我国民族乐器共鸣用木材声学品质的研究现状与发展趋势

第!卷第#期$%&%年#月林业科学’()*+,)-’)./-*’)+)(-*/012!!+02#-345!$%&%我国民族乐器共鸣用木材声学品质的研究现状与发展趋势刘镇波6刘一星6于海鹏6黄英来6李司单东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室6哈尔滨&9%%!%$摘6要!6简单介绍我国民族乐器的主要研究方向!重点对民族乐器共鸣用材的振动性能%选材与加工$个方面的研究进展进行总结与分析!同时也简要介绍以钢琴为代表的西洋乐器用材声学性能的研究内容与评价方法&通过分析我国民族乐器用木材声学品质研究中存在的不足及实际生产中存在的问题!探讨未来的发展趋势!即今后应着重开展以下几个方面的研究’研究民族乐器共鸣构件用木材的声振动性能与乐器音色%品质的内在联系!建立选材的客观评价方法#开展乐器共鸣构件用木材的选材C共鸣用木质构件C乐器成品中的共鸣用木质构件C乐器声学品质的系统化研究!构建共鸣木质构件的声学振动模型#探索民族乐器共鸣用木材的声学性能改良方法!以改善木材的振动性能&关键词’6民族乐器#共鸣用木材#声学品质中图分类号!’8#&27#666文献标识码!-666文章编号!&%%&C8!##$%&%#%#C%&9&C%收稿日期’$%%#C&&C$%#修回日期’$%%AC%8C&%&基金项目’国家自然科学基金项目7%!8&79$%黑龙江省自然科学青年基金项目O($%%A(&%9$&7%&)&(0H&)&-%9’2*0/-0*(-(U&+&.$#&(0B%&(1S59/)0*9-.7%$&%0*&)D)*(61%!’*(&)&3.NZ/)*9-.I()0%/#&(0).H3mKLGI06.H3^HgHG46^3@FH?LG46@3FG4^HG41FH6.H’HSFGN+.O#@)*#-)*.)4=&)S=#,+KB#-+*&#AM9&+$9+#$K;+96$)A)’.)4B&$&,-*.)4LK79#-&)$!)*-6+#,-()*+,-*./$&0+*,&-.6:#*@&$&9%%!%$58)0%-90’6(KHGLPLV01\U3PHTF1HGPQR3ULGQPFRLQKLQRLFP3RL0V(KHGLPLQRFSHQH0GF1T31Q3RL!FGSQKLXFRL?1FXHG4FGHGTRLFPHG41XHU?0RQFGQR01LHG?L0?1L,PP?HRHQ3F11HVL5=00SHPFGHU?0RQFGQUFQLRHF1V0RUF\HG4QKLRLP0GFGTLT0U?0GLGQ0V(KHGLPLV01\U3PHTF1HGPQR3ULGQP5dGQKLIFPL0VHGQR0S3THG4PHU?1X0VRLPLFRTKVHL1SP0V(KHGLPLV01\U3PHTF1HGPQR3ULGQP!QKLUFHGRLPLFRTKLPFI03QQKLRLP0GFGQY00S,PWHIRFQH0G?R0?LRQHLP!UFQLRHF1PL1LTQH0GFGSUFG3VFTQ3RHG4?R0TLPPYLRLSHPT3PPLSHGSLQFH15-GSQKLRLPLFRTKLPFGSLWF13FQH0GULQK0SP0VFT03PQHTF1?R0?LRQHLP0VY00S3PHG4V0RP03GSI0FRS0VQKL?HFG0FPFRL?RLPLGQFQHWL0VQKL=LPQLRGU3PHTF1HGPQR3ULGQYLRLSLPTRHILSPHU?1X5-TT0RSHG4Q0FGF1X[HG