運用3D打印技術打印黃鐘笛的研究

陳 欣 王子奇

（山東師范大學，山東 濟南 250014）

運用3D打印技術打印黃鐘笛的研究

陳 欣 王子奇

（山東師范大學，山東 濟南 250014）

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

3D打印；黃鐘笛；律器

引言

晉泰始十年中書監荀勖利用管口校正實現了三分損益法在管律上的應用，為正聲雅樂制作了能對應十二律呂的十二根笛，黃鐘笛其宮音為“黃鐘”，對應十二律呂中的第一律黃鐘。荀勖笛律的出現是中國古代音樂史上的一次偉大創舉。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打印技術的出現，不僅能將使歷史各個時期的研究成果再現，也為對古代文明的薪火傳承開拓了新途徑，歷史沉淀與現代文明結合將是人類研究的輝煌課題。

《運用3D打印技術打印黃鐘笛的研究》是在山東師范大學音樂學院陳欣老師指導下及團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行反復調試，從而實現對古代管樂器的復制。

一、3D打印技術的概述

3D打印技術一種用數字在建模軟件中建立相應3D模型，并運用不同的材料，依照數據逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印機內裝有金屬﹑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，最終把計算機上的藍圖變成實物，這為打印古代管樂器提供了必要技術。

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中，楊先生對黃鐘笛的繪圖及結論，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。

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

（二）黃鐘笛數據獲取及制作過程

《晉書·律制》中記載“黃鐘之笛……，長二尺八寸四分四厘有奇” ，當時使用的長度應為晉前尺，《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據時文獻中沒有明確記載，但根據楊蔭瀏先生在《中國古代音樂史稿》中曾仿制過的黃鐘笛和現今笛﹑簫的尺寸數據，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銜接部分。管與管接口位置設計成凹凸型接口方便連接，連接長度根據孔距為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，兩側接口均向內凹進，管上有商孔；第三部總長度分長度19厘米，兩側接口向內凹進，管上有宮﹑變宮﹑羽﹑徵孔；第四部分長度13.67435厘米，一端向內凹進為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，確認好相關配料后進行打印，通過鋪一層打印材料后，再鋪一層粘合劑的方式進行打印，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粉狀材料進行打印對音色會產生影響

由于采用的是粉狀材料進行打印，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、結語

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

3D打印技術的應用在音樂領域尤其是音樂考古領域顯得尤為重要，該項技術將對樂器研究﹑樂律研究產生深遠的影響。但由于3D打印技術在音樂領域內發展尚處于萌芽階段，在某些環節還存有較大發展空間，研究還將繼續深入。黃鐘笛較為成功的打印也證明了利用3D打印技術打印古代管樂器是切實可行的，但要將其應用于整個樂器領域還需要進一步的研究與探索。

[1]陳欣.數定音圓[M].北京:文化藝術出版社,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[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，講師，博士研究生學位，研究方向中國音樂史；王子奇（1994—）女，漢 族，河北省遷安市，本科。