共鳴板用材的振動(dòng)特性與鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)

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(dòng)性能在很大程度上決定了樂器的聲學(xué)品質(zhì)。目前許多樂器共鳴板制作的從業(yè)人員對(duì)共鳴板用材的材質(zhì)、共鳴板的振動(dòng)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(jìn)行主觀評(píng)判，并沒有具體、系統(tǒng)的科學(xué)依據(jù)，這就使樂器質(zhì)量的提高、選材的自動(dòng)化以及出材率的提高受到限制。　　鋼琴因其寬廣的音域、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(fù)調(diào)的）形式題材樂曲等優(yōu)越的聲學(xué)性能，素有“樂器之王”的美譽(yù)。鋼琴結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密，是應(yīng)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(dòng)之聲，決然不是鋼琴的優(yōu)美樂音。因此，音板的振動(dòng)和聲學(xué)特性直接影響到鋼琴的音質(zhì)和品質(zhì)，可以說，共鳴板及共鳴板用木材的聲振動(dòng)特性（聲振動(dòng)效率、振動(dòng)頻譜特性及發(fā)音效果的穩(wěn)定性等）是決定鋼琴聲學(xué)品質(zhì)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(duì)木材的要求不同于其他木材應(yīng)用領(lǐng)域，不但要求木材不能有開裂、節(jié)子、蟲眼等缺陷，而且對(duì)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(duì)用做樂器共鳴板的木材要求非常苛刻。而且當(dāng)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(zhì)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(jié)構(gòu)特征與其振動(dòng)特性之間的內(nèi)在關(guān)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(píng)價(jià)方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)鋼琴及其他樂器共鳴板聲學(xué)品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)、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(duì)提高我國鋼琴產(chǎn)品質(zhì)量與檔次，提高其附加值和更大的經(jīng)濟(jì)效益具有積極的意義，同時(shí)，可促進(jìn)我國樂器制造總體水平的提高及進(jìn)一步增強(qiáng)我國樂器產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

內(nèi)容概要

　　《共鳴板用材的振動(dòng)特性與鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)》可供木材科學(xué)、樂器學(xué)、鋼琴制造、樂器聲學(xué)品質(zhì)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域的工程技術(shù)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(dòng)特性，已被廣泛用做樂器和聲學(xué)器具的共鳴音板。《共鳴板用材的振動(dòng)特性與鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)》在研究8種云杉屬木材的構(gòu)造特征與其振動(dòng)特性之間的內(nèi)在關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究了4種云杉屬木材制作的鋼琴共鳴板的振動(dòng)特性，并對(duì)8臺(tái)實(shí)驗(yàn)用鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)、客觀評(píng)價(jià)及生理指標(biāo)評(píng)價(jià)，分析聲學(xué)品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與共鳴板振動(dòng)特性之間的內(nèi)在關(guān)系；最后，介紹了鋼琴共鳴板的客觀評(píng)價(jià)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(gòu)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(xué)品質(zhì)）的整個(gè)過程。

