CN218333095U - 一种改良的古琴 - Google Patents

Abstract

一种改良的古琴，涉及改良乐器的领域，包括面板、底板、承露、岳山、轸池和七根琴弦；在面板的内表面设置槽腹，槽腹包括音源槽腹、大槽腹、小槽腹，在底板琴嗉处设置轸池，内贴轸池底板，在轸池部位底板内侧贴轸池垫板，在承露、面板、轸池、底板、轸池底板和轸池垫板上均设置绒扣孔，七根琴弦均连接绒扣，绒扣穿过承露、面板、轸池垫板、底板和轸池底板的绒扣孔后连接琴轸；槽腹内侧轮廓按黄金比例分割和黄金螺旋组成，呈序列的渐开几何波形，两侧的渐开几何波形对称布置；并使大槽腹琴额端和音源槽腹琴额端采用相同的黄金螺旋布置；小槽腹琴额端和音源槽腹朝向琴尾端也采用相同的黄金螺旋布置。本实用新型能提升共鸣、均衡发音。

Description

一种改良的古琴

技术领域

本实用新型涉及改良乐器的领域，尤其涉及改良古琴的结构。

背景技术

中国古琴据说已有三千多年的历史。自唐朝以来，历代都有古琴传世，尽管历经1500多年，古琴形制一脉传承至今没有改变。对于如此重要的文化遗产，我们现在不但要保护好、传承好，同时也需要采用现代方法和科学理念使其改良拓展、发扬光大。

现有的古琴选材和斫制十分考究，尽管如此还是难免出现发音不够均衡，共鸣不够充分的问题，为此历代留下了不少古琴改良的痕迹。本人曾对古琴进行了槽腹改良，《一种改良的古琴槽腹》获专利号为2020206685997的实用新型专利，该专利在保持古琴外形和原有音韵的前提下，结合声学要求设置了音源槽腹，利用黄金比例重新分配了音源槽腹、大槽腹和小槽腹的长度。经多次的斫制和行家弹奏，都评价新琴的音韵共鸣有了提高，音频振动传导路径得到了通顺，古琴原有发音的均衡问题还有待改善。现有古琴的音域是从钢琴键大C到小d3，按12平均律声波振动频率从68.75hz到1246.6hz。要使现有古琴槽腹内腔形态能够在这音域内均衡的与每一个振动频率都形成共鸣，首先必需要有相适应的槽腹形态；其次原有古琴面板的槽腹内设置有间隔的纳音、音柱、纳音和音柱，同时古琴又是指板和琴箱一体的结构，不像小提琴那样按弦的指板和共鸣箱的箱体是分开的。当古琴弹奏按音时，手指按在面板的不同位置会遇到面板下有音柱、或有纳音、或是空间的三种情况（见图20），也就是存在面板各横剖面“厚跨比”突变对发音均衡形成的影响；3、要使古琴七根琴弦在弹拨时发音均衡，同时还要考虑各弦的张拉条件是否基本一致，由于面板横向的弧度不是标准圆弧，具体到岳山剖面，中心的四弦与两边三弦、五弦水平高差0.9mm左右，三弦、五弦与二弦、六弦水平高差约1mm多，而二弦、六弦比一弦、七弦水平高差有3mm多。也就是一弦、七弦的位置不但靠近琴边，还站在“陡坡”上，不利七根琴弦发音的均衡（见图18）。4、传统古琴是琴弦和对应的绒扣在岳山拐弯处形成90°的张拉角度，这样的张弦方式使得作用在岳山上的水平拉力大、作用于面板上的垂直压力大、作用于岳山根部的倾覆力矩大，较大的作用力难免会束缚面板发音的振动（见图20）。

实用新型内容

本实用新型改良的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能提升共鸣、均衡发音的改良古琴。

本实用新型的目的是这样实现的：一种改良的古琴，包括面板、底板、承露、岳山、轸池和七根琴弦；在所述面板的内表面设置槽腹，槽腹包括音源槽腹、大槽腹、小槽腹，并且从琴额向琴尾方向依次布置；在所述槽腹内设置纳音和低音音梁；所述承露设置在琴额处的面板上，岳山设置在承露上；在所述底板上连接雁足，在底板琴嗉处设置轸池，内贴轸池底板，在轸池部位底板内侧贴轸池垫板，在所述承露、面板、轸池、底板、轸池底板和轸池垫板上均设置绒扣孔，七根琴弦均连接绒扣，绒扣穿过承露、面板、轸池垫板、底板和轸池底板的绒扣孔后连接琴轸；七根琴弦按照远离演奏者至靠近演奏者的顺序为一弦、二弦、三弦、四弦、五弦、六弦、七弦；所述槽腹内侧轮廓按黄金比例分割和黄金螺旋组成呈序列的渐开几何波形，两侧的渐开几何波形对称布置；并使大槽腹琴额端和音源槽腹琴额端采用相同的Rk=90黄金螺旋布置；小槽腹琴额端和音源槽腹朝向琴尾端也采用相同的Rk=70黄金螺旋布置。

