一位机械老师的“跨界”音乐之旅

本文转自：中国科学报

打造首架国产管风琴——

一位机械老师的“跨界”音乐之旅

学生正在演奏管风琴。受访者供图

■本报见习记者 孙丹宁

跳跃的音符、宏大的音量、优美的音色、雄伟的气势……作为键盘乐器的“祖先”，距今已有2200多年历史的管风琴有“乐器之王”之称。

然而，自百余年前被引入中国，这一古老乐器的国产化制作却进展缓慢。

2019年，大连理工大学机械工程学院副教授王小虎注意到这个问题，并开始尝试管风琴的设计和制作。今年9月，首架国产管风琴在他的手中诞生了。

一位机械教师怎么跑去“搞音乐”了？

建了个工坊

王小虎是在读大学时了解到管风琴的。

是时，出于对音乐的兴趣，他正在自学钢琴。一次学术交流中，王小虎所在的研究组来了一个德国团队。聊天时，他了解到其中一位科研人员在漫长的飞行旅途中，竟然靠一本琴谱消磨时间。

王小虎一听，以为找到了在音乐上志同道合的伙伴，便邀请他到琴房“以音会友”。这位“同人”却说自己除做科研外，还是位管风琴演奏家。

管风琴？得知王小虎对这种诞生于公元前3世纪的大型键盘乐器闻所未闻，这位学者立马热情地向他“科普”起来，还播放了演奏视频。王小虎被这个古典味十足、音色动人的“大家伙”吸引了。

管风琴分为不同尺寸，有若干层键盘，还需要同时操控脚踏键盘，一般用于教堂和音乐厅。它能模仿管弦乐器效果，演奏丰富的和声，效果不逊于一支管弦乐队。

此事在王小虎心中埋下了一颗种子。他随即到处寻找国内可演奏的管风琴，但数量很少，并且由于没有实现国产化，国内管风琴全部依靠进口。

“我了解到，管风琴并不是一个工业化产品，而是定制化乐器。可以说，世界上没有两台管风琴是一模一样的。每台管风琴都需要根据所在音乐厅的建筑设计、演奏需求、预算等‘量身定做’，所以很难实现量产。”王小虎告诉《中国科学报》。

此外，管风琴曾被喻为“人类设计和制造最复杂的机械”。从机械设计到落地，需要大量学科知识与施工经验，其中需要加工的零部件就达数千个，组装过程也十分复杂。

从市场化需求到技术门槛，再到定制化难度，这些都影响着管风琴的国产化。

上学时的王小虎只能简单了解相关背景。到大连理工大学机械工程学院工作后，主讲“流体力学”课程的他发现管风琴和机械结构、流体力学等知识有紧密联系。“能不能动手做一台？”

随即，他发起成立了一个“雅颂风琴”工坊，开始着手相关研究。但如此精密的制作，“单打独斗”肯定难以完成。恰巧大连理工大学实施本科生导师制，王小虎的3名学生对动手制作乐器很感兴趣，团队雏形便逐渐搭建起来。

像玩“俄罗斯方块”

有了基础团队，王小虎开始组织学生运用机械画图相关技巧绘制管风琴的草图。由于难以找到完全用音管发声的管风琴，团队开始时只能从视频或图片出发，一点点绘制。

有时，他们五六天不分昼夜地设计出一份草图，却由于存在许多机械搭建方面的问题，必须全部擦掉重画。

好在学院对此大力支持，并将工坊落地在“机械工程国家级实验教学示范中心”。王小虎将其运营模式向学生社团靠拢，发布“招贤公告”。越来越多的学生听说此事后加入。团队除了机械专业的学生外，还包括电信、化工等专业学生，建筑与艺术学院的学生还为管风琴设计了国风元素。

不到5个月时间，工坊便完成了管风琴设计图的制作。进展之顺利让王小虎信心满满，决心一年内制作成实体管风琴。

然而，在落地过程中，问题纷至沓来。

“就像人有‘五脏六腑’，管风琴也由几个重要部分组成，音管是其中非常重要的部分，发声的优美与否主要取决于音管品质。”王小虎比喻道。

王小虎团队制作的小型管风琴共有102根音管，相当于102条通道，每根音管的制作都需要两三天以上的时间。拿着做出来的音管，王小虎奔赴厦门、青岛等地，拜访管风琴方面的维护保养专家，和他们一聊就是一整天。

然而，当音管初步组装完成，团队成员为此欢欣雀跃时，王小虎却发现其中一个音符听起来不够透亮。

刚组装好的音管随即被拆掉。经过仔细排查，他们发现此前为了加强气密性，不小心将一根音管的出气通道堵住了，虽然其余101根音管都能正常运行，但这一根音管就会导致某个琴键发音较弱。

王小虎立刻进行调整，并逐一核实。旧的问题虽被排除，但下一个问题接踵而至——如此多的管子怎么塞进一个长方形的箱体？

管风琴的空间相当于一张桌子大小，要将100多根长度不一的音管——高音音管不到0.1米，最低音的音管却达到1.4米，完全塞入其中，需要设计得很紧凑。

王小虎想到了小时候玩的俄罗斯方块。不同长度的音管如果能折成不同造型，便可以拼装到一起。他将最长的音管截成三段，拼凑成C形，其他音管有的被拼成L形，有的被对折，正好完整地塞进了箱体里。

这些音管的材质各不相同，王小虎团队共选用了5种材质制作。“比如，有的高音音管还没有半根铅笔长，用木头管拼凑较为困难，我们便想到了竹子，于是买了不同直径的毛笔杆进行加工，管风琴里也响起了‘毛笔’的声音。”

管风琴“拼”成时，王小虎和学生们都很激动。很多学生本不会弹奏乐器，但还是搜集了一些简谱，在管风琴上弹奏了《小星星》。

学科融合不是生搬硬套

几年间，共有20余名学生加入雅颂风琴工坊，并因此多了一个动手实践的项目，王小虎觉得很值。

“能直观地把书本原理用到实际中，并能有产出，大家都很有自豪感。”他说。

这架管风琴的成功制作离不开“艺理融合”。从机械工程到乐器，看似跨度很大，但王小虎并不觉得两者毫不相干。

“乐器是一种实实在在的载体，它并非凭空想象。就像管风琴被称作人类设计和制造最复杂的机械，它离不开机械构造，需要我们运用各项‘看家本领’，比如大学物理、机械设计、机械制图、流体力学、工程训练等。”王小虎告诉《中国科学报》，“这其中，不仅涉及机械工程，还需要学生了解材料工程，懂一些美学设计等。这种融合既充满乐趣，又充分调动了学生学习的积极性，还顺带使之了解了相关学科的基本原理，培养了他们的创新意识和实践能力。”

在他看来，学科融合不是生搬硬套，而是要有一定互通的基础，载体至关重要。王小虎很相信他的学生们。通过了解每个人所学知识以及擅长之处，他将所需做的方向拆解分配下去，让每个人都有适合的角色。

目前，雅颂风琴工坊已经与广州市南沙区相关单位开展合作，在大湾区核心地带建造国内第一个由海浪驱动的海风琴艺术装置。该装置通过一个水管连接大海和管风琴，海浪涌动会压缩管内的空气，从而带动管风琴演奏“大海”的乐章。

未来如果有机会，王小虎还想在大连打造一台海风琴。他很好奇，“大连的海会是什么声音”。