雷福娟,黃騰華*,陳桂丹

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院；2.廣西壯族自治區(qū)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，南寧 530002)

音板聲學(xué)品質(zhì)的主要影響因子及其評(píng)測(cè)方法

雷福娟1,2,黃騰華1,2*,陳桂丹1,2

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院；2.廣西壯族自治區(qū)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，南寧 530002)

本文綜述分析了實(shí)木音板聲學(xué)品質(zhì)主要影響因素—木材聲振動(dòng)特性、音板結(jié)構(gòu)及加工工藝等，以及與木材聲振動(dòng)特性密切相關(guān)的木材密度、含水率、S2層微纖絲角、纖維素結(jié)晶度、年輪寬度、晚材率及其變異系數(shù)等參數(shù)。在此基礎(chǔ)上介紹了評(píng)選優(yōu)質(zhì)原料、設(shè)計(jì)合理音板結(jié)構(gòu)、控制制作工藝等控制音板聲學(xué)品質(zhì)的途徑來，分析了音板聲學(xué)品質(zhì)傳統(tǒng)主觀經(jīng)驗(yàn)判斷評(píng)測(cè)方法的缺點(diǎn)，提出了模態(tài)試驗(yàn)分析法和基于ANSYS有限元評(píng)測(cè)法兩種客觀的評(píng)測(cè)方法及其重點(diǎn)研究方向，有利于研究和建立科學(xué)客觀的音板聲學(xué)品質(zhì)評(píng)測(cè)系統(tǒng)。

木材聲振動(dòng)；音板；聲學(xué)品質(zhì)；評(píng)測(cè)；方法

音板是樂器最重要的構(gòu)件，其聲學(xué)品質(zhì)的優(yōu)劣是決定樂器音質(zhì)好壞關(guān)鍵性因素。實(shí)木音板的聲學(xué)品質(zhì)除與木材聲振動(dòng)特性相關(guān)外，還與其結(jié)構(gòu)、加工工藝等因素密切相關(guān)。音板聲學(xué)品質(zhì)的測(cè)評(píng)目前仍以傳統(tǒng)的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷為主，往往科學(xué)依據(jù)不足、誤差大、且無法滿足批量生產(chǎn)。本文依據(jù)前人研究成果，總結(jié)了實(shí)木音板聲學(xué)品質(zhì)的影響因素，介紹了其質(zhì)量控制主要途徑，在此基礎(chǔ)上提出了音板聲學(xué)品質(zhì)的客觀評(píng)測(cè)方法及其重點(diǎn)研究方向，有利于科學(xué)客觀的音板聲學(xué)品質(zhì)評(píng)測(cè)系統(tǒng)的研究和建立。

1 音板聲學(xué)品質(zhì)的影響因子

1.1 音板用材聲振動(dòng)特性

音板用材聲振動(dòng)性能越高，其聲學(xué)品質(zhì)越好。木材聲振動(dòng)性能的優(yōu)劣一般用木材的彈性模量、動(dòng)彈性模量、比動(dòng)彈性模量、損耗角正切、聲輻射阻尼常數(shù)等參數(shù)來評(píng)價(jià)[1]。木材比動(dòng)彈性模量是木材的一個(gè)重要物理量，其數(shù)值越大，音板用材的聲振動(dòng)性能越好。聲輻射阻尼常數(shù)是描述木材輻射聲能效率的參數(shù)，木材在外力作用下產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)外力消失，木材逐漸停止振動(dòng)。根據(jù)能量守恒定律，振動(dòng)的能量一部分是以聲波的形式輻射到空氣中，另一部分能量由于木材分子運(yùn)動(dòng)摩擦及邊界摩擦產(chǎn)生熱量消耗掉。在木材內(nèi)部消耗的能量用損耗角正切或?qū)?shù)縮減量來描述。聲振動(dòng)特性優(yōu)良的木材聲輻射阻尼常數(shù)比較高，損耗角正切值比較小，即振動(dòng)能量大部分輻射到空氣中，而損失在木材內(nèi)部的能量非常少。木材聲振動(dòng)性能與密度、含水率、S2層微纖絲角、纖維素結(jié)晶度、年輪寬度、晚材率及其變異系數(shù)等參數(shù)密切相關(guān)。

