第28屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽 小學(xué)生科技創(chuàng)新成果：一種可精確調(diào)控音準(zhǔn)的四季適用笛 一種可精確調(diào)控音準(zhǔn)的四季適用笛河南省濮陽市油田第六小學(xué) 常誠 輔導(dǎo)教師 楊建莊周慶懷 任思貞 一、項目簡介：【摘要】竹笛音色婉轉(zhuǎn)悠揚，能高亢嘹亮，也舒心甜美，可竹笛因材質(zhì)造成了音準(zhǔn)缺陷，氣溫高整體笛音偏高，氣溫低整體笛音偏低；四季溫差變化給吹奏竹笛時音準(zhǔn)造成很大誤差，極大影響到竹笛演奏時穩(wěn)定和準(zhǔn)確。我發(fā)明的“一種可精確調(diào)控音準(zhǔn)的四季適用笛”，創(chuàng)新改制是在現(xiàn)有竹笛套接上增開高音調(diào)音孔；增開低音調(diào)音孔；增開轉(zhuǎn)調(diào)音孔；設(shè)置恒溫笛膜片；設(shè)置移動笛腦。改進后有效解決了笛子因材質(zhì)造成音準(zhǔn)缺陷問題，比現(xiàn)行調(diào)音笛有顯著先進技術(shù)、科學(xué)意義和實用效果，表現(xiàn)為三點：突破了竹笛在四季溫差變化吹奏時整體音調(diào)既能調(diào)高也能調(diào)低的局限；解決了笛音八度音程在任何環(huán)境吹奏時調(diào)整更方便、快捷、準(zhǔn)確的難題；攻破了現(xiàn)行竹笛整體調(diào)音后音準(zhǔn)穩(wěn)定更高的技術(shù)難關(guān)。使用本作品多次演奏證明：一年四季都可隨溫差精確調(diào)控竹笛的高低音，提高了竹笛演奏時穩(wěn)定和真實效果，不但改制簡便，而在演奏中精調(diào)笛音靈活方便，受到了吹奏使用者和專家的肯定與贊揚?！娟P(guān)鍵詞】笛子 四季 溫差 調(diào)控 音準(zhǔn) 二、選題背景與確定：我參加學(xué)校管樂隊發(fā)現(xiàn)：吹奏竹笛最頭疼問題是音準(zhǔn)的精確調(diào)控。竹笛受天氣溫差影響，音調(diào)會隨四季氣溫高低產(chǎn)生不同幅度變化，會嚴(yán)重影響了竹笛合奏功能發(fā)揮。老師讓我們備用春秋、冬、夏三套不同音調(diào)竹笛演奏時使用，10度左右用冬天竹笛伴奏，20度附近用春秋笛伴奏，30度以上用夏天竹笛伴奏；夏天空調(diào)房里用春秋笛伴奏，仍需靠插拔接筒、翻轉(zhuǎn)笛身、調(diào)整氣息來調(diào)試音高，剛吹一個樣（笛子沒吹熱時，第三、五、六孔低于儀器校對標(biāo)準(zhǔn)音），吹十分鐘后又一個樣，頻繁調(diào)整的讓人普遍感到十分麻煩。我和同學(xué)研討分析原因，觀察發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)笛塞是封死不可改變，沒法進行八度音程調(diào)整，調(diào)音受到了限制。觀察研究現(xiàn)行套節(jié)竹笛，調(diào)頻竹笛、調(diào)膜竹笛的套節(jié)拔出后內(nèi)徑變化，產(chǎn)生高音偏低，低音偏高，在冬季氣溫較低廣場演出，笛子音準(zhǔn)更無法精確調(diào)控合適音調(diào)，面臨竹笛吹奏中高音難調(diào)高或調(diào)不準(zhǔn)問題實在感到心煩。吹笛是甜蜜的，但竹笛受氣溫溫差影響頻繁進行音準(zhǔn)調(diào)控確實是甜蜜的麻煩與負(fù)擔(dān)。于是，我們就想發(fā)明“一種可精確調(diào)控音準(zhǔn)的四季適用笛”來解決上述“溫差對竹笛音準(zhǔn)造成誤差”問題。三、現(xiàn)有調(diào)音笛的缺陷研究與設(shè)計思想1.套節(jié)調(diào)音笛：套節(jié)調(diào)音笛有兩節(jié)，笛頭與笛身分別安裝內(nèi)外套銅，笛身上凸出內(nèi)銅套與笛頭內(nèi)銅套完全密封，通過改變管長能調(diào)試音高，銅套插口越往里面插，音程越小音就越高。缺陷1：高低八度差異較大。