4FI03QQKLPQ3SXPK0RQT0UHG4P0VQKLY00SFT03PQHTF1?R0?LRQHLP3PHG4V0R(KHGLPLV01\U3PHTF1HGPQR3ULGQPFGS?RFTQHTF1?R0I1LUPHG?R0S3TQH0G!QKLV3Q3RLSLWL10?ULGQQRLGSYFPSHPT3PPLS5,KLV0110YHG4FP?LTQPPK031SILPQ3SHLSHGQKLV3Q3RL’QKLRL1FQH0GPKH?ILQYLLGY00S,PFT03PQHTF1?R0?LRQHLPFGSU3PHTF1HGPQR3ULGQPQ0GLFGS]3F1HQXYH11ILRLPLFRTKLS!FGS0IlLTQHWLULQK0SP0VUFQLRHF1PL1LTQH0GYH11ILLPQFI1HPKLS!QKLV03RjPQF4LVR0UQKLRFYUFQLRHF1!RLP0GFGQY00SLG?HLTLFPFGHGSL?LGSLGQT0U?0GLGQFGSVHGHPKLSHGPQR3ULGQPQ0QKL?R0S3TQ0VU3PHTF1HGPQR3ULGQYH11ILPQ3SHLSPXPQLUFQHTF11X!FGSQKLFT03PQHTF1WHIRFQH0GU0SL10VRLP0GFGQY00SLG?HLTLYH11ILLPQFI1HPKLS!QKLV3GTQH0GF1U0SHVHLSULQK0S0VRLP0GFGQY00S3PLSV0RV01\U3PHTF1HGPQR3ULGQPYH11ILV3RQKLRSHPT3PPLSFGSLg?10RLS5:&4;%)’6(KHGLPLV01\U3PHTF1HGPQR3ULGQP#RLP0GFGQY00S#FT03PQHTF1]3F1HQX66随着人类物质生活水平的改善!人们越来越追求精神生活水平的提高!乐器作为人类一种高雅的娱乐器具!越来越受人们的欢迎!这就促进了乐器工业的快速发展&某些种类的木材!如云杉属8&9+#$木材%泡桐8#7A)X$&#P??5$等!具有优良的声振动特性!已被广泛应用作乐器和声学器具的共鸣元件&乐器行业中除铜管乐器外!几乎所有的乐器生产都离不开木材!而且木材的振动性能在很大程度上决定了乐器的质量&对用作乐器共鸣元件的木材的要求不同于其他木材应用领域!它不但要求木材不能有开裂%节子%虫眼等缺陷!而且对木材的密度%年轮宽度%年轮数林业科学!卷6及微观特征等都有具体的要求&因此!适合于制作乐器共鸣元件的木材只局限于少数的几种木材及这些木材原木中的某些部位&从目前的生产看!用于生产乐器共鸣板的原木出材率一般在&%o_$%o!这也说明了乐器共鸣元件对其所用木材要求的苛刻&而当前人类面临着世界性的木材资源匮乏!适合于制作乐器共鸣元件的木材更是少之又少!这不但影响着乐器质量的提高!而且影响着乐器行业的可持续发展&我国的情况更是如此!目前我国每年都需要从国外进口大量的乐器共鸣元件用木材!以补给国内资源的缺乏&因此!开展乐器共鸣元件用木材的声学振动性能研究及客观评价对乐器行业发展与木材资源的高效利用具有重要的实际意义&用于制作乐器的材料不仅仅局限于木材!并且乐器的不同部位可能使用的木材树种也会有所不同!本文主要针对我国民族乐器中起共鸣作用的木材的声学品质的研究结果进行总结分析&&6木材在我国民族乐器中的重要作用中华民族有着几千年的文化积淀!作为传统文化载体的中国民族器乐!已有#%%%年历史!它不仅具有浓郁的民族特色和丰厚的文化底蕴!而且记录了我国灿烂的音乐文化和先人们超然的智慧陈惠庆!$%%&$&近几十年以来!随着社会经济的快速发展!