1.1.1 木材物理性質(zhì)對(duì)振動(dòng)特性的影響

(1)木材密度

木材密度因其樹種、生長環(huán)境、樹齡、樹干部位等因素不同而不同。沈雋[2]、涂道伍[3]先后研究木材密度與振動(dòng)特性參數(shù)的關(guān)系，大部分樹種木材當(dāng)密度在0.4～0.5 g·cm-3之間，比動(dòng)彈性模量值較大，木材振動(dòng)性能高。

(2)木材含水率

馬麗娜[4]研究了魚鱗云杉、馬尾松、I-69柳、白樺、水曲柳及泡桐六個(gè)樹種振動(dòng)特性各參數(shù)與木材含水率的相關(guān)性,動(dòng)彈性模量及比動(dòng)彈性模量均隨著木材含水率值的減少而顯著變大。損耗角正切在木材含水為7%時(shí)達(dá)到最小值，說明木材含水率在7%左右，木材振動(dòng)效率優(yōu)良。

(3)木材尺寸穩(wěn)定性

木材因受環(huán)境濕度的變化而吸濕或解吸，其體積和尺寸隨含水率變化而改變。尺寸穩(wěn)定性是木材保持原形狀和尺寸能力的體現(xiàn)[5]。尺寸穩(wěn)定性好的木材不容易變形和開裂，振動(dòng)性能也穩(wěn)定。

1.1.2 木材宏觀構(gòu)造對(duì)振動(dòng)性能的影響

(1)木材生長輪寬度

生長輪寬度是影響木材物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。它與木材的聲振動(dòng)特性參數(shù)也密切相關(guān)。劉一星等[6]研究了云杉屬的8個(gè)樹種木材的生長輪寬度與木材聲振動(dòng)特性參數(shù)的關(guān)系，當(dāng)木材的生長輪寬度在(1.0～1.5 mm)范圍內(nèi)，大多數(shù)云杉屬樹種木材的比動(dòng)彈性模量和聲輻射阻尼常數(shù)值較大，損耗角正切值較小。因此大多數(shù)的云杉屬樹種木材在生長輪寬度(1.0～1.5 mm)范圍內(nèi)振動(dòng)性能表現(xiàn)優(yōu)良。

(2)晚材率及其變異系數(shù)

晚材率是指木材橫切面上晚材寬度占其年輪寬度的比率[5]。晚材率變異系數(shù)是描述木材晚材率分布是否均勻的參數(shù)，晚材率變異系數(shù)小，說明木材晚材率分布均勻。沈雋等[2]研究了云杉屬8個(gè)樹種木材晚材率及其變異系數(shù)與聲振動(dòng)特性的關(guān)系，晚材率變異系數(shù)小，木材晚材率分布就均勻，木材聲振動(dòng)性能較優(yōu)良。木材在適宜晚材率能夠達(dá)到優(yōu)良聲振動(dòng)性能(不同的樹種適宜的晚材率不同，總的范圍在15%～28%之間)。

1.1.3 木材顯微構(gòu)造特征對(duì)聲振動(dòng)特性的影響

(1) 纖維素結(jié)晶度

纖維素結(jié)晶度與木材聲振動(dòng)特性參數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性。劉一星[7]等研究了我國7種云杉屬樹種木材結(jié)晶度與木材聲振動(dòng)特性參數(shù)的關(guān)系；馬麗娜[4]研究了魚鱗云杉、馬尾松、I-69柳、白樺、水曲柳及泡桐六個(gè)樹種木材纖維結(jié)晶度與木材聲振動(dòng)特性參數(shù)的關(guān)系。結(jié)果表明纖維素結(jié)晶值適度增加，有利于木材振動(dòng)效率提高。大多數(shù)樹種木材各項(xiàng)聲振動(dòng)特性參數(shù)達(dá)到最優(yōu)對(duì)應(yīng)的纖維素結(jié)晶度在56%～65%左右。