优选的，在所述面板和承露上均设置榫眼，所述岳山包括一体设置的岳山主体和两个榫脚，两个榫脚设置在岳山主体的底部，其中一个榫脚位于二弦和三弦之间，另一个榫脚位于四弦和五弦之间，榫脚穿过承露后插入面板的榫眼内，榫脚的高度高于面板和承露，岳山主体不与面板和承露接触。

优选的，所述承露和面板上的绒扣孔为斜孔，七根琴弦与对应的绒扣在岳山拐弯处形成的角度为张弦角度，七个张弦角度按靠近演奏者至远离演奏者的顺序依次为133º、132º、131º、129º、128º、127º、126º，承露上和轸池内的绒扣孔均在一条横线上。

优选的，所述纳音有两个，分别设置在大槽腹内和小槽腹内，大槽腹内纳音的两端和小槽腹内纳音朝向雁足端需延伸至相关黄金螺旋的圆心连线处，延伸段逐渐变小变低形成锥形。

优选的，所述低音音梁设置在音源槽腹低音部位，两端黄金螺旋圆心h、i连线上，音梁以琴额i圆心为依据，向琴尾和琴额延伸。

优选的，所述岳山设置在琴额处，该音源槽腹琴额端黄金螺旋两圆心i、i’的连线，是岳山的理论中心线。

本实用新型的有益效果是：

1、槽腹内腔采用黄金比例、黄金螺旋和渐开波形轮廓，形成大、小槽腹半径长度互成黄金比例关系的序列圆弧，产生振频响应的互补关系；形成音源槽腹与大、小槽腹一端相同黄金螺旋振频响应的呼应关系，有利于与古琴音域内的不同振动频率形成驻波、产生均衡的共鸣。

2、采用架空的两榫脚岳山，让各琴弦的振动都通过榫脚传导给琴面板，从而避免了各弦的位置差异，优化了一弦、七弦的传导路径。另外两点支座脚踩黄金螺旋的振动中心，也从力学角度保证了声波振动传递与面板震中的契合。

3、采用七弦张弦角度133º、六弦132º、五弦131º、四弦129º、三弦128º、二弦127º、一弦126º，减小了作用在岳山上的水平拉力、作用于面板上的垂直压力、和作用于岳山根部的倾覆力矩，减弱了对岳山、面板振动的束缚，使琴弦通过音源槽腹发出的音韵得到了松弛。

4、取消了槽腹内的音柱，延长纳音的长度，使指板和箱板功能合一的弧形面板各横剖面的“厚跨比”得以连续，有利于按音发声的均衡，同时也增加了面板的纵向刚度。

5、音梁设置在音源槽腹的低音部位。根据各弦振动时高低音的动能差，把音梁设置在音源槽腹的低音部位，合理分配了高低音的振动区域。

附图说明

图1为一种改良的古琴正面示意图。

图2为一种改良的古琴背面示意图。

图3为面板的内表面示意图。

图4为底板的内表面示意图。

图5为黄金螺旋图。

图6为音源槽腹的绘制图。

图7为小槽腹的绘制图。

图8为大槽腹的绘制图。

图9为槽腹组合后示意图。

图10为槽腹的轮廓图。

图11为一弦岳山轸池处纵剖面图。

图12为二弦岳山轸池处纵剖面图。

图13为三弦岳山轸池处纵剖面图。

图14为四弦岳山轸池处纵剖面图。

图15为五弦岳山轸池处纵剖面图。

图16为六弦岳山轸池处纵剖面图。

图17为七弦岳山轸池处纵剖面图。

图18为图1中A-A向视图。

图19为改良古琴沿中轴线剖面图。

图20为传统古琴沿中轴线剖面图。

图中，1一弦，2二弦，3三弦，4四弦，5五弦，6六弦，7七弦，8面板，9承露，10岳山，101榫脚，11轸池垫板，12底板，13轸池底板，14音源槽腹，15大槽腹，16小槽腹，17纳音，18音梁，19龙池，20凤沼，21雁足，22足池，23轸池，24琴轸，25绒扣孔，26绒扣，27榫眼，28音柱，29琴额，30琴嗉。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图18、图19所示，改良古琴主要包括面板8、底板12、承露9、岳山10、轸池23和七根琴弦。

