CN102543048A

CN102543048A - 一种有琴弦的乐器的音板

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Publication number: CN102543048A
Application number: CN2012100358099A
Authority: CN
Inventors: 赵振伟; 周万昊
Original assignee: Individual
Current assignee: Zhao Zhenwei
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN102543048B

Abstract

本发明提供了一种有琴弦的乐器的音板。其包括木质层和纤维层，所述的纤维层为碳纤维，或碳纤维和玻璃纤维的复合纤维；碳纤维每单位面积的质量为50～500g/m²，复合纤维中碳纤维和玻璃纤维的单位面积质量比为3～4∶1。所述的音板，由于集成了纤维材料和木质材料的各自优点，保证了音板具有好的共振性能，使乐器音色更加丰富。音板可以做得较薄和轻。其中的木质层的厚度是有琴弦乐器的木质音板的厚度的50～70％，减轻了音板的重量和厚度，节省了木材资源，又可以使音板经久耐用。保证音板能够适应环境空气湿度的变化，保持稳定而良好的发音效果。所述的音板的共振能均匀实现，达到音质传真和谐，使音板具有较大的音量和保持持久性。

Description

一种有琴弦的乐器的音板

技术领域

本发明属于乐器技术领域，具体地涉及一种有琴弦的乐器的音板。

背景技术

有琴弦的乐器，诸如小提琴、中提琴、大提琴、钢琴、电贝司、竖琴、吉它、古琴、琵琶和筝等，这些乐器弹奏时发出的声音，不是直接来自弦的振动，而是通过音板将从弦振动中所获得的能量转变为声能辐射到空气中。音板承受来自琴弦的振动而增强音幅射，这样不但增大了音量，也美化了音色。尽管这些有琴弦的乐器演奏的方式不同、音板的结构不同，如小提琴和吉它是琴弦下方音板上有开孔的共鸣箱、古筝乐器的音板没有开孔，而是在共鸣箱底板上有开孔，而弹奏钢琴触键时，是通过击弦机弦槌激发琴弦发音，琴弦振动时，通过紧附在音板上弦码的传递，使得音板振动发生的，但这些音板起的作用是相同的。

传统音板材料多选用云衫、泡桐木等木质材料。就乐器的发声原理而言，因音板的传导效果与振动状态与材料有直接的因果关系，所以，音板材料也决定了乐器声学品质的优劣。音板材料的选择要求严格，但木质材料自然形成一定程度的各向异性，不可避免存在纹路与质地松软程度不一的差异和疤结、内损、虫蛀等问题，音板的纹路与质地对乐器的发音影响较大，例如，乐器音板通常就是根据板材的纹路与疏松程度来划分等级的。木质材料的缺点还有易受温度、湿度影响，容易开裂和变形，加之由于木质材料强度小，不得不把木质材料制成的音板做得很厚，以增加强度，从而影响声音的吸收和传导。此外，还有制作乐器木材品质要求高、木材紧缺的问题。

随着新材料技术的发展，具有诸多优良特性的碳纤维材料给乐器的制作技术带来新的改革契机。碳纤维材料具有轻质、高模量、高强度、不变形、不开裂、抗疲劳和抗腐蚀，还有抗温度和湿度等环境条件变化的优异性能。这些优异性能无疑可以被用来改革乐器制作技术，提高乐器频响特性。已经有人尝试了利用碳纤维材料制备音板，但都存在问题。

公开号CN 101281743A的中国专利涉及了“高模量声辐射板”。通过把高强度高模碳纤维、镁铝合金与密度较小的松木基体结合为复合板壳结构声辐射板。具体的是由三层松木板叠合成基体，在松木板间分别复合一层模量不小于300Gpa的碳纤维网或织布；在叠合后的基体的上下表面又分别复合一层厚度0.2-0.5的高强度镁铝合金。

公开号CN 1919586A的中国专利涉及了“碳纤维复合材料制造的提琴发音板”，采用编制的碳纤维与工程塑料模压复合而成，或采用短切碳纤维铸塑而成发音膜。

上述的中国专利都缺少数据支撑和说明，也没有实验方面的说明。我们做了大量的对比实验和测试。测试结果显示：对于乐器音板来说，在一定的范围内，比动弹性模量越大越好。但是也有弹性模量过大影响音板振动的问题。碳纤维与镁铝合金复合或与工程塑料复合都没有产生良好的音质和音效，没有乐器应该有的优美的余音，发音尖、硬。

