顧君怡

（江蘇省南京藝術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210013）

碳纖維，是一種新型的復(fù)合材料。對(duì)于管樂器制造者來說，新材料的出現(xiàn)，給樂器制造業(yè)帶來了一個(gè)新的嘗試。近年來，前人已進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)與研究，無論是個(gè)體管樂器修造者或是企業(yè)中的管樂器制造廠，對(duì)于“碳纖維”在樂器中的使用，都有了一定的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)積淀。筆者在樂器展覽中，對(duì)于碳纖維在西洋管樂器中的應(yīng)用頗有興趣，從碳纖維材料本身的特性出發(fā)做了一些探究。行文若有不妥之處，還請(qǐng)前輩指正。

一、西洋管樂器中的碳纖維

金屬和木材是常見西洋管樂器的制作材料。纖維，是一種帶有連續(xù)性的絲狀材料。西洋管樂器中的碳纖維，是運(yùn)用于樂器管體，通過有機(jī)纖維，經(jīng)過熱處理工藝得成的一種復(fù)合材料。以高強(qiáng)度、耐高溫等性能，位于近些年新型復(fù)合材料前列。目前，碳纖維也逐漸開始運(yùn)用到西洋管樂器中，為西洋管樂器的構(gòu)造、性能、發(fā)音等，做出了一系列的創(chuàng)新。

二、西洋管樂器中碳纖維的特性

目前大部分西洋管樂器的管身，使用的是傳統(tǒng)材料，如銅、銀、其他合金等金屬材料，并附以電鍍等一些后加工方式成形。碳纖維是一種微晶體結(jié)構(gòu)，在超高溫的處理下，對(duì)于空氣氧化等，有很高的抵抗性。在樂器使用過程中，碳纖維利用自身特性，有效抵抗住周圍環(huán)境的氧化和腐蝕的能力，即為碳纖維的耐腐蝕性。管樂器制造的最終目的是能夠滿足使用者的需求，在保證質(zhì)量的前提下，提供盡可能長(zhǎng)的樂器使用壽命，碳纖維作為一種復(fù)合材料，最大限度地給樂器提供優(yōu)質(zhì)的使用條件，有效地避免演奏者在長(zhǎng)時(shí)間演奏下出現(xiàn)的主觀破壞現(xiàn)象，如唾液、手汗造成的樂器表面缺陷。

碳纖維有良好的耐疲勞能力。西洋管樂器，在使用的過程中，會(huì)發(fā)生斷裂、彎曲等不良現(xiàn)象，樂器的物理機(jī)械性能會(huì)退化與破壞。碳纖維對(duì)此類缺陷的應(yīng)對(duì)能力，即為碳纖維的耐疲勞性。西洋管樂器中的碳纖維密度較低、比模量高，力學(xué)性能良好。在西洋管樂器中的有效部位使用碳纖維，不易甚至不會(huì)出現(xiàn)彎曲和損壞的現(xiàn)象。例如長(zhǎng)號(hào)拉管等銅管樂器，日常演奏時(shí)會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的“樂器卡頓”現(xiàn)象，而碳纖維能夠有效地降低該故障發(fā)生的可能性，從而為樂器的使用提供保障，演奏者不會(huì)因樂器的質(zhì)量問題影響到正常的演奏進(jìn)程。

聲音是一種波，制造西洋管樂器的原材料不同，樂器發(fā)出的聲音也不同，對(duì)于管內(nèi)空氣振動(dòng)也有影響。碳纖維因?yàn)槭窃鰪?qiáng)型復(fù)合材料，抗拉強(qiáng)度也很高，本身的重量也很輕。在西洋管樂器中，如小號(hào)的喇叭口，可以有效利用碳纖維。隨著碳纖維在原始材料中的含量越來越多，西洋管樂器的彎曲強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都會(huì)逐漸提高。利用這一點(diǎn)特性，可以在長(zhǎng)號(hào)拉管、薩克斯管彎脖處利用碳纖維。低阻氣流經(jīng)過中等口徑碳纖維管樂器，會(huì)使演奏者感覺在吹奏大口徑的樂器，可以增強(qiáng)對(duì)聲音的控制，使演奏者不用太費(fèi)氣力，便可達(dá)到自己演奏的要求。