一，槽腹的实施方式

在面板8的内表面设置槽腹，槽腹包括音源槽腹14、大槽腹15、小槽腹16，并且从琴额向琴尾方向依次布置，面板8内表面槽腹的侧壁轮廓呈序列的渐开几何波形，两侧的渐开几何波形对称布置，渐开几何波形包括音源槽腹14一端的黄金螺旋段141、凹弧段142、音源槽腹另一端的黄金螺旋段143；大槽腹一端的黄金螺旋段151、凹弧段152、凸弧段153、大槽腹另一端的黄金螺旋段154；小槽腹一端的黄金螺旋段161、凹弧段162、凸弧段163、小槽腹另一端的黄金螺旋段164。

槽腹轮廓量化的过程如下：

各槽腹的长度量化

设：琴长三尺六寸六，换算为公尺3.66*3.38=1237mm

琴尾留57mm，琴头边宽留15mm，腹腔总长1237-57-15=1165mm

设：小槽腹长为La，大槽腹长Lb，音源槽腹长Lc

La:Lb=0.382:0.618

Lb:Lc=2:1

La+Lb+Lc=1165mm

得；La=340 mm Lb=550mm Lc=275（见图3）

验算：La:Lb=340:550=0.382:0.618（使La与Lb产生振频响应互补）

Lb:Lc=550mm:275mm=2:1（使Lb与Lc产生振频响应）

La:Lc=340mm:275mm=5:4（使La与Lc产生振频响应）

黄金螺旋线的量化

黄金螺旋是利用黄金比例的数学关系，来设定各四分之一圆弧的半径，再使其连续成的螺旋线（如图5）。

设：Rb:Ra=Rc:Rb…=0.382:0.618

设：j-k线为琴体中线，位于Rc半径的中点，Rk为琴中线到最大螺旋外边线的距离。

则：Rk=Ra-Rc/2=Rb+Rc/2

得：Rb=Ra*0.382/0.618=0.618Ra

Rc=Rb*0.382/0.618=0.618Rb

Rk=Ra-Rc/2=Ra-0.618*0.618Ra/2=(1-0.618*0.618/2)Ra

Ra= Rk/ (1-0.618*0.618/2)=1.236 Rk

以此可根据指定的Rk计算出相关的Ra、Rb、Rc绘出各螺旋线。

大、小槽腹轮廓的量化和绘制（见图7至图10）：

设小槽腹琴尾方向黄金螺旋的Rk=60mm、另一头Rk=70mm，作黄金螺旋，再过槽腹中线165mm与175mm的分界点作垂线，交两端的黄金螺旋外侧连线得Rk=65mm，再交两端黄金螺旋Ra圆心a、c两点的连线于b，以b为圆心作圆弧；小槽腹凹弧连线取圆R=280mm，分别与Rk=60、Rk=65和Rk=65、Rk=70相切，取两切点之间的弧线作为连接线（见图7），形成小槽腹渐开式波形轮廓。

设大槽腹琴尾方向黄金螺旋的Rk=75mm、另一头Rk=90mm，作黄金螺旋，再过槽腹中线199mm、141mm和210mm的分界点作垂线，交两端的黄金螺旋外侧连线得Rk=80mm和Rk=85mm，再交两端黄金螺旋Ra圆心d、g两点的连线于e、f，以e和f为圆心作圆弧；大槽腹凹弧连线取圆R=300mm，分别与Rk=75、Rk=80和Rk=80、Rk=85和Rk=85、Rk=90相切，取两切点之间的弧线为连接线（见图8），形成大槽腹渐开式波形轮廓。

这样，大小槽腹内腔形成Rk=60、Rk=65、Rk=70、Rk=75、Rk=80、Rk=85、Rk=90序列；再取各黄金螺旋和圆弧之间的相切弧线连接，形成渐开波形槽腹轮廓，使其能够有尽量多的黄金比例或梯阶半径关系，以便产生与不同振动频率互补、产生均衡的驻波，形成共鸣（见图9）。