授权公告号为CN 201946282U的中国专利涉及了由纯碳纤维板和木质材料制成钢琴共振板，是在纯碳纤维板的双面或单面粘着薄木质材料而制成的钢琴共振板。碳纤维板的厚度在1到1.5毫米，而为美观粘贴的木皮材料是2毫米厚，已经在结构和效果上初步实现了比较理想的预期效果，并充分利用了碳纤维材料的优异特性。但是，也有制成的钢琴共振板碳纤维板过厚、弹性模量过大会使音板振动所需要的力越大，乐器演奏时反应会迟钝的问题。

对于乐器音板来说，其性能受环境影响越小越好，此外，薄的音板可以在小的策动力情况下充分振动，产生更好的音响效果。然而，过薄的木质音板又有支撑力度不够的问题，这是以前的木质材料音板之所以做得比较厚的原因。

发明内容

为了解决存在的问题，本发明提供了一种有琴弦的乐器的音板。为此，我们对木质材料、碳纤维及玻璃纤维材料、木质材料和纤维材料结合制成的音板进行了一系列科学的研究和测试。

如图4中所示的为西加云衫木振动频谱曲线。图5中所示的为泡桐木振动频谱曲线。测试件的尺寸都为300mm×30mm×5mm。结果表明，作为最佳传统音板材料的云衫木、泡桐木等木质材料的振动频谱曲线过渡比较平滑。云杉木和泡桐木的各阶共振频率的共振峰面积相对比较大，随着共振频率阶次的提高，振幅呈下降趋势，符合文献中给出的人耳的响度曲线(如图6所示)，可以使人感到舒适。

在图7中给出了编号为A、B、C的三种纤维板材测试件的振动频谱曲线，碳纤维板A尺寸为：300mm×30mm×1.4mm，玻璃纤维板B尺寸为：300mm×30mm×0.8mm，碳纤维板C：300mm×30mm×0.8mm，测试件均为经纬垂直交叉编织纤维布制备的碳纤维板和玻璃纤维板。为了实验结果的清晰可视，分别在测试件A的实验结果基础上+60dBEU(dR等效单位)、测试件B的结果基础上+30dBEU。结果表明，碳纤维材料和玻璃纤维材料的振动频谱曲线比较相似，表现为过渡不够平滑，基频峰相对比较尖锐，谐频成分比较多，与木质材料的频谱有明显的差别。木质材料的频谱包络线呈明显的下降趋势，而纤维材料在5000Hz左右会出现一个起伏的高点，此后振幅再次呈现下降趋势。对于玻璃纤维板，测得的频谱在4000Hz左右就出现一个高起伏，且高频成分增多、随频率增加频谱包络线的下降趋势不明显。

图8中给出了木与碳纤维材料结合制成的音板材料测试件1、2、3的实验结果。测试件长和宽的尺寸都为300mm×30mm，每层厚度均为2.5mm的2层云杉木层夹一层碳纤层，测试件1的碳纤层为100g/m²、测试件2的碳纤层为300g/m²、测试件3的碳纤层为700g/m²。根据测试，100g/m²纤维层的厚度约为0.1mm。为了实验结果的清晰可视，分别在测试件3的实验结果基础上+60dBEU、测试件1的结果基础上+30dBEU。结果表明，碳纤维用量接近100g/m²时的频谱和纯木材料情况相近，而碳纤维用量接近700g/m²时的频谱和纯碳纤维材料的频谱相近。实验结果说明制作音板材料使用的碳纤维用量选择适当才可能兼顾材料的力学和声学性能，得到预期效果。

性能优良的乐器音板一般具有高的比动弹性模量和声辐射品质常数、快的传播速度、小的声阻抗。对于乐器音板来说，音板的声传播速度越快，它传声的能量损失越少；音板的弹性越好变型情况越少、振动效率越高；声阻抗的值越小越好，表示振动能量的损失越小、振动效率越高、声学品质良好。

