基于TRIZ理论的激光琴创新设计

魏勇 陈林 刘春兰 赵嫦欣

【摘要】为了解决传统有弦琴的琴弦易损坏、耐久度低、伤害使用者手部的问题，笔者通过引用TRIZ创新方法中因果链分析与物理矛盾理论，从原有的有弦琴的基础上对其进行改进，将有弦琴设计为用激光代替琴弦、不伤手、经济效益高、观赏价值高的新型激光琴。实践表明，TRIZ创新理论能够很好地提高产品的研发效率与生产价值。

【关键词】TRIZ；创新设计；有弦琴；改进

传统的有弦琴在演奏使用时，存在琴弦易磨损，易感染细菌等问题。同时，随着社会科学的不断发展，人们不再满足于传统有弦琴的外观与造型，不断的追求个性化、富有科技感的创意工艺品，针对于此，本文利用TRIZ理论从有弦琴的基础上进行改进，来滿足人们的各种需求。

一、有弦琴

有弦琴，其发音方式是依靠机械力量使张紧的弦线振动发音，通常用手指拨动琴弦，故发音音量受到一定限制。通常用不同的弦演奏不同的音，有时则通过改变弦长，从而达到改变音高和音色的目的。

传统的有弦琴，其琴弦十分脆弱，在平时的使用以及演奏之中对其的磨损以及耐久度的消耗都十分的剧烈，而且在使用的时候还需要对琴弦进行调音，更进一步地损耗琴弦的耐久，并且在使用琴弦弹奏时，更是容易让使用者的手指在长期与琴弦的接触之中，因为手指皮肤的柔弱，从而使手指受到损伤并且导致不同程度的感染。所以，笔者希望开发制作一种新型琴，使它具备的主要优点有：要将琴弦的摩擦与耐久度损耗降低；要保护使用者手部的安全。

二、利用因果链分析分析问题

利用因果链分析对有弦琴进行分析，如图1所示。

通过因果链分析，得到其关键缺点为：琴弦的制造材质脆弱；音色难调和；振动频率高。进而分别将其转换为关键问题：（1）如何改善琴弦的制造材质；（2）如何使音色变得更好的调和；（3）如何降低琴弦振动频率以保护琴弦。

通过分析问题解决方案后，发现问题（2）、（3）存在一组物理矛盾：一是琴弦材料柔和会影响琴弦的振动。二是琴弦材料坚硬会影响音色的调和以及伤害手部。

三、使用物理矛盾解决问题

首先，描述关键问题。既要音色变得更好的调和，又要降低琴弦振动频率以保护琴弦。

其次，写出物理矛盾。琴弦的制造材质需要柔软一些，因为可以方便其音色的调整以及保护手部的皮肤以避免受伤。但是，琴弦的制造材质需要坚硬一些，因为可以保护琴弦，减小机械振动对琴弦的磨损与消耗。

再次，选择对应的发明原理。在分析了满足物理矛盾方法适用的几个发明原理后，确认“机械系统替代”原理是最合适的。

最后，产生具体的解决方案。根据“机械系统替代”原理的提示，我们可以将琴弦的材质替换为由激光发射灯所发射出来的激光束线，而将原来琴弦的力学原理用光学之中光学原理来替代。激光束线其两端分别是激光发射灯与光敏电阻，光敏电阻与单片机相连接，把接受到的信号发送给单片机，同时单片机连接电源以及功放，单片机收到来自光敏电阻的信号之后，进过内部处理后，还可调节其音色，就将信号以音频信号的形式从功放传递出来，完成了有弦琴的工作。

这种改动将原来的有弦琴的琴弦换成了激光，既解决了“如何改善琴弦的制造材质”的问题，也解决了“如何使音色变得更好的调和”的问题和“如何降低琴弦振动频率以保护琴弦”之间的矛盾；并且还可以保护手部免受伤害，增加使用者的练习时间，使用户体验更好。

四、结论

采用TRIZ理论，能够在传统有弦琴的结构与创新设计方面找到新的突破。通过因果链分析，得出相应的关键缺点与问题，并通过物理矛盾来进行解决，从而组成一个环路，经过多次循环开发新的设计方案，可以为相关产品的设计提供好的思路和方法。

参考文献

[1]孙永伟，谢尔盖·伊克万科.TRIZ打开创新之门的金钥匙[M].北京：科学出版社，2015.

[2]沈建跃，任振道，钟磊，娄碧辉.激光琴演示仪[D].宁波：宁波华茂文教股份有限公司，2014.

作者简介：魏勇（1987.06—），男，汉族，内蒙包头人，博士，讲师，研究方向：光纤传感、大学生创新教育；陈林（1997.10—），男，汉族，四川人，重庆三峡学院；刘春兰（1989.03—），女，汉族，四川人，硕士，助理实验师，研究方向：光纤传感；赵嫦欣（1991.03—），女，汉族，黑龙江拜泉人，硕士，助理实验员，研究方向：光纤传感。