摘要：近年来，随着材料科学与数字信号处理技术的飞速发展，传统乐器声学品质的评价体系正经历从主观感官评价向客观量化研究的范式转变。本文利用声学测量仪器、机器人手臂以及多通道同步测量技术对两种不同木材斫制而成的古琴的振动声学特征进行测量，利用声学仪器对特定的参数进行数据提取与分析，进而比较两台古琴制作材料的异同之处。

本研究聚焦古琴木材结构对声学特征的影响机制。选取由同一斫琴师制作、形制均为连珠式且木材产地、树龄一致的两台古琴为研究对象（一台为面底板均采用杉木的“纯阳琴”，另一台为面板杉木、底板梓木的“阴阳琴”），进行专业声学测量与频谱分析。实验环境选择沈阳音乐学院声学实验室，采用HEADRecoder14设备采集声音信号，并利用机器人手臂模拟人手拨弦保障数据科学稳定，同时运用ArtemiSSUITE14.3软件对七根基准音琴弦的声压级、FFT频谱、尖锐度等多维度声学参数进行分析。通过对不同木材制作古琴的声学特征对比，揭示不同木材结构古琴声学特性的差异性与规律性。

关键词：古琴 制作材料 声学参数 特征分析

引言

在当今时代，乐器声学性能的评价体系正加速向智能化、数据化、科学化转型。传统的主观评价受限于个人审美差异，难以对乐器声学特性进行客观分析，而基于声压级、频谱分布等客观数据的量化分析，逐渐成为衡量乐器声学品质的主流趋势。

在此背景下，古琴作为承载三千年华夏文明的经典传统乐器，其独特的音色蕴含着古人的智慧结晶。然而，在乐器声学评价手段日益精进的当下，古琴的制作选材、形制工艺与其声学特性之间的关系，仍缺乏系统性的科学阐述。因此，本研究将运用专业声学测量仪器，选取两台由不同木材制作的典型古琴作为研究对象，通过多维度数据采集与分析，系统探究不同材质对古琴声学特征的影响机制。研究期望通过科学实践，为古琴制作工艺的传承与创新提供理论支撑，同时为乐器数据测试的量化研究提供可行性方案。

一、古琴的形制、声学结构及选材

（一）古琴的形制

古琴作为中国传统乐器，承载着中华民族悠久的文化底蕴，其形制类型丰富多样，如落霞式、连珠式、仲尼式、蕉叶式等。不同形制的古琴因造型差异，导致音色上存在些许区别。从文化溯源角度，古琴的形制主要可分为圣人造琴、文人造琴与帝王造琴三大类。圣人造琴主要取自于传统古籍中，如东汉桓谭《新论·琴道篇》记载“昔神农氏继宓羲而王天下，上观法于天，下取法于地。于是始削桐为琴，绳丝为弦，以通神明之德，合天地之和焉”，明确提及神农氏制琴，赋予古琴通神合天的神圣使命。唐代司马贞在《三皇本纪》中亦记述“太昊伏羲氏结土为埙，制丝为弦”，虽未详述制琴过程，但伏羲氏作为华夏人文始祖，其与乐器创制的关联在文化传承中影响深远，诸多后世琴谱、琴论皆将伏羲式琴列为重要形制。[1]文人造琴在唐宋时期的盛行，与当时的社会文化环境紧密相连。以“仲尼式”为例，虽无确切文献表明为孔子亲手创制，但宋代儒学复兴，儒家“中和雅正”思想成为文化主流，仲尼式古琴方正平直的造型，完美契合这一理念，深受文人阶层推崇。[2]帝王造琴彰显皇家威严奢华，以唐代“九霄环佩”琴为典型。从制作工艺上，其选材精良，琴身镶嵌金银、雕刻龙凤纹饰，工艺之精湛令人叹为观止，这与皇家雄厚财力、物力以及对极致工艺的追求相契合。[3]

