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(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

自21世紀(jì)伊始，中國(guó)的竹笛藝術(shù)領(lǐng)域在全球化與現(xiàn)代化的浪潮中取得了顯著的進(jìn)展。然而，在快速的發(fā)展過程中，我們也不得不正視傳統(tǒng)竹笛在演奏實(shí)踐中所遭遇的一系列挑戰(zhàn)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(zhǎng)形態(tài)對(duì)音準(zhǔn)和音色的影響，以及竹笛對(duì)環(huán)境溫度和濕度的高度敏感性。傳統(tǒng)竹笛因其自然生長(zhǎng)的特性，使得每一根竹笛在音準(zhǔn)和音色上難以達(dá)到完全的統(tǒng)一。竹材對(duì)于溫度和濕度的變化極為敏感，這不僅影響演奏者的發(fā)揮，也增加了樂器維護(hù)的難度。在極端的氣候條件下，竹笛容易出現(xiàn)開裂、變形等問題，從而限制了其應(yīng)用范圍。在膨脹系數(shù)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(xiàn)代音樂中的進(jìn)一步發(fā)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(duì)竹笛進(jìn)行改良和創(chuàng)新。他們尋求更加穩(wěn)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(lái)，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(zhǎng)的苦竹、紫竹、斑竹等，同時(shí)也有研究者嘗試使用木材、玻璃、PVC管等合成材料來(lái)替代竹材。

然而，這些改良嘗試并非一帆風(fēng)順。盡管木材、玻璃、PVC等材料在耐用性和穩(wěn)定性方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但它們制作的竹笛在音質(zhì)上往往難以達(dá)到傳統(tǒng)竹笛的效果。這是由于這些材料的振動(dòng)特性與竹材存在顯著差異，導(dǎo)致它們?cè)谝羯想y以與傳統(tǒng)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(tǒng)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(duì)于竹笛材料的探索仍在持續(xù)進(jìn)行中。許多學(xué)者和研究者致力于尋找一種既能保持傳統(tǒng)竹笛音色，又能克服其固有缺點(diǎn)的新材料。這一探索過程充滿挑戰(zhàn)，需要綜合考慮材料的振動(dòng)特性、穩(wěn)定性、加工難度等多個(gè)因素?？梢哉f(shuō)在竹笛材料改良方面，我們尚未取得突破性的進(jìn)展。但正是這種不斷探索的精神，推動(dòng)著中國(guó)竹笛藝術(shù)不斷向前發(fā)展。

（二）重組竹為對(duì)象的研究可行性

重組竹，作為一種新的竹質(zhì)人造材料，展現(xiàn)出了卓越的物理性能和環(huán)保特性。其特點(diǎn)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(qiáng)化成型工藝制成，其中在成品制作過程中，我們采用了機(jī)床鉆孔技術(shù)（控制內(nèi)徑與吹孔、音孔的尺寸）或采用獨(dú)特的削切再卷曲技術(shù)。特別是削切再卷曲的方法，不僅突破了傳統(tǒng)的加工模式，而且有效地保護(hù)了竹纖維的完整性，顯著提高了竹材的利用率。

運(yùn)用重組竹制作的竹笛，不僅保留了竹材的天然纖維結(jié)構(gòu)，從而保持了竹材纖維振動(dòng)傳導(dǎo)的固有特性，而且在密度和膨脹率等關(guān)鍵物理性能方面，相較于未加工的原始竹材，展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。以下是對(duì)幾種不同種類竹材的密度與超聲波聲速測(cè)試系數(shù)的詳細(xì)學(xué)術(shù)性比較。

重組竹在保留竹材纖維成分的基礎(chǔ)上，密度高達(dá)1.15/cm3，是普通竹材的1.5倍，在聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量中，重組竹的超聲波聲速系數(shù)表現(xiàn)出最優(yōu)異的性能，這與其高彈性模量以及獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。因此，重組竹不僅具有更高的強(qiáng)度和出色的耐久性，還展現(xiàn)出卓越的聲速傳導(dǎo)性。且重組竹材料來(lái)源簡(jiǎn)單，便于壓制、塑模和機(jī)器精準(zhǔn)批量化生產(chǎn)。將重組竹材料應(yīng)用于竹笛上，符合當(dāng)今綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代要求，固本次新材料竹笛的研究以重組竹為對(duì)象。

二、重組竹新式竹笛材料制造流程研究

（一）制作流程與關(guān)鍵技術(shù)

