基于TRIZ理論的激光琴創(chuàng)新設(shè)計(jì)

魏勇 陳林 劉春蘭 趙嫦欣

【摘要】為了解決傳統(tǒng)有弦琴的琴弦易損壞、耐久度低、傷害使用者手部的問題，筆者通過引用TRIZ創(chuàng)新方法中因果鏈分析與物理矛盾理論，從原有的有弦琴的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，將有弦琴設(shè)計(jì)為用激光代替琴弦、不傷手、經(jīng)濟(jì)效益高、觀賞價(jià)值高的新型激光琴。實(shí)踐表明，TRIZ創(chuàng)新理論能夠很好地提高產(chǎn)品的研發(fā)效率與生產(chǎn)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】TRIZ；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；有弦琴；改進(jìn)

傳統(tǒng)的有弦琴在演奏使用時(shí)，存在琴弦易磨損，易感染細(xì)菌等問題。同時(shí)，隨著社會(huì)科學(xué)的不斷發(fā)展，人們不再滿足于傳統(tǒng)有弦琴的外觀與造型，不斷的追求個(gè)性化、富有科技感的創(chuàng)意工藝品，針對(duì)于此，本文利用TRIZ理論從有弦琴的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，來滿足人們的各種需求。

一、有弦琴

有弦琴，其發(fā)音方式是依靠機(jī)械力量使張緊的弦線振動(dòng)發(fā)音，通常用手指撥動(dòng)琴弦，故發(fā)音音量受到一定限制。通常用不同的弦演奏不同的音，有時(shí)則通過改變弦長，從而達(dá)到改變音高和音色的目的。

傳統(tǒng)的有弦琴，其琴弦十分脆弱，在平時(shí)的使用以及演奏之中對(duì)其的磨損以及耐久度的消耗都十分的劇烈，而且在使用的時(shí)候還需要對(duì)琴弦進(jìn)行調(diào)音，更進(jìn)一步地?fù)p耗琴弦的耐久，并且在使用琴弦彈奏時(shí)，更是容易讓使用者的手指在長期與琴弦的接觸之中，因?yàn)槭种钙つw的柔弱，從而使手指受到損傷并且導(dǎo)致不同程度的感染。所以，筆者希望開發(fā)制作一種新型琴，使它具備的主要優(yōu)點(diǎn)有：要將琴弦的摩擦與耐久度損耗降低；要保護(hù)使用者手部的安全。

二、利用因果鏈分析分析問題

利用因果鏈分析對(duì)有弦琴進(jìn)行分析，如圖1所示。

通過因果鏈分析，得到其關(guān)鍵缺點(diǎn)為：琴弦的制造材質(zhì)脆弱；音色難調(diào)和；振動(dòng)頻率高。進(jìn)而分別將其轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵問題：（1）如何改善琴弦的制造材質(zhì)；（2）如何使音色變得更好的調(diào)和；（3）如何降低琴弦振動(dòng)頻率以保護(hù)琴弦。

通過分析問題解決方案后，發(fā)現(xiàn)問題（2）、（3）存在一組物理矛盾：一是琴弦材料柔和會(huì)影響琴弦的振動(dòng)。二是琴弦材料堅(jiān)硬會(huì)影響音色的調(diào)和以及傷害手部。

三、使用物理矛盾解決問題

首先，描述關(guān)鍵問題。既要音色變得更好的調(diào)和，又要降低琴弦振動(dòng)頻率以保護(hù)琴弦。

其次，寫出物理矛盾。琴弦的制造材質(zhì)需要柔軟一些，因?yàn)榭梢苑奖闫湟羯恼{(diào)整以及保護(hù)手部的皮膚以避免受傷。但是，琴弦的制造材質(zhì)需要堅(jiān)硬一些，因?yàn)榭梢员Ｗo(hù)琴弦，減小機(jī)械振動(dòng)對(duì)琴弦的磨損與消耗。

再次，選擇對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理。在分析了滿足物理矛盾方法適用的幾個(gè)發(fā)明原理后，確認(rèn)“機(jī)械系統(tǒng)替代”原理是最合適的。

最后，產(chǎn)生具體的解決方案。根據(jù)“機(jī)械系統(tǒng)替代”原理的提示，我們可以將琴弦的材質(zhì)替換為由激光發(fā)射燈所發(fā)射出來的激光束線，而將原來琴弦的力學(xué)原理用光學(xué)之中光學(xué)原理來替代。激光束線其兩端分別是激光發(fā)射燈與光敏電阻，光敏電阻與單片機(jī)相連接，把接受到的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，同時(shí)單片機(jī)連接電源以及功放，單片機(jī)收到來自光敏電阻的信號(hào)之后，進(jìn)過內(nèi)部處理后，還可調(diào)節(jié)其音色，就將信號(hào)以音頻信號(hào)的形式從功放傳遞出來，完成了有弦琴的工作。

這種改動(dòng)將原來的有弦琴的琴弦換成了激光，既解決了“如何改善琴弦的制造材質(zhì)”的問題，也解決了“如何使音色變得更好的調(diào)和”的問題和“如何降低琴弦振動(dòng)頻率以保護(hù)琴弦”之間的矛盾；并且還可以保護(hù)手部免受傷害，增加使用者的練習(xí)時(shí)間，使用戶體驗(yàn)更好。

四、結(jié)論

采用TRIZ理論，能夠在傳統(tǒng)有弦琴的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面找到新的突破。通過因果鏈分析，得出相應(yīng)的關(guān)鍵缺點(diǎn)與問題，并通過物理矛盾來進(jìn)行解決，從而組成一個(gè)環(huán)路，經(jīng)過多次循環(huán)開發(fā)新的設(shè)計(jì)方案，可以為相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供好的思路和方法。

參考文獻(xiàn)

[1]孫永偉，謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ打開創(chuàng)新之門的金鑰匙[M].北京：科學(xué)出版社，2015.

[2]沈建躍，任振道，鐘磊，婁碧輝.激光琴演示儀[D].寧波：寧波華茂文教股份有限公司，2014.

作者簡介：魏勇（1987.06—），男，漢族，內(nèi)蒙包頭人，博士，講師，研究方向：光纖傳感、大學(xué)生創(chuàng)新教育；陳林（1997.10—），男，漢族，四川人，重慶三峽學(xué)院；劉春蘭（1989.03—），女，漢族，四川人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：光纖傳感；趙嫦欣（1991.03—），女，漢族，黑龍江拜泉人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)員，研究方向：光纖傳感。