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1、打破傳統(tǒng)制作工藝 推陳出新
摘要】碳纖維這種新型高科技材料在樂器制造業(yè)的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)，推進(jìn)了革新。新型材料更加環(huán)保，在制作中幾乎可以取代傳統(tǒng)木材，值得我們推廣研究。
【關(guān)鍵詞】碳纖維；樂器制作；樂器學(xué)
中圖分類號：J639文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1007-0125〔2021〕24-0067-02
碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、耐高熱、耐腐蝕的新型纖維材料，是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維在此之前主要運(yùn)用于國防軍工和民用方面，是其重要的組成材料。筆者在研究和從事小提琴制作時，無意接觸到了碳纖維這種新型高科技材
2、料。本文就以提琴制作業(yè)為例，進(jìn)行分析。
提琴制作業(yè)在我國大概是從20世紀(jì)40年代開始的，經(jīng)過了多年努力，中國的小提琴制作已經(jīng)位居世界前列，出口產(chǎn)量也在逐年增長，全世界的提琴制作技術(shù)企業(yè)原來遍布世界各地，比較分散，近年來，隨著我國提琴制作技術(shù)的不斷提高和完善，大多數(shù)的提琴制作企業(yè)都搬至中國。但是傳統(tǒng)提琴制作生產(chǎn)中需要耗用大量木材，大多是云杉、冷杉等名貴樹木，這樣嚴(yán)重影響到對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。這些木材要經(jīng)過至少三年的晾曬，將水份完全蒸發(fā)掉才能使用，雖然現(xiàn)在可以用高科技儀器——烘烤爐縮短烘曬過程，但也要6個月左右的時間。
碳纖維提琴是把高科技材料和傳統(tǒng)樂器進(jìn)行結(jié)合，因碳纖維材料具有高強(qiáng)度、低密度、
3、耐腐蝕、耐高溫的特點(diǎn)，可以躲避傳統(tǒng)木質(zhì)提琴受氣溫、濕度等影響，導(dǎo)致音色出現(xiàn)差異的難題。還大大減輕了傳統(tǒng)樂器的重量，便于攜帶。
在國內(nèi)、國外，碳纖維提琴尚屬研發(fā)、推廣階段，其制作還是延續(xù)木質(zhì)提琴的工藝流程，手工與機(jī)械化生產(chǎn)相結(jié)合，琴身、琴頭、琴弓、琴盒全部采用碳纖維材料制作。在音色的優(yōu)美性上與高檔提琴還是有一定的差距。但是，隨著技術(shù)的改進(jìn)，會盡快對這方面進(jìn)行完善。因?yàn)橹谱髂举|(zhì)提琴要消耗大量的名貴木材，而且很多制作環(huán)節(jié)都會受到局限，所以新型材料碳纖維的出現(xiàn)，取代木質(zhì)提琴是勢在必行的。
一、碳纖維的物理性、化學(xué)性與傳統(tǒng)木材比照
〔一〕物理性能。碳纖維具有碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征
4、，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的現(xiàn)代高科技新材料。碳纖維拉伸強(qiáng)度約為2-7GPa，拉伸模量約為200-700GPa。密度約為1.5-2.0克每立方厘米，一般經(jīng)過高溫3000℃石墨化處理，也就是碳化處理后，密度可達(dá)2.0克每立方厘米。再加上其重量很輕，比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，強(qiáng)度是鐵的20倍。完全展現(xiàn)了碳纖維的高強(qiáng)度、超輕的優(yōu)勢，柔韌性能比一般材料都要好，這就降低了制作過程中的難度。
以制作提琴的傳統(tǒng)木材云杉為例。云杉多生長在高海拔的山區(qū)與河谷中，抗寒性極強(qiáng)，必須要有足夠日曬，喜濕潤環(huán)境、中性至酸性土壤，能在貧瘠或強(qiáng)酸土質(zhì)中生長，如果周圍環(huán)境受到污染，其生長速度就會變緩慢。在自然環(huán)境中生長的云杉
5、，樹干高大通直，節(jié)少，材質(zhì)略輕，紋理直、均勻，結(jié)構(gòu)細(xì)致，易加工，具有良好的共鳴性能。云杉材質(zhì)較松軟，外表易刻痕，木材密度中等，但是不耐磨。產(chǎn)自中歐、東歐的云杉共振性能好，適宜制作鋼琴、小提琴等樂器的音板。
〔二〕化學(xué)性能。碳纖維抗氧化性非常強(qiáng)，溫度高于400℃時才會出現(xiàn)氧化。對一般的有機(jī)溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不會被溶解，也不會膨脹變形，完全不存在生銹的問題。這一點(diǎn)與木質(zhì)提琴相比，有很大優(yōu)勢。傳統(tǒng)木質(zhì)提琴會隨著存放的時間增長，容易出現(xiàn)被蟲蛀、漆面被氧化等現(xiàn)象。
