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碳纤维让小提琴不再是“木工制品”,加入智能乐器大军

2020年01月08日    来源:新浪网    

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。

碳纤维让小提琴不再是“木工制品”,加入智能乐器大军

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

碳纤维让小提琴不再是“木工制品”,加入智能乐器大军

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。

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。

碳纤维让小提琴不再是“木工制品”,加入智能乐器大军

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。

碳纤维让小提琴不再是“木工制品”,加入智能乐器大军

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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责任编辑:魏明

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