打破传统制作工艺 推陈出新

曲煜

【摘 要】碳纤维这种新型高科技材料在乐器制造业的出现，颠覆了传统，推进了革新。新型材料更加环保，在制作中几乎可以取代传统木材，值得我们推广研究。

【关键词】碳纤维；乐器制作；乐器学

中图分类号：J639 文献标志码：A 文章编号：1007-0125（2017）24-0067-02

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、耐高热、耐腐蚀的新型纤维材料，是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。碳纤维在此之前主要运用于国防军工和民用方面，是其重要的组成材料。笔者在研究和从事小提琴制作时，无意接触到了碳纤维这种新型高科技材料。本文就以提琴制作业为例，进行分析。

提琴制作业在我国大概是从20世纪40年代开始的，经过了多年努力，中国的小提琴制作已经位居世界前列，出口产量也在逐年增长，全世界的提琴制作技术企业原来遍布世界各地，比较分散，近年来，随着我国提琴制作技术的不断提高和完善，大多数的提琴制作企业都搬至中国。但是传统提琴制作生产中需要耗用大量木材，大多是云杉、冷杉等名贵树木，这样严重影响到对生态环境的保护。这些木材要经过至少三年的晾晒，将水份完全蒸发掉才能使用，虽然现在可以用高科技仪器——烘烤炉缩短烘晒过程，但也要6个月左右的时间。

碳纤维提琴是把高科技材料和传统乐器进行结合，因碳纤维材料具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐高温的特点，可以规避传统木质提琴受气温、湿度等影响，导致音色出现差别的难题。还大大减轻了传统乐器的重量，便于携带。

在国内、国外，碳纤维提琴尚属研发、推广阶段，其制作还是延续木质提琴的工艺流程，手工与机械化生产相结合，琴身、琴头、琴弓、琴盒全部采用碳纤维材料制作。在音色的优美性上与高档提琴还是有一定的差距。但是，随着技术的改进，会尽快对这方面进行完善。因为制作木质提琴要消耗大量的名贵木材，而且很多制作环节都会受到局限，所以新型材料碳纤维的出现，取代木质提琴是势在必行的。

一、碳纤维的物理性、化学性与传统木材对比

（一）物理性能。碳纤维具有碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种力学性能优异的现代高科技新材料。碳纤维拉伸强度约为2-7GPa，拉伸模量约为200-700GPa。密度约为1.5-2.0克每立方厘米，一般经过高温3000℃石墨化处理，也就是碳化处理后，密度可达2.0克每立方厘米。再加上其重量很轻，比重比铝还要轻，不到钢的1/4，强度是铁的20倍。完全展现了碳纤维的高强度、超轻的优势，柔韧性能比一般材料都要好，这就降低了制作过程中的难度。

以制作提琴的传统木材云杉为例。云杉多生长在高海拔的山区与河谷中，抗寒性极强，必须要有足够日晒，喜湿润环境、中性至酸性土壤，能在贫瘠或强酸土质中生长，如果周围环境受到污染，其生长速度就会变缓慢。在自然环境中生长的云杉，树干高大通直，节少，材质略轻，纹理直、均匀，结构细致，易加工，具有良好的共鸣性能。云杉材质较松软，表面易刻痕，木材密度中等，但是不耐磨。产自中欧、东欧的云杉共振性能好，适宜制作钢琴、小提琴等乐器的音板。

（二）化学性能。碳纤维抗氧化性非常强，温度高于400℃时才会出现氧化。对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不会被溶解，也不会膨胀变形，完全不存在生锈的问题。这一点与木质提琴相比，有很大优势。传统木质提琴会随着存放的时间增长，容易出现被虫蛀、漆面被氧化等现象。

