板共振乐器是很多的,如提琴类拉弦乐器、琵琶等弹拨乐器都是。
板共振乐器的音质优劣不仅与木材的结构及物理、机械、声学性能有关,更与板的厚度分布有关。
譬如说制作提琴所用的木材及共鸣箱的形状和大小基本相同,而琴与琴之间音质的差别是相当大的,这主要是由板的厚度不同造成的。
因此,研究板厚度分布是板共振乐器的一个重要课题。
板振动是个很复杂的问题,特别是乐器的共振板形状和厚度都不规则,它的振动情况更为复杂。
我们这里仅作一些简单的讨论,由此找出板厚度的合理分布。
在琴板上按纵纹或横纹方向画一条条的直线,把琴板理解为由一条条纵纹或横纹木片所组成。
这样就可从分析木片振动着手来分析琴板振动。
大量的木片试验说明,木片中间薄两端厚发音特点是柔而软,木片中间厚两端薄发音特点是硬而实。
如果把木片两端固定,则前者发音频率高,后者发音频率低。
根纹木片比纵纹木片发音频率低,且不易发音。
在策动力一定时,板振动的振幅大小决定于板的厚薄:板越薄,振幅越大;板越厚,振幅越小。
面板上画的直线所代表的木片,如果中间厚两端薄,则中间振动弱,两端振动强;如果中间薄两端厚,则中间振动强,两端振动弱。
整个琴板的振动是纵向和横向木片之和。
显然,如果琴板中间部分厚、四周薄,琴的发音会偏硬、实;如果琴极中间部分薄、四周厚,琴的发音则偏软、空。
一件好的乐器音色是很丰富的。
如提琴,需高音亮,低音厚,音量大,音质纯,声音实,音色圆润优美,演奏省力,发音灵敏等。
要获得如此琴声,琴板制作的厚度分布不能是简单形式。
无论是中间厚、四周薄,还是中间薄、四周厚的形式。
都有不足之处,不能获得满意的效果。
板共振乐器的板振动是受迫振动。
当马脚位置的板接受到马子传递的振动后,振动波便向四周传播到琴板边缘;由于边缘都固定,波又反射回来。
反射波与从马脚位置传播的波产生干涉,从而影响发音。
波反射的强度与板的厚度及纵纹或横纹有关,四用薄的板波反射强,四周厚的板波反射弱。
木材纵纹与横纹的传声速度不同(纵纹比根纹快),波反射的能力也不同(纵纹比横纹反射强)。
如果要使一块琴板的纵纹与横纹的反射强度相同,则纵纹方向要从马脚位置向两端逐渐增厚。
以提琴为例,由马子传递到面板的振动能量,主要沿面板纵、横方向传播。
在提琴面板上,马脚的两侧各有一个近于纵向的f孔,切断了根纹方向波的传播路线,使f孔边缘的极处于无边界条件的振动状态,波在f孔边缘不产生反射,故而提琴面板振动时披纹反射波很小。
由于纵纹方向波传播路线不受f孔影响,反射波是存在的。
制琴板时,如果将纵向两端做得很薄,波反射就会增强。
因此,为了减小波反射,就须将两端逐渐增厚。
对于没有f孔的乐器(如琵琶),在面板横向边缘也会有反射,由于横纹传声速度小,反射不是太强,面板不必沿横向增厚。
但也不可象提琴板横向那样减薄,可与复手部位的板厚度相同或稍减薄。
纵向需从复手部位向两端逐渐增厚。
综合以上讨论,并参考目前通常采用的厚度,我们认为琴板厚度合理分布是:以马脚部位为中间厚度;从马脚沿中缝向两端逐渐增厚,至两端大约增厚到马脚部位厚度的三分之一;从马脚往横向两边逐渐减薄(准确地说是沿整个中缝向横向两边减薄),至边缘大约减薄到马脚部位厚度的三分之一。
如小提琴,马脚部位的厚度为3.5毫米,纵向两端为4.5毫米,横向边缘为2.5毫米。
民族乐器由于没有f孔,横向减薄宜少。
我们在琵琶上也进行了实验,将一面旧琵琶的面板卸下来,在此面板的反面中缝上胶合一块松木板,然后按照上面的理论进行加工。
复手上端木板的长度以下核档为限,复手下端长度以琴背子口为限。
两端长度不同,但增加的最大厚度相同。
改制后的琵琶音色比原来大有改善。
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