重組竹竹笛材料特性與樂器主體備制

（一）竹笛樂器改良的發展現狀與趨勢

自21世紀伊始，中國的竹笛藝術領域在全球化與現代化的浪潮中取得了顯著的進展。然而，在快速的發展過程中，我們也不得不正視傳統竹笛在演奏實踐中所遭遇的一系列挑戰與限制。這些限制主要源于其作為自然材料的固有特性，即竹材的生長形態對音準和音色的影響，以及竹笛對環境溫度和濕度的高度敏感性。傳統竹笛因其自然生長的特性，使得每一根竹笛在音準和音色上難以達到完全的統一。竹材對于溫度和濕度的變化極為敏感，這不僅影響演奏者的發揮，也增加了樂器維護的難度。在極端的氣候條件下，竹笛容易出現開裂、變形等問題，從而限制了其應用范圍。在膨脹系數方面，竹材與其他常見樂器材料相比亦有其不足之處，這些因素一定程度上制約了竹笛在現代音樂中的進一步發展與融合。

為了突破這些限制，許多音樂家和制笛師開始嘗試對竹笛進行改良和創新。他們尋求更加穩定、易于控制的新材料，以期提升竹笛的性能和適用性。近年來，在竹笛樂器改革方面，人們嘗試了各種不同的材料，如自然生長的苦竹、紫竹、斑竹等，同時也有研究者嘗試使用木材、玻璃、PVC管等合成材料來替代竹材。

然而，這些改良嘗試并非一帆風順。盡管木材、玻璃、PVC等材料在耐用性和穩定性方面具有一定優勢，但它們制作的竹笛在音質上往往難以達到傳統竹笛的效果。這是由于這些材料的振動特性與竹材存在顯著差異，導致它們在音色上難以與傳統竹笛相媲美。因此，盡管這些新材料在某種程度上解決了傳統竹笛的某些問題，但它們并未能完全取代竹材在竹笛制作中的地位。

目前，對于竹笛材料的探索仍在持續進行中。許多學者和研究者致力于尋找一種既能保持傳統竹笛音色，又能克服其固有缺點的新材料。這一探索過程充滿挑戰，需要綜合考慮材料的振動特性、穩定性、加工難度等多個因素。可以說在竹笛材料改良方面，我們尚未取得突破性的進展。但正是這種不斷探索的精神，推動著中國竹笛藝術不斷向前發展。

（二）重組竹為對象的研究可行性

重組竹，作為一種新的竹質人造材料，展現出了卓越的物理性能和環保特性。其特點包括出色的抗變形能力、耐磨損性和耐腐蝕性。該材料通過竹材重新組織和強化成型工藝制成，其中在成品制作過程中，我們采用了機床鉆孔技術（控制內徑與吹孔、音孔的尺寸）或采用獨特的削切再卷曲技術。特別是削切再卷曲的方法，不僅突破了傳統的加工模式，而且有效地保護了竹纖維的完整性，顯著提高了竹材的利用率。

運用重組竹制作的竹笛，不僅保留了竹材的天然纖維結構，從而保持了竹材纖維振動傳導的固有特性，而且在密度和膨脹率等關鍵物理性能方面，相較于未加工的原始竹材，展現出了顯著的優勢。以下是對幾種不同種類竹材的密度與超聲波聲速測試系數的詳細學術性比較。

重組竹在保留竹材纖維成分的基礎上，密度高達1.15/cm3，是普通竹材的1.5倍，在聲學實驗室的測量中，重組竹的超聲波聲速系數表現出最優異的性能，這與其高彈性模量以及獨特的微觀結構緊密相關。因此，重組竹不僅具有更高的強度和出色的耐久性，還展現出卓越的聲速傳導性。且重組竹材料來源簡單，便于壓制、塑模和機器精準批量化生產。將重組竹材料應用于竹笛上，符合當今綠色環保、可持續發展的時代要求，固本次新材料竹笛的研究以重組竹為對象。