對(duì)于管樂愛好者來說，最關(guān)注的莫過于樂器的質(zhì)量和音色。管樂器中的共鳴，是一物體對(duì)另一特定音的反應(yīng)，樂器的良好共鳴是產(chǎn)生好音色的基礎(chǔ)。多年來，樂器市場(chǎng)對(duì)于傳統(tǒng)材料已經(jīng)進(jìn)行了有效開發(fā)。碳纖維，作為新型復(fù)合材料，在制造管樂器的后期工程里，樂器制造者往往會(huì)對(duì)樂器進(jìn)行聲學(xué)測(cè)試，這是一個(gè)主觀與客觀相結(jié)合的過程。以小號(hào)喇叭口為例，一部分人認(rèn)為聲音是以梯形的結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)散，但是忽略了一點(diǎn)，聲音是以波形從管樂器喇叭口向外擴(kuò)張，從某種意義上看，“螺旋狀”更貼近聲音傳播的具像化效果，因?yàn)椴牧吓c材料之間存在區(qū)別，喇叭口每一小層聲音振動(dòng)的頻率都不一樣，不是一個(gè)均勻的振動(dòng)過程。根據(jù)碳纖維的結(jié)構(gòu)可以看出，碳纖維對(duì)低頻赫茲之間的振動(dòng)，感應(yīng)較小甚至沒有反應(yīng)，在樂器演奏的過程中有很好的收音效果。對(duì)于西洋管樂器愛好者來說，演奏時(shí)會(huì)有一個(gè)較為穩(wěn)定的音色。

如果說音色穩(wěn)定，是西洋管樂器愛好者判斷一件管樂器好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，那么西洋管樂器的使用便攜度，即是管樂演奏者選擇管樂器的另一附加條件。無論是傳統(tǒng)黃銅，或者是復(fù)合型材料，在管樂器的整體結(jié)構(gòu)上并沒有太大的差異。碳纖維重量比較輕，在西洋管樂器中，碳纖維可使整個(gè)樂器更靈活地進(jìn)行演奏。大幅度地為西洋管樂器演奏者提供更大空間的創(chuàng)新，手指可以靈活按鍵、樂器表面的手感也非常舒適、氣流以及樂器振動(dòng)與演奏者之間的共鳴感也更和諧。演奏者在攜帶時(shí)，也較為輕便。

西洋管樂器的演奏大都需要依靠演奏者的氣流，管樂器是通過氣體激勵(lì)空氣柱振動(dòng)發(fā)音。在演奏管樂器的過程中，空氣中的阻力和摩擦力會(huì)使聲音間接進(jìn)行“阻尼振動(dòng)”，在聲音通過管樂器管壁時(shí)，會(huì)出現(xiàn)能量損耗的現(xiàn)象。對(duì)于初學(xué)者來說，氣息的把握需要一定的時(shí)間，碳纖維有助于管樂演奏者在演奏樂器時(shí)，減少氣息的流失。部分聲學(xué)設(shè)計(jì)師和樂器制造商，利用碳纖維，使空氣中的能量損耗達(dá)到最小化，更好地進(jìn)行管樂器發(fā)音。對(duì)于初學(xué)者來說，碳纖維管樂器可幫助其快速地熟悉樂器，減少不必要的氣息損耗，合理利用并練習(xí)氣息的使用，逐漸掌握演奏要領(lǐng)。對(duì)于專業(yè)型演奏者來說，碳纖維的出現(xiàn)，會(huì)獲得一種異于傳統(tǒng)材料的手感，在演奏碳纖維管樂器的時(shí)候，演奏者嘴部氣息與管壁之間產(chǎn)生的共振，與傳統(tǒng)材料所帶來的共振不同，碳纖維材料呈現(xiàn)的是一種輕透感，這樣的共振，在進(jìn)行高低音轉(zhuǎn)換演奏時(shí)，手部換鍵和氣息維持顯得更加靈敏。在減少能量損耗的同時(shí)，音與音之間的切換也很清晰。與傳統(tǒng)材料相比，碳纖維西洋管樂器對(duì)樂器的直接控制效果，顯得更加新穎。