音源槽腹轮廓量化和绘制

音源槽腹琴尾方向黄金螺旋的Rk=70mm，另一头Rk=90mm，作黄金螺旋；音源槽腹两螺旋中间的相切凹弧线，为R=150mm的圆弧，分别与黄金螺旋Rk=70、Rk=90相切，取两切点之间的凹弧线作为连接线（见图6），形成音源槽腹腰形轮廓。

因为大、小槽腹靠近音源槽腹那一端的黄金螺旋也是Rk=70mm和Rk=90mm，因此利用1:1相同的黄金螺旋来确保大小槽腹与音源槽腹的声音振频响应（见图9）。

二，两榫脚岳山的量化与实施

承露9连接在琴额29处的面板8上，其宽40mm，岳山内侧6mm，岳山宽10mm，岳山外侧24mm，平面长度长于岳山长度2mm；岳山10设置在承露8上，在面板8和承露9上均设置榫眼27，承露厚3mm，面板上榫眼也开深3mm。岳山10包括一体设置的岳山主体102和两个榫脚101，两个榫脚101设置在岳山主体102的底部，榫脚101长7mm，榫脚101穿过承露9后插入面板8的榫眼27内，其中一个榫脚101设置在二弦2与三弦3之间，另一个榫脚101设置在五弦5与六弦6之间。并且岳山10的中心线理论上设置在琴额处音源槽腹14的黄金螺旋Ra和Rb圆心i、i’两点的连线上。采用两榫脚岳山，使岳山的主体与琴面架空，让琴弦的振动通过榫脚传导给琴面板（见图18）。

三，张弦角度的量化和实施

七根琴弦按照远离演奏者至靠近演奏者的顺序为一弦1、二弦2、三弦3、四弦4、五弦5、六弦6、七弦7，以一弦1为例，在一弦纵向剖面中，琴弦绒扣转角处的岳山高度H1=18.6mm、岳山转角垂直面到承露上绒扣孔中心的距离L1=12mm，考虑岳山拐角需作圆角处理，分别修正-1.24、和+0.57（见图11）。

根据各剖面的几何关系得：

张弦角度α=180º-arctan((18.6-1.24)/(12+0.57))=126º，

据此可根据各弦的相关数值计算出各弦的张弦角度。

如图11至图17所示，可以看出张弦角度受岳山高度H1和承露绒扣孔中心距L1的影响。当L1一定时，H1值的变化和各弦振动动能成正向的关系、和张弦角度α成反向的关系，同时张弦角度α的变化与减小外力束缚的作用成正向的关系。如七弦H1值小、琴弦细振动动能小，而形成的张弦角度反而大，张弦角度大，减小外力束缚的作用大；再如一弦H1值大、琴弦粗振动动能大，而形成的张弦角度反而小，张弦角度小，减小外力束缚的作用小，这样的变化趋势符合了各弦动能大小和减弱束缚的差异要求。

通过图20知道，传统古琴张弦角度为90°，这样的张弦方式使得作用在岳山上的琴弦水平拉力大、垂直压力大、对岳山的倾覆力矩大。而一种改良的古琴通过改变各弦张弦角度，形成一个合适的机制，使得琴体所承受的水平拉力、垂直压力和倾覆力矩，可以根据各弦振动动能差有所区别的调整。经测算分析、试制试用，做到了七弦张弦角度133º、六弦132º、五弦131º、四弦129º、三弦128º、二弦127º、一弦126º。相应的承露9和面板8上的绒扣孔25必须钻与各琴弦绒扣张弦角度相一致的斜孔，轸池23内各绒扣孔处轸池垫板11的厚度H3，也需要根据各弦张拉角度及各弦纵剖面的相关数据计算确定（见图11-17）。

四，轸池的量化实施

在底板12琴嗉30处开槽深5mm轸池23，内贴轸池底板13，底板12内侧相应位置贴轸池垫板11，在承露9、面板8、底板12、轸池底板13和轸池垫板11上均设置绒扣孔25，承露9和面板8上的绒扣孔25为与各琴弦绒扣张弦角度相一致的斜孔，七根琴弦均连接绒扣26，绒扣26穿过承露9、面板8和轸池垫板11、轸池底板13的绒扣孔后连接琴轸24。

轸池内各绒扣孔的高度，需要根据各弦纵向剖面中琴体的厚度H2、岳山转角垂直面到承露上绒扣孔中心的距离L2，岳山转角垂直面到轸池绒扣孔中心的水平距离L1和张弦角度α计算确定。

