六年级“熊孩子”的科技研究震惊了浙大创客
我们可能对“熊孩子”还存在诸多误解，他们头脑发达四肢更发达，总是惹祸不断，但我们必须承认熊孩子们古灵精怪的个性往往蕴藏着巨大的创造力。
本期案例故事的主角是一位六年级学生——俞同学。在这个最“熊”的年纪，他却拥有了一项令人骄傲的成绩——2017年上海市青少年科技创新大赛一等奖。
他的获奖作品——利用3D打印对笛子发生原理的研究可谓是一项集科创、跨学科综合和艺术性为一体的极具创新力的科研项目。
一切都源自于俞同学对生活的一个观察：他的妹妹学习了四年笛子，在此期间曾换过3支不同的笛子。在演奏不同曲目的时候，她会根据不同的曲子选择不同的音阶、音色的笛子来进行演奏。
于是这引起了俞同学的好奇心——为什么不同的笛子发出来的音色不一样？孔径、孔距、管径、身长到底是怎样影响笛子的音色的？
不得不说孩子们的好奇心真是第一生产力。俞同学立即带着疑问走访了各家琴行，去了解各个不同种类不同价格的笛子和其他各类乐器的特点。
他发现，每个乐器之所以能给人们带来不同的感官体验，是因为不同乐器音乐质感不相同，而乐器的质感是可以通过结构和制作上的优化来改变的。
市面上的吹奏类乐器品质之所以参差不齐，原因就是差者的结构和制作较为粗糙，而优者更为精良。
那么，是不是只要保证笛子的结构和制作都非常精准，就可以做出音质绝佳的笛子了呢？
俞同学又陷入了深沉的思考。
图 | 笛子外形设计
就在这时，学校开设的一堂Fablab创新课程找到了解决这个疑惑的灵感——一切都可以用科技寻找答案。
也是在Fablab创新课程上，他接触到了3D打印技术——它通过快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。此前，部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现彻底颠覆了这一思路，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。
Bingo！
既然3D打印机可以精准地实现任何复杂形状的设计，那是不是用3D打印技术做出来的笛子就可以保证品质的绝对精准了？！
“人们往往通过更换乐器或者利用相关软件处理来让改善音乐的质感，却很少考虑对于单体乐器的大规模差异化研究来观测乐器结构对乐器音色、音质呈现的影响。这个问题在数字化制造的今天可以很大程度上通过3D打印技术来解决。”俞同学谈到。
既然确定了立项的方向，就要以最强的执行力着手研究。
于是，在很多同龄同学放学后或玩耍或上培训班的时候，俞同学选择与自己的指导老师一同深扎实验室，立志要完成这个项目。在这段漫长的研究时光里，他比玩耍的孩子辛苦，却也比上培训班的孩子快乐。
经历几次尝试，俞同学终于确定了试验的设计方案——设计几种不同的笛子，测量孔径、管径对于笛子发声的影响。并使用3D打印技术制造8中笛子，通过真人演奏每种笛子的7个标准音，采用GoldWave软件进行采集，并提取每种演奏音的实际频率，与已有的理论频率进行对比，验证3D打印出来的笛子质量。
经过数月时间的探索试验，这个项目终于得除了最终成果。俞同学将试验结论归结为以下两点：
1. 随着3D打印笛子管径的缩短，相应地，调式就越高，笛音的频率也就普遍升高。尤其在高音方面，这一变化更为明显（有一些反而降低的原因是由于笛子的材质/笛塞的切合度所限，导致破音）；
2. 指孔直径越小，则笛子音频频率越慢；指孔直径越大，相应地，笛子音频频率就越快。同样的，这一变化趋势也随着笛子从低音向高音的变化而愈加明显，相对而言，低音区受孔径影响较弱。
这项精彩的研究在第32届上海市青创赛上也另所有评委老师眼前一亮，并最终获得了一等奖的傲人成绩。
俞同学也在这次研究经历中成长了很多，对于自己的小项目，他表示还有很多展望的空间：“我希望可以利用这样的实验进一步进行研究，来帮助乐器制造者分析音质和音色，改善乐器的音域和表现力。”
奇思孵化王老师也给了这位小发明家的项目极高的评价：“这项研究有着被拓展到其他管弦乐器的诸多潜力。他所研究的乐器结构对于频率、音色、音质带来的影响可以使未来人们对于其他乐器的同类研究可以有个参考。并且这对于所有真实场景下的音乐表演和乐器制作都有着相当大的价值和意义。
科技探究从不以年龄为门槛。只要你敢想，敢做，敢创新，你就拥有了改变世界的力量。