绳其祖武，万物长荣——长荣琴轸发明纪实（上）

文/吴跃华

去年底，笔者又有一项实用新型专利申请“一种古琴绞绳式琴轸”获得国家授权，并获颁专利证书（中国专利 CN 202120473112.4），这是笔者古琴相关发明创造所获得的第四个专利。和笔者过往的发明以及一般对于发明创造所想象的“高技术”概念相反，这恰恰是一项完全没有机械装置的“低技术”发明。下面就将这项发明的过程和体会，与业内同行们分享。

机械琴轸与传统琴轸

古琴的传统调音装置由琴轸和绒扣组成。绒扣的前端从琴轸的底孔穿入，在琴轸的颈孔穿出并缠绕一圈后再经颈孔穿入，从顶孔穿出，套在琴弦的“蝇头”上。调音时，通过扭动琴轸使得绒扣被拧紧或放松，其长度随之缩短或增长，从而拉动琴弦张紧或放松，实现调音功能。古琴的这种传统琴轸因此被称为绞绳式琴轸，已经有近三千年的历史（如图1）。

图1

古琴传统琴轸结构特点使得其存在容易跑弦、调音范围小的问题。因此自民国以来，不断有人尝试采用机械装置来替代传统琴轸。在2011年之前，此类改良大多借鉴西洋乐器的涡轮蜗杆机构、螺母螺杆机构等方案，或多或少地要求对古琴琴体本身进行改造，或附加改变古琴传统外观的附件装置，因此并没有得到广泛认同和实施。2011年，笔者发明了璇玑琴轸并获得国家专利，在产品上市一周年之后，又向业界介绍并分享了发明过程与体会①。璇玑琴轸虽然也采用了机械装置，但不需要改造古琴琴体，没有破坏古琴传统外观，同时较好地解决了传统琴轸存在的问题，因此获得了认同，产品行销八年来，广受琴人好评。

在民族乐器改良历史上，采用机械弦轴代替传统弦轴的例子比比皆是，最典型的案例当属二胡弦轴。1961年，张子锐设计的“可调式二胡螺丝弦轴”，首先用于苏州民族乐器一厂生产的二胡，其后在全国范围内得以推广②。但半个多世纪之后的今天，二胡机械弦轴（包括螺旋式和拉杆式）与传统弦轴还是因为各自的特点和适用场合的不同，而处于彼此共存的局面。那么，古琴机械琴轸是否会完全替代传统琴轸？机械琴轸与传统琴轸会不会和二胡弦轴一样长期共存呢？这些问题使我们不得不再次回望传统琴轸的悠久历史，从中发现其得以传承近三千年的奥秘所在。

为此，笔者在开发璇玑琴轸的同时，也对传统绞绳式琴轸的起源和演变进行了深入研究，其成果《上古琴轸的形制和原理考略》已发表在《中国音乐学》2018年第一期上③。曾侯乙墓出土的古琴实物证实，传统古琴琴轸所采用的绞绳式原理，已经有近三千年的历史。传统琴轸只采用了一小段开孔的木棍和一段丝绳，就比较好地实现了弦乐器调音功能。其简洁的设计，巧妙的结构，独特的原理，凝聚了古代先人的智慧，在先秦琴瑟演变、汉末古琴形制确立这两个历史性演变中，扮演了关键角色，使得其在长达三千年的历史中，无法被取代。国内外乐器史专家也认为，中国古琴的这种绞绳式琴轸，在人类历史上是一个独特现象④。除中国古琴之外，至今没有发现任何一个民族在任何一个历史阶段中产生过同类发明，仅就这一点而言，就有力地证明了古琴是中华民族自己的原创乐器。因此，传统绞绳式琴轸毫无疑问是中国古代先人们一项伟大的发明，是中国古琴文化中的一块瑰宝。

机械琴轸虽然解决了传统琴轸存在的问题，拧起来轻松顺滑，不再打滑跑弦，但也存在结构较复杂、成本较高的问题。客观地说，机械琴轸能够为广大琴人所接受，有其时代因素，无非是生逢其时而已。上弦调音，搓剅理轸，本是传统琴人的基本功。传统琴轸确实存在一些问题，但只要绒扣搓得合理，琴轸合乎规范，上弦到位，这些问题还是在可控范围之内的。但在新琴人大量涌现，琴器及附件良莠不齐，产业分工细化，动手能力不足的今天，这些问题便突出起来。

因此，在大力推广机械琴轸的同时，笔者也在思考这样一个问题：除了用机械琴轸来替代传统琴轸，还有没有可能结合现代科技，对传统琴轸做一些改良，继承并延续传统琴轸的优良基因，以便提升性能，降低故障率，使古老的智慧成果焕发新的活力？

