樂器的標準化生產(chǎn)與技術應用
——以琵琶制作生產(chǎn)研發(fā)實踐為例

文/宋營彬

前言

提高琵琶制作工藝水平，是琵琶制作工匠們潛心研究的課題。在琵琶制作的歷史長河中，無論是從唐代曲項琵琶、直項琵琶到近代琵琶的外觀優(yōu)化，還是琵琶形制由四相十三品到六相二十四品（二十五品）的發(fā)展，近代琵琶樂器仍以梨形共鳴箱的優(yōu)美外形被現(xiàn)代人所鐘愛。與此同時，琵琶樂器的標準化制作水平也引起樂器生產(chǎn)行業(yè)的關注。

從琵琶傳統(tǒng)的生產(chǎn)形態(tài)來看，傳統(tǒng)的琵琶制作一直是師傅帶徒弟靠手工傳承。一般人則認為：制作琵琶就是把圓木破成板材，把板材鋸成小的部件，再把各部件加工組織裝在一起，比貓畫虎、差不多就是一件琵琶樂器。的確，在琵琶樂器的制作過程中基本上都是用手工隨型刨銷，用木銼修整弧面，只有簡單的電鋸、平刨等，機械化程度很低。并且在市場上也買不到樂器制作的專用設備，僅有的設備大多都需要改進才能使用，致使琵琶樂器的生產(chǎn)工藝非常落后，導致同一批次的琵琶外形大小，形態(tài)不一，存在較大的差異。琵琶的音質(zhì)更是難以把控，不能滿足專業(yè)演奏群體對音質(zhì)的需求。為此，要實現(xiàn)琵琶樂器音質(zhì)及生產(chǎn)效率的提升，對琵琶樂器制作采用模具化、數(shù)據(jù)化、智能數(shù)控標準化的科技研究尤為重要。

一、傳統(tǒng)手工與模具化生產(chǎn)的質(zhì)量對比研究

樂海公司在2014年前后成立了琵琶樂器研發(fā)團隊，分析了目前琵琶樂器的生產(chǎn)狀況及專業(yè)演奏團體對提高琵琶音質(zhì)的需求，為了推動琵琶樂器制作工藝的發(fā)展、實現(xiàn)琵琶制作的標準化生產(chǎn)、突破生產(chǎn)技術瓶頸，特對琵琶的生產(chǎn)制作工藝及生產(chǎn)材料的時效處理等技術逐一立項研究。首先研發(fā)的是利用琵琶仿形模具機械加工代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工制作，具體研發(fā)過程如下。

琵琶研發(fā)組針對此項工作，以加工琵琶背板為突破口：首先進行的是傳統(tǒng)工藝與機械制作工藝加工琵琶背板輪廓外形的效果對比試驗。用傳統(tǒng)手工加工，是用琵琶樣板在琵琶背板正面畫好邊線，用帶鋸留線加工出琵琶外形，再用木銼以輪廓邊線為基準進行加工；而用琵琶仿形模具機械加工，則首先根據(jù)琵琶樂器的型狀進行輪廓復制，用10mm厚酚醛樹脂膠合板按1：1的比例制作成一個琵琶模板。為了增加其穩(wěn)定性，成三角形狀用3～4顆水泥釘把模板固定在琵琶的背板正面，然后在立銑軸套位置根據(jù)立銑刀套的外徑尺寸增加一個輔助軸承外套，使軸承外套的尺寸與立銑刀套尺寸相同，在把固定好模板的琵琶背板放在立銑的平臺上，使琵琶模板與輔助軸承外套靠緊并用雙手穩(wěn)住琵琶背板，順著立銑刀軸旋轉(zhuǎn)的方向慢慢推進旋轉(zhuǎn)，完成琵琶背板的仿形加工。

經(jīng)過兩種工藝制作琵琶背板的效果對比：手工加工對稱式輪廓形狀的琵琶背板大小差異較大，最大的相差1.5mm，且順滑度略顯粗糙。而模具仿形加工的琵琶背板，從對稱外觀形狀上測量大小形狀相同，且手感順滑，弧線流暢，琵琶背板輪廓順滑，標準一致。從效率上看，手工生產(chǎn)一把琵琶背板平均需要18分鐘，而用琵琶模具進行仿形生產(chǎn)一把琵琶背板的平均時間僅6分鐘。

