共鳴板用材的振動特性與鋼琴的聲學品質

前言

　　云杉屬、泡桐屬等樹種木材是制作樂器共鳴部件的重要材料，其聲振動性能在很大程度上決定了樂器的聲學品質。目前許多樂器共鳴板制作的從業(yè)人員對共鳴板用材的材質、共鳴板的振動特性不甚了解，多年來樂器制作行業(yè)在共鳴板用木材的選取上，主要依賴于樂器技師的觀、掂、敲、聽等方式進行主觀評判，并沒有具體、系統(tǒng)的科學依據(jù)，這就使樂器質量的提高、選材的自動化以及出材率的提高受到限制?！　′撉僖蚱鋵拸V的音域、優(yōu)美的樂音、寬廣的適用性及可適合演奏各種多聲（和聲的、復調的）形式題材樂曲等優(yōu)越的聲學性能，素有“樂器之王”的美譽。鋼琴結構復雜、精密，是應用木材（一般為云杉屬樹種木材）做共鳴板的最典型、最重要的西洋樂器之一。鋼琴的共鳴元件稱為音板，是由共振板（也稱共鳴板）、肋木、音板框等部件組成，其中共鳴板為一塊薄的板片，通常是由80～100mm寬的木材板條拼粘在一起組成的。鋼琴的聲源雖然來自琴弦，但如果去掉音板，那么我們聽到的僅僅是極微弱的鋼絲振動之聲，決然不是鋼琴的優(yōu)美樂音。因此，音板的振動和聲學特性直接影響到鋼琴的音質和品質，可以說，共鳴板及共鳴板用木材的聲振動特性（聲振動效率、振動頻譜特性及發(fā)音效果的穩(wěn)定性等）是決定鋼琴聲學品質的決定性因素之一?！　′撉偌捌渌媚静闹谱鞴缠Q元件的樂器，對木材的要求不同于其他木材應用領域，不但要求木材不能有開裂、節(jié)子、蟲眼等缺陷，而且對木材的密度、年輪寬度、年輪數(shù)及微觀特征等都有具體的要求。因此，適合于制作樂器共鳴板的木材只局限于少數(shù)的幾種木材及這些木材原木中的某些部位。從目前的生產(chǎn)來看，用于生產(chǎn)樂器共鳴板的原木出材率一般為10％～20％，這也說明了對用做樂器共鳴板的木材要求非常苛刻。而且當前人類面臨著世界性的木材資源匱乏，適合制作樂器音板的木材更是少之又少，這不但影響著樂器質量的提高，而且影響著樂器行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！　∫虼?，解明木材的結構特征與其振動特性之間的內(nèi)在關系，建立樂器共鳴板用材的客觀選取及樂器共鳴板的客觀評價方法，對實現(xiàn)鋼琴及其他樂器共鳴板聲學品質的客觀評價、共鳴板用木材的客觀選取，節(jié)約現(xiàn)有的珍貴共鳴板用木材資源有積極作用，并對提高我國鋼琴產(chǎn)品質量與檔次，提高其附加值和更大的經(jīng)濟效益具有積極的意義，同時，可促進我國樂器制造總體水平的提高及進一步增強我國樂器產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。

內(nèi)容概要

　　《共鳴板用材的振動特性與鋼琴的聲學品質》可供木材科學、樂器學、鋼琴制造、樂器聲學品質評價等領域的工程技術人員、科研人員和高、中等專業(yè)院校師生使用與參考。云杉屬、泡桐屬等樹種木材具有優(yōu)良的聲振動特性，已被廣泛用做樂器和聲學器具的共鳴音板?！豆缠Q板用材的振動特性與鋼琴的聲學品質》在研究8種云杉屬木材的構造特征與其振動特性之間的內(nèi)在關系的基礎上，研究了4種云杉屬木材制作的鋼琴共鳴板的振動特性，并對8臺實驗用鋼琴的聲學品質進行了主觀評價、客觀評價及生理指標評價，分析聲學品質評價結果與共鳴板振動特性之間的內(nèi)在關系；最后，介紹了鋼琴共鳴板的客觀評價方法及共鳴板用材的客觀選取方法。全書追蹤研究了由云杉屬木材微觀構造特征到鋼琴產(chǎn)品（即云杉屬木材一共鳴板一音板一鋼琴聲學品質）的整個過程。