云杉易于干燥，但是在干燥过程中，常出现开裂、节子容易松动脱落等现象。这种情况一旦出现，就无法再使用，因为会直接影响乐器音箱体的发音，很容易出现废料的情况。云杉尺寸稳定性能较差，天然耐腐性能非常差，易受長角昆虫及黄蜂等的攻击。想通过注入化学药剂的办法增强其耐腐性非常困难，因为其浸渍性能非常差，用化学药剂泡过后，木材基本不能使用，这些都是在乐器制作中要规避的问题，相应加大了制作成本和难度。

通过以上对比，可以看出，碳纤维在物理性和化学性中比传统木材更具有优越性，解决了不少制作过程中出现的难题，它完全可以取代传统木材。其他的中国传统乐器如二胡、琵琶、柳琴、古筝等，是否也能像提琴一样，用碳纤维取代传统的木材呢？

我国弓弦乐器中最具代表性的二胡、琵琶等都是采用硬度较高的花梨、红木、檀木等木材制作。我们以花梨木和檀木为代表分析一下它们的性能。

花梨木优点是不易干燥，不易出现裂痕，耐腐蚀性强。力学强度很好，在制作过程中容易雕刻和加工，削面光滑，胶接和涂饰性能好。油漆不易脱落，不易变色等。但易被虫蛀，容易出现虫眼，这样既影响美观，又会影响音色。

檀木品种繁多，而且数量极其有限。其质地紧密坚硬、色彩变化多，并有百毒不侵的优点。乐器制作一般采用紫檀木，多数为中高档乐器使用。

碳纤维不但规避了花梨木易被虫蛀的缺点，还具有花梨木和檀木不易变形、质地坚硬的优点，从性能分析上也可以取代花梨木和檀木。

二、从面板、背板的声学角度（木材的振动性能）分析

真正好的乐器是从声音来判断的，从声学专业的角度分析，木材的振动性能好坏与否，直接影响乐器的声音。不管是提琴还是二胡、琵琶等乐器，乐器的面板和背板构成了主要的发声部位——音箱体，它们都是用琴弦为最初的振动发声体，通过琴弦的振动带动面板、背板，在音箱体中产生共鸣。我们耳朵所听到的优美音乐，就是通过音箱体扩大、美化散播出来的，这个音箱体就是乐器主要的构成部分。提琴的音箱体多为杉木制作，我国民族乐器的音箱体多为泡桐木制作。碳纤维与木材的振动性能分析对比如下。

碳纤维性能参数（仅供参考）

碳纤维中的DLC类钻石碳纤维材质，分子结构类似钻石，刚性相当高，在内阻与声导速上能实现难以想象的平衡，解析和传递的声音细节精准利落，音乐效果干净清透。理想的振膜必须具备重量轻、杨氏模量大、恰当的阻尼、分割振动小等特点，更为关键的是，振动的前延和后延要恰到好处，碳纤维在声导速和内阻两个方面达到了完美平衡，超高的灵敏度和绝佳的瞬态反应，能够精准还原声音，这是木质材料所不能达到的。这体现了高科技材料的优势，解决了传统木材上的很多弊端，综合了多种木材的优点，规避了缺点。

泡桐木、云杉的基本技术数据

密度是反映木材振动性能、木料物理力学的一项重要指标，而弹性模量是评价材料振动性能品质的重要物理量。弹性模量越大，木材的振动效率就越高，用这样的材料制作出来的乐器，声音品质就好。碳纤维每立方厘米的密度均大于泡桐木和云杉，它的弹性模量也远远大于泡桐木、杉木，从声学的角度分析碳纤维，也比传统木材有优势，是可以取而代之的。

无论是从环保角度还是从方便实用角度来说，新型材料的使用都优于传统木材，用高分子材料替代传统乐器生产需耗用的大量木材，对于生态环境保护也有着重大意义。如果把碳纤维推广到其他的乐器如二胡、琵琶、柳琴、古筝等的制作中，用碳纤维取代传统木材，这在国际、国内传统乐器制作行业都是一次革新，为艺术文化产业发展开拓出新的空间。

参考文献：

[1]刘镇波等.共鸣板用木材的振动特性与民族乐器的声学品质[M].北京：科学出版社，2016.