实验结果及已有的文献报道结果表明：木质材料的比动弹性模量一般在15～40Gpa。碳纤维材料的比动弹性模量比木质材料大，达到25～60Gpa。

碳纤维和玻璃纤维材料的传播速度较大，可达到7000m/s以上的速度，较木质材料具有明显的优势。

而木质材料的声辐射品质常数比碳纤维和玻璃纤维材料高，声阻抗值较纤维材料的声阻抗值小，这两项参数是木质材料较纤维材料具有优势。

综合分析实验结果表明，并不是木质材料或碳纤维材料在各个声学性能方面都占优势，而是各有千秋。碳纤维材料的弹性模量较大，但是也有弹性模量过大影响音板振动的问题。这就是为什么碳纤维板过厚，音响效果不佳的原因。其也是背景技术中所述的中国专利涉及的高模碳纤维、镁铝合金制的高模量声辐射板及碳纤维与工程塑料模压复合而成提琴发音板不能获得成功的原因。而对于碳纤维板制成的乐器音板来说，当碳纤维板厚度较大时，实际演奏中发现要使音板振动所需要的力较大，乐器演奏时反应会较迟钝。此外，综合来看，玻璃纤维的声学性能较碳纤维要略逊一筹，但由于玻璃纤维的性价比较高，所以在影响音板材料声学性能不大的情况下，添加适当比例的玻璃纤维也是一种选择。

本发明的研究表明，比动弹性模量、声辐射品质常数、声速、声阻抗等参数结果显示出木材与适宜厚度的碳纤维及玻璃纤维结合材料具有良好的声学和力学性能。这种音板材料结合了木质材料和碳纤维材料的各自具有的优势，得到了预期的优势互补、扬长避短的结果。

本发明提供的一种有琴弦的乐器的音板，其包括木质层和纤维层；其特征在于，所述的纤维层为碳纤维或碳纤维和玻璃纤维的复合纤维；碳纤维每单位面积的质量为50～500g/m²，复合纤维材料中碳纤维和玻璃纤维的单位面积质量比为3～4∶1；

所述的木质层厚度优选为有琴弦乐器的木质音板的厚度的50～70％。

所述的木质层优选为云衫或泡桐木。

所述音板采用胶合板的制备工艺制造。优选压力1Mpa，温度范围80～120℃度，加热时间为40～60分钟。

为了对比和确定音板材料的声学性能，将云杉木、泡桐木及云杉木、泡桐木与纤维材料结合制成的音板的声学性能的指标参数：比动弹性模量、声辐射品质常数、声速、声阻抗等测试结果在表1中给出。

有益效果：(1)本发明提供的一种有琴弦的乐器的音板，由于集成了碳纤维材料和玻璃纤维的比动弹性模量和传播速度大，损耗正切角小、频谱共振频率成分丰富；木质材料的声辐射品质常数高、声阻抗值小，具有良好生理听觉效果的各自优点，保证了所述的音板具有好的共振性能，使乐器音色更加丰富。

(2)本发明提供的一种有琴弦的乐器的音板，由于碳纤维材料比强度高，由碳纤维材料作为音板的加强层，对音板结构整体起到增强的作用。音板可以做得较薄，其中的木质层的厚度是有琴弦乐器的木质音板的厚度的50～70％。所述的音板减轻了音板的重量和厚度，节省了木材资源，又可以使音板经久耐用。

(3)本发明提供的一种有琴弦的乐器的音板抗腐蚀，抗温度、干湿度等环境条件变化等特性得到改善，使得音板能够适应环境温度和湿度的变化，保持稳定而良好的发音效果。

附图说明

图1是本发明提供的由一层木层和一层纤维层构成的一种有琴弦的乐器的音板的结构示意图。

图2是本发明提供的由两层木层中间夹着一层纤维层构成的一种有琴弦的乐器的音板的结构示意图。

图3是本发明提供的由两层碳纤维层中间夹着一层木质层构成的一种有琴弦的乐器的音板的结构示意图。

图4是云杉木在8kHz频宽内的振动频谱图。

图5是泡桐木在10kHz频宽内的振动频谱图。

图6是人耳等响度曲线图。

图7是碳纤维和玻璃纤维材料的振动频谱曲线图。

图8是木质材料与碳纤维材料结合制成的音板材料的频谱图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种钢琴乐器的音板，其包括4mm厚的云杉木层1和经纬线垂直交叉编织的单位面积质量为100g/m²的碳纤维层2。

将所述的碳纤维层与云杉木层用双组份环氧树脂类胶粘接，在1Mpa压力和80℃温度下条件下加热60分钟热压成型，得到本发明提供的一种有琴弦的乐器的音板。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为1的音板的结果所示。

实施例2：如图1所示，一种钢琴乐器的音板，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量为300g/m²的碳纤维层2。

制法同实施例1。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为2的结果所示。

实施例3：如图1所示，一种钢琴乐器的音板，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量为500g/m²的碳纤维层2。

制法同实施例1。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为3的结果所示。

实施例4：如图1所示，一种钢琴乐器的音板，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量为240g/m²的碳纤维和单位面积质量为60g/m²的玻纤复合而成的纤维层2。