(2) 細(xì)胞壁S2層纖絲角

纖絲角是指木材細(xì)胞壁中層S2微纖絲與細(xì)胞縱軸之間的夾角[5]。沈雋等[2]研究了云杉屬8個(gè)樹種木材S2層纖絲角與木材聲振動(dòng)性能參數(shù)的關(guān)系，木材S2層纖絲角在9°～17°范圍內(nèi)值越小，比動(dòng)彈性模量和聲輻射阻尼常數(shù)值越大，對(duì)數(shù)縮減量越小。說明S2層纖絲角較小，木材振動(dòng)性能好。

1.1.4 木材主要缺陷對(duì)聲振動(dòng)特性的影響

木材缺陷是指木材的斜紋、節(jié)子、裂紋、腐朽、蟲眼、應(yīng)力木等。節(jié)子周圍的木材纖維(管胞)長軸方向與樹木縱向也不平行，節(jié)子的存在也使得木材密度分布不均勻。根據(jù)沈雋等[2]云杉屬木材構(gòu)造特征與振動(dòng)特性參數(shù)關(guān)系的研究結(jié)果，管胞徑向排列越整齊，即與樹木縱向平行時(shí)，木材振動(dòng)效率高。因此節(jié)子、斜紋的存在是降低木材振動(dòng)效率的嚴(yán)重缺陷。應(yīng)力木S2層纖絲角比正常材大，甚至有些應(yīng)力木纖維(管胞)出現(xiàn)滲透次生壁的螺紋狀裂隙。因此應(yīng)力木損耗角正切值較正常材大，而應(yīng)力木的聲輻射品質(zhì)常數(shù)較正常材低[8]。裂紋由于木材纖維(管胞)被撕裂、分離；腐朽、蟲眼由于細(xì)胞壁受到破壞，細(xì)胞壁構(gòu)架物質(zhì)和粘結(jié)物質(zhì)及侵提物被分解。因此腐朽、蟲眼、裂紋、應(yīng)力木的存在均不同程度地降低了木材振動(dòng)效率。

1.2 音板結(jié)構(gòu)

不同樂器的音板尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)各異，因此影響因子也有差別。如鋼琴音板主要由共振板、肋木、碼橋、音板框組成，共振板是由寬度為80～100 mm，厚度為8～9 mm的板條斜拼而成，肋木固定在共振板下方，其紋理方向與共振板紋理方向垂直。肋木結(jié)構(gòu)可以提高音板橫向傳播速度，使振動(dòng)波盡可能快地傳播到整個(gè)音板，以達(dá)到在木材不同紋理方向均勻輻射聲能的作用[9]。肋木數(shù)量增加會(huì)增加音板的剛度,不利于低頻振動(dòng)[17]。鋼琴音板的厚要適宜，過厚會(huì)影響振動(dòng)，過薄則音色不佳，適宜的厚度為8～10 mm。

1.3 加工工藝

在加工制作上，音板用木材的鋸切工藝、干燥質(zhì)量、木材尺寸穩(wěn)定性及共振板和肋木的膠合質(zhì)量等都是影響音板聲學(xué)品質(zhì)的重要因素。

2 音板聲學(xué)品質(zhì)的控制

音板是樂器最重要構(gòu)件，如果沒有音板把琴弦振動(dòng)的能量放大并輻射到空氣中，樂器不可能發(fā)出優(yōu)美動(dòng)聽的音樂。為了獲得高品質(zhì)樂器，首先應(yīng)控制好音板的質(zhì)量。主要通過控制選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝等方面控制音板聲學(xué)品質(zhì)。