如一弦，根据各剖面的几何关系得：（见图11）

H3=H2-(L2-L1)/tan(α-90)=45-(38-12)/tan36=9.2mm

据此可根据各弦的相关数值计算出各弦的H3的大小（见图11-17）。

五，纳音和音梁的实施方法

在面板8的内表面设置了两个纳音17，两个纳音17分别设置在大槽腹15和小槽腹16内，由于取消了音柱，大槽腹15内纳音的两端需延伸至黄金螺旋Ra和Rb圆心d、d’和g、g’连线的位置，小槽腹16内纳音朝向雁足端需延伸至黄金螺旋Ra和Rb圆心c、c’连线的位置，纳音17的延伸端逐渐变低变小形成锥形。在底板12上设置龙池19和凤沼20（其位置、大小见图4），龙池19与其中一个纳音17，需与槽腹内Rk=80、Rk=85的圆心连线与中线j-k的交点对应，凤沼20与另一个纳音17，也需与槽腹内R=65圆心连线与中线j-k的交点对应（见图3、4）。由于取消了槽腹内的音柱，延长纳音的长度，使指板和箱板功能合一的弧形面板“厚跨比”得以连续，有利于按音发声的均衡，同时也增加了面板的纵向刚度（见图19）。

在音源槽腹14内，根据各弦振动时的动能差，把低音音梁18设置在低音部位两端黄金螺旋圆心h、i两点的连线上，以琴额黄金螺旋圆心i点为依据，向琴尾延伸110mm，向琴额延伸20mm，合理分配了高低音各自面板振动区域的面积（见图3）。

一种改良的古琴外形见图1和图2，其大、小槽腹面板侧边为圆角，底板为方角；音源槽腹面板和底板侧边均为方角。

Claims (6)

1.一种改良的古琴，包括面板、底板、承露、岳山、轸池和七根琴弦；在所述面板的内表面设置槽腹，槽腹包括音源槽腹、大槽腹、小槽腹，并且从琴额向琴尾方向依次布置；在所述槽腹内设置纳音和低音音梁；所述承露设置在琴额处的面板上，岳山设置在承露上；在所述底板上连接雁足，在底板琴嗉处设置轸池，内贴轸池底板，在轸池部位底板内侧贴轸池垫板，在所述承露、面板、轸池、底板、轸池底板和轸池垫板上均设置绒扣孔，七根琴弦均连接绒扣，绒扣穿过承露、面板、轸池垫板、底板和轸池底板的绒扣孔后连接琴轸；七根琴弦按照远离演奏者至靠近演奏者的顺序为一弦、二弦、三弦、四弦、五弦、六弦、七弦；其特征是：所述槽腹内侧轮廓按黄金比例分割和黄金螺旋组成，呈序列的渐开几何波形，两侧的渐开几何波形对称布置；并使大槽腹琴额端和音源槽腹琴额端采用相同的黄金螺旋布置；小槽腹琴额端和音源槽腹朝向琴尾端也采用相同的黄金螺旋布置。

2.根据权利要求1所述的一种改良的古琴，其特征是：在所述面板和承露上均设置榫眼，所述岳山包括一体设置的岳山主体和两个榫脚，两个榫脚设置在岳山主体的底部，其中一个榫脚位于二弦和三弦之间，另一个榫脚位于四弦和五弦之间，榫脚穿过承露后插入面板的榫眼内，榫脚的高度高于面板和承露，岳山主体不与面板和承露接触。

3.根据权利要求1所述的一种改良的古琴，其特征是：所述承露和面板上的绒扣孔为斜孔，七根琴弦与对应的绒扣在岳山拐弯处形成的角度为张弦角度，七个张弦角度按靠近演奏者至远离演奏者的顺序依次为133º、132º、131º、129º、128º、127º、126º，承露上和轸池内的绒扣孔均在一条横线上。

4.根据权利要求1所述的一种改良的古琴，其特征是：所述纳音有两个，分别设置在大槽腹内和小槽腹内，大槽腹内纳音的两端和小槽腹内纳音朝向雁足端需延伸至相关黄金螺旋的圆心连线处，延伸段逐渐变小变低形成锥形。

5.根据权利要求1所述的一种改良的古琴，其特征是：所述低音音梁设置在音源槽腹低音部位，两端黄金螺旋圆心两点连线上，音梁以i圆心为依据，向琴尾和琴额延伸。

6.根据权利要求1所述的一种改良的古琴，其特征是：所述岳山设置在琴额处，该处音源槽腹琴额端黄金螺旋两圆心i、i’的连线，是岳山的理论中心线。

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