實驗證明，利用琵琶仿形模具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工加工琵琶背板輪廓外形，不僅生產(chǎn)效率有很大幅度的提升。而且從形狀對稱，尺寸大小、手感順滑、弧度流線等工藝規(guī)范方面達到統(tǒng)一標準的生產(chǎn)水平。因此，利用仿形模具機械代替純手工來制作琵琶樂器，實現(xiàn)生產(chǎn)琵琶標準化是琵琶樂器制作史上的一次飛躍。隨著科學的不斷進步，琵琶樂器的模具化生產(chǎn)研發(fā)也在不斷地提升優(yōu)化，逐漸由簡單的模具化加工升級為模具軌道仿形加工。利用軌道滑行技術代替了人工拉動模具，避免了模具拉動期間模具的磨損，延長了模具的使用壽命。和簡單的手工模具加工對比，不僅操作省力、而且加工的精度有了很大的提升，減少了工傷事故的發(fā)生。這種通過傳統(tǒng)工藝變革為模具化生產(chǎn)工藝，可優(yōu)化提升琵琶樂器制作的標準化水平，規(guī)范產(chǎn)品的技術數(shù)據(jù)，全方面的提升琵琶樂器的質(zhì)量，是保障樂器生產(chǎn)質(zhì)量的新途徑。

二、樂器生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化研究

樂器生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化研究與資料庫建立是新時期樂器工業(yè)發(fā)展特征的標志之一。然而，中國樂器工業(yè)的現(xiàn)狀尚未達到這個認識階段。以琵琶樂器的生產(chǎn)制作為例，不管是個體型作坊加工還是規(guī)模型企業(yè)生產(chǎn)，每個廠家的加工技術參數(shù)都不一樣，沒有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料可查詢，不能滿足專業(yè)演奏群體期望不斷提升琵琶樂器質(zhì)量的社會需求。為了變革這一現(xiàn)狀，樂海樂器公司首先關注到樂器制作中材料處理數(shù)據(jù)的把握及不同數(shù)據(jù)對樂器音質(zhì)的影響。我們的做法是：

1.琵琶內(nèi)膛數(shù)據(jù)研究

在琵琶原材料經(jīng)過自然存放、蒸汽烘干處理，含水率7%的狀態(tài)下，測定相同體積的南非紫檀琵琶背板，我們稱其重量，測算出南非紫檀木材的密度是0.75，確定為基礎數(shù)據(jù)，設定非洲紫檀材料琵琶背板的里膛深度尺寸為38mm，然后經(jīng)過音板加工，排相位等幾道工序加工做成琵琶，經(jīng)過油漆、排品、做成成品后找專家進行音色鑒定，結果是聲音發(fā)悶，音量偏小，亮度不夠。

分析以上數(shù)據(jù)，從專業(yè)制作角度判斷是琵琶的里膛深度不夠，導致琵琶共鳴內(nèi)腔體積不足，不足容量的內(nèi)腔振動值反映出共振體質(zhì)量偏小并導致琵琶音量偏小。為了改善琵琶的音量，我們把琵琶背板里膛的深度分別調(diào)整為40mm、43mm、45mm，力圖擴大共振體質(zhì)量以提升共振值，做成琵琶后再找專家進行鑒定：里膛深度45mm琵琶音量明顯增大了，但聲音卻發(fā)散。再次判斷數(shù)值功效，發(fā)現(xiàn)是琵琶里膛過深，造成空室呼喊的效果。隨后，我們又對不同的里膛深度進行測試選擇與概念優(yōu)化，在膛深40mm和43mm之間的內(nèi)膛進行聲音鑒定。通過比較，里膛深度40mm的琵琶聲音相對最好，聲音通透、音色圓潤。此項科研的實驗結果為：非洲紫檀琵琶背板在含水率7%狀態(tài)下，膛深40mm其聲音是最為理想。為了驗證實驗數(shù)據(jù)能否實踐應用，我們擴展實驗范圍，按照這些數(shù)據(jù)做兩個批次各40把琵琶再行實驗，結果請演奏型的權威專家做出產(chǎn)品鑒定：按優(yōu)化數(shù)據(jù)生產(chǎn)的琵琶其音質(zhì)與音色均有提升。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)把非洲紫檀木料的琵琶里膛深度確定為40mm，然后按照科研數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)標準進行編制雕刻機的雕刻程序，統(tǒng)一利用雕刻機加工，從而實現(xiàn)了非洲紫檀木料琵琶背板生產(chǎn)的標準化數(shù)據(jù)，優(yōu)選琴率達到80%以上。