2.1 評(píng)選優(yōu)質(zhì)原料

音板的作用是產(chǎn)生共振并傳播聲能，在選材上，其制作材料應(yīng)選擇聲振動(dòng)性能高的木材。木材聲振動(dòng)性質(zhì)不僅因樹種不同而有明顯差異；就同一樹種木材因來自樹木不同部位或不同生長環(huán)境，或不同樹齡等，其構(gòu)造特征也有差異，如年輪寬度、晚材率、節(jié)子多少、斜紋等，同樣不同程度地影響木材聲振動(dòng)性質(zhì)。因此首先應(yīng)選擇合適的樹種木材，才能進(jìn)行更進(jìn)一步的評(píng)選。國內(nèi)常用制作音板的木材是云杉屬和泡桐屬木材。云杉屬木材各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)相差不大，可歸為一類商品木材；其樹木生長緩慢，樹干通直、直徑大。其木材色淺，結(jié)構(gòu)細(xì)，生長輪密且寬度均勻，紋理直，尺寸穩(wěn)定性好，易干燥不變形，是優(yōu)良的音板用材。泡桐屬樹木生長快，資源豐富，種間木材差別少。紋理直；密度??；干縮小，干燥快；不裂、不翹。雖然木材年輪寬，但其木材聲輻射品質(zhì)常數(shù)(R)高，聲阻抗小，也是優(yōu)良的音板用材。部分音板用樹種木材振動(dòng)性質(zhì)見表1[8]。除樹種不同會(huì)影響材振動(dòng)性質(zhì)外，木材自身的結(jié)構(gòu)上的差異，同樣不同程度影響木材振動(dòng)性質(zhì)。為保證音板用材的均勻性，同塊音板用材應(yīng)盡量選取結(jié)構(gòu)相近的木材。年輪寬度小(1.0～1.5 mm，泡桐屬木材不受此限制)，均勻，晚材率控制在15%～28%之間；避免節(jié)子、斜紋、應(yīng)力木、腐朽等缺陷。在眾多的選材影響因素的評(píng)選中，可借助綜合坐標(biāo)法進(jìn)行權(quán)衡。綜合坐標(biāo)法是分析木材綜合性能的一種方法，此方法根據(jù)計(jì)算得出的各項(xiàng)木材性能指標(biāo)的綜合坐標(biāo)指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各性能指標(biāo)配以權(quán)重因子[13]。

表1 部分音板用樹種木材振動(dòng)性質(zhì)

2.2 設(shè)計(jì)合理的音板結(jié)構(gòu)

不同樂器的音板尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)各不相同，根據(jù)不同的樂器對(duì)結(jié)構(gòu)的不同要求進(jìn)行設(shè)計(jì)?？山柚?jì)算機(jī)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如借助基于ANSYS有限元軟件，模擬改變音板結(jié)構(gòu)得出不同的振動(dòng)特性，分析選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作。

2.3 控制制作工藝

2.3.1 鋸切工藝 木材的缺陷會(huì)降低其振動(dòng)性能，因此在下鋸時(shí)盡量避開缺陷部位。木材是各項(xiàng)異性材料，其鋸切面不同，物理力學(xué)性質(zhì)都有或多或少的差別。徑切板具有振動(dòng)性能高、干縮小，尺寸穩(wěn)定，不易變形開裂等優(yōu)點(diǎn)。因此音板用材一般采用徑切下鋸。為了獲得更高的出材率，孫友富[10]通過對(duì)三開原木、四開原木、六開原木三種下鋸方法的比較分析得出三開原木效果最好，出材率最高。