重組竹的構(gòu)成單元是網(wǎng)狀竹束，它是先將竹材疏解成通長(zhǎng)的、相互交聯(lián)并保持纖維原有排列方式的疏松網(wǎng)狀纖維束，再經(jīng)干燥、施膠、組坯成型后熱壓而成的一種強(qiáng)度高、規(guī)格大、具有天然竹材紋理結(jié)構(gòu)的新型竹材人造板。[1]經(jīng)過大量研究，重組竹的制造工藝運(yùn)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(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。

在重組竹的制備過程中，可利用的原料來(lái)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(zhǎng)周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而成為理想的選擇。此外，竹集成材生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的剩余材料，如竹梢、竹片等下腳料，同樣可以經(jīng)過加工處理，轉(zhuǎn)化為重組竹的原料。在竹制品的生產(chǎn)中，如竹席、竹簾等，產(chǎn)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(chǎn)重組竹的優(yōu)質(zhì)材料。這些竹種不僅生長(zhǎng)周期短，而且其纖維結(jié)構(gòu)有利于重組過程中的纖維交織與強(qiáng)化，從而賦予重組竹更高的力學(xué)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(shí)，將竹材軟化進(jìn)行后續(xù)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(nóng)林大學(xué)的研究結(jié)果表明，竹材的去青與否對(duì)重組竹材料性能影響較大，去青的重組竹的物理力學(xué)性能均優(yōu)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(zhǎng)條狀竹絲束。疏解后的竹絲束纖維應(yīng)呈現(xiàn)橫向不斷裂、縱向松散且相互粘連的網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)有浸膠工藝中，浸膠環(huán)節(jié)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(shí)間通常為1至2分鐘。而在對(duì)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(tài)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(yōu)異性能而顯著增強(qiáng)了竹笛的保護(hù)性能，還因其獨(dú)特的天然質(zhì)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(shí)，自然干燥過程中可能會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，尤其是當(dāng)表層已經(jīng)干燥而內(nèi)層仍未完全干透時(shí)，這種現(xiàn)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(xiàn)象相對(duì)不明顯。

7.干燥：將浸了生漆的竹束在室內(nèi)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(shí)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(shù)破壞竹材細(xì)胞，熱壓技術(shù)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(zhì)產(chǎn)出均勻，密度統(tǒng)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(jī)上進(jìn)行，一般壓力為4.0～8.0 MPa，溫度為110～160℃，熱壓時(shí)間1.0～1.2min/mm板厚。

10.在重組竹材料的精細(xì)加工流程中，除機(jī)床鉆孔法外，我們測(cè)試了削片再卷曲的方法。其中削片工序占據(jù)重要的地位。在削片過程中，運(yùn)用專業(yè)輥式削片機(jī)，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(jīng)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(yīng)用潛力。

11.蜷曲：將削片后的重組竹依據(jù)制笛內(nèi)徑與外徑的數(shù)據(jù)卷曲形成管狀。由于竹笛的內(nèi)徑為非統(tǒng)一的內(nèi)徑數(shù)值，我們采用卷曲機(jī)和非平均內(nèi)徑卷曲軸心來(lái)卷曲。在制作時(shí)，卷曲機(jī)中間軸芯的粗細(xì)就代表了笛子的內(nèi)徑。

（二）重組竹材料的膨脹系數(shù)

削片步驟高度的精確性決定了重組竹片的質(zhì)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(huì)導(dǎo)致在水分吸收后發(fā)生體積膨脹。這種膨脹現(xiàn)象不僅影響材料的尺寸穩(wěn)定性，還可能對(duì)產(chǎn)品的使用性能和外觀質(zhì)量造成影響。因此，為了控制膨脹率并保持材料的穩(wěn)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(guān)重要的，水分含量的變化會(huì)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(wěn)定性和性能表現(xiàn)。

以上兩圖為密度和厚度對(duì)重組竹吸水厚度膨脹率的影響?？梢钥闯?，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(nèi)不同部位含水率的不均勻性也越大。

由此可見，相對(duì)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(xiàn)代竹笛制作中，以C調(diào)竹笛為例，其標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度約為32厘米，口徑大約為2.2厘米。關(guān)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(zhǔn)問題尤為突出，常出現(xiàn)偏低的現(xiàn)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(duì)第二孔進(jìn)行擴(kuò)孔處理，并在開孔位置上盡量靠近第三孔。這種調(diào)整方式旨在優(yōu)化音準(zhǔn)，確保演奏時(shí)的準(zhǔn)確性。對(duì)于C調(diào)竹笛而言，由于其尺寸相對(duì)較大，這種開孔形制在手指運(yùn)控上并不會(huì)造成太大負(fù)擔(dān)，因此可以有效地解決音準(zhǔn)問題。然而，對(duì)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(duì)演奏者的運(yùn)指造成一定的負(fù)擔(dān)和限制。