我們在吹奏中發(fā)現(xiàn)，套節(jié)竹笛隨銅套推進或拉出，竹笛反應(yīng)最靈敏的是第六孔，接下來是第五孔，反應(yīng)最遲鈍是筒音，所以，竹笛各音孔靈敏會因銅套推進與拉出而降低。套節(jié)竹笛管長的改變確實能夠使竹笛的音高發(fā)生變化，卻造成竹笛管徑變化，使高低八度受到影響。缺陷2：音準(zhǔn)調(diào)控不能調(diào)高。當(dāng)套節(jié)插到底已不對竹笛音高調(diào)控起作用，只能將音調(diào)低，不能調(diào)高，最高能恢復(fù)安套節(jié)前高度。當(dāng)天氣寒冷在廣場演奏時，和伴奏樂器保持一致，還需備用幾支音頻較高的竹笛來應(yīng)付演出?？梢娞坠?jié)調(diào)音笛通過改變管長使內(nèi)徑變化，調(diào)低過程出現(xiàn)的高音偏低，低音偏高問題仍無法解決。2.調(diào)膜竹笛缺陷：通過改變竹笛原材料或改變笛管內(nèi)膛形狀來達到穩(wěn)定音高。調(diào)膜竹笛由笛管表層是聚乙烯硬管，內(nèi)壁貼層紫銅片，兩層中加填致密填充材料?？烧{(diào)膜竹笛至今還沒普及使用，原因笛管內(nèi)尺寸要求精確讓加工技術(shù)復(fù)雜，應(yīng)用推廣遇阻。調(diào)頻竹笛：通過改變吹孔和調(diào)整笛塞位置來調(diào)試音高。調(diào)頻竹笛在竹笛吹孔兩端竹質(zhì)管壁上鑲外銅套，外銅套上設(shè)有吹孔，在吹孔位置相對應(yīng)的內(nèi)銅套管壁上設(shè)有通孔，笛塞裝在內(nèi)銅套管可以移動，吹孔在兩個活動銅套中。優(yōu)點是通過笛塞、 吹孔、笛身調(diào)對八度音準(zhǔn)有改善。缺點是套節(jié)插到底時不能調(diào)高，凸出內(nèi)銅套管的調(diào)音口對接中不能像普通套節(jié)笛那樣方便、自如。我的設(shè)計思想我們挑選笛時發(fā)現(xiàn),按儀器選擇的笛音是準(zhǔn)的,為何演奏時會感到音不準(zhǔn)?請教老師得知，按儀器標(biāo)準(zhǔn)選笛沒錯,是靜態(tài)音準(zhǔn),而演奏是動態(tài)音準(zhǔn)，演奏中氣溫變化音準(zhǔn)就會起變化。“可精調(diào)音準(zhǔn)的四季適用笛”的創(chuàng)新研制要想取得成功，不由竹笛制作家來決定的，是由廣大演奏者來決定的。創(chuàng)新改進時須注意：不能改變笛管內(nèi)徑，笛管內(nèi)徑變化會直接影響八度音程關(guān)系。演奏中能靈活準(zhǔn)確調(diào)控音調(diào)的高或低，只能調(diào)低或只能調(diào)高的笛子絕不會被演奏人群接受，遲早被淘汰。改制工藝要簡單，過于復(fù)雜的技術(shù)推廣普及中會遇到難度。三、項目的目的和基本思路傳統(tǒng)竹笛、套節(jié)竹笛、調(diào)膜竹笛、調(diào)頻竹笛均存有缺陷，都是遇氣溫變化整體調(diào)低時音程不準(zhǔn)，演奏環(huán)境溫度偏低時調(diào)高很難。我的發(fā)明目的是彌補現(xiàn)行竹笛缺陷，解決在演奏環(huán)境溫度低時調(diào)高難問題。不改變笛管長度，使笛音受四季溫差變化經(jīng)調(diào)試不給音準(zhǔn)造成影響，.(查看更多)增大竹笛整體音高精調(diào)幅度，提高笛子音準(zhǔn)調(diào)控質(zhì)量，讓竹笛在任何溫差場所中都可精確調(diào)控音準(zhǔn)并適用四季，保持吹奏中笛聲真實、穩(wěn)定與準(zhǔn)確。設(shè)計思路通：在現(xiàn)有竹笛套接上增開高音調(diào)音孔，增開低音調(diào)音孔，增開轉(zhuǎn)調(diào)音孔，設(shè)置移動笛腦，設(shè)置恒溫笛膜片。過吹奏孔與高低音調(diào)節(jié)孔、笛腦伸縮套之間微調(diào)來實現(xiàn)高音與低音精確變換效果。四、研究過程（一）研究時間：本研究從2011年9月12日開始構(gòu)思與實施， 到2013年3月22日至申報青少年科技創(chuàng)新大賽。（二）制作工具：（1）笛刀；（2）小鋸；（3）打孔鉆；修挖洞孔的小尖刀； （4）小銼； （5）細(xì)砂紙：修孔用；鉛筆和卡尺。