運用3D打印技術(shù)打印黃鐘笛的研究

陳 欣 王子奇

（山東師范大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014）

運用3D打印技術(shù)打印黃鐘笛的研究

陳 欣 王子奇

（山東師范大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014）

1983年3D打印技術(shù)逐步走入到人們的視野中，本文用新型的3D打印技術(shù)，并以黃鐘笛為例制作出中國古代民族吹管樂器，從數(shù)據(jù)分析、建模、打印各個方面進(jìn)行論述。雖然該項技術(shù)在音樂領(lǐng)域尚未成熟，但一旦實現(xiàn)也將有助于對吹管樂器進(jìn)行復(fù)原。

3D打印；黃鐘笛；律器

引言

晉泰始十年中書監(jiān)荀勖利用管口校正實現(xiàn)了三分損益法在管律上的應(yīng)用，為正聲雅樂制作了能對應(yīng)十二律呂的十二根笛，黃鐘笛其宮音為“黃鐘”，對應(yīng)十二律呂中的第一律黃鐘。荀勖笛律的出現(xiàn)是中國古代音樂史上的一次偉大創(chuàng)舉。然而隨著時間的流逝，黃鐘笛也逐漸淡出我們的視野，這是中華文明民族文化的損失。近些年來伴隨3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能將使歷史各個時期的研究成果再現(xiàn)，也為對古代文明的薪火傳承開拓了新途徑，歷史沉淀與現(xiàn)代文明結(jié)合將是人類研究的輝煌課題。

《運用3D打印技術(shù)打印黃鐘笛的研究》是在山東師范大學(xué)音樂學(xué)院陳欣老師指導(dǎo)下及團(tuán)隊各組人員的共同幫助下完成的。本文以古代管樂器黃鐘笛為模型，通過對打印出的樂器進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，從而實現(xiàn)對古代管樂器的復(fù)制。

一、3D打印技術(shù)的概述

3D打印技術(shù)一種用數(shù)字在建模軟件中建立相應(yīng)3D模型，并運用不同的材料，依照數(shù)據(jù)逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬﹑塑料﹑砂等不同的“材料”，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物，這為打印古代管樂器提供了必要技術(shù)。

二、古代管樂器概述以黃鐘笛為研究對象

（一）黃鐘笛選取的意義及其可能性

楊蔭瀏先生在其《中國古代音樂史稿》荀勖的笛律這一章節(jié)中，楊先生對黃鐘笛的繪圖及結(jié)論，對黃鐘笛三維立體圖的建模過程與3D打印等方面提供了了重要的參考作用。

黃鐘笛樂器構(gòu)造簡單，體積小，更易于打印復(fù)制。黃鐘笛作為律器，它的打印及應(yīng)用將更有助于我們研究古代的音律。利用3D打印技術(shù)成功打印出黃鐘笛后，可將該項技術(shù)推廣到其他古代管樂器的3D制作。

（二）黃鐘笛數(shù)據(jù)獲取及制作過程

《晉書·律制》中記載“黃鐘之笛……，長二尺八寸四分四厘有奇” ，當(dāng)時使用的長度應(yīng)為晉前尺，《隋書·律歷志》中提到晉后尺實比晉前尺一尺六分二厘，現(xiàn)在尺度約等于24.8厘米，由此我們可以推算出黃鐘笛的長度為65.67435厘米。“以姑洗及黃鐘律，從笛首下度之，盡二律之長而為孔，則得宮聲也…宮生徵，黃鐘生林鐘也。以林鐘之律從宮孔下度之…徵生商…以太蔟律從徵孔上度之，盡律以為孔，則得商聲也…商生羽…以南呂律從商孔下度之…則得羽聲也。以姑洗律從羽孔上行度之……吹笛者左手所不及也。……則吹者右手所不逮也，故不作角孔…”，角生變宮，姑洗生應(yīng)鐘也…盡律為孔，則得變宮之聲也…以蕤賓律從變宮下度之…則得變徵之…”從上述文字我們可以推斷出從笛首向下按音孔分別為商﹑宮﹑變宮﹑羽﹑徵﹑變徵孔。他們分別距離低空的位置為32.5806厘米﹑37.1984厘米﹑39.4217厘米﹑44.8946厘米﹑51.0515厘米﹑51.0160厘米，其中由于角孔的位置距離左右手較遠(yuǎn)無法及時觸及到，因此不在笛管上做出角孔。

