作为根特艺术学院与根特大学之间独特合作伙伴关系的一部分,在法兰德斯研究基金会(FWO)的支持下,蒂姆·杜林克(Tim Duerinck)开发,制造和测试了几种复合小提琴和大提琴。碳纤维,玻璃纤维和亚麻纤维均具有其自身的独特优势,因此可用于各种艺术用途的高质量乐器。

如何用碳纤维制作大提琴-复合材料网

蒂姆·迪林克(Tim Duerinck)已开发,制造和测试了几种复合小提琴和大提琴。

也许您已经看过由碳纤维复合材料制成的乐器?商用碳小提琴的价格在2380欧元至7490欧元之间。您知道乐器也可以由其他复合材料制成吗?

碳纤维
一些公司已经生产碳纤维复合材料仪器。这种材料具有很高的刚度和很轻的重量,非常适合小提琴或吉他。随着诸如小提琴之类的木制乐器已经发展了300多年,复合乐器为了达到其最大潜能而需要做一些追赶。使用这种多功能的材料,需要进行研究以了解不同纤维类型,纤维方向以及与乐器产生的声音相关的其他属性的影响。

在这项研究中,作者结合了受过经典训练的小提琴制作者,音乐学家和材料科学家的见识,以制造出高质量的原型乐器,并通过相关的科学测试来学习更多。
首先,第一作者制作了六把复合小提琴,除了顶板材料相同。

随后的三把大提琴完全由碳纤维,玻璃纤维或亚麻纤维制成。

这个怎么做的?
原型是根据常规仪器的尺寸设计的,但排除了相当尖的角以方便模具制造。对于音孔,还选择了简化的现代设计,但由于声学原因,保留了常规音孔的整体尺寸。

背板,侧面和颈部一体成型。这些图案是由中密度聚氨酯(PU)泡沫手工制成的,其方式类似于从一块木头上雕刻出木制乐器的方式。这个过程确保了可以使用古老乐器制造工艺的知识,例如使音板的拱形具有合适的形状。

加工后,将图案涂上聚酯树脂以获得可以用脱模剂处理的高光泽度表面。使用根特大学的真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制造玻璃纤维模具,以制造所有复合部件。通过改变叠层的厚度,在声学上优化了复合材料部件,从而使共鸣板的中心更硬,边缘更灵活。这类似于传统的木质共鸣板,在某些区域较厚,而在其他区域较薄。

使用经典的层压理论计算所需的厚度。然后将复合零件在车间组装成成品仪器。

此处包含的三个视频介绍了碳纤维大提琴的整个构建过程。

通过模态分析和各种方法研究了原型,模态分析用于研究振动行为,揭示出具有声学重要性的特征模式(图4),声学测量,以及在双盲测试中听众和音乐家如何感知乐器。

一个了解到的例子是,改变叠片中的纤维方向会对小提琴的响度和音色产生显着影响。

因此,通过改变碳共鸣板的(各向同性),可以改变乐器的声音以适应音乐家的需求。

亚麻呢?
首先,亚麻被发现对许多音乐家具有视觉吸引力,其中有些甚至误以为木材。这种材料会使音板稍微重一点,并具有更大的阻尼作用,从而使乐器的响度不如碳纤维乐器。被描述为温暖,柔和而圆润的音色受到听众和音乐家的一致好评,这使其成为许多人的最爱。该材料较低的生态足迹是一个额外的好处。

许多音乐家对乐器的非天然材料犹豫不决,声称它们听起来“可塑”或“冷”。尽管在科学测试中没有发现任何证据,但是用亚麻制成的乐器在(古典)乐器的保守世界中可能更容易接受。

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Tim Duerinck在根特大学的实验室中。

和三明治材料?
制琴师一直在寻找最轻和最硬的木材来制作乐器。他们认为,这样可以使乐器投射出更多的声音,换句话说,就是声音更大的乐器。努力制造最轻便的音板,从而使声音最大的声学乐器,合乎逻辑的下一步是三明治材料。

为了对此进行研究,创建了一种带有音板的小提琴,该音板由具有碳纤维复合材料表层和蜂窝芯(Nomex®)的三明治材料制成。发现小提琴很大声。
一位尝试过该乐器的小提琴手甚至宣称:“这太过分了。应该禁止!”。也许确实,团队在这一方面做得太过分了。许多专业的小提琴演奏者最接近乐器的耳朵已经充耳不闻。然而,获得的见解为将乐器的响度调整为适合音乐家的需求提供了有趣的机会。更具体地说,声音较小的乐器(如民谣吉他或四弦琴)可以从中受益。

玻璃纤维
最后,还制作了玻璃纤维大提琴。为了应对更高的材料重量,上述夹层技术被用于创建一种透视仪器,如果不看就无法行走。尤其是,对于乐器的特定音色,吸引了更多具有实验头脑的大提琴手。大提琴演奏家本杰明·格洛里克斯(Benjamin Glorieux)在布鲁塞尔的乐器首演中将聚光灯放在椅子下面,照亮了乐器,为大提琴独奏增添了前所未有的视觉效果。

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蒂姆·杜林克(Tim Duerinck)制作的最终大提琴(左:最终碳纤维大提琴-右上方:音孔碳纤维细节-右中间:放入音柱之前,玻璃纤维大提琴的内部-右下方:碳纤维大提琴的背面)

总而言之,
Carbon提供了木材的高质量替代品。通过改变音板的纤维方向和厚度,可以改变乐器的声音,这为进一步开发高质量碳纤维乐器提供了很大的可能性。用亚麻或玻璃纤维制成的小提琴或大提琴尚未在市场上出售,但作者的研究表明,这些材料在产生的声音和对音乐家的视觉吸引力方面都具有巨大的潜力。