（三）研制過程：選用現(xiàn)有的套接竹笛，在笛頭和笛身內(nèi)外套管上實施，孔與增設(shè)調(diào)音套節(jié)，改后調(diào)音套節(jié)和笛腦的微調(diào)伸縮都在笛身與笛頭的內(nèi)套管內(nèi)完成。竹笛調(diào)音研制在五方面進行創(chuàng)新實施：竹笛套接上增開低音調(diào)音孔。在笛身內(nèi)凸出內(nèi)套管中部上開設(shè)一個橢圓形調(diào)音孔，作為低音調(diào)節(jié)孔。目的通過低音調(diào)節(jié)孔調(diào)控，不用改變笛身長短進行挖孔，讓竹笛整體音高能降低。橢圓型低音調(diào)節(jié)孔的長軸與笛身中心線平行，開孔位置在調(diào)音套節(jié)中央，不讓竹笛指孔與吹奏孔相互偏離，保持原位置不變。笛音調(diào)低通過吹孔與低音調(diào)節(jié)孔間移動和笛腦伸縮套微調(diào)來實現(xiàn)，竹笛長度不變化，讓竹笛音準(zhǔn)精調(diào)得到保證。竹笛套接上增開高音調(diào)音孔。在竹笛吹孔旁側(cè)再開設(shè)一個直徑約1.52.0毫米小圓孔，作為調(diào)高音孔，主要彌補現(xiàn)行套節(jié)調(diào)音笛高音調(diào)不上的缺陷；高音調(diào)音孔開挖，選在吹孔中線左側(cè)靠近移動笛腦處，制作中多次測試發(fā)現(xiàn)，高音調(diào)音孔若開在吹孔中線正中央或者中線另一旁，低音會吹不響，也影響正常吹奏口型，發(fā)聲與調(diào)音的便捷性都會受影響。笛身內(nèi)管套內(nèi)設(shè)置移動笛腦。笛頭和笛身的內(nèi)外管套插口緊密結(jié)合，笛腦伸縮套在完整密封套管內(nèi)，笛腦伸縮套隨意微調(diào)調(diào)動，就保證了竹笛整體八度音精調(diào)的準(zhǔn)確、真實與穩(wěn)定。笛頭和笛身的內(nèi)外管套上增開轉(zhuǎn)調(diào)音孔。這樣更能方便、更快捷地讓竹笛音準(zhǔn)既能調(diào)高又能調(diào)低。笛膜孔上設(shè)置恒溫笛膜片，讓竹笛的“膜振”充分，保證竹笛“聲帶” 亮度、準(zhǔn)確與穩(wěn)定。（四）“精調(diào)音準(zhǔn)四季適用笛”的安裝四、科學(xué)方法與原理；我們觀察分析，網(wǎng)上查詢，多次調(diào)查和研討，請教老師與樂理專家得知：“笛子音調(diào)同笛子管長，管口校正量成反比，同聲音速度（包括氣溫變化）成正比”。根據(jù)這一科學(xué)原理，我們在現(xiàn)行套接竹笛基礎(chǔ)上，創(chuàng)新目標(biāo)是在不改變笛子管長、管口校正量、聲速的情況下，讓笛子整體音高有大幅度改變，音準(zhǔn)質(zhì)量大大提高。如下圖所示：五、主要貢獻(創(chuàng)新部分)本發(fā)明顯著先進技術(shù)和科學(xué)意義及明顯的實用效果，表現(xiàn)為：笛管長短變化會直接影響八度音程關(guān)系，改進后調(diào)音笛不改變笛管長短，精確調(diào)控竹笛音準(zhǔn)，四季適用時音準(zhǔn)穩(wěn)定。音準(zhǔn)調(diào)整幅度增大。演奏時在高低溫變化中方便、快捷調(diào)節(jié)音準(zhǔn)穩(wěn)定性強，準(zhǔn)確度高?！熬{(diào)音準(zhǔn)四季適用笛”制作簡便易推廣，便于維修、拆裝、清洗。本發(fā)明首先突破了竹笛在四季溫差變化吹奏時整體音調(diào)既可調(diào)高也可調(diào)低的局限；其次解決了笛音八度音程在任何環(huán)境吹奏時調(diào)整更方便、快捷、準(zhǔn)確的難題；然后攻破了現(xiàn)行竹笛整體調(diào)音后音準(zhǔn)穩(wěn)定更高的技術(shù)難關(guān)。六、他人同類研究的情況調(diào)查；經(jīng)“科技查新”和專利技術(shù)查新，未見與“一種可精確調(diào)控音準(zhǔn)的四季適用笛”技術(shù)實施與結(jié)構(gòu)原理相同或相似的文獻報道。