書籍目錄

前言第0章　緒論0.1　木材聲學的主要研究內(nèi)容0.1.1　樂器共鳴板用木材的聲學特性研究0.1.2　基于聲學特性的木質材料無損檢測研究0.1.3　建筑中木質材料的聲學特性研究0.2　木材的聲振動特性及性能評價0.2.1　木材的基本振動方式0.2.2　木材聲振動性能的主要指標0.2.3　樂器共鳴板用木材的聲振動性能評價0.3　樂器共鳴板用木材的聲振動特性研究進展0.3.1　國內(nèi)研究進展0.3.2　國外研究進展0.3.3　合理高效利用樂器共鳴板用木材的重要性0.4　樂器（鋼琴）共鳴板的振動特性研究0.5　鋼琴的結構與聲學系統(tǒng)0.5.1　鋼琴的音域0.5.2　鋼琴的結構0.5.3　鋼琴的聲學系統(tǒng)0.5.4　當前我國鋼琴行業(yè)發(fā)展狀況0.6　鋼琴聲學品質的研究0.6.1　鋼琴聲學品質的評價0.6.2　音樂（鋼琴音響效果）對人體生理、心理反應的影響0.7　本書的主要內(nèi)容0.8　本書中術語及代號的說明第1章　云杉屬木材物理特征與振動特性1.1　木材聲振動特性及物理特征的測定1.1.1　云杉屬木材聲振動特性的測定1.1.2　木材物理特征的測定1.2　云杉屬木材的相對密度與振動特性之間的關系1.2.1　木材相對密度與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系1.2.2　與木材相對密度相關的比動彈性模量和動力學損耗角正切之間的關系1.2.3　木材相對密度與E/G值之間的關系1.2.4　木材相對密度與tan/EA之間的關系1.3　云杉屬木材的結晶度與振動特性之間的關系1.3.1　云杉屬木材結晶度與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系1.3.2　結晶度對云杉屬木材振動效率的影響1.3.3　結晶度對云杉屬木材振動品質——音色的影響1.4　本章小結第2章　云杉屬木材宏觀特征與振動特性2.1　云杉屬木材宏觀特征的測定2.2　云杉屬木材的生長輪寬度及其變異與振動特性2.2.1　木材生長輪寬度與聲振動性能參數(shù)之間的關系2.2.2　木材生長輪寬度變異與聲振動性能參數(shù)之間的關系2.3　云杉屬木材的晚材率及其變異與振動特性2.3.1　木材晚材率與聲振動性能參數(shù)之間的關系2.3.2　木材晚材率變異與聲振動性能參數(shù)之間的關系2.4　云杉屬木材縱向與徑向振動特性參數(shù)之間關系的研究2.4.1　各樹種木材縱向和徑向振動參數(shù)的直觀比較2.4.2　各樹種木材縱向和徑向振動參數(shù)的相關性分析2.5　本章小結第3章　云杉屬木材解剖分子形態(tài)特征與振動特性3.1　云杉屬木材解剖分子形態(tài)特征的測定3.1.1　木材管胞長度和寬度解剖特征的測定3.1.2　平均纖絲角的測定3.1.3　木材胞壁率和管胞直徑的測定3.1.4　木材解剖分子形態(tài)特征檢測新方法簡介3.2　云杉屬木材管胞長度、寬度與振動特性3.2.1　管胞長度、寬度與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系3.2.2　管胞長度、寬度與聲輻射品質常數(shù)之間的關系3.2.3　管胞長度、寬度與動力學損耗角正切、每振動周期能量損耗之間的關系3.2.4　管胞長度、寬度對云杉屬木材振動音色的影響3.3　云杉屬木材管胞壁厚、壁腔比與振動特性3.3.1　各樹種木材管胞的壁厚及其與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系3.3.2　管胞壁厚度與聲輻射品質常數(shù)之間的關系3.3.3　管胞壁厚度與動力學損耗角正切、每振動周期能量損耗、聲阻抗之間的關系3.3.4　管胞壁厚度對木材振動音色的影響3.3.5　各樹種木材管胞的壁腔比及其與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系3.3.6　管胞的壁腔比與聲輻射品質常數(shù)之間的關系3.3.7　管胞壁腔比與動力學損耗角正切、每振動周期能量損耗、聲阻抗之間的關系3.3.8　管胞壁腔比對木材振動音色的影響3.4　云杉屬木材胞壁率與振動特性3.4.1　各樹種木材細胞的胞壁率及其與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系3.4.2　木材細胞胞壁率與聲輻射品質常數(shù)之間的關系3.4.3　木材細胞胞壁率與動力學損耗角正切、每振動周期能量損耗、聲阻抗之間的關系3.4.4　木材細胞的胞壁率對木材振動音色的影響3.5　云杉屬木材纖絲角與振動特性3.5.1　各樹種纖絲角大小的比較及其與動彈性模量、比動彈性模量之間的關系3.5.2　纖絲角對云杉屬木材振動效率的影響3.5.3　纖絲角對木材振動音色的影響3.6　本章小結第4章　云杉屬木材細胞排列方向的FET圖譜解析4.1　