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古琴材质探究

古琴断纹

  作为具有代表性的中国古代遗产的古琴音乐,其文化渊源可溯至上古。古琴制作工艺从开始时的粗放到日臻完善,经历了漫长的岁月。先辈们对古琴深刻的认识,创作了大量精品,从现存的历代琴器上,我们还能发现很多意想不到的妙思,笔者有幸见过三百多床珍贵的古琴,并从中发现了一些罕为人知的秘密。

木材的选择

  木材是由许许多多失去生命活力的管状细胞组成的。每个细胞均有细胞腔和细胞壁,细胞腔中空,周围是木质化的纤维物质构成的壁层,使木材结构呈]蜂窝状j。细胞腔中的空气和构成细胞壁的物质都具有较高的声音透过性,易于传播声音。

  制作一把古琴要用好几种木材,但一般古琴的主要部分ll面板、底板,都是用杉木和梓木这两种材料制成的。古代的古琴制作者也曾试用过青桐、槐木、泡桐、柳木、白木松、松木等制面板,用枫、黄花松、金丝楠、椿、黄花梨、红木、松、柏、樟等木材来制琴背,自唐代著名制琴家族雷氏开始用杉木制古琴后,各代均多以杉木制琴。这一方面是因为杉木和梓木的树径相对较大,生长普遍,在中国很容易找到5另一方面,制作者和演奏者也发现它们是取得乐器优良声音的最佳组合。

  杉木具有很好的传声性能。其中,云杉是最好的制造乐器的村料,其顺纹一沿着树干一方向的传声速度约为每秒四千八百米到五千八百米,是空气的几十倍,与碳素纤维和铁的传声速度相当,但是,后两种材料密度要比云杉大得多。此外,云杉纹理通直,材质致密,年轮宽度均匀,并且在每一个年轮中早材至晚材的过渡较为平缓,细胞的大小与形态较为整齐均一,各部分木材结构无显著差异,这样有利于均匀地传播高频声音而不变音调,对乐器而言,材质对古琴的音色起着更关键的作用。

  杉木的种类很多,不同种类的材料差异很大。前苏联科学家安德烈耶夫研究确定了一定单位度量上的共振木材,指出作为共振木材应该具有高弹性模量一坚硬一,同时又要求具有不大的密度一材质轻一。木材中高弹性模量的材质往往密度都较大,而低密度的木材又不可能有较高的弹性模量。乐器材料的声学品质常数与木材的传声速度的平方根成正比,与材料的密度的平方根成反比,就是说木材的弹性模量要高,传声速度要快,密度就要小一同样体积的木材,重量要轻一。所以,一般乐器制造共鸣箱时往往采用两种甚至多种共振木材合成。古琴的琴体用材,一般琴面用一杉一而琴底用一梓L,这两种共振木材的物理性能是符合现代科学道理的,也符合古人用材讲究的一刚一、 ]柔一、 一虚一、 一实一、 一阴一、 一阳~。如果不使用现代科学理论数据进行推断测算,我们又如何理解其确切含义呢7所以现在有一些制作者的工作室中是用声速仪来测定材料的传声速度,用单位体积的重量来计算材料的密度,从而对木材的声学品质做出判断。高科技设备的使用不但使材料的选择更加科学便捷,而且对古琴的声音设计也有很大帮助。另外,与木材的声学品质有密切关系的还有它的声辐射品质常数、声阻抗、声衰减系数等等。这些数据的取得,可以用传统的测试和计算方法,也可以用先进的计算机分析方法。材料的处理

  和其他的木材制品一样,古琴材料需要在干燥后才能使用。但是另一方面,古琴材料的干燥又与其他木材制品很不一样,它必须经过长期的储存才能使用。这个储存的阶段一般叫做天然干燥。实际上,它既与干燥有一定的关系,又不完全是木材与水分的关系。

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宋代古琴扫描电子显徽镜截面照片                  清代古琴显徽镜截面照片,孔间侧壁光滑

  木材在干燥、通风的条件下储藏,其含水量飞速下降。在半年到一年的时间里,就和周围空气湿度相平衡。在这以后,木材的含水量就随周围空气湿度的变化而变化。我们知道木材之所以很容易吸收空气中的水分,主要是因为木材的纤维素中含有很多羟基。羟基的一个化学键是开放的,非常活泼,很容易与空气中的水分结合,增加木材的水分含量。而木材的水分含量是影响木材声学品质的主要因数,它直接影响到琴的声音。如果用没有经过长期储存的木材制成琴,当天气干燥时它的声音变得明亮,而在阴雨天它的声音就变得沉闷。大家注意到,在古旧的乐器上或用处理得很干燥的木材制成的乐器上,这种现象虽然也有,但变化要小得多。古旧木材的含水率稳定在百分之十左右。这就是说,旧的木材和古老的木材与空气中的湿度关系减小一有些用不正确木材处理方法制做的古乐器除外一。这是因为在长期储存过程中,羟基的自由键互相结合,成为十分稳定的大分子。鉴于这种现象,许多科学工作者和制琴家一直在进行各种试验,加速木材的老化,或者采用各种方法,改变木材的化学结构,减少其空气湿度的相关性,改善乐器的声学品质。目前资料介绍的方法,有浸泡和涂刷、熏蒸、热处理、酸处理、发酵处理、氧化处理、光处理、微波处理等等。用处理过的材料制成的琴,音质更接近老琴。