科研工作使我們厘清內(nèi)膛深度與音質(zhì)的一般性關系，積累了經(jīng)驗，我們分別對其他材質(zhì)的木料也進行了測試。不同密度的材質(zhì)特性自然會發(fā)現(xiàn)分析出相似但不相同的數(shù)據(jù)，最終形成實驗性生產(chǎn)標準，為琵琶背板的數(shù)據(jù)科學化奠定了基礎。樂海公司的琵琶生產(chǎn)由個性化的隨意性生產(chǎn)，變?yōu)閿?shù)據(jù)指導的標準化生產(chǎn)，使琵琶產(chǎn)品的質(zhì)量有了保障，不再數(shù)據(jù)確定的猶豫徘徊，較大程度的提升了生產(chǎn)效率。

2.琵琶音板數(shù)據(jù)的研發(fā)

在琵琶的制作中，音板的制作一直以來完全是用純手工進行凈面加工，琵琶音板的厚度數(shù)據(jù)難于數(shù)據(jù)量化，只能憑個人經(jīng)驗進行加工，所體現(xiàn)出來的只是所謂的‘厚一點，差不多了，薄了’。導致樂器音板的均衡性沒有保證，音色時好時壞，優(yōu)質(zhì)琴幾率偏低，不適合樂器的規(guī)?；庸どa(chǎn)。尤其是從事中低檔琵琶樂器的制作生產(chǎn)線工作的人群，多是需要提升技能的學習制作階段，經(jīng)驗嚴重不足，致使中低檔琵琶樂器的質(zhì)量更是參差不齊，認為表面光滑就可以了。從企業(yè)發(fā)展的角度看，普通工匠的手工技術提升速度已經(jīng)不能跟上時代進步的步伐，必須通過數(shù)據(jù)化生產(chǎn)為指導，才能提升理念、提高工藝水平。

為此，樂海公司請國內(nèi)知名專家進行鑒定試聽選出測試標準琴，把專家們公認的琵琶音板拆解測量，首先結合材料的密度分析，結合精度0.001mm的測量儀進行分區(qū)域測量厚度，在把所測量的數(shù)據(jù)進行研究分析，經(jīng)過反復多次的綜合數(shù)據(jù)分析與再測量，最后把這些測繪的數(shù)據(jù)編入程序，形成了一個琵琶樂器音板的智能數(shù)控加工數(shù)據(jù)庫。根據(jù)某產(chǎn)品材料的密度，利用智能數(shù)控設備進行加工，把手工加工的不定因素變?yōu)榭煽氐募庸?shù)據(jù)，把手工不能量化的參數(shù)變?yōu)閿?shù)據(jù)化加工的參數(shù)坐標，使中低檔琵琶樂器的音質(zhì)有了保障，使其音色得到了較大的提升，從而實現(xiàn)了中低檔琵琶樂器的數(shù)據(jù)化生產(chǎn)，普遍提升了中低檔琵琶生產(chǎn)的整體水平，做到“粗糧細做”。

三、樂器的智能數(shù)控生產(chǎn)應用

琵琶外形好比一個水瓢，在琵琶的加工制作過程中，加工難度相對較大.好多人認為琵琶樂器制作不適合機械化加工,憑的是傳承手藝。需要有扎實的木工基本功手工做的琴音質(zhì)會純凈，需要的是錛、鑿、斧、鋸手藝樣樣精通，而這些技藝的掌握卻需要幾年甚至十幾年的時間才能完全掌握。作為一個發(fā)展自動化生產(chǎn)的企業(yè)，這樣的培養(yǎng)工匠的速度顯然不符合時代要求。因此，如何利用傳承的制作經(jīng)驗結合智能數(shù)控設備加工琵琶，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工制作，成為琵琶制作中急需研發(fā)的課題。