書籍目錄

前言第0章　緒論0.1　木材聲學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容0.1.1　樂器共鳴板用木材的聲學(xué)特性研究0.1.2　基于聲學(xué)特性的木質(zhì)材料無損檢測(cè)研究0.1.3　建筑中木質(zhì)材料的聲學(xué)特性研究0.2　木材的聲振動(dòng)特性及性能評(píng)價(jià)0.2.1　木材的基本振動(dòng)方式0.2.2　木材聲振動(dòng)性能的主要指標(biāo)0.2.3　樂器共鳴板用木材的聲振動(dòng)性能評(píng)價(jià)0.3　樂器共鳴板用木材的聲振動(dòng)特性研究進(jìn)展0.3.1　國內(nèi)研究進(jìn)展0.3.2　國外研究進(jìn)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(dòng)特性研究0.5　鋼琴的結(jié)構(gòu)與聲學(xué)系統(tǒng)0.5.1　鋼琴的音域0.5.2　鋼琴的結(jié)構(gòu)0.5.3　鋼琴的聲學(xué)系統(tǒng)0.5.4　當(dāng)前我國鋼琴行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r0.6　鋼琴聲學(xué)品質(zhì)的研究0.6.1　鋼琴聲學(xué)品質(zhì)的評(píng)價(jià)0.6.2　音樂（鋼琴音響效果）對(duì)人體生理、心理反應(yīng)的影響0.7　本書的主要內(nèi)容0.8　本書中術(shù)語及代號(hào)的說明第1章　云杉屬木材物理特征與振動(dòng)特性1.1　木材聲振動(dòng)特性及物理特征的測(cè)定1.1.1　云杉屬木材聲振動(dòng)特性的測(cè)定1.1.2　木材物理特征的測(cè)定1.2　云杉屬木材的相對(duì)密度與振動(dòng)特性之間的關(guān)系1.2.1　木材相對(duì)密度與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系1.2.2　與木材相對(duì)密度相關(guān)的比動(dòng)彈性模量和動(dòng)力學(xué)損耗角正切之間的關(guān)系1.2.3　木材相對(duì)密度與E/G值之間的關(guān)系1.2.4　木材相對(duì)密度與tan/EA之間的關(guān)系1.3　云杉屬木材的結(jié)晶度與振動(dòng)特性之間的關(guān)系1.3.1　云杉屬木材結(jié)晶度與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系1.3.2　結(jié)晶度對(duì)云杉屬木材振動(dòng)效率的影響1.3.3　結(jié)晶度對(duì)云杉屬木材振動(dòng)品質(zhì)——音色的影響1.4　本章小結(jié)第2章　云杉屬木材宏觀特征與振動(dòng)特性2.1　云杉屬木材宏觀特征的測(cè)定2.2　云杉屬木材的生長(zhǎng)輪寬度及其變異與振動(dòng)特性2.2.1　木材生長(zhǎng)輪寬度與聲振動(dòng)性能參數(shù)之間的關(guān)系2.2.2　木材生長(zhǎng)輪寬度變異與聲振動(dòng)性能參數(shù)之間的關(guān)系2.3　云杉屬木材的晚材率及其變異與振動(dòng)特性2.3.1　木材晚材率與聲振動(dòng)性能參數(shù)之間的關(guān)系2.3.2　木材晚材率變異與聲振動(dòng)性能參數(shù)之間的關(guān)系2.4　云杉屬木材縱向與徑向振動(dòng)特性參數(shù)之間關(guān)系的研究2.4.1　各樹種木材縱向和徑向振動(dòng)參數(shù)的直觀比較2.4.2　各樹種木材縱向和徑向振動(dòng)參數(shù)的相關(guān)性分析2.5　本章小結(jié)第3章　云杉屬木材解剖分子形態(tài)特征與振動(dòng)特性3.1　云杉屬木材解剖分子形態(tài)特征的測(cè)定3.1.1　木材管胞長(zhǎng)度和寬度解剖特征的測(cè)定3.1.2　平均纖絲角的測(cè)定3.1.3　木材胞壁率和管胞直徑的測(cè)定3.1.4　木材解剖分子形態(tài)特征檢測(cè)新方法簡(jiǎn)介3.2　云杉屬木材管胞長(zhǎng)度、寬度與振動(dòng)特性3.2.1　管胞長(zhǎng)度、寬度與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系3.2.2　管胞長(zhǎng)度、寬度與聲輻射品質(zhì)常數(shù)之間的關(guān)系3.2.3　管胞長(zhǎng)度、寬度與動(dòng)力學(xué)損耗角正切、每振動(dòng)周期能量損耗之間的關(guān)系3.2.4　管胞長(zhǎng)度、寬度對(duì)云杉屬木材振動(dòng)音色的影響3.3　