二、重組竹新式竹笛材料制造流程研究

（一）制作流程與關鍵技術

重組竹的構成單元是網狀竹束，它是先將竹材疏解成通長的、相互交聯并保持纖維原有排列方式的疏松網狀纖維束，再經干燥、施膠、組坯成型后熱壓而成的一種強度高、規格大、具有天然竹材紋理結構的新型竹材人造板。[1]經過大量研究，重組竹的制造工藝運用于新材料竹笛上的制作流程為：選材、軟化、去青、碾壓、干燥、浸膠、再干燥、組坯、熱壓、削片、蜷曲、打孔。其中，削片與蜷曲是關鍵的技術環節。

在重組竹的制備過程中，可利用的原料來源十分廣泛，包括但不限于4年以上的成熟毛竹，這些竹子因其生長周期長、結構穩定而成為理想的選擇。此外，竹集成材生產過程中產生的剩余材料，如竹梢、竹片等下腳料，同樣可以經過加工處理，轉化為重組竹的原料。在竹制品的生產中，如竹席、竹簾等，產生的廢竹絲也能得到有效的再利用。

1.選材：小徑竹和薄壁竹，如淡竹、雷竹、麻竹、孝順竹、青皮竹、箭竹等，因其原料特性，也是生產重組竹的優質材料。這些竹種不僅生長周期短，而且其纖維結構有利于重組過程中的纖維交織與強化，從而賦予重組竹更高的力學性能。

2.軟化：使竹子在堿性溶液中受熱，堿性溶液的pH值約為9.3左右，在100℃的溫度下蒸煮約2～4小時，將竹材軟化進行后續的加工。

3.去青：刮去竹材外層的竹青。竹青油脂含量高，膠合性能差。浙江農林大學的研究結果表明，竹材的去青與否對重組竹材料性能影響較大，去青的重組竹的物理力學性能均優于不去青的重組竹，因此去青是必要工序。

4.輾壓：將竹材輾壓，完全疏解成長條狀竹絲束。疏解后的竹絲束纖維應呈現橫向不斷裂、縱向松散且相互粘連的網絡狀。

5.干燥：在100℃的干燥溫度下將竹束干燥至含水率為10％～15％。

6.浸膠：重組竹在現有浸膠工藝中，浸膠環節通常涉及采用浸漬法，其中所使用的膠粘劑為固體含量介于25%至45%之間的酚醛樹脂膠或聚氨酯膠等，浸漬時間通常為1至2分鐘。而在對重組竹新式竹笛的制作過程中，我們選用了具有卓越粘合性能與生態友好性的生漆作為膠粘劑。生漆不僅因其耐腐蝕、耐磨、耐熱、隔水和絕緣等優異性能而顯著增強了竹笛的保護性能，還因其獨特的天然質感使得竹笛的外觀更加精致美觀。然而，值得注意的是，生漆在漆層較厚時，自然干燥過程中可能會出現起皺現象，尤其是當表層已經干燥而內層仍未完全干透時，這種現象更為明顯。所以我們采用了漆性較硬的聚酯漆作為替代方案，其在自然干燥過程中起皺現象相對不明顯。

7.干燥：將浸了生漆的竹束在室內濕度60%左右的情況下陰干。（在30～50℃溫度下干燥至含水率為12%左右。）

8.組坯：組坯時將干燥后的竹纖維束順纖維方向整齊排列，定向放置均勻。

9.熱壓：成型制備有熱壓和冷壓兩種方式，由于冷壓技術破壞竹材細胞，熱壓技術的施壓加熱固化一次完成，坯料成型過程是在很高的壓力下完成加熱固化的，材質產出均勻，密度統一，光滑且不易癱邊和跳絲，因此更適合新式竹笛的制作。 熱壓在熱壓成型機上進行，一般壓力為4.0～8.0 MPa，溫度為110～160℃，熱壓時間1.0～1.2min/mm板厚。

