打破傳統制作工藝 推陳出新

曲煜

【摘 要】碳纖維這種新型高科技材料在樂器制造業的出現，顛覆了傳統，推進了革新。新型材料更加環保，在制作中幾乎可以取代傳統木材，值得我們推廣研究。

【關鍵詞】碳纖維；樂器制作；樂器學

中圖分類號：J639 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2017）24-0067-02

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、耐高熱、耐腐蝕的新型纖維材料，是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維在此之前主要運用于國防軍工和民用方面，是其重要的組成材料。筆者在研究和從事小提琴制作時，無意接觸到了碳纖維這種新型高科技材料。本文就以提琴制作業為例，進行分析。

提琴制作業在我國大概是從20世紀40年代開始的，經過了多年努力，中國的小提琴制作已經位居世界前列，出口產量也在逐年增長，全世界的提琴制作技術企業原來遍布世界各地，比較分散，近年來，隨著我國提琴制作技術的不斷提高和完善，大多數的提琴制作企業都搬至中國。但是傳統提琴制作生產中需要耗用大量木材，大多是云杉、冷杉等名貴樹木，這樣嚴重影響到對生態環境的保護。這些木材要經過至少三年的晾曬，將水份完全蒸發掉才能使用，雖然現在可以用高科技儀器——烘烤爐縮短烘曬過程，但也要6個月左右的時間。

碳纖維提琴是把高科技材料和傳統樂器進行結合，因碳纖維材料具有高強度、低密度、耐腐蝕、耐高溫的特點，可以規避傳統木質提琴受氣溫、濕度等影響，導致音色出現差別的難題。還大大減輕了傳統樂器的重量，便于攜帶。

在國內、國外，碳纖維提琴尚屬研發、推廣階段，其制作還是延續木質提琴的工藝流程，手工與機械化生產相結合，琴身、琴頭、琴弓、琴盒全部采用碳纖維材料制作。在音色的優美性上與高檔提琴還是有一定的差距。但是，隨著技術的改進，會盡快對這方面進行完善。因為制作木質提琴要消耗大量的名貴木材，而且很多制作環節都會受到局限，所以新型材料碳纖維的出現，取代木質提琴是勢在必行的。

一、碳纖維的物理性、化學性與傳統木材對比

（一）物理性能。碳纖維具有碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，是一種力學性能優異的現代高科技新材料。碳纖維拉伸強度約為2-7GPa，拉伸模量約為200-700GPa。密度約為1.5-2.0克每立方厘米，一般經過高溫3000℃石墨化處理，也就是碳化處理后，密度可達2.0克每立方厘米。再加上其重量很輕，比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，強度是鐵的20倍。完全展現了碳纖維的高強度、超輕的優勢，柔韌性能比一般材料都要好，這就降低了制作過程中的難度。

以制作提琴的傳統木材云杉為例。云杉多生長在高海拔的山區與河谷中，抗寒性極強，必須要有足夠日曬，喜濕潤環境、中性至酸性土壤，能在貧瘠或強酸土質中生長，如果周圍環境受到污染，其生長速度就會變緩慢。在自然環境中生長的云杉，樹干高大通直，節少，材質略輕，紋理直、均勻，結構細致，易加工，具有良好的共鳴性能。云杉材質較松軟，表面易刻痕，木材密度中等，但是不耐磨。產自中歐、東歐的云杉共振性能好，適宜制作鋼琴、小提琴等樂器的音板。

（二）化學性能。碳纖維抗氧化性非常強，溫度高于400℃時才會出現氧化。對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不會被溶解，也不會膨脹變形，完全不存在生銹的問題。這一點與木質提琴相比，有很大優勢。傳統木質提琴會隨著存放的時間增長，容易出現被蟲蛀、漆面被氧化等現象。

云杉易于干燥，但是在干燥過程中，常出現開裂、節子容易松動脫落等現象。這種情況一旦出現，就無法再使用，因為會直接影響樂器音箱體的發音，很容易出現廢料的情況。云杉尺寸穩定性能較差，天然耐腐性能非常差，易受長角昆蟲及黃蜂等的攻擊。想通過注入化學藥劑的辦法增強其耐腐性非常困難，因為其浸漬性能非常差，用化學藥劑泡過后，木材基本不能使用，這些都是在樂器制作中要規避的問題，相應加大了制作成本和難度。