三、碳纖維在西洋管樂器中的應(yīng)用

西洋管樂器中的銅管樂器，大部分為唇振樂器，常用的有小號(hào)、圓號(hào)、長(zhǎng)號(hào)、低音號(hào)等。隨著碳纖維的出現(xiàn)，銅管樂器在制作的過程中，采用“局部碳纖維”的模式，即一部分管體用傳統(tǒng)材料，另一部分管體使用碳纖維的方法。

材料的使用會(huì)影響西洋管樂器的共鳴，空氣柱的形狀也是影響發(fā)音的重要因素。例如小號(hào)，常見的銅管樂器之一。唇振樂器，可以通過氣流進(jìn)入管樂器中，根據(jù)改變演奏者嘴唇張力，對(duì)樂器進(jìn)行整體振動(dòng)、1/2振動(dòng)、1/3振動(dòng)等，聲音對(duì)于不同長(zhǎng)度空氣柱的振動(dòng)，會(huì)演奏出對(duì)應(yīng)的各種音，強(qiáng)奏與弱奏的好壞會(huì)影響泛音的產(chǎn)生。輕體碳纖維小號(hào)，一種新型材料運(yùn)用在管體上的成果，此類小號(hào)在喇叭口使用碳纖維復(fù)合材料。當(dāng)演奏者的氣流經(jīng)過主體管產(chǎn)生共振時(shí)，聲音通過喇叭口進(jìn)行擴(kuò)散。根據(jù)碳纖維的特性，氣流經(jīng)過喇叭口時(shí)，空氣柱的阻礙降低，低阻氣流的出現(xiàn)，使得原本一倍的聲音效果，擴(kuò)大至多倍。簡(jiǎn)單地說，演奏者在使用碳纖維小號(hào)時(shí)，與傳統(tǒng)小號(hào)相比，在相同聲音效果的情況下，演奏者使用的氣力降低，在保證小號(hào)音色穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，碳纖維的整個(gè)樂器的音色也很出彩，演奏者的氣息不會(huì)僵硬，高低音區(qū)的切換也比較靈活。銅管樂器的喇叭口是非常重要的部位，喇叭口有連接型、一體式等。對(duì)比而言，一體化的碳纖維喇叭口結(jié)構(gòu)，對(duì)于音色效果會(huì)有更良好的呈現(xiàn)，聲音通過一體化的喇叭口更為飽滿和立體。如今，演奏者對(duì)于碳纖維管樂器，會(huì)有一定的“懷疑”，一是源于碳纖維材料的“新穎”，二是對(duì)傳統(tǒng)材料的習(xí)慣與信任。演奏者對(duì)于新材料的猶豫可以預(yù)知，但實(shí)際上碳纖維的特性，展示了它與傳統(tǒng)材料的區(qū)別，這樣的區(qū)別并不是阻礙新材料被大眾接受的因素。相反，由于碳纖維獨(dú)特的性質(zhì)，演奏者在了解碳纖維材料的基礎(chǔ)上，會(huì)提高對(duì)碳纖維管樂器的接受度。以碳纖維的穩(wěn)定性為例，西洋管樂器中的碳纖維結(jié)構(gòu)類似于石墨，是一種六邊形網(wǎng)狀排列疊加組合而成，就穩(wěn)定性而言，并不比傳統(tǒng)材料差。在演奏的過程中，每一個(gè)音符都可以清晰地進(jìn)行演奏，氣息平穩(wěn)的情況下，不存在雜音等現(xiàn)象。與傳統(tǒng)材料黃銅相比，聲波在碳纖維管體內(nèi)部振動(dòng)的四周，“雜質(zhì)”較少，更好地體現(xiàn)了碳纖維的音色穩(wěn)定性。