2.3.2 提高木材尺寸穩(wěn)定性 對(duì)木材進(jìn)行物理、化學(xué)上的處理可以提高木材的尺寸穩(wěn)定性，如對(duì)木材進(jìn)行高溫?zé)崽幚?、浸漬、表面處理等。主要途徑有：添加防水劑；涂飾和浸漬處理堵塞水分通道；減少親水基團(tuán)(-OH)；用乙?；?CH3-CO-)替換親水基團(tuán)(-OH)等。提高木材尺寸穩(wěn)定性的方法很多。不同的方法效果不同，需根據(jù)不同的木材用途選擇處理方法。就音板用材的處理應(yīng)考慮處理結(jié)果是否影響木材振動(dòng)性能。徐偉等[11]研究了高溫?zé)崽幚砉に噷?duì)云杉木材尺寸穩(wěn)定性的影響,在溫度140℃、時(shí)間8 h的條件下進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼匿撉儆迷粕寄静牡某叽绶€(wěn)定性最好。馮德君等[12]研究表明熱處理能夠極大地降低木材的吸濕性, 同時(shí)提高木材的尺寸穩(wěn)定性。

2.3.3 木材干燥 木材干燥工藝是制作音板的重要環(huán)節(jié)，干燥質(zhì)量的好壞直接影響到音板的聲學(xué)品質(zhì)。木材因受環(huán)境濕度的變化產(chǎn)生干縮濕漲，為了避免音板在使用過程中變形開裂，必須對(duì)音板原材料進(jìn)行干燥，以保障木材含水率與環(huán)境濕度相對(duì)平衡。一般先自然風(fēng)干一段時(shí)間將含水率降到15%左右，再進(jìn)行人工干燥，最終將含水率控制在6%～9%左右。干燥結(jié)束后需對(duì)進(jìn)行木材恒溫恒濕處理，以使木材內(nèi)部含水率均勻，消除應(yīng)力。

2.3.4 膠合質(zhì)量 實(shí)木鋼琴音板的共振板是由板條斜拼而成，肋木固定在共振板下方?？刂坪霉舱癜搴屠吣镜哪z合質(zhì)量，使其膠合強(qiáng)度值應(yīng)不小于0.8 MPa，以保障音板聲學(xué)品質(zhì)和使用壽命。

3 音板聲學(xué)品質(zhì)評(píng)測(cè)方法

我國樂器音板聲學(xué)品質(zhì)傳統(tǒng)的評(píng)測(cè)是依靠樂器技師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過主觀聽覺和的感覺來判斷音質(zhì)并進(jìn)行修正。沒有定量的參數(shù)或指標(biāo)值來進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)術(shù)語也不統(tǒng)一，且主觀的感覺受個(gè)人心理及文化的不同而造成差異。因此傳統(tǒng)的評(píng)測(cè)方法比較落后，不利于樂器行業(yè)發(fā)展，也制約我國高品質(zhì)樂器的生產(chǎn)能力。近年來由于電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，虛擬儀器(即檢測(cè)分析軟件)、頻譜分析儀等引入音板聲學(xué)品質(zhì)的檢測(cè)中，使音板聲學(xué)品質(zhì)有了比較客觀的評(píng)測(cè)技術(shù)手段。

3.1 模態(tài)試驗(yàn)分析法

模態(tài)是指動(dòng)力結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，用固有頻率、阻尼系數(shù)和固有振型等模態(tài)參數(shù)來描述。模態(tài)分析即結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性的分析，目的是為了獲得模態(tài)參數(shù)。音板聲學(xué)品質(zhì)模態(tài)試驗(yàn)分析法是通過試驗(yàn)采集激勵(lì)力信號(hào)及振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，求得頻響函數(shù)(頻響函數(shù)是用模態(tài)參數(shù)來表示)。從求得的頻響函數(shù)估計(jì)出音板的模態(tài)參數(shù)。對(duì)音板固有頻率、阻尼系數(shù)、固有振型等模態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析得出音板固有振動(dòng)特性。

