他們打造第一架國產“樂器之王”，難度超乎你想象

跳躍的音符、宏大的音量、優美的音色、雄偉的氣勢……作為鍵盤樂器的“祖先”，距今已有2200多年歷史的管風琴有“樂器之王”之稱。

然而自百余年前被引入中國后，這一古老樂器的國產化制作卻進展緩慢。

2019年，大連理工大學機械工程學院副教授王小虎注意到了這個問題，并開始承擔管風琴的設計制作。2023年9月，他制作出了首架國產管風琴。

一位機械教師，怎么跑去“搞音樂”了？

建了個工坊

王小虎是在讀大學時了解到管風琴的。

是時，因為對音樂感興趣，他正在自學鋼琴。一次學術交流，王小虎所在的研究組來了一個德國課題團隊。聊天時，他了解到其中一位科研人員在漫長的飛行旅途中，竟然靠一本琴譜消磨時間。

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“以音會友”，這位“同仁”卻介紹自己除做科研外，還是位管風琴演奏家。

管風琴？

得知王小虎對這種誕生于公元前3世紀的大型鍵盤樂器聞所未聞，這位德國學者立馬熱情地向他“科普”起來，還播放了演奏視頻。王小虎立馬被這個古典味十足、音色動人的“大家伙”吸引了。

管風琴分為不同尺寸，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。

此事在王小虎的內心埋下了一顆種子，他隨即到處尋找國內可演奏的管風琴，但數量卻很少，并且由于沒有實現國產化，國內的管風琴全部依靠進口。

“我了解到，管風琴并不是一個工業化產品，而是定制化樂器?？梢哉f，世界上沒有兩臺管風琴是一模一樣的。每架管風琴都需要根據所在音樂廳的建筑設計、演奏需求、預算等“量身定做”，所以很難實現量產。”王小虎告訴《中國科學報》。

此外，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，都需要大量學科知識與施工經驗，其中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。主講“流體力學”課程的他，在授課時發現管風琴和機械結構、流體力學等知識有著緊密關系。

“能不能動手做一個呢？”隨即，他發起成立了一個“雅頌風琴”工坊，開始著手相關研究。但如此精密的制作，“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，王小虎的3個學生對動手制作樂器也很感興趣，團隊雛形便逐漸搭建了起來。

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，而由于難以找到完全用音管發聲的管風琴，團隊開始時只能從視頻或圖片出發，一點點繪制。

有時，他們五六天不分白天晝夜地設計出一份草圖，但由于存在許多機械搭建方面的問題，又必須全部擦掉重畫。

好在，學院對此大力支持，并將工坊落地在“機械工程國家級實驗教學示范中心”。王小虎將其運營模式像學生社團靠攏，發布“招賢公告”。越來越多的學生聽說此事后，紛紛加入其中。團隊除了機械專業的學生外，還包括電信、化工等專業，建筑與藝術學院的學生還為管風琴設計了國風元素。

不到5個月時間，工坊完成了管風琴設計圖的制作。進展之順利讓王小虎信心滿滿，決心一年內建成實體管風琴，然而在落地過程中，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，相當于102根通道，每根音管的制作都需要兩三天以上的時間。拿著做出來的音管，王小虎奔赴廈門、青島等地，拜訪了管風琴方面的維護保養專家，和他們一聊就是一整天。

然而，當音管被初步組裝完成，團隊的學生為此歡喜雀躍時，王小虎卻發現，其中有一個音符聽起來不夠透亮。

剛組裝好的音管隨即被拆掉，經過仔細排查，他們發現，問題出在為了加強氣密性，他們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，但這一個音管就會導致某個琴鍵發音較虛弱。

王小虎立刻對其進行了調整，并逐一核實。舊的問題雖然排除，但下一個問題又來了，如此多的管子怎么塞進一個長方形的箱體？

“管風琴的空間相當于一個桌子大小，要在其中將100多根音管完全塞入，需要設計得很緊湊。”每根音管長度不一，高音的音管不到10厘米，最低沉的音管卻達到1.4米，如何能正好拼裝進去呢？

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，其他音管有的被拼成L型，有的則被對折，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，用木頭管拼湊較為困難，我們便想到了常見的竹子，于是買了不同直徑的毛筆桿進行加工，管風琴里面也響起了‘毛筆’的聲音。”

管風琴拼成時，王小虎和學生們都很激動。很多學生不會彈奏樂器，但還是搜集了一些簡譜，在管風琴上彈奏著“小星星”。

學科融合不是“生搬硬套”

幾年間，共有20余位學生加入“雅頌風琴工坊”，并因此多了一個動手實踐的項目，王小虎覺得很值得。

“能直觀地把書本上的原理運用到實際的制作中，還能有實際的產出。大家很有自豪感。”他說。

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，看似跨度很大，但王小虎并不覺得兩者毫不相關。

“樂器是一種實實在在的載體，它并非憑空想象。就像管風琴被稱作人類設計和制造的最復雜樂器，那它便離不開機械構造，需要我們運用各項‘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》，“這其中不僅涉及機械工程，還需要了解材料工程，懂一些美學設計等，多領域結合才能從零開始，制作一架小型管風琴。這種融合既充滿樂趣，又充分調動了學生所學的知識，還順帶著了解了相關學科的基本原理，培養了他們創新意識和實踐能力。”

在他看來，學科融合不是‘生搬硬套’，而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以及擅長方向，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，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，該裝置通過一個水管連接大海和管風琴，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，王小虎還想在大連打造一架海風琴，“很好奇大連的海會是什么樣的聲音”。