10.在重組竹材料的精細加工流程中，除機床鉆孔法外，我們測試了削片再卷曲的方法。其中削片工序占據重要的地位。在削片過程中，運用專業輥式削片機，它能以極高的效率和精確度，將成型的重組竹材料削切成寬度適宜的片狀。這些片狀材料經過削片處理后，不僅保持了重組竹的原始特性，還具備了更好的加工性能和更廣泛的應用潛力。

11.蜷曲：將削片后的重組竹依據制笛內徑與外徑的數據卷曲形成管狀。由于竹笛的內徑為非統一的內徑數值，我們采用卷曲機和非平均內徑卷曲軸心來卷曲。在制作時，卷曲機中間軸芯的粗細就代表了笛子的內徑。

（二）重組竹材料的膨脹系數

削片步驟高度的精確性決定了重組竹片的質量，其密度和尺寸都受到吸水厚度膨脹率及板材含水率的顯著影響。重組竹作為一種多孔性材料，吸水性能會導致在水分吸收后發生體積膨脹。這種膨脹現象不僅影響材料的尺寸穩定性，還可能對產品的使用性能和外觀質量造成影響。因此，為了控制膨脹率并保持材料的穩定性和可靠性，削成的重組竹片必須保持較薄的厚度。通過精確的削片工藝，可以有效降低重組竹片的厚度，從而減小其吸水膨脹的潛在影響。另外，控制板材的含水率也是至關重要的，水分含量的變化會直接影響材料的膨脹性能。因此，在削片過程中，需要綜合考慮材料的吸水膨脹特性和含水率，以確保削成的重組竹片具有理想的尺寸穩定性和性能表現。

以上兩圖為密度和厚度對重組竹吸水厚度膨脹率的影響。可以看出，密度越小，重組竹24h、極限吸水厚度膨脹率越小。厚度越小，重組竹24h、極限吸水厚度膨脹率越大。

其次，由上表可以看出，板材含水率的平均值、方差都隨著密度、厚度的增大而增大。因此，密度越大、厚度越厚的板材含水率越高，板面內不同部位含水率的不均勻性也越大。

由此可見，相對薄的重組竹片更適用于重組竹笛的制作。

三、重組竹竹笛形制研究

在現代竹笛制作中，以C調竹笛為例，其標準長度約為32厘米，口徑大約為2.2厘米。關于孔距分布，從吹孔到后出音孔的距離為280毫米，吹孔至膜孔69毫米，膜孔至第六孔61毫米，第六孔至第五孔17.5毫米，第五孔至第四孔23.5毫米，第四孔至第三孔25毫米，第三孔至第二孔17毫米，第二孔至第一孔25.5毫米，以及第一孔至后出音孔41.5毫米。

在十二平均律音律體系中，竹笛的第二孔音準問題尤為突出，常出現偏低的現象。為了解決這一問題，制笛師們采用了多種方法，其中最為常見的是對第二孔進行擴孔處理，并在開孔位置上盡量靠近第三孔。這種調整方式旨在優化音準，確保演奏時的準確性。對于C調竹笛而言，由于其尺寸相對較大，這種開孔形制在手指運控上并不會造成太大負擔，因此可以有效地解決音準問題。然而，對于尺寸較小的梆笛而言，情況則有所不同。由于梆笛的第二孔和第三孔間距過近，這種開孔形制可能對演奏者的運指造成一定的負擔和限制。

在重組竹竹笛的精細化制作過程中，我們致力于提升演奏者的運指便捷性及音準精確性。為此，我們嘗試優化開孔方式與孔距設計。方式為適度擴大第二孔的孔徑，同時縮小第三孔的孔徑，并進一步微調第三孔與第四孔之間的間距。這一調整基于我們校音實驗，即擴大第二孔孔徑后，第三孔的音高會隨之上升。因此，通過縮小第三孔孔徑并適度將其向第四孔方向調整，實現了音程關系的精準校正，同時優化了運指的便捷性。