在收集黃鐘笛的某些數(shù)據(jù)時文獻(xiàn)中沒有明確記載，但根據(jù)楊蔭瀏先生在《中國古代音樂史稿》中曾仿制過的黃鐘笛和現(xiàn)今笛﹑簫的尺寸數(shù)據(jù)，我們大膽推測按音孔成橢圓形長徑為0.9厘米，短徑約為0.7厘米，外管徑約為2.2厘米，內(nèi)管徑約為1.2厘米。

（三）黃鐘笛的主視圖和俯視圖（圖1、2）

圖1 主視圖

圖2 俯視圖

三、3D打印步驟

（一）打印過程

本次打印選用的建模軟件為AutoCAD 2005 Simplified Chinese，，由于打印機(jī)最長打印尺寸僅為22厘米，所以將原本長度65.67435厘米的黃鐘笛截成四部分，為避免距離較近的兩個或多個按音控之間盡量不出現(xiàn)銜接部分。管與管接口位置設(shè)計成凹凸型接口方便連接，連接長度根據(jù)孔距為1厘米。

第一部分總長度20厘米，一端為凸管，管長19厘米，管首處有吹孔；第二部分總長度16厘米，兩側(cè)接口均向內(nèi)凹進(jìn)，管上有商孔；第三部總長度分長度19厘米，兩側(cè)接口向內(nèi)凹進(jìn)，管上有宮﹑變宮﹑羽﹑徵孔；第四部分長度13.67435厘米，一端向內(nèi)凹進(jìn)為1厘米，管上有變徵孔。

第一步，將所建好的模型放入軟件中；第二步，確認(rèn)好相關(guān)配料后進(jìn)行打印，通過鋪一層打印材料后，再鋪一層粘合劑的方式進(jìn)行打印，需要45-90分鐘；第三步，將打印好的模型放置一段時間固定，約需90分鐘；第四步，固定好后確認(rèn)模型大體方位，用刷子將再將余粉末掃開，將模型慢慢取出放到干凈的蠟紙上，清理模型表面的粉末；第五步，用固化劑將模型固化，放置一段時間，打印過程基本完成。

（二）打印過程中存在的問題及解決辦法

1.VisiJet PXL粉狀材料進(jìn)行打印對音色會產(chǎn)生影響

由于采用的是粉狀材料進(jìn)行打印，打印成件后，粉末狀材料常常容易附著在器件表面，這可能會黃鐘笛的音色質(zhì)量。

2.3D打印整個過程所需時間較長，整體時間需3個小時左右。

四、結(jié)語

黃鐘笛的打印使樂器的復(fù)制更為精確，在一定程度上可以將原件進(jìn)行掃描，或是把史書中有明確尺寸記載的樂器，通過建模利用3D打印技術(shù)將其完整再現(xiàn)于世。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用在音樂領(lǐng)域尤其是音樂考古領(lǐng)域顯得尤為重要，該項技術(shù)將對樂器研究﹑樂律研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但由于3D打印技術(shù)在音樂領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展尚處于萌芽階段，在某些環(huán)節(jié)還存有較大發(fā)展空間，研究還將繼續(xù)深入。黃鐘笛較為成功的打印也證明了利用3D打印技術(shù)打印古代管樂器是切實可行的，但要將其應(yīng)用于整個樂器領(lǐng)域還需要進(jìn)一步的研究與探索。

[1]陳欣.數(shù)定音圓[M].北京:文化藝術(shù)出版社,2012.

[2]楊蔭瀏.中國古代音樂史稿（上）[M].北京:人民音樂出版社,1981.

[3]房玄齡.晉書[M].中華書局，1976.

[4]Bre Pettis,Anna kaziunas France,Jay Shergill.愛上3D打印機(jī)[M].北京:人民郵電出版社,2015.

陳欣（1976—），男，山東省章丘，山東師范大學(xué)，講師，博士研究生學(xué)位，研究方向中國音樂史；王子奇（1994—）女，漢 族，河北省遷安市，本科。