制法同实施例1。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为4的结果所示。

实施例5：如图1所示，一种古筝乐器的音板，其包括泡桐木层1与碳纤维层2，泡桐木层厚度从低音区厚度为7～8mm到中高音区的4～5mm渐变，纤维层为单位面积质量为100g/m²的碳纤维。

制法同实施例1。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为5的音板的结果所示。

实施例6：如图1所示，一种古筝乐器的音板，其纤维层2为单位面积质量为300g/m²的碳纤维；其余的同实施例5。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为6的音板的结果所示。

实施例7：如图1所示，一种古筝乐器的音板，其纤维层2为单位面积质量为400g/m²的碳纤维；其余的同实施例5。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为7的音板的结果所示。

实施例8：如图1所示，一种古筝乐器的音板，其纤维层2是单位面积质量为240g/m²的碳纤维和单位面积质量为80g/m²的玻纤复合而成的纤维层；其余的同实施例5。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为8的音板的结果所示。

实施例9：如图1所示，一种吉它乐器的音板，其包括1.6mm厚的云杉木层1和单位面积质量为50g/m²的碳纤维层2。

制法同实施例1。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为9的音板的结果所示。

实施例10：如图1所示，一种吉它乐器的音板，其碳纤维层2是单位面积质量为400g/m²的碳纤维；其余的同实施例9。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为10的音板的结果所示。

实施例11：如图2所示，一种吉它乐器的音板，其包括两个厚度为0.8mm的云杉木层1和3，中间夹一层单位面积质量为200g/m²的碳纤维层2。

将所述的云杉木层和碳纤维层用双组份环氧树脂类胶粘接，在1Mpa压力和80℃温度下条件下加热60分钟热压成型。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为11的音板的结果所示。

实施例12：如图3所示，一种吉它乐器的音板，其包括两层单位面积质量为100g/m²的碳纤维层1和3，中间夹一层厚度为1.6mm的云杉木层2。

本实施例的一种有琴弦的乐器的音板，所对应的技术数据如表1中编号为12的音板的结果所示。

表1

Claims

1.一种有琴弦的乐器的音板，其包括木质层和纤维层，其特征在于，所述的纤维层为碳纤维，或碳纤维和玻璃纤维的复合纤维；碳纤维每单位面积的质量为50～500g/m²，复合纤维中碳纤维和玻璃纤维的单位面积质量比为3～4∶1。

2.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其特征在于，所述的木质层厚度为有琴弦乐器的木质音板厚度的50～70％。

3.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其特征在于，所述的木质层为云衫或泡桐木。

4.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为钢琴音板，其特征在于，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量为100g/m²的碳纤维层2。

5.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为钢琴音板，其特征在于，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量为300g/m²的碳纤维层2。

6.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为钢琴音板，其特征在于，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量为500g/m²的碳纤维层2。

7.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为钢琴音板，其特征在于，其包括4mm厚的云杉木层1和单位面积质量比为4∶1的碳纤维和玻璃纤维复合而成的纤维层2。

8.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为古筝乐器的音板，其特征在于，其包括泡桐木层1与碳纤维层2，泡桐木层厚度从低音区的7～8mm，到中高音区的厚度为4～5mm平滑渐变，纤维层为单位面积质量为100g/m²的碳纤维。

9.如权利要求8所述的古筝乐器的音板，其特征在于，其纤维层2为单位面积质量为300g/m²的碳纤维。

10.如权利要求8所述的古筝乐器的音板，其特征在于，其纤维层2为单位面积质量为400g/m²的碳纤维。

11.如权利要求8所述的古筝乐器的音板，其特征在于，其纤维层2为单位面积质量比为3∶1的碳纤维和玻璃纤维复合而成的纤维层。

12.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为一种吉它音板，其特征在于，其包括1.6mm厚的云杉木层1和单位面积质量为50g/m²的碳纤维层2。

13.如权利要求12所述的一种吉它音板，其特征在于，其碳纤维层2是单位面积质量为400g/m²的碳纤维。

14.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为一种吉它音板，其特征在于，其包括两个厚度为0.8mm的云杉木层1和3，中间夹一层单位面积质量为200g/m²的碳纤维层2。

15.如权利要求1所述的一种有琴弦的乐器的音板，其为一种吉它音板，其特征在于，其包括两层单位面积质量为100g/m²的碳纤维层1和3，中间夹一层厚度为1.6mm的云杉木层2。