  实际上人们早就观察到老零的材料与新材料之间的区别,而且认识到材料之间的差别是影响到老琴与现代琴之间的音质差别的重要因素之一。清华大学电子系曾经以古琴龙池下的琴面木材为样片,用电子显微镜分析古琴木材结构。从截面照片来看,清代琴和宋代琴截面上管孔尺寸约为三十微米,二者基本一致,但清代古琴的孔间侧壁更为光滑。对侧壁的横向尺度进行扫描,发现宋代古琴次生壁的凹陷的纹孔直径约为三微米,密集分布。从音色上看,宋代古琴的音色也比清代古琴更幽远。

  另外我们对古琴琴面材料的成分进行了能谱分析,对宋代古琴、清代古琴和新古琴进行了对比,发现新木材含有一定的氧元素,但是旧木材没有,在清代古琴上面也很难观察到,但是在宋琴的木质结构中,氧元素的盒导罂墨呙于一般的木材,可以肯定宋代的木材在处理方法上肯定有一些特别的地方。对于木材中大量的氧元素成分,我个人认为是因为有大量的真菌在河水浸泡时繁殖,真菌的生长打开了纹孔,这些开放的小孔增加了木材的透气性,从而改善了材料的声学品质。

  目前,我们对所琴所用的木材在长期存储过程中发生的变化研究得非常不够,很多结论还仅仅处于推想的过程中。自然界中的一些现象看起来简单,实际E却有许多错综复杂的原因。值得一提的足,还有一个有趣的现象,就是老琴下雨天时琴面和内腔会出汗,而新琴则不会有此现象。

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    桐木琴面                                                        杉木琴底

大漆的应用
  天然生漆,又名大漆、上漆、国漆,是从漆树上割下来的天然液汁。它是一种优质的天然涂料,至今没有一种合成涂料能在坚硬度、耐久性等主要性能方面超过它。因此,它有一涂料之王一的美名。
  中国是世界上产漆最多、用漆最多的国家,漆具有悠久的历史。浙江余姚河姆渡发掘的朱漆碗,距今已有七千余年。河南信阳长台关出土的漆瑟,彩绘有狩猎乐舞和神怪龙蛇等形象的漆画,也有二千余年的历史。著名的还有湖南长沙马王堆出土的汉代漆棺上的漆画、山西大同司马金龙墓漆屏风画以及明清大量的屏风漆画等。
  由于天然生漆具有防腐蚀、防渗透、防潮、防霉、耐酸等性能,漆膜具有硬度强、耐磨的特点,古琴从一诞生就髹以天然生漆,可以保持木材的稳定性,使琴音持久不变。笔者使用过的老琴的音准较新琴更稳、音质更美,因为木材与漆层早已定型。另一方面,天然生漆的漆面有着美丽耐久的光泽,嵇康《琴赋》中有一错以犀象,籍以翠绿一之句,故传世的唐、宋、元、明、清各代保存下来大量的古琴,不乏艺术价值极高的的艺术品。

  王世襄在其《中国古代漆器》一书中指出,中国古代漆艺的高境界在古琴上有突出表现。古琴中的髹漆工艺有力地推动了部分漆艺技法的发展和形成,同时也在漆器制作的领域拓宽了范围,例如唐代的螺钿平脱技法应用在制琴上,丰富了漆艺技法的语言-唐宋素髹工艺以漆液自身的独特材质,体现出古人的高雅精妙、贴近自然的艺术情趣。

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            冰纹断                   蛇腹断

  宋代赵希鹄《洞天清录》中说‘‘ 古琴以断纹为证,琴不历五百年不断,愈久则断愈多。然断有数等,有蛇腹断,有纹横截琴面,相去或一寸或二寸,节节相似如蛇腹5有细纹如发千百条。有梅花断,其纹如梅花头,非干百载不能有。真断有剑锋.-..¨一漆器年代久远而出现的裂痕叫断纹,断纹在漆器上实际是一种毛病,一般漆器也很少出断。断纹的成因很复杂,如底胎木质未干透,底漆灰胎过厚等等,老琴的断纹和一般的漆器断纹成因有所不同,就目前所知的漆器来说,除了夹纶之外,大体不外乎木胎、金属及陶胎等几类。古琴大部分是木胎,发坐在木胎器上的断纹和木材的纹理是相反的,如直木纹上出现横的断纹。古琴的首尾两端,为木材的横截面,就很少见到有琴身上那样的断纹。可见断纹形成的原因之一是由于气温、湿度、气压的变化,使得木材与漆胎的伸缩比例不同而发生的A金属、陶胎上不存在木材那样的纹理,因而产生不定向的断裂,断纹的产生是一种物理现象5断纹产生的另一个原因是年漆质老化。

  琴家不但不将断纹视为琴的毛病,反而以断纹为贵,究其原因是声学品味上声音的声辐射品质常数、声阻抗、声衰减系数有明显改善,弹奏者感觉到琴音火气小,通透松沉,是一种难得的享受。

  总而言之,材料在长期的储存过程中发生了很多变化,有的是化学变化,有的是物理变化。这些化学和物理的变化引起了古琴声学品质的变化。我们观察到这些变化的存在,意识到这些变化对提高古琴音色的重要性,从而开始研究这些变化的原因和它们的规律,研究控制这些变化的可能性。和人类对许多自然现象的认识一样,这种研究需要有一个逐步推进的漫长的过程。


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