七、進一步完善該項目的設(shè)想借用精密納米車床將低音調(diào)音孔的設(shè)置再更加精細(xì)些，讓吹奏中調(diào)試更便捷和靈活。八、推廣使用與展望“精調(diào)音準(zhǔn)的四季適用笛” 多次應(yīng)用在演奏場所使用，都給予很高評價和贊揚，現(xiàn)已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)。本發(fā)明不但方便提高笛子調(diào)音幅度，還制作簡單便于批量生產(chǎn)、清洗與維修。適用學(xué)校、歌舞劇院演奏使用，一期產(chǎn)品已和杭州樂器廠簽約生產(chǎn)，從目前用戶反饋的信息來看，普遍給予贊揚和肯定?！熬{(diào)音準(zhǔn)的四季適用笛”較好解決了不同溫差下竹笛調(diào)音問題，制作成本低廉，生產(chǎn)與普及不是問題，市場前景非常廣闊。九、收獲與體會 我們購買挑選笛時發(fā)現(xiàn),按儀器選擇的笛音是準(zhǔn)的,為何演奏時會感到音不準(zhǔn)?請教老師得知，按儀器標(biāo)準(zhǔn)選笛沒錯,屬靜態(tài)音準(zhǔn),演奏是動態(tài)音準(zhǔn)，演奏中氣溫變化音準(zhǔn)就會起變化。“可精調(diào)音準(zhǔn)的四季適用笛”的創(chuàng)新研制要想取得成功，不由竹笛制作廠家來決定的，是由廣大演奏者來決定的。創(chuàng)新改進時須指導(dǎo)思想：首先不能改變笛管內(nèi)徑，笛管內(nèi)徑變化會直接影響八度音程關(guān)系。其次演奏中能靈活準(zhǔn)確調(diào)控音調(diào)的高或低，只能調(diào)低或只能調(diào)高的笛子絕不會被演奏人群接受，遲早被淘汰。然后改制工藝要簡單，過于復(fù)雜的技術(shù)推廣普及中會遇到難度。我們這次隊竹笛調(diào)音做了技術(shù)改進嘗試，讓竹笛高低音隨溫差精調(diào)音準(zhǔn)問題得到很好解決，為樂器革新做點貢獻感到非常有意義。我們在創(chuàng)新發(fā)明期間,我得到了全國著名音樂專家許卓婭教授和全國科教專家楊建莊老師的輔導(dǎo)，是老師在創(chuàng)新學(xué)習(xí)上的最大限度的幫助和指導(dǎo)。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、寬闊的心胸及高尚的創(chuàng)新人格給我樹立了為人處事的榜樣,是老師讓我戰(zhàn)勝了發(fā)明創(chuàng)造中一個又一個困難的信心和力量及動力，沒有兩位老師的熱情幫助與指導(dǎo),我我們的發(fā)明創(chuàng)造無法完美的完成,在這里,我衷心的感謝輔導(dǎo)老師,并祝老師身體健康,工作順利! 還要特別感謝我的父母,他們在創(chuàng)新發(fā)明上給了我很大的資助、鼓勵和勇氣,讓我學(xué)習(xí)進步很快。創(chuàng)新實踐活動堅定了我們的自信，讓我們廣博了知識面，增強了我們的創(chuàng)新愿望和創(chuàng)新興趣，培養(yǎng)我們良好的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維能力和實踐技能，讓我們用正確的科學(xué)研究方法去發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，培養(yǎng)了我們的團隊意識與合作精神。通過活動我感到了創(chuàng)新方面的樂趣，提高了動手能力，培養(yǎng)了合作的意識，增強了創(chuàng)新實踐的能力，更重要的是交到了不少良師益友。盼望每年的創(chuàng)新大賽都能讓我參加，讓創(chuàng)新成就我們的夢想！參考：1.西宗斌;吳合猛，實用新型專利：一種帶有調(diào)音伸縮節(jié)的磬石笛子，2012年中國專利網(wǎng)。2.劉政;龍為光，實用新型專利，一種能更準(zhǔn)確調(diào)音的笛子，2012年中國專利網(wǎng)。3.周 波，實用新型專利，一種調(diào)頻竹笛，2012年中國專利網(wǎng)。15