四、結論與展望

在重組竹材料備制的整個工藝流程中，生漆的應用以及材料削切后采用卷曲機和非平均內徑卷曲軸心制作成品，是本實驗的創新點。生漆的運用為重組竹材料帶來了獨特的優勢。作為一種天然樹脂涂料，生漆以其卓越的耐水性、耐腐蝕性和耐磨性在材料保護領域有著悠久的歷史和廣泛的應用。在重組竹材料的備制過程中，生漆被精心涂覆在竹材表面，通過滲透作用深入到竹材內部，形成堅韌且富有彈性的漆膜。這層漆膜不僅增強了竹材的密實度和硬度，還具有卓越的彈性模量，并能有效隔絕了空氣和水分，防止了竹材內部受到侵蝕。

材料削切后采用卷曲機和非平均內徑卷曲軸心制作成品是本實驗的另一個特點。在材料削切階段，通過專業削片機將重組竹材料削切成寬度適宜的片狀，為后續加工奠定了基礎。而在卷曲過程中，采用卷曲機結合非平均內徑卷曲軸心的設計，能夠根據材料的特性和需求進行精確的卷曲操作。這種非平均內徑的卷曲軸心設計，能夠確保卷曲過程中材料受力均勻，避免了因應力集中而導致的變形和損壞。

在重組竹笛的制作過程中的實驗初期，雖通過卷曲后加壓將竹束沿著特定軸芯精確壓制成型，確保了竹束與軸芯間形成緊密的貼合。但在成品制作完成后，如何安全有效地從笛子中移除軸芯成為了一個技術難題。由于壓制過程中壓力與熱度的綜合作用，軸芯與竹笛之間可能形成黏聯，若采取強制性的抽離方法，對竹笛的結構和音質造成不可逆的損害。

此外，重組竹笛的內徑設計并非保持恒定，而是采用逐漸收束的非均勻結構，這一特殊設計也增加了軸芯取出的技術難度。在邊卷曲邊壓制過程中，由于多種因素的影響，竹束的密度和分布可能出現不均勻的情況，這不僅影響竹笛的整體美觀，還可能對音色的穩定性和一致性造成負面影響。綜上，如何在保證竹笛結構完整前提下，有效地移除軸芯，以及如何在壓制過程中實現對竹束比例的精確控制，是下一步制作技術中需要深入研究的重要問題。

關于孔距調整方面的實驗中，我們成功解決了傳統竹笛中常見的二孔音準偏低的問題，還通過精確的孔位重排設計，使得二孔小二度演奏變得易于掌握。根據重新排列的指孔布局，我們將一、二孔同時開啟時設定為“si”音，當單獨開啟二孔時為降“si”音，即通過指法運用，演奏者可以輕松地實現二孔半音階間的轉換，規避了半音按半孔的演奏方式。

然而，在實驗中我們也發現了一些問題。由于三孔的縮小設計，導致了三孔的音色與其他孔位相比存在一定的差異，即音色不統一。這一問題可能會對演奏者的演奏體驗和聽眾的聽覺感受產生一定的影響。因此，在未來的研究中，我們將進一步探索如何優化孔位設計和制作工藝，以實現竹笛各孔位音色的統一和協調。

綜上所述，重組竹材料的創新應用為竹笛制作帶來了新的途徑，但軸芯移除技術和孔位設計的挑戰仍待解決。未來的研究將聚焦于進一步優化制作工藝，以實現更完美的音色統一和演奏體驗，繼續推動竹笛制作技術的發展。

本文系2021年度遼寧省教育廳基本科研（青年項目）“重組竹材料新式竹笛的研究與應用”（ 科研編號：LJKQR2021027）的研究成果。

張科威 沈陽音樂學院民族器樂系主任、副教授

（責任編輯 崔健）