碳纤维让小提琴不再是“木工制品”，加入智能乐器大军

小提琴是乐器，实际制造中却被当做木工成品。碳纤维小提琴音质稳定，是高科技材料在传统乐器制造领域的一次突破，加入智能乐器大军中。

▲熊周艺正在演奏碳纤维小提琴

“当科技和艺术结合，传统的乐器制造行业，也能搭上智能时代的顺风车，迎来一个全新的变革时代”，北京交响乐团小提琴演奏家、国家二级演员熊周艺老师，如今有了一个全新的身份，他，是中国第一台碳纤维小提琴的发明者，也是一名跨界科学领域的“艺术家”。

2018年科普日期间，在北京市科学技术协会主办、北京科技报社承办的两翼行动酷品展上，展品之一的碳纤维小提琴得到了众多关注，作为当下最先进的合成材料，碳纤维小提琴技术先进、音质稳定，是高科技材料在传统乐器制造领域的一次突破。

近日，记者对话碳纤维小提琴的发明人熊周艺，听他讲述这件“科技艺术品”背后的故事。

指尖轻触、拉动琴弦，一曲优美的《梁祝》跃然于耳，纯净优美的演奏令人陶醉不已。如果不是刻意提醒，很难想象这段美妙的乐声，出自全新材料“碳纤维”制成的小提琴。

小提琴，现代管弦乐队弦乐组中最主要的乐器，也是具有高难度演奏技巧的独奏乐器。它依靠弦和弓的摩擦发出声音，面板、背板都需要使用木料，对材质要求很高。也正是因此，几百年来，小提琴的结构一直没有发生太大变化，数百年前的小提琴，如今早已成为稀世珍宝和旷世杰作。

“小提琴不仅仅是工艺品，更是演奏家们最常使用的乐器，在高强度的使用频率面前，如何妥善保存已经成了难题。”拿出一台一百多岁“高龄”的小提琴，熊周艺却告诉记者，在演奏家眼里，这台琴龄其实只能算“中年”，但已经出现面板开裂等许多问题，也经历了数十次修复。

▲小提琴的放置和保存已经成为了一个业界难题，摆放、存放位置都需要特别谨慎

实际上，不用熊周艺指点，记者也能发现不少修补的痕迹，以及清晰可见的面板开裂，但这种损伤的核心问题在于，这种老化是不能弥补的，演奏家的小提琴在精心保存以后尚且如此，对于普通人来说，由小提琴带来的烦恼更是比比皆是。

熊周艺表示，目前，传统工艺制造的小提琴有“三大痛点”难以解决；首先，因为木材不同所以音色无法复制，一千台小提琴就造就了一千种不同音色；其次，小提琴使用的木材十分娇贵，采集不易，未来可能成本较高；最后，小提琴成品在流通使用过程中对外界环境要求极高，必须在20度、相对湿度30%—50%的环境中才能妥善保存，给使用者带来相当大的困扰。

2014年的一天，在德国慕尼黑演出的熊周艺，无意间看到了一只“碳黑色”的小提琴在演奏，但仔细一听，声音和小提琴似乎又有着明显的区别。原来，这是欧洲某个乐队为了追求特殊音效，用碳纤维制作的小提琴。尽管碳纤维小提琴与传统小提琴相比，音色有很大损失，但这依然勾起了他对新材料的浓厚兴趣，为什么不能尝试把这种材料推广在所有小提琴上呢？

于是，接下来的两年时间内，熊周艺在演出之余，开始潜心钻研起“造琴技术”，遇到中航工业复合材料公司之后，双方一拍即合，“他们提供原材料，我们负责工艺技术”。经过多方的共同努力，2016年第一台真正意义上的碳纤维小提琴问世了。在接下来的两年中，产品经过不断改进，也衍生出了多个不同型号的版本。

随着科技的发展，越来越多的复合材料开始走进人们的生活，碳纤维就是其中之一。材料组成上，碳纤维由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，因此“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。早在上世纪六七十年代，日本、欧洲等国就开始研究碳纤维材料，但由于产业链的原因，成本一直居高不下。

我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。进入21世纪以来，发展迅速，安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年丙烯腈基碳纤维，使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。利用自主技术研制的T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品。

▲因为更强更轻的特性，赛车车身骨架也通常采用大量碳纤维材质

“现在很多汽车内饰板上都说自己是碳纤维材料，很多其实就是覆了一层膜而已，本质上还是塑料，但碳纤维小提琴却不能有半点马虎。”熊周艺向记者介绍说，碳纤维复合材料与木质材料的微观形态有很多相似的地方，但设计性又很强，是乐器共振板不可多得的替代品。于是，他们在传统小提琴外形尺寸上做了大胆的尝试，通过多材料的协同和铺层设计，确定了小提琴各个组建的材料构成和厚度分布，因此每一部分材料都是手工制作的，工艺精准度很高。

