同管双笛（雁飞篪）的性能及其实用设计-华音网

同管双笛（雁飞篪）的性能及其实用设计

赵松庭赵松龄华音网 2023-03-01

一、概述

同管双笛是一种类似于横笛的民族乐器，它的历史渊源及其演变在文献中已作了概括的阐述. 它在华夏文明的孕育下，借了“百花齐放，推陈出新”的东风，引入近代科学技术的成果，得到了脱胎换骨的革新，现正以崭新的风貌在舞台上亮相，奏响了迎接中华文艺复兴的旋律。

革新后同管双笛的典型结构如图所示。吹孔位于笛管中部，音孔分布在吹孔两侧，笛管左右两端都以笛塞加以限位。左右两侧笛管相互连通，可以相互独立地加以控制，但同时又相互紧密地耦合在一起。因此，从它的声学结构特征来看，应把它命名为"同管双笛"。它的发声规律，我们在文献中作了较深入的分析研究，文中根据管道中声传播的严格理论，导出了计算本征频率的精确公式，实验结果与理论预测良好相符，表明该文阐明的理论可以作为实用设计的可靠依据。

另一方面，演奏这种乐器时，演奏者吹入吹孔的口风随着乐曲的节奏时急时缓地变化，同时按住左右两侧音孔的手指相应地作忽上忽下的掀动，其形象类似于一字排开的雁行在头雁（吹孔）带领下展翅飞翔。从乐器形式及其音色来看，它与古代宫廷乐器“篪”很相接近，因此也可以把它命名为“雁飞篪”。两种名称并行不悖，可认为“同管双笛”是其正规的“学名”，适用于普遍的情况，而“雁飞篪"则是在音乐舞台上采用的"艺名"，适用于特定的场合，使听众对它的神采有较深刻的感受。

二、雁飞篪的特点与优点

理论分析与实践结果表明，与传统的横笛相比较，雁飞篪具有显著的特点与优点。

首先，演奏雁飞篪时可以充分运用双手的手指，特别是拇指，因此可以开较多的音孔。当手指按住或开启某个音孔时，吹出的纯音有所不同，音孔每增加一个，纯音数一般就可翻上一番。音孔增多，纯音数会相应地按几何级数增大。这就是说，雁飞篪可以吹奏出比传统横笛丰富得多的纯音。其次，雁飞篪具有双笛的结构，左笛与右笛的长度可加适当选择，达到相互配合的目的。短笛有利于吹奏高音，而长笛有利于中低音，这可以有效地拓宽吹奏音域范围。特别是两端有笛塞限位，在其近旁开较大的音孔由拇指控制，当长笛的音孔全部按住时，其特性相当于闭管，可使本征频率大幅度降低。由此可知，雁飞篪能吹奏的音域范围比传统横笛要宽广得多。

再其次，雁飞篪的双笛结构还会产生一种独特的音响效果。演奏雁飞篪时，左笛与右笛同时共振发声，并同步地向外辐射纯音，其音调完全相同，但其相位差及相对强弱会随乐曲而有所起伏变化。这就是说，一支雁飞篪相当于左右两支“同音调”的笛子同步地进行协奏，可使听众感受到空间立体声的音响效果。这一独特的优点是传统横笛及其他乐器所不具备的。

此外，值得一提的是，雁飞篪演奏者的仪态保存了古代宫廷雅乐演奏要求的合理部分。演奏时演奏者面对听众不偏不倚，双手分置左右不高不低，手臂平举乐器似托似拱，展现出一派谦恭而又端庄的舞台艺术形象，闪耀着东方文明的传奇色彩。在这种气氛渲染下，听众能更深刻地领略所奏乐曲的神韵。

三、雁飞篪实用设计的难点

雁飞篪作为一种乐器最基本的要求是要能奏出一组相互谐和的纯音，这组纯音能组成一个较完整的音阶。与传统横笛相比较，雁飞篪的发声规律要复杂得多。

我们早期的研究工作阐明，传统横笛的发声结构可简化为一支两端敞开的“开管”，一端为吹孔，另一端为第一个开启的音孔。开管的有效长度为吹孔至开启音孔间的距离加上两端的末端修正值，开启不同的音孔改变开管的有效长度，可以吹出不同频率的纯音。由于横笛的音孔集中在一边，各音孔对本征频率影响的规律具有相似性与一致性，因此，适当选择音孔的位置，可以较方便地顺次吹出一组纯音，组成一个较完整的音阶。特别是在超吹时，根据开管的特性，本征频率加倍，可以较精确地吹出高八度的纯音。

雁飞篪具有双笛的结构，左笛与右笛相互联系相互制约，一般不能简化成一支“开管”。分布在左笛与右笛上的音孔对本征频率的影响有所不同，超吹吹出提高八度纯音的简单关系也不再适用。特别是个别几何参数的变化往往会影响雁飞篪的整体性能，因此在实际设计制作过程中往往会顾此失彼，极大地增加了工作的难度。

四、雁飞篪实用设计工作程序

我们遵循“实践—理论—再实践”的技术路线进行长期探索研究，经过多次反复，总结出一套实用设计的工作程序，并成功地试制了若干基本上满足舞台演出要求的雁飞篪。扼要阐述如下：

1.选定制作管材

雁飞篪的频率特性与管子的管径及壁厚密切相关，管子内径应均匀并宜控制在12—20毫米范围内，壁厚也应均匀并宜控制在2—3毫米范围内。应首先选定拟实际使用的管子，再作具体的设计。

