難適用於中國簫笛》一文,對趙先生所選的這個量提出異議。再就管端校正量而言,儘管趙先生注意了吹孔大小、管壁厚薄對頻率的影響,但是他把這個量看作常量就欠妥當了。為什麼即使製作精良的笛子,也不是每個人都能隨意把它吹准的。這是什麼緣故?這一現象正好證明了管端校正量是變數,而不是常量。

影響笛子音高的兩個因素,聲波速度和管口校正量。我們如何辨別哪些是聲速對笛子音高的影響,哪些是管口校正量對笛子音高的影響呢?實際上要辨別是不難的:若是笛子的整體音高發生改變,而各個音孔之間的音程卻沒有改變,證明是聲速對笛子音高產生了影響,例如冬天與夏天同一支笛子的絕對音高不同,音程就不會改變;若是笛子的音高發生改變的同時,各個音孔之間的音程也隨著發生了變化,那就證明是管口校正量對笛子的音高產生了影響。

關於聲波速度與管口校正量對笛子音高的影響情況,是不難通過公式得到證明的。以下就略作一點分析。

從笛子的基本公式F=C/2(L+Δ) 可知,當管長L不變、管口校正量Δ不變時,頻率F與聲波速度成正比。因此,聲速只影響笛子的整體音高。而不改變各個音孔之間的音程關係。

上述公式又可以推衍出笛子的音位公式。 

由於就某一支笛子在某種特定的氣溫下演奏時,其聲波速度是一定的,因此,f1/f2=(Ln+Δ)/(L1+Δ)。若選定其律制(生律方法)為k,那麼fn=kf1 。由於fn的頻率大於f1,因此k大於1。同時,上述公式又可以衍化出下述公式Ln+Δ=k(L1+Δ)Ln=k(L1+Δ)-ΔLn=kL1-(1-k)Δ

由於頻率同管長成反比,故而k小於1而大於0;(1-k) 便是小於1並大於0的常數,音孔位置Ln便隨著管口校正量Δ的增減而升降。

前文已經說過,Δ為末端校正量δ1與管端校正量δ2之和。末端校正量不僅不能為0.6R,而且仍然是變數:此量隨尾端調音孔的增大而減小,隨兩端管徑差的增大而增大。至於管端校正量,不僅隨吹孔的增大而減小,隨管壁的增厚而增大;同時也隨口縫位置的前移而增大,隨口風力度的增強而減小。此外,各個音孔的音高也隨著音孔孔徑的增減而升降。每一個笛子製作者(不論你是自覺的還是不自覺的)都是利用這些關係來調節音高。

這些影響笛子音準的條件,是靈活多變的,如今恐怕還沒人能掌握其變化規律。人還沒摸出規律,怎麼能規定電腦按照一定的程式製作呢?

由此可見,如今想憑藉電腦製作笛子的研究必定勞而無功,徒耗人力、物力、財力。當我們掌握了前面所敘述的笛子的頻率公式和音位公式以後,也就是掌握了笛子的頻率與上述各個量之間的關係以後,再把電腦編程提到日程上來才有成功的可能。

(原載《中外樂器資訊》2003年6月號)

 

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