3.1.1 操作步驟 模態(tài)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)安裝前要進(jìn)行測(cè)量方案的設(shè)計(jì)，包括設(shè)置邊界條件、選擇激勵(lì)方式、激勵(lì)器、傳感器、數(shù)據(jù)采集分析儀器等。邊界條件，即試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的支撐方式，應(yīng)該模擬實(shí)際安裝方式。激勵(lì)器和激勵(lì)方式的選擇以符合音板實(shí)際工作時(shí)的激勵(lì)方式為原則。傳感器的選擇以信噪比大，滿足信號(hào)不失真，盡量工作在線性區(qū)域內(nèi)，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單為原則。傳統(tǒng)的分析儀器主要為頻譜分析儀。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，由于頻譜分析儀價(jià)格昂貴，體積大，不便于攜帶等缺點(diǎn)。虛擬頻譜分析儀(模態(tài)分析軟件)，以軟件代替了硬件，使分析工作更方便、快捷。如模態(tài)分析軟件ModalView具有強(qiáng)大的模態(tài)分析功能。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[13-16]音板聲學(xué)品質(zhì)模態(tài)試驗(yàn)分析評(píng)測(cè)步驟為：(1)建立試驗(yàn)裝置，即固定音板、安裝傳感器、連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；(2)采集數(shù)據(jù)，計(jì)算頻響函數(shù)；(3)模態(tài)參數(shù)識(shí)別；(4)結(jié)果驗(yàn)證。

3.1.2 優(yōu)缺點(diǎn) 模態(tài)試驗(yàn)分析法是通過試驗(yàn)分析音板的振動(dòng)特性，其具有測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠的優(yōu)點(diǎn)。但由于需制作實(shí)際尺寸音板，設(shè)計(jì)安裝試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，且任何參數(shù)的修改都需重做試驗(yàn)。因此過程復(fù)雜、成本高、花費(fèi)時(shí)間長。目前此方法還無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于音板生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 基于ANSYS有限元評(píng)測(cè)法

有限元法是求解各類工程問題近似解的一種數(shù)值計(jì)算方法[21]。基于ANSYS有限元評(píng)測(cè)音板聲學(xué)品質(zhì)的方法是將分析的音板實(shí)體結(jié)構(gòu)離散成互不重疊的有限個(gè)微小單元體，其各相鄰單元由節(jié)點(diǎn)連接。用這些離散的單元集合體的振動(dòng)特性代替整個(gè)音板的振動(dòng)特性，借助有限元軟件ANSYS計(jì)算出音板振動(dòng)特性參數(shù)，包括固有頻率、阻尼系數(shù)、固有振型等，分析這些參數(shù)得出音板的固有振動(dòng)特性。

3.2.1 操作步驟 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[17-22]基于ANSYS有限元評(píng)測(cè)音板聲學(xué)品質(zhì)的過程主要分以下為五個(gè)步驟：(1)對(duì)音板進(jìn)行實(shí)測(cè)，并分析其結(jié)構(gòu)、材料及其邊界條件等影響評(píng)測(cè)結(jié)果的因素；(2) 繪制二維平面圖，建立3D模型并導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS；(3)定義音板尺寸及其材料物理屬性；(4)對(duì)音板進(jìn)行網(wǎng)格劃分后施加邊界條件及載荷；(5)求解并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

3.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)

基于ANSYS有限元法對(duì)音板的聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)測(cè)，整個(gè)過程都是借助計(jì)算機(jī)軟件ANSYS進(jìn)行模擬，不必制作音板和設(shè)計(jì)安裝試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，就能進(jìn)行評(píng)測(cè)。因此該法方便快捷，節(jié)約成本和時(shí)間?？蓪?shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中指導(dǎo)音板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改及其質(zhì)量控制。

(2)缺點(diǎn)

基于ANSYS有限元法對(duì)音板的聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)測(cè)的建?；蛐薷哪Ｐ瓦^程復(fù)雜繁瑣，對(duì)操作人員的專業(yè)知識(shí)水平要求高，要求既了解樂器的結(jié)構(gòu)又能熟練操作軟件；且分析過程中，各種因素會(huì)造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，原因如單元類型選擇不正確，物理屬性及尺寸數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤，網(wǎng)格劃分不恰當(dāng)，邊界條件和載荷不正確等。因此該方法目前主要應(yīng)用于科研中，還沒能普及于實(shí)際生產(chǎn)中。