▲一名工匠正在制作小提琴，与钢琴等乐器不同，木质小提琴的制作依然需要耗费大量的人力物力

与传统的木质小提琴相比，碳纤维小提琴的优势显而易见：首先，碳纤维小提琴质量更轻，但强度却更高，碳纤维面板克服了木质小提琴面板“冷热不经”的缺点，可以在高温、高湿或者寒冷的户外使用；其次，碳纤维小提琴外形可以参考或者复制经典小提琴，因此也可以实现音质复制，避免了很多使用过程中的麻烦；最为重要的是，随着碳纤维成本的不断下降，目前碳纤维小提琴的成本仅为传统工艺的1/5，耐用度提高的同时，价格得到了大幅下降，未来随着产量的加大，制作工艺的改进，价格还会进一步下降。

“早期的碳纤维小提琴有一种奇怪的铁盒子味，但经过我们不断的技术改进，现在已经能够媲美木质提琴了，甚至音色更加洪亮”，熊周艺坦言，碳纤维小提琴只是新材料乐器的开始，未来包括钢琴、吉他在内，越来越多的乐器会加入碳纤维材料的大军。

实际上，与钢琴等乐器相比，小提琴至今没有统一的行业标准。

改革开放以后，随着我国钢琴制造业的迅速发展，到了90年代，钢琴厂已激增至六七十家，加上国外钢琴生产的成本越来越高，很多国外知名厂家向中国转移生产，使中国逐渐成为世界钢琴制造大国，加上部分先进的企业已经开始引进国外的先进技术人才，迫切需要指导钢琴的设计和制造的统一技术语言，在这种情况下，钢琴行业标准出台，对钢琴业发展起到了很好的促进作用，也孕育了一批知名品牌。

“小提琴没有知名品牌，因为至今都是小作坊的形式生产，懂琴的不造琴，造琴的不懂琴”，熊周艺感叹，小提琴明明是一件乐器，但实际制造中却被当做木工成品，很多琴行老板，给一张图纸，找几个木匠就开始制作。也正是因此，小提琴的质量参差不齐，价格上也有很大的差异，甚至和琴行整体销售情况有关系。

此外，小提琴加工制作时污染很大，产生大量粉尘污染，在北京市优化产业结构，清退高污染、高能耗产业，大力倡导高精尖产业的当下，传统的小提琴加工制造业已经与首都科创中心的定位“格格不入”了。

“这不利于小提琴行业的健康发展，也不利于小提琴这门艺术的推广”，熊周艺说。

但是，碳纤维小提琴却可以改变这些，由于碳纤维材料的特性，小提琴的材料和音质都可以复制，届时包括面板、琴型、烤漆在内都会有一个统一的标准，消费者购买时也更容易分辨好坏优劣。

最重要的是，碳纤维小提琴不仅更加环保，还可以在乐器智能化上做文章。据了解，一些外国音乐人士在试用了碳纤维小提琴以后，纷纷用amazing（惊叹）来形容自身感受。

▲小提琴演奏家盛中国使用被誉为“黑色黄金”的碳纤维材料制成的小提琴演奏《白毛女》，这样一把碳纤维小提琴的价格不菲。（图片来源：央视财经网）

熊周艺解释，在传统木质小提琴内加入智能元件，会导致木板开裂，最终影响小提琴的音质和使用寿命。但碳纤维小提琴却可以实现这个功能，他们在碳纤维小提琴面板内部加入了智能硬件，可以实现音乐记录、回听、对比等功能，未来还可以镶嵌显示屏，加入联网应用。应用这些功能以后，小提琴也可以加入“智能乐器”的大军，甚至通过自学的方式，也能完成不少内容。

目前，碳纤维小提琴已经收获了不少关注，熊周艺透露，目前订单主要集中在两大人群，一是户外演出较多的专业小提琴乐团，二是音乐院系的师生，作为教学乐器给学生们使用，尤其是南方地区学校，关注度更高。

不过，熊周艺最希望的，还是自己的产品能在音乐教育上有所突破，“我拉了二十年小提琴，也卖了二十年小提琴，想通过一些手段和方法，让更多的人了解、学习并最终热爱这门艺术。”按照他的构想，未来的碳纤维小提琴，从生产研发到智能硬件的应用再到教学平台，最终会形成一个完整的，互相影响的体系，熊周艺希望成为这个平台的统筹者，让小提琴这门艺术感染更多的听众。

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