曲煜

【摘 要】碳纖維這種新型高科技材料在樂(lè)器制造業(yè)的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)，推進(jìn)了革新。新型材料更加環(huán)保，在制作中幾乎可以取代傳統(tǒng)木材，值得我們推廣研究。

【關(guān)鍵詞】碳纖維；樂(lè)器制作；樂(lè)器學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：J639 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1007-0125（2017）24-0067-02

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)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(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)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(yùn)用于國(guó)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(shí)，無(wú)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(yè)為例，進(jìn)行分析。

提琴制作業(yè)在我國(guó)大概是從20世紀(jì)40年代開(kāi)始的，經(jīng)過(guò)了多年努力，中國(guó)的小提琴制作已經(jīng)位居世界前列，出口產(chǎn)量也在逐年增長(zhǎng)，全世界的提琴制作技術(shù)企業(yè)原來(lái)遍布世界各地，比較分散，近年來(lái)，隨著我國(guó)提琴制作技術(shù)的不斷提高和完善，大多數(shù)的提琴制作企業(yè)都搬至中國(guó)。但是傳統(tǒng)提琴制作生產(chǎn)中需要耗用大量木材，大多是云杉、冷杉等名貴樹(shù)木，這樣嚴(yán)重影響到對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。這些木材要經(jīng)過(guò)至少三年的晾曬，將水份完全蒸發(fā)掉才能使用，雖然現(xiàn)在可以用高科技儀器——烘烤爐縮短烘曬過(guò)程，但也要6個(gè)月左右的時(shí)間。

碳纖維提琴是把高科技材料和傳統(tǒng)樂(lè)器進(jìn)行結(jié)合，因碳纖維材料具有高強(qiáng)度、低密度、耐腐蝕、耐高溫的特點(diǎn)，可以規(guī)避傳統(tǒng)木質(zhì)提琴受氣溫、濕度等影響，導(dǎo)致音色出現(xiàn)差別的難題。還大大減輕了傳統(tǒng)樂(lè)器的重量，便于攜帶。

在國(guó)內(nèi)、國(guó)外，碳纖維提琴尚屬研發(fā)、推廣階段，其制作還是延續(xù)木質(zhì)提琴的工藝流程，手工與機(jī)械化生產(chǎn)相結(jié)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(yōu)美性上與高檔提琴還是有一定的差距。但是，隨著技術(shù)的改進(jìn)，會(huì)盡快對(duì)這方面進(jìn)行完善。因?yàn)橹谱髂举|(zhì)提琴要消耗大量的名貴木材，而且很多制作環(huán)節(jié)都會(huì)受到局限，所以新型材料碳纖維的出現(xiàn)，取代木質(zhì)提琴是勢(shì)在必行的。

一、碳纖維的物理性、化學(xué)性與傳統(tǒng)木材對(duì)比

（一）物理性能。碳纖維具有碳材料強(qiáng)抗拉力和纖維柔軟可加工性?xún)纱筇卣?，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的現(xiàn)代高科技新材料。碳纖維拉伸強(qiáng)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(jīng)過(guò)高溫3000℃石墨化處理，也就是碳化處理后，密度可達(dá)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(qiáng)度是鐵的20倍。完全展現(xiàn)了碳纖維的高強(qiáng)度、超輕的優(yōu)勢(shì)，柔韌性能比一般材料都要好，這就降低了制作過(guò)程中的難度。

以制作提琴的傳統(tǒng)木材云杉為例。云杉多生長(zhǎng)在高海拔的山區(qū)與河谷中，抗寒性極強(qiáng)，必須要有足夠日曬，喜濕潤(rùn)環(huán)境、中性至酸性土壤，能在貧瘠或強(qiáng)酸土質(zhì)中生長(zhǎng)，如果周?chē)h(huán)境受到污染，其生長(zhǎng)速度就會(huì)變緩慢。在自然環(huán)境中生長(zhǎng)的云杉，樹(shù)干高大通直，節(jié)少，材質(zhì)略輕，紋理直、均勻，結(jié)構(gòu)細(xì)致，易加工，具有良好的共鳴性能。云杉材質(zhì)較松軟，表面易刻痕，木材密度中等，但是不耐磨。產(chǎn)自中歐、東歐的云杉共振性能好，適宜制作鋼琴、小提琴等樂(lè)器的音板。

（二）化學(xué)性能。碳纖維抗氧化性非常強(qiáng)，溫度高于400℃時(shí)才會(huì)出現(xiàn)氧化。對(duì)一般的有機(jī)溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不會(huì)被溶解，也不會(huì)膨脹變形，完全不存在生銹的問(wèn)題。這一點(diǎn)與木質(zhì)提琴相比，有很大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)木質(zhì)提琴會(huì)隨著存放的時(shí)間增長(zhǎng)，容易出現(xiàn)被蟲(chóng)蛀、漆面被氧化等現(xiàn)象。