在重組竹竹笛的精細(xì)化制作過程中，我們致力于提升演奏者的運(yùn)指便捷性及音準(zhǔn)精確性。為此，我們嘗試優(yōu)化開孔方式與孔距設(shè)計(jì)。方式為適度擴(kuò)大第二孔的孔徑，同時(shí)縮小第三孔的孔徑，并進(jìn)一步微調(diào)第三孔與第四孔之間的間距。這一調(diào)整基于我們校音實(shí)驗(yàn)，即擴(kuò)大第二孔孔徑后，第三孔的音高會(huì)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(diào)整，實(shí)現(xiàn)了音程關(guān)系的精準(zhǔn)校正，同時(shí)優(yōu)化了運(yùn)指的便捷性。

四、結(jié)論與展望

在重組竹材料備制的整個(gè)工藝流程中，生漆的應(yīng)用以及材料削切后采用卷曲機(jī)和非平均內(nèi)徑卷曲軸心制作成品，是本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)。生漆的運(yùn)用為重組竹材料帶來(lái)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。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(hù)領(lǐng)域有著悠久的歷史和廣泛的應(yīng)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(nèi)部，形成堅(jiān)韌且富有彈性的漆膜。這層漆膜不僅增強(qiáng)了竹材的密實(shí)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(nèi)部受到侵蝕。

材料削切后采用卷曲機(jī)和非平均內(nèi)徑卷曲軸心制作成品是本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)特點(diǎn)。在材料削切階段，通過專業(yè)削片機(jī)將重組竹材料削切成寬度適宜的片狀，為后續(xù)加工奠定了基礎(chǔ)。而在卷曲過程中，采用卷曲機(jī)結(jié)合非平均內(nèi)徑卷曲軸心的設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)材料的特性和需求進(jìn)行精確的卷曲操作。這種非平均內(nèi)徑的卷曲軸心設(shè)計(jì)，能夠確保卷曲過程中材料受力均勻，避免了因應(yīng)力集中而導(dǎo)致的變形和損壞。

在重組竹笛的制作過程中的實(shí)驗(yàn)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(gè)技術(shù)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(lián)，若采取強(qiáng)制性的抽離方法，對(duì)竹笛的結(jié)構(gòu)和音質(zhì)造成不可逆的損害。

此外，重組竹笛的內(nèi)徑設(shè)計(jì)并非保持恒定，而是采用逐漸收束的非均勻結(jié)構(gòu)，這一特殊設(shè)計(jì)也增加了軸芯取出的技術(shù)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(xiàn)不均勻的情況，這不僅影響竹笛的整體美觀，還可能對(duì)音色的穩(wěn)定性和一致性造成負(fù)面影響。綜上，如何在保證竹笛結(jié)構(gòu)完整前提下，有效地移除軸芯，以及如何在壓制過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)竹束比例的精確控制，是下一步制作技術(shù)中需要深入研究的重要問題。

關(guān)于孔距調(diào)整方面的實(shí)驗(yàn)中，我們成功解決了傳統(tǒng)竹笛中常見的二孔音準(zhǔn)偏低的問題，還通過精確的孔位重排設(shè)計(jì)，使得二孔小二度演奏變得易于掌握。根據(jù)重新排列的指孔布局，我們將一、二孔同時(shí)開啟時(shí)設(shè)定為“si”音，當(dāng)單獨(dú)開啟二孔時(shí)為降“si”音，即通過指法運(yùn)用，演奏者可以輕松地實(shí)現(xiàn)二孔半音階間的轉(zhuǎn)換，規(guī)避了半音按半孔的演奏方式。

然而，在實(shí)驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題。由于三孔的縮小設(shè)計(jì)，導(dǎo)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(tǒng)一。這一問題可能會(huì)對(duì)演奏者的演奏體驗(yàn)和聽眾的聽覺感受產(chǎn)生一定的影響。因此，在未來(lái)的研究中，我們將進(jìn)一步探索如何優(yōu)化孔位設(shè)計(jì)和制作工藝，以實(shí)現(xiàn)竹笛各孔位音色的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。

綜上所述，重組竹材料的創(chuàng)新應(yīng)用為竹笛制作帶來(lái)了新的途徑，但軸芯移除技術(shù)和孔位設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)仍待解決。未來(lái)的研究將聚焦于進(jìn)一步優(yōu)化制作工藝，以實(shí)現(xiàn)更完美的音色統(tǒng)一和演奏體驗(yàn)，繼續(xù)推動(dòng)竹笛制作技術(shù)的發(fā)展。

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

張科威 沈陽(yáng)音樂學(xué)院民族器樂系主任、副教授

（責(zé)任編輯 崔健）