長(zhǎng)號(hào)在銅管樂器中是一個(gè)較為特殊的存在，與按鍵式的號(hào)類樂器不同，長(zhǎng)號(hào)的演奏依賴于伸縮拉管。從長(zhǎng)號(hào)的歷史演變進(jìn)程來看，自15世紀(jì)初在歐洲出現(xiàn)后，一直保持著拉管這樣的基本結(jié)構(gòu)。拉管是長(zhǎng)號(hào)的核心，伸縮拉管的正確使用是保證長(zhǎng)號(hào)演奏的前提。在西洋管樂器的維修中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)號(hào)拉管卡頓等現(xiàn)象，演奏者在長(zhǎng)時(shí)間演奏和使用樂器下，拉管內(nèi)部會(huì)殘留一些雜質(zhì)和污漬。碳纖維制成的長(zhǎng)號(hào)拉管，抗氧化能力較強(qiáng)，且耐腐蝕，有效地延長(zhǎng)了樂器的使用壽命。碳纖拉管進(jìn)行高低音轉(zhuǎn)換時(shí)，演奏觸感和音區(qū)轉(zhuǎn)換都很靈活。碳纖維制成的長(zhǎng)號(hào)，為演奏者提供相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單的“滑塊”運(yùn)動(dòng)。碳纖維的特性促使長(zhǎng)號(hào)表面不會(huì)彎曲或者凹陷，演奏者在使用的過程中，大大降低了樂器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)于黃銅等傳統(tǒng)材料，碳纖維為長(zhǎng)號(hào)提供了不同的演奏手感，以至于確保拉管內(nèi)外的縫隙達(dá)到最小值。碳纖維為長(zhǎng)號(hào)預(yù)留出演奏時(shí)僅需滑動(dòng)的空隙。在樂器制作的輕工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，對(duì)于唇振動(dòng)的氣鳴樂器，都會(huì)有通用的技術(shù)條件,例如活塞的氣密性根據(jù)不同的直徑，會(huì)有相應(yīng)的最大變化間隙值；調(diào)音管和附管內(nèi)外配合的最大間隙理論上不能大于0.15mm等。碳纖維長(zhǎng)號(hào)，在拉管滑動(dòng)的過程中，演奏者拉動(dòng)外管，與內(nèi)部附管交替滑動(dòng)時(shí)，兩管之間不會(huì)顯得狹窄或過于空曠。這樣在音區(qū)切換的過程中，演奏者拉動(dòng)長(zhǎng)號(hào)時(shí)，手感更為整體化，對(duì)于音色的把握也會(huì)顯得更加豐富。碳纖維在長(zhǎng)號(hào)中的新技術(shù)應(yīng)用，增強(qiáng)了長(zhǎng)號(hào)演奏的聲音、音區(qū)切換的速度以及整體的演奏舒適度。拉管是長(zhǎng)號(hào)的主心骨，輕體拉管的完成，給新材料的未來提供了一個(gè)發(fā)展方向。

“局部碳纖維”的模式不僅在銅管樂器中得以體現(xiàn)，在木管樂器中也有實(shí)際應(yīng)用。在西洋管樂器中，常見的木管樂器有單簧管、雙簧管、長(zhǎng)笛和薩克斯等。傳統(tǒng)單簧管大多是木質(zhì)；長(zhǎng)笛、薩克斯等一般為金屬或合金制成。以薩克斯管為例，薩克斯的彎脖管是連接笛頭和主體管的橋梁，用碳纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料制成的彎脖管本質(zhì)與銅管樂器基本相似，目的在于讓演奏者使用較少的力量進(jìn)行高音區(qū)的演奏，薩克斯的音色會(huì)被更好地呈現(xiàn)，在現(xiàn)場(chǎng)演奏的聲音會(huì)完全打開，并且，演奏者有更大的自由發(fā)揮空間，符合薩克斯這一樂器的特點(diǎn)。

