基于TRIZ理論的激光琴創新設計

魏勇 陳林 劉春蘭 趙嫦欣

【摘要】為了解決傳統有弦琴的琴弦易損壞、耐久度低、傷害使用者手部的問題，筆者通過引用TRIZ創新方法中因果鏈分析與物理矛盾理論，從原有的有弦琴的基礎上對其進行改進，將有弦琴設計為用激光代替琴弦、不傷手、經濟效益高、觀賞價值高的新型激光琴。實踐表明，TRIZ創新理論能夠很好地提高產品的研發效率與生產價值。

【關鍵詞】TRIZ；創新設計；有弦琴；改進

傳統的有弦琴在演奏使用時，存在琴弦易磨損，易感染細菌等問題。同時，隨著社會科學的不斷發展，人們不再滿足于傳統有弦琴的外觀與造型，不斷的追求個性化、富有科技感的創意工藝品，針對于此，本文利用TRIZ理論從有弦琴的基礎上進行改進，來滿足人們的各種需求。

一、有弦琴

有弦琴，其發音方式是依靠機械力量使張緊的弦線振動發音，通常用手指撥動琴弦，故發音音量受到一定限制。通常用不同的弦演奏不同的音，有時則通過改變弦長，從而達到改變音高和音色的目的。

傳統的有弦琴，其琴弦十分脆弱，在平時的使用以及演奏之中對其的磨損以及耐久度的消耗都十分的劇烈，而且在使用的時候還需要對琴弦進行調音，更進一步地損耗琴弦的耐久，并且在使用琴弦彈奏時，更是容易讓使用者的手指在長期與琴弦的接觸之中，因為手指皮膚的柔弱，從而使手指受到損傷并且導致不同程度的感染。所以，筆者希望開發制作一種新型琴，使它具備的主要優點有：要將琴弦的摩擦與耐久度損耗降低；要保護使用者手部的安全。

二、利用因果鏈分析分析問題

利用因果鏈分析對有弦琴進行分析，如圖1所示。

通過因果鏈分析，得到其關鍵缺點為：琴弦的制造材質脆弱；音色難調和；振動頻率高。進而分別將其轉換為關鍵問題：（1）如何改善琴弦的制造材質；（2）如何使音色變得更好的調和；（3）如何降低琴弦振動頻率以保護琴弦。

通過分析問題解決方案后，發現問題（2）、（3）存在一組物理矛盾：一是琴弦材料柔和會影響琴弦的振動。二是琴弦材料堅硬會影響音色的調和以及傷害手部。

三、使用物理矛盾解決問題

首先，描述關鍵問題。既要音色變得更好的調和，又要降低琴弦振動頻率以保護琴弦。

其次，寫出物理矛盾。琴弦的制造材質需要柔軟一些，因為可以方便其音色的調整以及保護手部的皮膚以避免受傷。但是，琴弦的制造材質需要堅硬一些，因為可以保護琴弦，減小機械振動對琴弦的磨損與消耗。

再次，選擇對應的發明原理。在分析了滿足物理矛盾方法適用的幾個發明原理后，確認“機械系統替代”原理是最合適的。

最后，產生具體的解決方案。根據“機械系統替代”原理的提示，我們可以將琴弦的材質替換為由激光發射燈所發射出來的激光束線，而將原來琴弦的力學原理用光學之中光學原理來替代。激光束線其兩端分別是激光發射燈與光敏電阻，光敏電阻與單片機相連接，把接受到的信號發送給單片機，同時單片機連接電源以及功放，單片機收到來自光敏電阻的信號之后，進過內部處理后，還可調節其音色，就將信號以音頻信號的形式從功放傳遞出來，完成了有弦琴的工作。

這種改動將原來的有弦琴的琴弦換成了激光，既解決了“如何改善琴弦的制造材質”的問題，也解決了“如何使音色變得更好的調和”的問題和“如何降低琴弦振動頻率以保護琴弦”之間的矛盾；并且還可以保護手部免受傷害，增加使用者的練習時間，使用戶體驗更好。

四、結論

采用TRIZ理論，能夠在傳統有弦琴的結構與創新設計方面找到新的突破。通過因果鏈分析，得出相應的關鍵缺點與問題，并通過物理矛盾來進行解決，從而組成一個環路，經過多次循環開發新的設計方案，可以為相關產品的設計提供好的思路和方法。

參考文獻

[1]孫永偉，謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ打開創新之門的金鑰匙[M].北京：科學出版社，2015.

[2]沈建躍，任振道，鐘磊，婁碧輝.激光琴演示儀[D].寧波：寧波華茂文教股份有限公司，2014.

作者簡介：魏勇（1987.06—），男，漢族，內蒙包頭人，博士，講師，研究方向：光纖傳感、大學生創新教育；陳林（1997.10—），男，漢族，四川人，重慶三峽學院；劉春蘭（1989.03—），女，漢族，四川人，碩士，助理實驗師，研究方向：光纖傳感；趙嫦欣（1991.03—），女，漢族，黑龍江拜泉人，碩士，助理實驗員，研究方向：光纖傳感。