太极琴的原理、制作方法和应用

摘要

一种新颖的制琴原理和方法。附图表示太极二胡的琴筒结构。图中阳板2选用环氧玻璃布层压板，酚醛棉布层压板或桐木、云杉板。阴膜3选用扬声器的振膜。音管4用纸或薄铝皮卷制。阳板、阴膜、音管相互粘牢固定在琴筒端，联合组成振动系统。奏琴时阳板振动并通过音管带动阴膜同步振动。阳板偏刚性，振动发阳刚之音，阴膜偏柔，振动发柔顺之音。只要搭配得当，阴阳匹配，乐器就能奏出各种刚柔相济、优美和谐之音。因振膜运用中华太极学说由阴阳二膜组成，故称太极琴。本发明为传统乐器的改进及新型乐器的研制提供了一条新思路。依此原理可制成音色丰富的太极胡琴、太极三弦、太极马头琴、太极提琴等。因免用蛇皮，也解决了我国胡琴类等传统乐器发展的后顾之忧。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种新颖的制琴原理和方法，即用不同材质的双层振膜取代传统乐器中的单层振膜，且用人造材料取代蛇皮。

背景技术

1、目前只有中国大量用野生动物蛇类皮蒙制胡琴等乐器，这种违反国家和国际有关规定的做法使得我国这些传统乐器的前途受到质疑，寻找替代办法势在必行。虽然已有人用有机塑料膜或涂胶布料取代蛇皮蒙制胡琴，但由于音效和寿命等原理因尚难以推广。

2、为什么西洋乐器小提琴能在全世界流行成为世界性乐器，而誉为“东方小提琴”的中国二胡却难以走出国门呢?除了上述受蛇皮的制约外，二胡的音效赶不上提琴也是一个重要的原因。从这一点讲，二胡也有改革的必要。

发明内容

太极琴是运用中华古老文化——易经太极阴阳学说设计制作的乐器总称，其原理可以应用于多种乐器的研制。例如用这一原理可以制成太极二胡、太极高胡、太极低音二胡、太极京胡、太极三弦、太极马头琴、太极提琴等中西乐器。现以太极二胡为例说明其原理(见图1)。

太极二胡革掉传统二胡的单层振膜——蟒蛇皮，用不同材质的阴阳双层振膜取代蟒皮。外层振膜(阳板)选用电气绝缘材料环氧玻璃布层压板或酚醛棉布层压板；内层振膜(阴膜)选用电子产品扬声器的振膜。阳板和阴膜通过音管连接。演奏时，弦在弓的磨擦下发声并通过琴码传给阳板使阳板振动将声音放大，同时又通过音管传感给阴膜使阴膜振动进行二次放大。阳板层刚性材料，振动时发阳刚之音。阴膜属柔性材料，振动时发柔顺之音。只要选择得当，阴阳匹配，乐器便会奏出各种刚柔相济、优美和谐之音。

为避免盲目性，作为振动膜的阳板和阴膜选材应遵循如下原则：

设振膜的谐振频率为f₀，则

$>{=}_{{{}_{}}_{}}$>式中  m₀--振膜的等效质量    c₀--振膜的力顺性

振膜的谐振频率f₀愈小，低频性愈好。由公式可见，m₀和c₀越大，f₀值越小。在厚度一定的情况下，增大振膜的面积，便可获得较好的低音效果。增加厚度即增加m₀虽然也可降低f₀，但此时会使振膜的灵敏度下降而影响音量。c₀是振膜的力顺性，用以表征振膜的柔顺性或顺性恢复力，太极琴要求阳板选用刚性材料且要有较好的弹性恢复力，这样既可兼顾高低音又使得阳板在长时间受到弦和码的压力后不会产生永久变形。

经试验，板径为φ100毫米以下时阳板选用0.5-0.7mm厚的环氧玻璃布层压板或0.8-1mm厚的酚醛棉布层压板，或者两层0.3mm厚的环氧玻璃布层压板中间夹一层绢布用胶均匀粘合成0.7mm厚的层压板效果均好。以上三种板料不但可用来作太极二胡的阳板，而且也可以用来制作传统二胡代替蛇皮。

在板径超过φ100时，除用适当厚度的层压板外，也可选用桐木板成云杉木板作阳板。

阴膜选用柔性材料。经试验，选用电子产品扬声器的振膜代用最为理想。因为各种规格性能的扬声器振膜从低档、中档到高档乃至世界尖端，数以千百种，用来制作各类太极琴极为方便。

音管用来连接阳板和阴膜，相当于扬声器中的音圈。不同的是扬声器中的音圈通过音频电流，在电磁场的作用下音圈振动带动振膜震动，而太极琴音管中不通过电流，其震源来自弦和阳板的振动，并通过音管传递给阴膜。