再以琵琶的里膛制作為例。加工里膛如沒有合適的工具，手工制作就要用錛，一錛一錛的刨，費力費時且表面凹凸不平，只能把銼輪安裝在二聯(lián)機上，伸進去打磨，加工難度較大，不易控制。我們試著將達標的琵琶里膛進行立體掃描，修整圓滑，編制成精雕加工程序數(shù)據(jù)，試著用雕刻機加工。在解決具體問題采取的研發(fā)有：為解決琵琶表面光潔度問題，平刀不行，就改用圓刀；為解決雕刻機吃刀多，加工量大的問題，我們定制了4千瓦的風冷主軸；為了增加雕刻機的穩(wěn)定性我們增加了底座的配重；多次實驗探索、不斷改進優(yōu)化，解決跑刀的路徑問題等，最終完成了琵琶背板的智能雕刻機加工。加工完成的琵琶背板，其厚度，大小，形狀等數(shù)據(jù)測量的指標，生產(chǎn)成品完全一樣，產(chǎn)品表面平整圓滑的程度，是手工所不能達到的。實踐證明，利用智能數(shù)控加工代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工制作，是提升琵琶樂器的制作工藝質(zhì)量、實現(xiàn)琵琶樂器的標準化生產(chǎn)的必行之路。

另以琵琶琴頭開榫、安裝為例。長期以來，琵琶琴頭的安裝，一直是把琵琶琴頭放在琵琶榫上位置上面，目測畫線，然后順線用手鋸開榫，然后在用木銼進行修整，其結果很難把頭上正。而且琵琶榫頭兩側(cè)、彎頭部位的弧面要用鏟刀把彎頭弧度一點一點的鏟到圓滑，沒有一定木工基礎的工人很難做到位。琵琶琴頭安裝的要求是左右周正，琴頭與琴榫要吻合嚴密。加工難、費工時形成這道工序的生產(chǎn)瓶頸。

為了解決這一瓶頸工序，樂海公司立項研發(fā)了“琵琶琴頭開榫機”。根據(jù)琵琶的彎頭弧度，定制了直徑300mm的合金鋸片，根據(jù)琵琶安裝頭飾的角度，以45°角為琵琶的開榫角度，利用雙鋸片傾斜10°角安裝完成琵琶榫頭的加工角度，經(jīng)多次改進與優(yōu)化，利用伺服電機帶動滑軌聯(lián)動、氣缸同步固定，實現(xiàn)了琵琶開榫的智能數(shù)控自動化加工。以數(shù)控加工的琵琶榫頭標準到位、彎頭結合嚴密。提升了琵琶琴體結構的密合質(zhì)量，極大地提升了琵琶的生產(chǎn)效率。

樂海公司在全面提升琵琶樂器質(zhì)量的同時，組建了琵琶生產(chǎn)流水線，把琵琶制作的工藝流程細化。增加為對智能數(shù)控設備的掌控能力，以新的標準培養(yǎng)新型樂器工匠。發(fā)揮每位制作工人的技術特長，因才施用。以適應樂器生產(chǎn)轉(zhuǎn)型為“模具化加工向軌道仿形加工”“半自動設備加工到現(xiàn)在的智能數(shù)控自動化加工”等時代變化，從理念上培養(yǎng)工匠們的生產(chǎn)中意識到“產(chǎn)品的外形優(yōu)化到產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量提升”對實現(xiàn)自身價值的影響，在樂器產(chǎn)品質(zhì)量方面獲得“人和”保障。實現(xiàn)企業(yè)在琵琶樂器的標準化生產(chǎn)的措施落實。

結語

本文闡述的琵琶樂器的標準化生產(chǎn)和技術應用，更體現(xiàn)了樂海公司在樂器材料儲備與材料的時效處理研究、傳承工藝的優(yōu)質(zhì)琴制作內(nèi)涵轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)控制的具體工藝數(shù)據(jù)并建立標準、不斷提升工匠操作能力中數(shù)控設備的基礎能力，確保在樂器的生產(chǎn)中盡量減少人為因素的影響等方面所做的努力。本文所例舉的琵琶制作工藝變化與應用僅是樂海公司諸多樂器研發(fā)組其中的一個范例。目的是介紹樂海公司通過在產(chǎn)品的模具化，數(shù)據(jù)化的研發(fā)理念，使樂器的音質(zhì)通過樂器的標準化生產(chǎn)技術的應用不斷優(yōu)化提升，控制好生產(chǎn)樂器的每一個環(huán)節(jié)，發(fā)揚樂器制作中的工匠精神，為同行業(yè)提出與建立新時期樂器工業(yè)的發(fā)展方向研究“拋磚引玉”。筆者堅信：樂器生產(chǎn)的標準化生產(chǎn)是提升樂器品質(zhì)的關鍵。為建立標準化生產(chǎn)所需的“數(shù)據(jù)整理分析轉(zhuǎn)化與應用”是一個長期的過程。在構建樂器標準化與數(shù)據(jù)化生產(chǎn)的征途上，“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。