陈 欣 王子奇

（山东师范大学，山东 济南 250014）

运用3D打印技术打印黄钟笛的研究

陈 欣 王子奇

（山东师范大学，山东 济南 250014）

1983年3D打印技术逐步走入到人们的视野中，本文用新型的3D打印技术，并以黄钟笛为例制作出中国古代民族吹管乐器，从数据分析、建模、打印各个方面进行论述。虽然该项技术在音乐领域尚未成熟，但一旦实现也将有助于对吹管乐器进行复原。

3D打印；黄钟笛；律器

引言

晋泰始十年中书监荀勖利用管口校正实现了三分损益法在管律上的应用，为正声雅乐制作了能对应十二律吕的十二根笛，黄钟笛其宫音为“黄钟”，对应十二律吕中的第一律黄钟。荀勖笛律的出现是中国古代音乐史上的一次伟大创举。然而随着时间的流逝，黄钟笛也逐渐淡出我们的视野，这是中华文明民族文化的损失。近些年来伴随3D打印技术的出现，不仅能将使历史各个时期的研究成果再现，也为对古代文明的薪火传承开拓了新途径，历史沉淀与现代文明结合将是人类研究的辉煌课题。

《运用3D打印技术打印黄钟笛的研究》是在山东师范大学音乐学院陈欣老师指导下及团队各组人员的共同帮助下完成的。本文以古代管乐器黄钟笛为模型，通过对打印出的乐器进行反复调试，从而实现对古代管乐器的复制。

一、3D打印技术的概述

3D打印技术一种用数字在建模软件中建立相应3D模型，并运用不同的材料，依照数据逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机内装有金属﹑塑料﹑砂等不同的“材料”，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物，这为打印古代管乐器提供了必要技术。

二、古代管乐器概述以黄钟笛为研究对象

（一）黄钟笛选取的意义及其可能性

杨荫浏先生在其《中国古代音乐史稿》荀勖的笛律这一章节中，杨先生对黄钟笛的绘图及结论，对黄钟笛三维立体图的建模过程与3D打印等方面提供了了重要的参考作用。

黄钟笛乐器构造简单，体积小，更易于打印复制。黄钟笛作为律器，它的打印及应用将更有助于我们研究古代的音律。利用3D打印技术成功打印出黄钟笛后，可将该项技术推广到其他古代管乐器的3D制作。

（二）黄钟笛数据获取及制作过程

《晋书·律制》中记载“黄钟之笛……，长二尺八寸四分四厘有奇” ，当时使用的长度应为晋前尺，《隋书·律历志》中提到晋后尺实比晋前尺一尺六分二厘，现在尺度约等于24.8厘米，由此我们可以推算出黄钟笛的长度为65.67435厘米。“以姑洗及黄钟律，从笛首下度之，尽二律之长而为孔，则得宫声也…宫生徵，黄钟生林钟也。以林钟之律从宫孔下度之…徵生商…以太蔟律从徵孔上度之，尽律以为孔，则得商声也…商生羽…以南吕律从商孔下度之…则得羽声也。以姑洗律从羽孔上行度之……吹笛者左手所不及也。……则吹者右手所不逮也，故不作角孔…”，角生变宫，姑洗生应钟也…尽律为孔，则得变宫之声也…以蕤宾律从变宫下度之…则得变徵之…”从上述文字我们可以推断出从笛首向下按音孔分别为商﹑宫﹑变宫﹑羽﹑徵﹑变徵孔。他们分别距离低空的位置为32.5806厘米﹑37.1984厘米﹑39.4217厘米﹑44.8946厘米﹑51.0515厘米﹑51.0160厘米，其中由于角孔的位置距离左右手较远无法及时触及到，因此不在笛管上做出角孔。

在收集黄钟笛的某些数据时文献中没有明确记载，但根据杨荫浏先生在《中国古代音乐史稿》中曾仿制过的黄钟笛和现今笛﹑箫的尺寸数据，我们大胆推测按音孔成椭圆形长径为0.9厘米，短径约为0.7厘米，外管径约为2.2厘米，内管径约为1.2厘米。

（三）黄钟笛的主视图和俯视图（图1、2）

图1 主视图

图2 俯视图

三、3D打印步骤

（一）打印过程

本次打印选用的建模软件为AutoCAD 2005 Simplified Chinese，，由于打印机最长打印尺寸仅为22厘米，所以将原本长度65.67435厘米的黄钟笛截成四部分，为避免距离较近的两个或多个按音控之间尽量不出现衔接部分。管与管接口位置设计成凹凸型接口方便连接，连接长度根据孔距为1厘米。

第一部分总长度20厘米，一端为凸管，管长19厘米，管首处有吹孔；第二部分总长度16厘米，两侧接口均向内凹进，管上有商孔；第三部总长度分长度19厘米，两侧接口向内凹进，管上有宫﹑变宫﹑羽﹑徵孔；第四部分长度13.67435厘米，一端向内凹进为1厘米，管上有变徵孔。

第一步，将所建好的模型放入软件中；第二步，确认好相关配料后进行打印，通过铺一层打印材料后，再铺一层粘合剂的方式进行打印，需要45-90分钟；第三步，将打印好的模型放置一段时间固定，约需90分钟；第四步，固定好后确认模型大体方位，用刷子将再将余粉末扫开，将模型慢慢取出放到干净的蜡纸上，清理模型表面的粉末；第五步，用固化剂将模型固化，放置一段时间，打印过程基本完成。

（二）打印过程中存在的问题及解决办法

1.VisiJet PXL粉状材料进行打印对音色会产生影响

由于采用的是粉状材料进行打印，打印成件后，粉末状材料常常容易附着在器件表面，这可能会黄钟笛的音色质量。

2.3D打印整个过程所需时间较长，整体时间需3个小时左右。

四、结语

黄钟笛的打印使乐器的复制更为精确，在一定程度上可以将原件进行扫描，或是把史书中有明确尺寸记载的乐器，通过建模利用3D打印技术将其完整再现于世。

3D打印技术的应用在音乐领域尤其是音乐考古领域显得尤为重要，该项技术将对乐器研究﹑乐律研究产生深远的影响。但由于3D打印技术在音乐领域内发展尚处于萌芽阶段，在某些环节还存有较大发展空间，研究还将继续深入。黄钟笛较为成功的打印也证明了利用3D打印技术打印古代管乐器是切实可行的，但要将其应用于整个乐器领域还需要进一步的研究与探索。

[1]陈欣.数定音圆[M].北京:文化艺术出版社,2012.

[2]杨荫浏.中国古代音乐史稿（上）[M].北京:人民音乐出版社,1981.

[3]房玄龄.晋书[M].中华书局，1976.

[4]Bre Pettis,Anna kaziunas France,Jay Shergill.爱上3D打印机[M].北京:人民邮电出版社,2015.

陈欣（1976—），男，山东省章丘，山东师范大学，讲师，博士研究生学位，研究方向中国音乐史；王子奇（1994—）女，汉 族，河北省迁安市，本科。