阳板和阴膜的适当搭配可以分别制成中音二胡、低音二胡、高音二胡、全频带二胡。他们的频率特性分别如图3、图4、图5、图6所示。

附图说明

图1为一种太极二胡琴筒的结构图例。图中，1-琴筒，2-阳板，3-阴膜，4-音管，5-垫圈。阳板、阴膜、音管三位一体联合组成振动系统。为使阴膜振动的声音能够向前方辐射出来，阳板应开孔。图2是一种开孔方案。开孔原则是尽量少破坏板面而又利于声音辐射，孔的大小和数量应由实验确定。本例共开六个孔，左右离板面中心最近的两个孔之间的距离按黄金分割法应为板面直径Φ₁的三分之一左右。

阴膜呈漏斗形(也可为平板形)，用胶固定在垫圈上，垫圈安装在琴筒端内台阶上。

音管是用纸或薄铝皮卷成的空心管，阳板、阴膜、音管用胶相互粘牢并固定在琴筒端，共同组成琴的振动系统。

图中Φ₁为琴筒外径及阳板直径，Φ₂为琴筒端面内径，Φ₃为阴膜喇叭口外径，Φ₄为垫圈内径，Φ₅为阴膜漏斗口内径，单管的外径略小于Φ₅，Φ₆为琴筒内径，Φ₇为琴杆插孔内径，L₁为琴筒总长，L₂为琴筒端面内台阶和端面阳板之间的距离。琴筒既可为圆形，也可为六角、八角、椭圆等。太极二胡除了振动系统与传统二胡不同外，其余部分基本相同。

不同材质和性能的阳板和阴膜搭配可以制成不同频率特性的太极二胡。图3是中音太极二胡的频响曲线，频率响应为500-5000HZ，阳板和阴膜的频率响应分别如图3中的曲线a和b，它们的合成总特性如曲线C。

如要制作低音太极二胡，则阳板、阴膜及总特性分别如图4中的曲线a、b、c。

如要制作高音太极二胡，则应按图5搭配。

如要制作全频带太级二胡，则应按图6搭配。

具体实施方式

太极二胡的核心技术是由阳板、阴膜、音管联合组成的振动系统。

制作步骤如下：

A、选材：设琴筒外径为Φ₁＝96mm，筒长L₁＝136mm，则阳板可选环氧玻璃布层压板，其厚度为0.5-0.7mm，也可选酚醛棉布层压板，其厚度为0.8-1mm，或用两层0.3mm厚的环氧玻璃布层压板中间夹绢绸布涂胶压成约0.7mm厚的层压板。阴膜选用广州国光牌多媒体扬声器振膜，该扬声器型号为LF77RZ2604G12NPT8S13CDB，工作频率为200-15000HZ，可用来制作全频带二胡。该型扬声器的振膜为漏斗型纸盆，喇叭端口径77mm，漏斗端口径13mm。也可选用其他厂家其他相近扬声器的振膜。音管用料可选复印纸或牛皮纸，也可用罐头铝皮。垫圈用优质三合板或五合板，也可用与琴筒同一材质的木板。琴筒用料和传统二胡相同。

B、零件加工：各部分的尺寸为L₁＝136mm，L₂＝10mm，Φ₁＝96mm，Φ₂＝88mm，Φ₃＝77mm，Φ₄＝70mm，Φ₅＝13mm，Φ₆＝86mm，Φ₇＝20mm。

将阳板内面用细砂纸打毛、磨光，以利于和琴筒及音管胶接，并按图2开孔，离板中心最近的两个孔中心距为34mm，孔的大小分别为3mm、4mm、5mm。

用优质纸或薄铝皮在圆柱体上卷制音管。胶干后圆柱体脱胎即成空心管。管外径应略小于阴膜的漏斗口径，以便音管能顺畅装入阴膜漏斗中。

阴膜为外购成品，无需另加工。

垫圈的外径应与琴筒内壁台阶吻合，垫圈内径应小于阴膜的喇叭口径，使阴膜在垫圈上有4-5mm的粘合面。垫圈厚度为3-5mm。

C、安装与调试：

1、将垫圈平整地安装在琴筒内壁的台阶上并和筒壁粘牢。

2、将阴膜安装在垫圈上并粘牢。

3、将加工好的阳板粘合在琴筒的端面上。

4、将琴筒头朝下竖直放在工作平台上，从琴筒后方将音管装入阴膜，靠自身重力作用，音管的下端停靠在阳板内面，上端略高出阴膜漏斗口。

5、用长柄螺丝刀蘸502胶水从琴筒后方伸入音管和阳板的结合处将二者粘牢。

6、拿起琴筒从阳板的外面用手指按压阳板和音管的结合处，随着手指的施压起伏，从琴筒后端向内可以看到音管也和阳板一道起伏。由于音管的外径小于阴膜漏斗口径，此时音管的运动并不牵连阴膜。

7、装上琴杆、琴弦、琴码等其他部件，且琴码要和音管处于同心位置，将内弦调为标准D调，外弦定A调。此时琴弦和阳板已外于正常工作点。由于弦和码的压力，阳板会向琴筒内凹陷，并带动音管向阴膜漏斗口外突出，但不应牵连阴膜，此时阴膜仍处于自然状态。

8、用长柄螺丝刀蘸502胶水从琴筒后伸入到音管和阴膜漏斗口的结合处将二者粘牢。为便于这一步操作，琴杆只要插入琴筒三分之一即可。