（二）古琴的声学结构与选材

古琴的发声遵循霍恩博尔斯特-萨克斯乐器分类法中弦鸣乐器原理，其发声过程为产生振动、能量传导与声音共鸣。古琴的发声过程始于琴弦的横向振动：当手指拨弦或轻触琴弦时，古琴会产生基频音与泛音列，振动能量经琴首的“岳山”传导至琴身的共鸣系统。该共鸣系统由面板与背板构成封闭的共鸣腔，腔内空气通过面板上“龙池”与“凤沼”两个音孔与外界耦合，从而对声音进行过滤、放大。

其中，古琴的面板材以桐木和杉木最为常用：桐木质地疏松，共鸣效果佳；杉木纹理顺直，密度适中，稳定性强。底板材多选用梓木、楸木，此类木材质地坚硬，能有效抑制面板过度振动，使音色更为沉稳扎实。古人基于“木材受阳面为阳木、背阴面为阴木”的认知，将疏松共振的面板材（桐木、杉木）与坚硬稳固的底板材（梓木、楸木）搭配，形成“阴阳相合”的声学结构。此外，除传统“阴阳”琴外，历史上还出现了“纯阳”琴——即面板与底板均采用阳木（如桐木或杉木）制作而成的古琴。

二、不同木材古琴的声音测量

（一）实验设计

为了确保实验数据的准确性与客观性，笔者在实验设计阶段采用了严格的变量控制方法。实验对象的选取经过多重筛选，最终确定两台由同一位资深斫琴师制作的连珠式古琴。这两台古琴的木材均取自同一林区，树龄一致，且在采伐后经历相同的自然干燥与人工陈化处理流程，从源头上消除了木材产地、树龄及处理工艺差异对实验结果的潜在干扰。其中，古琴A采用面底板均为杉木的“纯阳”结构，古琴B则为面板杉木搭配底板梓木的“阴阳”结构，两种典型的木材配置形成科学的对照实验。

数据采集工作在沈阳音乐学院声学实验室开展，实验室温湿度恒定控制在20±1℃、50±3%RH，为声学测量提供理想的实验条件。并且采用了HEADRecoder14专业多通道数据采集设备，确保了声音信号的高保真采集。在声音激励环节，采用了GCR5-910机器人手臂，通过精密的力度模块反馈控制系统，可精准模拟人手拨弦动作。

（二）实验内容

实验针对两台古琴的七根基准音琴弦展开系统测量。为完整捕捉声音从激发到衰减的全过程，单次测量时长设定为10秒以此来确保涵盖基频与泛音列的完整振动周期。每根琴弦均进行三次重复测试，累计完成42组有效测量数据。在每次测量前，笔者均使用了专业调音软件来进行两台古琴的音准校订，确保测量音高标准稳定无误，消除音准偏差对声学参数的影响。数据采集完成后，运用ArtemiSSUITE14.3专业音频分析软件进行深度处理，通过分析处理获取两台古琴的量级、FFT（快速傅里叶变换）等多个声学参数，进而对比研究不同选材结构对古琴音色特性的影响。

（三）古琴的声音测量结果

在完成两台古琴的全部测试后，通过专业软件生成了古琴七根琴弦声压级数据的可视化图谱。表1呈现了两台参测古琴在声学测量中的声压级结果。数据显示，在二弦、六弦、七弦上，古琴A的声压级高于古琴B；而在一弦、三弦、四弦、五弦上，古琴B的声压级高于古琴A。尽管各弦声压级差值较小，但声压级仅反映声音能量的总体强度，无法全面揭示音色差异的频率构成，因此需借助分析软件对频谱图进行解析，通过可视化数据进一步探究两台古琴的声学特性偏差。

表1两台古琴声压级数据对比

三、不同木材古琴的声学特征分析

（一）FFT（平均组）频谱特征分析

根据上文可知，在两台古琴一弦空弦声压级测量中，古琴B整体音量略高于古琴A，但经过傅里叶变换后的频谱分析在泛音列方面呈现出不同的声学数据。可视化频谱图像显示（如图1、图2），虽然在前三个泛音的对比中古琴B的泛音高于古琴A，但是从第三泛音开始，古琴A的泛音高于古琴B。进一步对其余六根琴弦进行频谱分析发现，古琴A在各琴弦的第三泛音后，声压均优于古琴B。上述差异与两种古琴的木材选材结构直接相关。古琴A采用面底板均为杉木的“纯阳”结构，杉木内部均匀的纤维结构与适中的密度，使振动能量在传导过程中能均匀分散至各频段，避免能量集中于单一频率，同时其适中的密度减少了振动能量的衰减，从而激发更多泛音，尤其在中高频段表现出更丰富的泛音数量与更强的声压级强度。

