文 ｜ 《中国科学报》 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后，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了这个问题，并开始承担管风琴的设计制作。2023年9月，他制作出了首架国产管风琴。

一位机械教师，怎么跑去“搞音乐”了？

学生正在演奏管风琴。受访者供图

建了个工坊

王小虎是在读大学时了解到管风琴的。

是时，因为对音乐感兴趣，他正在自学钢琴。一次学术交流，王小虎所在的研究组来了一个德国课题团队。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“同仁”却介绍自己除做科研外，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，这位德国学者立马热情地向他“科普”起来，还播放了演奏视频。王小虎立马被这个古典味十足、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。

此事在王小虎的内心埋下了一颗种子，他随即到处寻找国内可演奏的管风琴，但数量却很少，并且由于没有实现国产化，国内的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。每架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”，从机械设计图纸到落地，都需要大量学科知识与施工经验，其中需要加工的零部件达数千个，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进程。

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，在授课时发现管风琴和机械结构、流体力学等知识有着紧密关系。

“能不能动手做一个呢？”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导师制，王小虎的3个学生对动手制作乐器也很感兴趣，团队雏形便逐渐搭建了起来。

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

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像学生社团靠拢，发布“招贤公告”。越来越多的学生听说此事后，纷纷加入其中。团队除了机械专业的学生外，还包括电信、化工等专业，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，决心一年内建成实体管风琴，然而在落地过程中，问题却纷至沓来。

“比如人有‘五脏六腑’，管风琴也有几个重要部分组成，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的品质。”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根通道，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，拜访了管风琴方面的维护保养专家，和他们一聊就是一整天。

然而，当音管被初步组装完成，团队的学生为此欢喜雀跃时，王小虎却发现，其中有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，问题出在为了加强气密性，他们不小心将一个音管的出气通道堵住了，虽然其余101个音管都能正常运行，但这一个音管就会导致某个琴键发音较虚弱。

王小虎立刻对其进行了调整，并逐一核实。旧的问题虽然排除，但下一个问题又来了，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个桌子大小，要在其中将100多根音管完全塞入，需要设计得很紧凑。”每根音管长度不一，高音的音管不到10厘米，最低沉的音管却达到1.4米，如何能正好拼装进去呢？

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，那正好可以拼装到一起。他将最长的音管截成三段，拼凑成了C型，其他音管有的被拼成L型，有的则被对折，正好完整地塞进了箱体里。

这些音管的材质也各不相同，王小虎团队共选用了五种材质制作。“比如高音的音管长度有的还不到半根铅笔的长度，用木头管拼凑较为困难，我们便想到了常见的竹子，于是买了不同直径的毛笔杆进行加工，管风琴里面也响起了‘毛笔’的声音。”

管风琴拼成时，王小虎和学生们都很激动。很多学生不会弹奏乐器，但还是搜集了一些简谱，在管风琴上弹奏着“小星星”。

团队正在制作管风琴。受访者供图

学科融合不是“生搬硬套”

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

“能直观地把书本上的原理运用到实际的制作中，还能有实际的产出。大家很有自豪感。”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关。

“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的最复杂乐器，那它便离不开机械构造，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，还需要了解材料工程，懂一些美学设计等，多领域结合才能从零开始，制作一架小型管风琴。这种融合既充满乐趣，又充分调动了学生所学的知识，还顺带着了解了相关学科的基本原理，培养了他们创新意识和实践能力。”

在他看来，学科融合不是‘生搬硬套’，而要有一定互通的基础，载体至关重要。王小虎也很相信他的学生们，通过了解每个人所学的知识以及擅长方向，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，海浪涌动就会压缩管内的空气，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架海风琴，“很好奇大连的海会是什么样的声音”。

原文链接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/10/510793.shtm