通過以上對比，可以看出，碳纖維在物理性和化學性中比傳統木材更具有優越性，解決了不少制作過程中出現的難題，它完全可以取代傳統木材。其他的中國傳統樂器如二胡、琵琶、柳琴、古箏等，是否也能像提琴一樣，用碳纖維取代傳統的木材呢？

我國弓弦樂器中最具代表性的二胡、琵琶等都是采用硬度較高的花梨、紅木、檀木等木材制作。我們以花梨木和檀木為代表分析一下它們的性能。

花梨木優點是不易干燥，不易出現裂痕，耐腐蝕性強。力學強度很好，在制作過程中容易雕刻和加工，削面光滑，膠接和涂飾性能好。油漆不易脫落，不易變色等。但易被蟲蛀，容易出現蟲眼，這樣既影響美觀，又會影響音色。

檀木品種繁多，而且數量極其有限。其質地緊密堅硬、色彩變化多，并有百毒不侵的優點。樂器制作一般采用紫檀木，多數為中高檔樂器使用。

碳纖維不但規避了花梨木易被蟲蛀的缺點，還具有花梨木和檀木不易變形、質地堅硬的優點，從性能分析上也可以取代花梨木和檀木。

二、從面板、背板的聲學角度（木材的振動性能）分析

真正好的樂器是從聲音來判斷的，從聲學專業的角度分析，木材的振動性能好壞與否，直接影響樂器的聲音。不管是提琴還是二胡、琵琶等樂器，樂器的面板和背板構成了主要的發聲部位——音箱體，它們都是用琴弦為最初的振動發聲體，通過琴弦的振動帶動面板、背板，在音箱體中產生共鳴。我們耳朵所聽到的優美音樂，就是通過音箱體擴大、美化散播出來的，這個音箱體就是樂器主要的構成部分。提琴的音箱體多為杉木制作，我國民族樂器的音箱體多為泡桐木制作。碳纖維與木材的振動性能分析對比如下。

碳纖維性能參數（僅供參考）

碳纖維中的DLC類鉆石碳纖維材質，分子結構類似鉆石，剛性相當高，在內阻與聲導速上能實現難以想象的平衡，解析和傳遞的聲音細節精準利落，音樂效果干凈清透。理想的振膜必須具備重量輕、楊氏模量大、恰當的阻尼、分割振動小等特點，更為關鍵的是，振動的前延和后延要恰到好處，碳纖維在聲導速和內阻兩個方面達到了完美平衡，超高的靈敏度和絕佳的瞬態反應，能夠精準還原聲音，這是木質材料所不能達到的。這體現了高科技材料的優勢，解決了傳統木材上的很多弊端，綜合了多種木材的優點，規避了缺點。

泡桐木、云杉的基本技術數據

密度是反映木材振動性能、木料物理力學的一項重要指標，而彈性模量是評價材料振動性能品質的重要物理量。彈性模量越大，木材的振動效率就越高，用這樣的材料制作出來的樂器，聲音品質就好。碳纖維每立方厘米的密度均大于泡桐木和云杉，它的彈性模量也遠遠大于泡桐木、杉木，從聲學的角度分析碳纖維，也比傳統木材有優勢，是可以取而代之的。

無論是從環保角度還是從方便實用角度來說，新型材料的使用都優于傳統木材，用高分子材料替代傳統樂器生產需耗用的大量木材，對于生態環境保護也有著重大意義。如果把碳纖維推廣到其他的樂器如二胡、琵琶、柳琴、古箏等的制作中，用碳纖維取代傳統木材，這在國際、國內傳統樂器制作行業都是一次革新，為藝術文化產業發展開拓出新的空間。

參考文獻：

[1]劉鎮波等.共鳴板用木材的振動特性與民族樂器的聲學品質[M].北京：科學出版社，2016.