各樹種木材管胞徑向排列的特征參數(shù)4.2　各樹種木材細胞實際排列情況與特征參數(shù)的對比4.3　各樹種木材管胞徑向排列角度與振動特性參數(shù)的關系4.4　本章小結第5章　云杉屬木材振動性能的綜合評價5.1　云杉屬木材各項性能指標的主成分分析5.1.1　縱向試件各項性能指標的主成分分析5.1.2　徑向試件各項性能指標的主成分分析5.2　基于綜合評分法的云杉屬木材振動性能的比較分析5.2.1　綜合評分法的計算方法5.2.2　縱向試件振動性能指標的綜合評分比較分析5.2.3　徑向試件振動性能指標的綜合評分比較分析5.3　基于綜合坐標法的云杉屬木材振動性能的比較分析5.3.1　綜合坐標法的計算方法5.3.2　縱向試件振動性能指標的綜合坐標評定值比較分析5.3.3　徑向試件振動性能指標的綜合坐標評定值比較分析5.4　本章小結第6章　實際尺寸鋼琴共鳴板用木材的振動特性檢測與分選6.1　實際尺寸木材振動特性測定的基礎研究6.2　共鳴板素材的準備6.3　共鳴板素材的振動性能分選6.3.1　共鳴板素材振動參數(shù)的測定6.3.2　木材綜合振動特性的區(qū)分6.4　本章小結第7章　鋼琴共鳴板的振動特性7.1　鋼琴共鳴板的制作7.2　共鳴板振動特性的測定方法7.2.1　鋼琴共鳴板振動模式測定7.2.2　鋼琴音板振動信號響應時間測定7.3　鋼琴共鳴板基本振動理論7.4　共鳴板振動模態(tài)的識別與分析7.4.1　共鳴板的振動頻率歸屬7.4.2　共鳴板的彈性模量7.4.3　共鳴板的縱波傳播速度7.5　共鳴板邊部剩余試件的振動性能分析7.6　肋木對共鳴板振動響應速率的影響7.7　鋼琴音板的振動響應時間分析7.8　本章小結第8章　鋼琴音板振動模態(tài)的檢測與分析8.1　鋼琴音板振動模態(tài)檢測方法8.2　鋼琴音板的振動模態(tài)分析8.3　鋼琴音板的輸人阻抗8.3.1　輸入阻抗的概念8.3.2　輸入阻抗的測定方法8.3.3　鋼琴音板的輸入阻抗特性曲線8.4　本章小結第9章　鋼琴的聲學品質評價9.1　鋼琴的制作9.2　鋼琴聲學品質的主觀評價9.2.1　主觀評價現(xiàn)場環(huán)境9.2.2　主觀評價表制定與主觀評價原則9.2.3　演奏曲目、評價專家、演奏者與錄音9.2.4　主觀評價的數(shù)據(jù)分析9.3　鋼琴聲學品質的客觀評價9.3.1　音強9.3.2　音長9.3.3　動態(tài)范圍9.3.4　音色9.4　鋼琴聲學品質的心理生理指標評價9.4.1　心率變異分析9.4.2　血壓變異分析9.4.3　皮膚溫度變化分析9.4.4　呼吸頻率變化分析9.5　本章小結第10章　共鳴板振動參數(shù)與鋼琴聲學品質之間關系的綜合分析10.1　共鳴板的振動參數(shù)與主觀評價得分之間的關系10.1.1　共鳴板彈性模量與主觀評價得分的相關性分析10.1.2　共鳴板縱波傳播速度與主觀評價得分的相關性分析10.1.3　共鳴板邊部斜紋理試件彈性模量與主觀評價得分的相關性分析10.1.4　音板的振動響應時間與主觀評價得分的相關性分析10.2　共鳴板的振動參數(shù)與客觀評價指標之間的關系10.2.1 共鳴板彈性模量與客觀評價指標的相關性分析10.2.2　縱波傳播速度與客觀評價指標的相關性分析10.2.3　共鳴板邊部斜紋理試件彈性模量與客觀評價指標的相關性分析10.2.4　音板的振動響應時間與客觀評價指標的相關性分析10.3　本章小結第11章　共鳴板客觀評價與共鳴板用材客觀選取的總結分析11.1　鋼琴共鳴板振動特性的客觀評價11.1.1　共鳴板的彈性模量11.1.2　共鳴板的聲傳播速度11.2　鋼琴音板用木材的客觀選取11.3　本章小結第12章　結論參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第2章　云杉屬木材宏觀特征與振動特性　　云杉屬木材具有優(yōu)良的聲振動性能，但由于各樹種木材之間內(nèi)部結構不同，其性質也有很大的差異。不僅如此，天然生長的木材即使同一樹種，往往因生長條件的變化而影響其結構的變化，這樣就使得各株甚至于同株內(nèi)的不同位置的材性的變化也很大。這些都給樂器共鳴板用木材的選材工作帶來了一定的困難?！　∧静纳L輪的寬度和晚材率是木材宏觀構造上的兩個重要指標，通過對生長輪的分析，可以預測木材的許多材性指標。生長輪寬和晚材率受樹種、樹齡及生長條件的影響很大。通常在同一株樹中，生長輪的徑向分布為：越靠近髓心，生長輪越寬；越靠近樹皮，生長輪越窄（李堅和欒樹杰，1993）。由于木材的生長輪寬度和晚材率與其彈性和聲學性質密切相關，國內(nèi)、外制琴師和有關技術人員在選材時常以此作為選擇音板用材的基本依據(jù)?！　?.1　云杉屬木材宏觀特征的測定　　在本書中，主要選擇生長輪寬度和晚材率兩項木材宏觀特征指標．木材生長輪寬度和晚材率的測定遵照下面的方法進行。

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