云杉屬木材管胞壁厚、壁腔比與振動(dòng)特性3.3.1　各樹種木材管胞的壁厚及其與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系3.3.2　管胞壁厚度與聲輻射品質(zhì)常數(shù)之間的關(guān)系3.3.3　管胞壁厚度與動(dòng)力學(xué)損耗角正切、每振動(dòng)周期能量損耗、聲阻抗之間的關(guān)系3.3.4　管胞壁厚度對(duì)木材振動(dòng)音色的影響3.3.5　各樹種木材管胞的壁腔比及其與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系3.3.6　管胞的壁腔比與聲輻射品質(zhì)常數(shù)之間的關(guān)系3.3.7　管胞壁腔比與動(dòng)力學(xué)損耗角正切、每振動(dòng)周期能量損耗、聲阻抗之間的關(guān)系3.3.8　管胞壁腔比對(duì)木材振動(dòng)音色的影響3.4　云杉屬木材胞壁率與振動(dòng)特性3.4.1　各樹種木材細(xì)胞的胞壁率及其與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系3.4.2　木材細(xì)胞胞壁率與聲輻射品質(zhì)常數(shù)之間的關(guān)系3.4.3　木材細(xì)胞胞壁率與動(dòng)力學(xué)損耗角正切、每振動(dòng)周期能量損耗、聲阻抗之間的關(guān)系3.4.4　木材細(xì)胞的胞壁率對(duì)木材振動(dòng)音色的影響3.5　云杉屬木材纖絲角與振動(dòng)特性3.5.1　各樹種纖絲角大小的比較及其與動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量之間的關(guān)系3.5.2　纖絲角對(duì)云杉屬木材振動(dòng)效率的影響3.5.3　纖絲角對(duì)木材振動(dòng)音色的影響3.6　本章小結(jié)第4章　云杉屬木材細(xì)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(xì)胞實(shí)際排列情況與特征參數(shù)的對(duì)比4.3　各樹種木材管胞徑向排列角度與振動(dòng)特性參數(shù)的關(guān)系4.4　本章小結(jié)第5章　云杉屬木材振動(dòng)性能的綜合評(píng)價(jià)5.1　云杉屬木材各項(xiàng)性能指標(biāo)的主成分分析5.1.1　縱向試件各項(xiàng)性能指標(biāo)的主成分分析5.1.2　徑向試件各項(xiàng)性能指標(biāo)的主成分分析5.2　基于綜合評(píng)分法的云杉屬木材振動(dòng)性能的比較分析5.2.1　綜合評(píng)分法的計(jì)算方法5.2.2　縱向試件振動(dòng)性能指標(biāo)的綜合評(píng)分比較分析5.2.3　徑向試件振動(dòng)性能指標(biāo)的綜合評(píng)分比較分析5.3　基于綜合坐標(biāo)法的云杉屬木材振動(dòng)性能的比較分析5.3.1　綜合坐標(biāo)法的計(jì)算方法5.3.2　縱向試件振動(dòng)性能指標(biāo)的綜合坐標(biāo)評(píng)定值比較分析5.3.3　徑向試件振動(dòng)性能指標(biāo)的綜合坐標(biāo)評(píng)定值比較分析5.4　本章小結(jié)第6章　實(shí)際尺寸鋼琴共鳴板用木材的振動(dòng)特性檢測(cè)與分選6.1　實(shí)際尺寸木材振動(dòng)特性測(cè)定的基礎(chǔ)研究6.2　共鳴板素材的準(zhǔn)備6.3　共鳴板素材的振動(dòng)性能分選6.3.1　共鳴板素材振動(dòng)參數(shù)的測(cè)定6.3.2　木材綜合振動(dòng)特性的區(qū)分6.4　本章小結(jié)第7章　鋼琴共鳴板的振動(dòng)特性7.1　鋼琴共鳴板的制作7.2　共鳴板振動(dòng)特性的測(cè)定方法7.2.1　鋼琴共鳴板振動(dòng)模式測(cè)定7.2.2　鋼琴音板振動(dòng)信號(hào)響應(yīng)時(shí)間測(cè)定7.3　鋼琴共鳴板基本振動(dòng)理論7.4　共鳴板振動(dòng)模態(tài)的識(shí)別與分析7.4.1　共鳴板的振動(dòng)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(dòng)性能分析7.6　肋木對(duì)共鳴板振動(dòng)響應(yīng)速率的影響7.7　鋼琴音板的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間分析7.8　本章小結(jié)第8章　鋼琴音板振動(dòng)模態(tài)的檢測(cè)與分析8.1　鋼琴音板振動(dòng)模態(tài)檢測(cè)方法8.2　鋼琴音板的振動(dòng)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(cè)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(jié)第9章　鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)評(píng)價(jià)9.1　鋼琴的制作9.2　鋼琴聲學(xué)品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)9.2.1　主觀評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境9.2.2　主觀評(píng)價(jià)表制定與主觀評(píng)價(jià)原則9.2.3　演奏曲目、評(píng)價(jià)專家、演奏者與錄音9.2.4　主觀評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)分析9.3　鋼琴聲學(xué)品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)9.3.1　音強(qiáng)9.3.2　音長(zhǎng)9.3.3　動(dòng)態(tài)范圍9.3.4　音色9.4　鋼琴聲學(xué)品質(zhì)的心理生理指標(biāo)評(píng)價(jià)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(jié)第10章　共鳴板振動(dòng)參數(shù)與鋼琴聲學(xué)品質(zhì)之間關(guān)系的綜合分析10.1　共鳴板的振動(dòng)參數(shù)與主觀評(píng)價(jià)得分之間的關(guān)系10.1.1　共鳴板彈性模量與主觀評(píng)價(jià)得分的相關(guān)性分析10.1.2　共鳴板縱波傳播速度與主觀評(píng)價(jià)得分的相關(guān)性分析10.1.3　共鳴板邊部斜紋理試件彈性模量與主觀評(píng)價(jià)得分的相關(guān)性分析10.1.4　音板的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間與主觀評(píng)價(jià)得分的相關(guān)性分析10.2　共鳴板的振動(dòng)參數(shù)與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系10.2.1 共鳴板彈性模量與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析10.2.2　縱波傳播速度與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析10.2.3　共鳴板邊部斜紋理試件彈性模量與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析10.2.4　音板的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析10.3　本章小結(jié)第11章　共鳴板客觀評(píng)價(jià)與共鳴板用材客觀選取的總結(jié)分析11.1　鋼琴共鳴板振動(dòng)特性的客觀評(píng)價(jià)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(jié)第12章　結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章　云杉屬木材宏觀特征與振動(dòng)特性　　云杉屬木材具有優(yōu)良的聲振動(dòng)性能，但由于各樹種木材之間內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，其性質(zhì)也有很大的差異。不僅如此，天然生長(zhǎng)的木材即使同一樹種，往往因生長(zhǎng)條件的變化而影響其結(jié)構(gòu)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。　　木材生長(zhǎng)輪的寬度和晚材率是木材宏觀構(gòu)造上的兩個(gè)重要指標(biāo)，通過對(duì)生長(zhǎng)輪的分析，可以預(yù)測(cè)木材的許多材性指標(biāo)。生長(zhǎng)輪寬和晚材率受樹種、樹齡及生長(zhǎng)條件的影響很大。通常在同一株樹中，生長(zhǎng)輪的徑向分布為：越靠近髓心，生長(zhǎng)輪越寬；越靠近樹皮，生長(zhǎng)輪越窄（李堅(jiān)和欒樹杰，1993）。由于木材的生長(zhǎng)輪寬度和晚材率與其彈性和聲學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，國內(nèi)、外制琴師和有關(guān)技術(shù)人員在選材時(shí)常以此作為選擇音板用材的基本依據(jù)。　　2.1　云杉屬木材宏觀特征的測(cè)定　　在本書中，主要選擇生長(zhǎng)輪寬度和晚材率兩項(xiàng)木材宏觀特征指標(biāo)．木材生長(zhǎng)輪寬度和晚材率的測(cè)定遵照下面的方法進(jìn)行。

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