图1古琴A

图2古琴B

图3古琴A

图4古琴B

（二）衰减时间对比

以古琴的四弦（G2音）为例，观察（图3、4）可知，横轴表示时间，是声音从发声到衰减的过程；纵轴表示频率，古琴的基频及古琴的泛音都在纵轴中表示；颜色代表声压级，颜色越亮（暖色调）代表声音能量越强。在开展可视化分析过程中，笔者于每组图片的5000～20000Hz频率附近观察到多束能量处于15～20dB范围的声音信号。对实验环境中各类发声源的全面排查，明确该部分声音并非源于古琴A与古琴B的泛音，而是来自实验场地中运作的机器人手臂声源信号。在后续开展的频谱分析工作中，鉴于机器人手臂运作所产生的声源信号与古琴自身声学特性无关，笔者将在数据分析过程中对该类干扰信号予以甄别并严格排除。进一步分析古琴A与古琴B的衰减时间，虽然古琴B的声压级高于古琴A，但古琴A的整体泛音衰减时间略大于古琴B，并且古琴A在1000～5000Hz的中高频颜色更亮。这说明古琴A的振动效果更加丰富，而古琴B的振动效果略弱于古琴A。

对其他六根琴弦的衰减时间进行分析，得出古琴A的衰减时间均长于古琴B，这一现象可能是因为梓木的高密度和刚性背板结构，因其对声波具有较强的反射效率，在声音激发初期可快速聚集能量，使部分琴弦声压级提升，但与此同时，梓木的高硬度会显著增加振动阻尼从而导致泛音能量快速耗散。

（三）尖锐度

尖锐度（Sharpness）是描述声音“明亮度”“刺耳感”的心理声学参数。古琴A的尖锐度表现出较为稳定的上升态势。从1弦的1.56S/acum稳步增长至7弦的2.35S/acum，古琴B除了最高音7弦尖锐度超过2S/acum外，其余各弦尖锐度数值相对接近，差异较小。

结语

本研究通过系统化的声学测量与多维度数据分析，深入探究了两种不同木材对古琴声学特征的影响分析。实验结果表明，全杉木纯阳结构因其均匀的纤维分布与适中的密度特性，能够激发更丰富的泛音列；而面板杉木搭配底板梓木的阴阳结构，虽因梓木的高硬度提升了部分音域的声压级，但增加的振动阻尼显著抑制了高频泛音的产生与传播，导致其中高频泛音能量并不显著。研究过程中，通过引入机器人手臂实现标准化拨弦操作、运用专业音频分析软件进行信号处理，以及对实验环境干扰源的严格排查，确保了数据的可靠性与分析的科学性。

然而，本研究仍存在一定局限性。样本数量的单一性限制了结论的普适性，未来研究可扩大样本规模，纳入更多形制、产地及树龄的古琴进行对比分析，后续研究可模拟不同温湿度、空间声学环境下的声学表现。目前的分析尚属初探性工作，仅能基于有限数据对不同木材配置与发声特性进行潜在关联分析，望能为乐器工艺教学实践、乐器企业产品研发等领域提供一些参考。

参考文献：

[1]李纯一.中国上古出土乐器综论[M].北京：文物出版社，1996.

[2]郑珉中.两宋古琴浅析[J].故宫博物院院刊，1993(2):40-50.

[3]杨荫浏.中国古代音乐史稿[M].北京：人民音乐出版社，1981.

[4]马大猷.《现代声学理论基础》.[M].北京.科学出版社

[5]韩纪庆，石自强.《声学事件检测理论与方法》.[M].北京.科学出版社,2016.

[6]杨致俭.中国古琴传统制作艺术[M].广西师范大学出版社，2022.9.

[7]刘镇波，黄英来，杨扬.共鸣板用木材的振动特性与民族乐器的声学品质[M].科学出版社，2016