云杉易于干燥，但是在干燥過(guò)程中，常出現(xiàn)開(kāi)裂、節(jié)子容易松動(dòng)脫落等現(xiàn)象。這種情況一旦出現(xiàn)，就無(wú)法再使用，因?yàn)闀?huì)直接影響樂(lè)器音箱體的發(fā)音，很容易出現(xiàn)廢料的情況。云杉尺寸穩(wěn)定性能較差，天然耐腐性能非常差，易受長(zhǎng)角昆蟲(chóng)及黃蜂等的攻擊。想通過(guò)注入化學(xué)藥劑的辦法增強(qiáng)其耐腐性非常困難，因?yàn)槠浣n性能非常差，用化學(xué)藥劑泡過(guò)后，木材基本不能使用，這些都是在樂(lè)器制作中要規(guī)避的問(wèn)題，相應(yīng)加大了制作成本和難度。

通過(guò)以上對(duì)比，可以看出，碳纖維在物理性和化學(xué)性中比傳統(tǒng)木材更具有優(yōu)越性，解決了不少制作過(guò)程中出現(xiàn)的難題，它完全可以取代傳統(tǒng)木材。其他的中國(guó)傳統(tǒng)樂(lè)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(tǒng)的木材呢？

我國(guó)弓弦樂(lè)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(yōu)點(diǎn)是不易干燥，不易出現(xiàn)裂痕，耐腐蝕性強(qiáng)。力學(xué)強(qiáng)度很好，在制作過(guò)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(chóng)蛀，容易出現(xiàn)蟲(chóng)眼，這樣既影響美觀，又會(huì)影響音色。

檀木品種繁多，而且數(shù)量極其有限。其質(zhì)地緊密堅(jiān)硬、色彩變化多，并有百毒不侵的優(yōu)點(diǎn)。樂(lè)器制作一般采用紫檀木，多數(shù)為中高檔樂(lè)器使用。

碳纖維不但規(guī)避了花梨木易被蟲(chóng)蛀的缺點(diǎn)，還具有花梨木和檀木不易變形、質(zhì)地堅(jiān)硬的優(yōu)點(diǎn)，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(xué)角度（木材的振動(dòng)性能）分析

真正好的樂(lè)器是從聲音來(lái)判斷的，從聲學(xué)專(zhuān)業(yè)的角度分析，木材的振動(dòng)性能好壞與否，直接影響樂(lè)器的聲音。不管是提琴還是二胡、琵琶等樂(lè)器，樂(lè)器的面板和背板構(gòu)成了主要的發(fā)聲部位——音箱體，它們都是用琴弦為最初的振動(dòng)發(fā)聲體，通過(guò)琴弦的振動(dòng)帶動(dòng)面板、背板，在音箱體中產(chǎn)生共鳴。我們耳朵所聽(tīng)到的優(yōu)美音樂(lè)，就是通過(guò)音箱體擴(kuò)大、美化散播出來(lái)的，這個(gè)音箱體就是樂(lè)器主要的構(gòu)成部分。提琴的音箱體多為杉木制作，我國(guó)民族樂(lè)器的音箱體多為泡桐木制作。碳纖維與木材的振動(dòng)性能分析對(duì)比如下。

碳纖維性能參數(shù)（僅供參考）

碳纖維中的DLC類(lèi)鉆石碳纖維材質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)類(lèi)似鉆石，剛性相當(dāng)高，在內(nèi)阻與聲導(dǎo)速上能實(shí)現(xiàn)難以想象的平衡，解析和傳遞的聲音細(xì)節(jié)精準(zhǔn)利落，音樂(lè)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(dāng)?shù)淖枘?、分割振?dòng)小等特點(diǎn)，更為關(guān)鍵的是，振動(dòng)的前延和后延要恰到好處，碳纖維在聲導(dǎo)速和內(nèi)阻兩個(gè)方面達(dá)到了完美平衡，超高的靈敏度和絕佳的瞬態(tài)反應(yīng)，能夠精準(zhǔn)還原聲音，這是木質(zhì)材料所不能達(dá)到的。這體現(xiàn)了高科技材料的優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)木材上的很多弊端，綜合了多種木材的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避了缺點(diǎn)。

泡桐木、云杉的基本技術(shù)數(shù)據(jù)

密度是反映木材振動(dòng)性能、木料物理力學(xué)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而彈性模量是評(píng)價(jià)材料振動(dòng)性能品質(zhì)的重要物理量。彈性模量越大，木材的振動(dòng)效率就越高，用這樣的材料制作出來(lái)的樂(lè)器，聲音品質(zhì)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于泡桐木、杉木，從聲學(xué)的角度分析碳纖維，也比傳統(tǒng)木材有優(yōu)勢(shì)，是可以取而代之的。

無(wú)論是從環(huán)保角度還是從方便實(shí)用角度來(lái)說(shuō)，新型材料的使用都優(yōu)于傳統(tǒng)木材，用高分子材料替代傳統(tǒng)樂(lè)器生產(chǎn)需耗用的大量木材，對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)也有著重大意義。如果把碳纖維推廣到其他的樂(lè)器如二胡、琵琶、柳琴、古箏等的制作中，用碳纖維取代傳統(tǒng)木材，這在國(guó)際、國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)樂(lè)器制作行業(yè)都是一次革新，為藝術(shù)文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展開(kāi)拓出新的空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鎮(zhèn)波等.共鳴板用木材的振動(dòng)特性與民族樂(lè)器的聲學(xué)品質(zhì)[M].北京：科學(xué)出版社，2016.