4 展望

目前，木材聲振動(dòng)性能方面研究已經(jīng)相當(dāng)廣泛，相對(duì)比較成熟，基本掌握了木材聲振動(dòng)特性參數(shù)的影響因子。但對(duì)于指導(dǎo)音板聲學(xué)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制的評(píng)測(cè)手段相對(duì)還不成熟。模態(tài)試驗(yàn)分析法過程復(fù)雜、成本高、耗時(shí)長；基于ANSYS有限元評(píng)測(cè)法對(duì)操作環(huán)境及操作人員專業(yè)知識(shí)要求都比較高，且建?；蛐薷哪Ｐ瓦^程繁瑣復(fù)雜，工作量大。因此目前這兩種方法還無法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的過程控制。針對(duì)基于ANSYS有限元評(píng)測(cè)法的缺點(diǎn)，可借助編程軟件和ANSYS中的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語言相結(jié)合進(jìn)一步開發(fā)樂器音板專用鋪助評(píng)測(cè)軟件，使每種鋪助評(píng)測(cè)軟件都有針對(duì)性，根據(jù)相應(yīng)的樂器音板進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。達(dá)到音板建模及其屬性定義參數(shù)化，便于音板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。使操作步驟簡單程序化，不受使用者專業(yè)和技術(shù)的限制，從而實(shí)現(xiàn)普及生產(chǎn)中。

為了實(shí)現(xiàn)音板的聲學(xué)設(shè)計(jì)及聲學(xué)檢測(cè)方面達(dá)到簡單、快捷、節(jié)約成本的目的。應(yīng)加強(qiáng)虛擬儀器方面的研究。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大資源，使硬件軟件化；測(cè)量系統(tǒng)功能更強(qiáng)大，更靈活；使設(shè)計(jì)、檢測(cè)模塊化；攜帶方便，檢測(cè)成本低；便于實(shí)際場(chǎng)所應(yīng)用普及。木材振動(dòng)性能的測(cè)定、音板用材及加工質(zhì)量控制、音板聲學(xué)品質(zhì)的檢測(cè)，最終目的是為了能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)樂器，而樂器音色的優(yōu)劣是評(píng)測(cè)中最難掌握的。如果能引入虛擬儀器對(duì)樂器聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)測(cè)，模擬人耳對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，模擬人的神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)樂器的樂音進(jìn)行分析，樂器的聲學(xué)評(píng)測(cè)也將非常簡單、快捷、且成本低。

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TheMainFactorsAffectingAcousticQualityofSoundboardandtheMethodstoEvaluatetheAcousticQualityofSoundboard

LEI Fu-juan1,2, HUANG Teng-hua1,2*, CHEN Gui-dan1,2

(1.ForestryAcademyofGuangxi,Nanning,theGuangxiZhuangAutonomousRegionGuangxi530002;2.ForestProductQualityInspectionCenter,Nanning,theGuangxiZhuangAutonomousRegionGuangxi530002)

This paper summarizes the main factors affecting the wood soundboard acoustic quality: wood acoustic vibration property, soundboard structure and processing technology etc.. and the parameters related to acoustic vibration property like density, moisture content, S2 layer of microfibril angle, cellulose crystallinity, ring width, latewood percentage and variation coefficient. Based on that, the approaches to controlling the soundboard acoustical quality regarding the selection of high-quality raw materials and reasonable design of the soundboard structure and the manufacturing process etc. were introduced. The shortcomings of traditional soundboard acoustical quality judgment evaluation method by subjective experience were analyzed and two objective evaluation methods like modal test analysis and finite element evaluation based on ANSYS were put forward.

Acoustic vibration property of wood; soundboard; acoustic quality; evaluating

S781.3

A

1001-2117(2017)05-0085-05

2017-05-16

雷福娟(1977-)，女，漢族，廣西桂林人，本科，工程師，主要從事木材科學(xué)研究工作。