機械老師跑去做樂器，做出了首架國產管風琴

　　跳躍的音符、宏大的音量、優美的音色、雄偉的氣勢……一直以來，管風琴作為所有鍵盤樂器的“祖先”，距今已有2200多年歷史，被譽為"樂器之王"。

　　然而管風琴進入中國的幾百余年來，這個古老的樂器國產化制作卻一直進展緩慢。

　　2019年，大連理工大學機械工程學院的青年教師王小虎副教授注意到了這一點，開始擼起袖子承擔了管風琴的設計制作，并于2023年9月制作出了國產首架管風琴。

　　機械教師怎么跑去“搞音樂”了呢？

　　建了個工坊

　　王小虎是在大學讀書時期了解到的管風琴。

　　此時的他因為對音樂比較感興趣，正在自學鋼琴。一次學術交流的機會，讓王小虎所在的研究組來了一個德國的課題團隊。在聊天的時候，他了解到其中一位科研人員在漫長的飛行旅途中，竟然依靠一本琴譜來消磨時間。

　　王小虎一聽，以為找到了在音樂上志同道合的伙伴，便邀請他到琴房通過鋼琴“以音會友”，但是這位同仁卻介紹自己除了做科研子之外，還是位管風琴演奏家。

　　管風琴？這個誕生于公元前三世紀大型鍵盤樂器他之前聞所未聞。這位德國學者立馬熱情地向王小虎科普這個樂器，還給他看了演奏的視頻。王小虎一下子就被這個古典韻味十足、音色繞梁動人的“大家伙”吸引了。

　　管風琴分為不同的尺寸，有若干層鍵盤，還需要同時操控腳踏鍵盤，一般用于教堂和音樂廳。它能模仿管弦樂器效果，演奏豐富的和聲，效果不遜于一支管弦樂隊。

　　這件事給王小虎的內心埋下了一顆種子，他隨即到處尋找國內可以演奏的管風琴，但是數量卻很少。并且，管風琴并沒有實現國產化，國內目前所擁有的管風琴全部都是外國進口的，這個現象吸引了王小虎的注意。

　　“我了解到，管風琴并不是一個工業化產品，而是定制化樂器，可以說世界上沒有兩臺管風琴是長得一模一樣的。每一架管風琴都需要于所在音樂廳的建筑設計、演奏需求、預算等考量來“量身定做”，保證演奏效果，所以很難實現量產。”王小虎告訴《中國科學報》。

　　并且，管風琴曾被喻為“人類設計和制造最復雜的機械”，從機械設計圖紙到落地，都需要大量的相關學科知識與施工經驗，其中所需要加工的零部件達數千個，組裝過程也十分復雜。

　　從市場化需求，到技術門檻，再到定制化難度，這些都影響著管風琴的國產化進程。

　　上學時期的王小虎只能簡單了解相關背景，到大連理工大學機械工程學院工作后，他主要講授流體力學這門課程。

　　在講課的過程中，他又想起了古老的管風琴和機械結構、流體力學等知識有著緊密的關系。如果現在我自己動手做一個呢？這個想法在他腦海里揮之不去。

　　王小虎隨即在學院內發起成立了一個“雅頌風琴”工坊，開始著手相關研究。“風、雅、頌”出自我國第一部詩歌總集《詩經》，工坊的命名源自于此。但是如此精密的制作，“單打獨斗”肯定難以完成。恰巧大連理工大學實施本科導師制，王小虎有三個選擇自己的學生對動手制作樂器這件事也很感興趣，團隊的雛形逐漸搭建了起來。

　　像玩“俄羅斯方塊”

　　有了基礎團隊，王小虎開始組織學生運用機械畫圖相關技巧，繪制管風琴的草圖。

　　由于在大連，王小虎沒有找到完全用音管發聲的管風琴，團隊最開始只能從視頻或者圖片出發，一點點繪制。

　　有時候，他們五六天不分白天晝夜的設計出來一份草圖，但是其中還是會存在許多機械搭建方面的問題，他們就全部擦掉重畫，一遍遍修改，一般需要經過四五輪的改正。

　　學院聽說了這個工坊，立即給予了很大的支持，將工坊落地在“機械工程國家級實驗教學示范中心”。王小虎就將其運營模式像學生社團靠攏，發布了一些“招賢公告”。越來越多的同學聽說了這兒有個自己動手的樂器工坊，紛紛加入進來。團隊除了機械專業的學生，還有電信、化工等專業，建筑與藝術學院的學生也為管風琴設計了國風元素。