樂器的管體是影響發(fā)聲的重要因素，碳纖維在管體上的應(yīng)用，考慮到管樂器發(fā)音原理，暫不能將影響發(fā)聲的部位進(jìn)行全面的“碳纖維替換”，所以采用“局部替換”的模式，聲音從吹奏部位進(jìn)入管體的過程中，依靠氣息帶動(dòng)空氣柱振動(dòng)進(jìn)行傳播。當(dāng)聲源部分進(jìn)行振動(dòng)的瞬間，聲音以點(diǎn)向面，朝擴(kuò)音部位進(jìn)行發(fā)散。西洋管樂器中的碳纖維，不僅僅是為了減輕樂器重量，更重要的是優(yōu)化了管樂器發(fā)音振動(dòng)而存在，減少演奏中的能量損失。“共鳴的好壞”是判斷管樂器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，西洋管樂器的共鳴感，一是樂器自身與介質(zhì)之間的共鳴，二是樂器與演奏者之間的“共鳴感”。樂器自身依附于制作樂器的原材料，聲波在管體內(nèi)部進(jìn)行碰撞的同時(shí)，每一面都會(huì)反射，并且會(huì)進(jìn)行多次反射。聲波穿梭在樂器管壁與介質(zhì)之間，來回交替，不斷產(chǎn)生共振，從而得到演奏者需要的音色。演奏者追求西洋管樂器的共鳴感，不僅是樂器個(gè)體的振動(dòng)，更追逐于樂器振動(dòng)帶來的“演奏手感”。碳纖維的飽和度，讓演奏者在演奏時(shí)，口腔與手部形成了一種氣流與樂器觸感之間的感應(yīng)效果。

演奏者聽到的西洋管樂器聲音，大部分來源于管樂器周圍的空氣振動(dòng)，而不是單一的材料振動(dòng)。樂器音色受空氣柱的影響，并且樂器中的管壁振動(dòng)會(huì)影響演奏時(shí)的靈活度、氣力和速度等。管樂器的每一個(gè)音色，是不同頻率的振動(dòng)疊加而成。碳纖維制作的樂器，亦會(huì)考慮聲音的成分。樂器制造的目的是進(jìn)行更好地演奏，當(dāng)樂器處在不同環(huán)境中，如音樂廳、錄音室等，聲音的傳播就開始與空間音樂聲學(xué)有關(guān)聯(lián)，樂器本身的音色與環(huán)境配置標(biāo)準(zhǔn)，是影響聽眾感官的重要因素。碳纖維從聲音的整體性出發(fā)，會(huì)給演奏帶來暖聲調(diào)。碳纖維材料能夠在管樂器各個(gè)部分之間提供較為獨(dú)立的“硬度”和“剛度”。這樣一來，管壁振動(dòng)對(duì)樂器音色的不良影響會(huì)有所降低。碳纖維零部件十分堅(jiān)固，不易產(chǎn)生凹陷和斷裂，保證了西洋管樂器的質(zhì)量。

碳纖維在西洋管樂器中依然有很大的發(fā)展空間。新型材料的出現(xiàn)，是對(duì)傳統(tǒng)材料的一個(gè)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)材料給西洋管樂器帶來的經(jīng)典效果，新型材料是否可以延續(xù)并加以創(chuàng)新，這一問題也很值得管樂器修造者們繼續(xù)進(jìn)行探討。西洋管樂器的種類有很多，不僅有傳統(tǒng)金屬制成的管類樂器，也存在木制樂器。若使用碳纖維對(duì)一些木制管樂器進(jìn)行改良，以及對(duì)一些銅管樂器的配件進(jìn)行研制，在不影響發(fā)音的基礎(chǔ)上，未嘗不是一種新的修造方式。碳纖維在西洋管樂器中的應(yīng)用，逐漸被人們所接受，這是新材料在新時(shí)代的成果。未來，碳纖維會(huì)依靠自身的優(yōu)良特性，繼續(xù)在樂器行列大放光彩。

四、結(jié)語

碳纖維，是近些年來，較為熱門的樂器制作材料。多年以來，管樂器制造者們，不斷創(chuàng)新，利用各式各樣的新材料，多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與探究，將自己的思想，注入到各個(gè)管樂器當(dāng)中。每一件管樂器的產(chǎn)生，都蘊(yùn)涵著樂器制造者們的心血。在將來，新思維和新材料會(huì)繼續(xù)為管樂器市場(chǎng)帶來源源不斷的生命力，給演奏者們提供更加新穎優(yōu)質(zhì)的樂器，為管樂愛好者們構(gòu)建一個(gè)精彩紛呈的樂器世界。