目前，我们首选的管材是PVC-U塑料管，主要原因是考虑到塑料管已成批地作工业化生产，其均匀性与一致性比较好，易于严格控制设计制作的精度。

用竹管或其他管材制作虽没有什么原则性的困难，但由于管径及壁厚参数变化，必须另行设计加工，并应相应调整演奏指法。

2.选定吹孔及音孔的大小

吹孔与音孔的大小不但与雁飞篪的频率特性密切相关，而且也会直接影响其响度特性。吹孔半径一般宜控制在4—5.5毫米范围内，过大或过小会使雁飞篪吹不响。音孔半径一般宜控制在3—5 毫米范围内，拇指控制的音孔半径可增大1毫米左右。对于吹孔及音孔的半径，同样应首先选定一组拟实际使用的适当数值，再作具体的设计，以减少待定参数的个数。假使初步设计的结果不够理想，可对个别音孔的半径作适当调整，然后重新进行设计。

3.选定基准音的频率，并选定正常使用时的室温

雁飞篪的音调应根据设计目标预先给定，基准音的频率即为与该音调相对应的频率。例如A调雁飞篪基准音的频率为440赫兹。

雁飞篪吹出各个纯音的频率，不但与各几何参数密切相关，而且与室温也明显有关。对于传统的横笛，通常采用伸缩管长的措施来加以适应。对于雁飞篪，由于频率变化的规律很复杂，不很适宜采用这种修正措施。较合理的办法是：把室温作为设计目标预先给定并严格限制温度的使用范围，一般宜保证室温偏离设计温度的偏差不超过5度。

4.选定基准音的指法，确定左笛与右笛的长度

当笛塞旁由拇指控制的音孔开启而其他音孔按住时，所发的纯音选定为基准音。用简谱表示时，记为“1”（do），对于如图所示结构，相应的指法记为（100，0001）。要使基准音的频率能精确符合设计预先给定的音调所对应的频率，关键的措施是要适当选择左笛与右笛的长度。其长度比宜控制在1/2至2/3范围内。从左笛塞到右笛塞的总长度，对于A调雁飞篪大致宜控制在50cm左右。

5.选定若干控制音，确定相应音孔的位置及相应的指法

一般地说，适当选择一个音孔的位置，并配合相应的指法，可使所发纯音的频率精确，符合设计所要求的频率。对于如图所示结构，除了拇孔外还有5个音孔的位置可以自由选择，即除了基准音外还可以选择5个纯音作为控制音。我们选择“2”（re）、“3”（mi）、“4”（fa）、“5”（sol）及高八度的"1"（do）等5个纯音作为控制音，并据此确定各个音孔的位置。

值得注意，指法（100，0001）所发的基本纯音为“1”（do），超吹时所发纯音并不是高八度的“1”（do），适当选择左右笛的长度比，可以吹出精确的纯音“6”（la）。如果指法上稍加改变，可以吹出相当精确的纯音“7”（si）。这样，在中音段内，可以顺次吹出8个纯音，组成了一个完整的音阶。

6.选择适当的指法，在高音段和低音段吹出谐和的纯音

雁飞篪在超吹时，可以吹出丰富的高次纯音。一般地说，这些纯音并不与中音段的纯音相谐和，但借助微机技术进行搜索，可以筛选出可能吹出所需纯音的相应指法，在实践中加以检验后，不难顺次找出近似谐和的高八度纯音。

在低频段，可以吹出的纯音比较少。采用指法（000，0001）可以相当精确地吹出低八度的纯音“6”（la）；采用指法（000，0000）可以吹出比基准音近似低八度的纯音“1”（do）；超吹时可以吹出低八度的纯音“7”（si）。目前在低音段尚不能顺次吹出可组成完整音阶的纯音，这有待进一步的探索。

五、结论与讨论

由上所述，可得结论：雁飞篪的设计与制作目前已进入可供实用的阶段，应及时考虑在音乐舞台上逐步推广使用。

对于实用设计，尚需要进行下列两方面工作：一方面是应逐步发展不同音调不同型号雁飞篪的设计，并力求系列化与规范化；另一方面是应充分发掘雁飞篪的潜力，使吹出的纯音达到音调准、音阶齐、并且音域宽广、力求能覆盖三个八度音的范围，突破传统横笛音域狭窄的局限性。

以吹孔中心为参照（可预先在笛管外画一圆圈，或贴上一圈胶纸）

左管长234.0毫米（不包括笛塞）

右管长336.2毫米（不包括笛塞）

设计温度室内20℃

管内25℃（热吹后）

基本频率f。=440Hz（A调）

3oct雁飞笛的设计

一、基本性质

1.设计音调：大D调，即基音do为（f。=587.4Hz）

2.使用温度：室内20℃（管内25℃）

3.使用材料：DVC-U塑料管

二、结构设计

笛管内径2R=21.0mm

笛管壁厚b=2.1mm

结构示意图

三、音调与指法

基音（do）的频率为f。=587-4Hz（）

调雁飞篪设计

一、基本参数

管道内径2R=15mm 室温25℃（夏天用）声速C=348.16m/s

管壁厚度b=2mm 管温28.6℃（热吹）

基本参考频率f。=523.2Hz（）

开孔末端修正有效长度：

吹孔=26.66mm

音孔=30.94mm(a=4mm)

=19.06mm（a=6mm）

二、频率及指法

频率计算公式

参考频率 N频指标

三、设计特点与计算理论

（1）本设计中“左3右4”开孔位置的选择，按照可保证实现6个“控制音”的原则设计，即实现、、、、、（分别为do、re、mi、fa、sol、la），它们几乎已涵盖了一个八度音程，是比较理想的，其他音则借助指法调节实现，微机搜索表明，对于高音（特别是超高音），可供选用的指法相当丰富且较有规律，所得结果又很逼近设计要求，可以预期较容易实现，至此本设计可望吹奏出涵盖了oct的完整的音阶。