回答这个问题之前，我们先来分析一下传统琴轸是怎么出问题的。

传统琴轸为什么会打滑？

我们知道，线绳加捻后其长度会变短，这个现象有个纺织学上的术语，叫做“捻缩”。绞绳式琴轸正是利用绒扣的捻缩现象来牵动琴弦的。琴轸拧得圈数越多，绒扣捻缩也就越多、越紧，于是琴弦的张力随之增加，音调变高。对捻缩原理的认知，甚至可以追溯到制绳、纺线出现的新石器时代。李光明先生认为：“从认知发展的角度看，绞绳式调弦方法可以从纺线、搓绳、制琴弦等工艺中发展出来。由发现弦的拧绞的程度改变与绳索拉抻力度以及长度变化之间的关系，发现弦的张力变化与音高之间的关系，到运用绞绳式调音方法，是一个不难想象的自然过程。⑤”

但绒扣被拧得越来越紧之后，就产生了一个问题。传统绞绳式琴轸是依靠琴轸端面与轸池板之间的摩擦力来阻止琴轸打滑退转的。绒扣被拧得越来越紧之后，绒扣对琴轸的反向扭矩会不断增大。当它大到足以克服琴轸端面与轸池板之间的静摩擦力矩时，便会导致琴轸突然打滑退转。此时会听到咯吱一声，弦音陡降——跑弦了。

分析以上问题可见，由于绞绳式的原理所限，调节行程（等同于绒扣的绞紧程度）只能限制在一定安全范围内，超出范围就容易出现打滑现象。因此，要避免打滑，就只有设法扩大安全调节范围，推迟打滑现象的出现。

如何扩大调节范围？

我们再来引入另一个术语叫“捻度”。“捻度”就是加捻的程度，通俗地说就是拧的 “紧度”。捻度可以量化，指的是一定长度的线绳被捻了几圈。棉纱线的捻度用特克斯（Tex）表示，指的是10厘米长度的纱线被捻了几圈。比如捻了10圈就写为Tex=10。

我们回头再看“捻缩”的问题就会发现，在同样的捻度下，“捻缩”的程度与线绳的长度成正比。也就是说，在拧的一样紧的前提下，绒扣长度越长，“捻缩”得越多。假设一根10厘米的绒扣拧了10圈缩短了8毫米，达到了最紧的极限，也就是发生打滑的极限；那么一根20厘米的绒扣拧了10圈缩短了8毫米时，它的捻度或者说紧度只是10厘米绒扣的一半。直到再拧10圈再短了8毫米时，才会达到发生打滑的极限。也就是说，绒扣长度增加一倍，安全的调节距离也增加了一倍（图2）。

图2

增加有效绒扣长度

我们再观察一下传统琴轸。传统琴轸上的有效绒扣长度，只是从连接琴弦的一端到颈孔固定处这么一段（如图3所示的AB段）。只有这一段是用来绞紧的，所以我们叫它绒扣工作段。

图3

在笔者的专利申请所提出的技术方案中，通过在琴轸尾部设置一个特别设计的夹持结构，将绒扣与琴轸的固定连接点下移到该结构处，从而大幅增加了绒扣工作段的长度（如图3所示的AC段）。

这个夹持结构可以同时限制绒扣移动和转动，并容纳和隐藏绒扣固定结，从而可靠地驱动绒扣，使其随着轸体的转动而绞转。在具体实施过程中，这个夹持结构可以在琴轸上加工出来，或者采用工程树脂单独制作成一个尾塞。尾塞中间有个扁孔，绒扣打个半结再穿过时，就会被这个扁孔夹持住。拧琴轸时，就会带动绒扣绞转。通常传统琴轸绒扣的工作段一般在70～85毫米左右，琴轸的长度一般在45～50毫米左右。如果将绒扣固定连接点下移到夹持结构处，则绒扣工作段将增加约30～35毫米，相应的调节距离理论上将增加35%以上。

这一发明，在继承古老的绞绳式工作原理的基础上，通过采用创新的绒扣固定方式和移动绒扣固定点，加长了绒扣工作段，使得传统古琴琴轸的问题得到大大缓解，从而保留了传统琴轸结构简单、成本低廉的特点，提升了性能，降低了故障率，达到了预期的目标。

注释：

①吴跃华：《古琴琴轸的改良》，《乐器》，2015年第3期。

②高舒：《“乐改”纪事本末》，硕士学位论文，中国艺术研究院，2012年。

③吴跃华：《上古琴轸的形制和原理考略》，《中国音乐学》，2018年第1期。

④Curt Sachs, The History of Musical Instruments, Dover Publications, Inc., Mineola, New York 2006.

⑤李光明：《曾侯乙墓十弦琴弦轸调弦方法考辨》，《音乐研究》，2010年第4期。

（待 续）