　　不到五個月時間，工坊就完成了管風琴設計圖的制作。進展的順利讓王小虎信心滿滿，決心一年時間就建成實體的管風琴，然而在落地的過程中，問題卻紛至沓來。

　　“比如人有‘五臟六腑’，管風琴也有幾個重要部分組成，音管是其中非常重要的部分，發聲的優美與否主要取決于音管的品質。”王小虎比喻道。

　　王小虎團隊制作的小型管風琴，共有102根音管構成，相當于102根通道，每一根音管的制作都需要兩三天以上的時間。王小虎就拿著做出來的音管去拜訪管風琴方面的維護保養專家，他到過廈門鼓浪嶼的管風琴藝術中心，也去過青島實地考察管風琴的組成部分，坐下來和管風琴的維保老師一聊就是一整天。

　　當把音管初步組裝起來的時候，團隊里的學生都為邁出了第一步而歡喜雀躍，但是王小虎立馬發現了一個問題：有一個音符聽起來不夠透亮。

　　對于一般人來說，可能聽不出來區別，但是傳到天天和管風琴打交道的王小虎耳朵里，他立馬意識到不對勁。

　　剛剛組裝好的音管又立馬被拆掉了，經過仔細排查，他們發現了一些端倪。原來是為了加強氣密性，團隊不小心將一個音管的出氣通道堵住了，雖然其余101個音管都能正常運行，但是這一個音管就會導致其中一個琴鍵發音較為虛弱。

　　王小虎立馬把音管進行了調整，又逐一核實了一遍。但是下一個問題又來了，這么多管子怎么塞進一個長方形的箱體呢？

　　“我們的管風琴高90厘米，長1米寬50cm。相當于在一個桌子的大小空間內把100多根音管完全塞進去，所以需要設計的很緊湊。”每根音管長度不一，高音的音管不到10cm，而最低沉的音管達到1.4m長，如何能正好地拼裝進去呢？

　　王小虎想到了小時候玩的俄羅斯方塊。不同長度的音管如果能折成不同的造型，那正好可以拼裝到一起。他將最長的音管截成三段，拼湊成了C型，也將有的音管拼成L，有的對折180度，正好完整地塞進了箱體里。

　　這些音管的材質也各不相同，王小虎團隊共選用了五種材質制作。“比如高音的音管長度有的還不到半根鉛筆的長度，用木頭管拼湊的話較為困難，我們就想到了中國常見的竹子。我就買了很多不同直徑的毛筆桿進行加工，讓管風琴里面也能響起‘毛筆’的聲音。”

　　管風琴拼成的時候，王小虎和學生們都很激動。很多學生其實不會彈奏樂器，也搜集了一些簡譜，在管風琴上彈奏著“小星星”。

　　學科融合不是“生搬硬套”

　　幾年時間，共有20余位學生加入“雅頌風琴工坊”。給本科的學生們提供了一個動手實踐的項目，王小虎覺得很值得。

　　“能夠直觀地把書本上的原理運用到實際的制作中，有實際的產出大家也會很有自豪感。”王小虎說。

　　這架管風琴的成功制作，離不開“藝理融合”。從機械工程到樂器，看上去是跨度很大的兩個方向，但是王小虎并不覺得這兩件事毫不相關。

　　“樂器是一種實實在在的載體，它并不一個憑空想象出來的東西，就像管風琴之前被稱作人類設計和制造最復雜的機械，那它就離不開機械的構造，需要我們運用了各項‘看家本領’，比如大學物理、機械設計、機械制圖、流體力學、工程訓練等。”王小虎告訴《中國科學報》，“而且其中并不僅僅涉及機械工程，還需要了解材料工程，懂一些美學設計等，多個領域結合才能從‘零’開始制作一架小型管風琴。這樣的一個融合既充滿樂趣又充分調動了同學們所學的知識，還順帶著了解了其他相關學科的基本原理，培養了他們創新意識和實踐能力。”

　　其實，這并不是王小虎第一個學科交叉的嘗試，他還在“科技考古”這一方面頗有研究。通過科學技術的手段，王小虎還原了制作古陶瓷的一些工藝手段，并通過觀測不斷完善科學技術史的發展。

　　在他看來，學科融合不是‘生搬硬套’，而是要有一定互通的基礎，載體至關重要。王小虎也很相信他的學生們，通過了解每個人所學的知識體系以及擅長的方向，他將所需做的方向拆解分配下去，讓每個人都有適合的角色。

　　目前，雅頌風琴工坊已經與廣州市南沙區相關單位開展合作，將在大灣區核心地帶建造國內第一個由海浪驅動的海風琴藝術裝置。

　　海風琴主要是通過一個水管鏈接大海和管風琴，海浪涌動就會壓縮管內的空氣，從而帶動管風琴演奏“大海”的樂章。

　　未來如果有機會，他也想在大連的海域打造一架海風琴，“很好奇大連的海會是什么聲音呢？”王小虎說。