云杉易于枯燥，但是在枯燥過程中，常出現(xiàn)開裂、節(jié)子容易松動脫落等現(xiàn)象。這種情況一旦出現(xiàn)，就無法再使用，因?yàn)闀苯佑绊憳菲饕?/p>
6、箱體的發(fā)音，很容易出現(xiàn)廢料的情況。云杉尺寸穩(wěn)定性能較差，天然耐腐性能非常差，易受長角昆蟲及黃蜂等的攻擊。想通過注入化學(xué)藥劑的方法增強(qiáng)其耐腐性非常困難，因?yàn)槠浣n性能非常差，用化學(xué)藥劑泡過后，木材根本不能使用，這些都是在樂器制作中要躲避的問題，相應(yīng)加大了制作本錢和難度。
通過以上比照，可以看出，碳纖維在物理性和化學(xué)性中比傳統(tǒng)木材更具有優(yōu)越性，解決了不少制作過程中出現(xiàn)的難題，它完全可以取代傳統(tǒng)木材。其他的中國傳統(tǒng)樂器如二胡、琵琶、柳琴、古箏等，是否也能像提琴一樣，用碳纖維取代傳統(tǒng)的木材呢？
我國弓弦樂器中最具代表性的二胡、琵琶等都是采用硬度較高的花梨、紅木、檀木等木材制作。我們以花梨木和檀木為
7、代表分析一下它們的性能。
花梨木優(yōu)點(diǎn)是不易枯燥，不易出現(xiàn)裂痕，耐腐蝕性強(qiáng)。力學(xué)強(qiáng)度很好，在制作過程中容易雕刻和加工，削面光滑，膠接和涂飾性能好。油漆不易脫落，不易變色等。但易被蟲蛀，容易出現(xiàn)蟲眼，這樣既影響美觀，又會影響音色。
檀木品種繁多，而且數(shù)量極其有限。其質(zhì)地緊密堅(jiān)硬、色彩變化多，并有百毒不侵的優(yōu)點(diǎn)。樂器制作一般采用紫檀木，多數(shù)為中高檔樂器使用。
碳纖維不但躲避了花梨木易被蟲蛀的缺點(diǎn)，還具有花梨木和檀木不易變形、質(zhì)地堅(jiān)硬的優(yōu)點(diǎn)，從性能分析上也可以取代花梨木和檀木。
二、從面板、背板的聲學(xué)角度〔木材的振動性能〕分析
真正好的樂器是從聲音來判斷的，從聲學(xué)專業(yè)的角度分析，木材的振動性
8、能好壞與否，直接影響樂器的聲音。不管是提琴還是二胡、琵琶等樂器，樂器的面板和背板構(gòu)成了主要的發(fā)聲部位——音箱體，它們都是用琴弦為最初的振動發(fā)聲體，通過琴弦的振動帶動面板、背板，在音箱體中產(chǎn)生共鳴。我們耳朵所聽到的優(yōu)美音樂，就是通過音箱體擴(kuò)大、美化散播出來的，這個音箱體就是樂器主要的構(gòu)成局部。提琴的音箱體多為杉木制作，我國民族樂器的音箱體多為泡桐木制作。碳纖維與木材的振動性能分析比照如下。
碳纖維性能參數(shù)〔僅供參考〕
碳纖維中的DLC類鉆石碳纖維材質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)類似鉆石，剛性相當(dāng)高，在內(nèi)阻與聲導(dǎo)速上能實(shí)現(xiàn)難以想象的平衡，解析和傳遞的聲音細(xì)節(jié)精準(zhǔn)利落，音樂效果干凈清透。理想的振膜必須具備重量輕、
9、楊氏模量大、恰當(dāng)?shù)淖枘?、分割振動小等特點(diǎn)，更為關(guān)鍵的是，振動的前延和后延要恰到好處，碳纖維在聲導(dǎo)速和內(nèi)阻兩個方面到達(dá)了完美平衡，超高的靈敏度和絕佳的瞬態(tài)反應(yīng)，能夠精準(zhǔn)復(fù)原聲音，這是木質(zhì)材料所不能到達(dá)的。這表達(dá)了高科技材料的優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)木材上的很多弊端，綜合了多種木材的優(yōu)點(diǎn)，躲避了缺點(diǎn)。
泡桐木、云杉的根本技術(shù)數(shù)據(jù)
密度是反映木材振動性能、木料物理力學(xué)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而彈性模量是評價材料振動性能品質(zhì)的重要物理量。彈性模量越大，木材的振動效率就越高，用這樣的材料制作出來的樂器，聲音品質(zhì)就好。碳纖維每立方厘米的密度均大于泡桐木和云杉，它的彈性模量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泡桐木、杉木，從聲學(xué)的角度分析碳纖維，也比傳統(tǒng)木材有優(yōu)勢，是可以取而代之的。
無論是從環(huán)保角度還是從方便實(shí)用角度來說，新型材料的使用都優(yōu)于傳統(tǒng)木材，用高分子材料替代傳統(tǒng)樂器生產(chǎn)需耗用的大量木材，對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)也有著重大意義。如果把碳纖維推廣到其他的樂器如二胡、琵琶、柳琴、古箏等的制作中，用碳纖維取代傳統(tǒng)木材，這在國際、國內(nèi)傳統(tǒng)樂器制作行業(yè)都是一次革新，為藝術(shù)文化產(chǎn)業(yè)開展開拓出新的空間。
參考文獻(xiàn)：
【1】劉鎮(zhèn)波等.共鳴板用木材的振動特性與民族樂器的聲學(xué)品質(zhì)[M].北京：科學(xué)出版社，2021.
打破傳統(tǒng)制作工藝 推陳出新