人们越来越重视精神的需求!党的十七大明确要求深入贯彻落实科学发展观!推动科学发展!促进社会和谐!提出到$%$%年我国将全面进入小康社会&人们精神生活的愉悦也是社会和谐%小康社会的一个标志&民族乐器作为一种精神娱乐的产品!在人们的精神文明中一直起到非常重要的作用&中国早在周代!便有了根据乐器制作材料进行分类的(八音)之说!而今乐器制造业所用材料同样也是比较宽广!但多集中在木材%竹材%皮革%金属等田元!$%%8#赵娴!$%%8$&木材作为民族乐器共鸣构件重要用材之一!其性能的好坏对乐器的声学品质有极其重要的影响!不同材质所构成的乐器会显示出不同的乐器性能!如音色%音质#乐器又由于材质的不同也会导致乐器质量的很大差异&对于琵琶%扬琴%阮%月琴%古琴等弹拨乐器!都是以琴弦为初始振动发声体!再通过共鸣箱将被拨奏的弦音放大并美化传播到空气中!使我们听到优美的乐音!而在这个共鸣箱中!其面板起到共振与传递能量的作用!是乐器中极其重要的部件!一般都用泡桐等制成!其要求纹理通直%年轮宽度适当%无节疤和裂纹等&对于二胡%高胡%中胡%低胡等拉弦乐器!也是通过共鸣箱将被拉奏的弦的振动放大%美化而产生乐音!不同的是其共鸣箱的面板面料$是由蟒皮等皮革原料制成!但是!共鸣箱体多用木材制作!木材也对乐器的乐音产生起到了不可忽视的作用&而拉弦乐器中的板胡!共鸣箱体的面板就是采用木材!是极其重要的部件&因此!可以说木材是制作民族乐器共鸣构件的重要材料&$6研究现状与分析近几十年来!随着我国经济的快速发展!我国的民族乐器产业也得到了快速发展!整体乐器产业的技术水平也得到了快速提高&木材是诸多民族乐器中必不可少的部件!而且木材的声学振动性质在很大程度上也决定了乐器的质量&在以往乐器用材的声学性能研究中!主要体现在乐器用材的振动性能及乐器制作中如何选材$个方面&下文在简单介绍我国民族乐器的主要研究方向的基础上!重点论述前人在乐器用材的振动性能及选材与加工这$方面的研究进展!同时也简要介绍西洋乐器用材声学性能的主要研究成果&@=?我国民族乐器的主要研究方向我国民族乐器不仅仅是一件产品!而且是我国传统文化%人类智慧的结晶!其内涵不仅体现在制作工艺上!还涵盖了艺术%美学%物理学%历史学等学科的内容&在我国民族乐器研究领域!主要的研究内容体现在以下几个方向’&$民族乐器的发展历史赵娴!$%%8#方建军!&AA$#$$民族乐器的制作材料张伯瑜!$%%8#黄大岗!&A##$#7$民族乐器的分类方法田元!$%%8#邱坚珍等!$%%7$#!$乐器的演奏方法#9$乐器结构的改良韩宝强!$%%7#毛继增!&AA9$#$乐器的制造工艺刘莎!$%%$$#8$乐器声学特性的分析陈通!&AA#高瑛!$%%9$##$民族乐器音色库的建立韩宝强等!&AA7#韩宝强!&AA!$&@@?我国民族乐器共鸣用木材的振动性能研究乐器共鸣用木材的声学性能主要通过测定其振动性能来体现!而振动性能可用动弹性模量%比动弹性模量%声阻抗%声辐射品质常数%损耗角正切%振动传声速度等参数表征&&A&年!北京乐器研究所和中国林业科学研究院木材工业研究所合作!对我国7&种主要树种木材的声学性能进行研究!其是采用声波激发试样振动的方法测定木材在特定含水率下振动的对数衰减率!得出当含水率分别为#o!&9o!&Ao时!其振动$9&6第#期刘镇波等’我国民族乐器共鸣用木材声学品质的研究现状与发展趋势的对数衰减率为%2%77$!%2%79!%2%78A!表明当木材含水率增加时!对数衰减加快#木材的声辐射阻尼随密度的增大而减小李源哲等!&A$$&&A#年!北京乐器研究所和北京管乐器厂合作!开展了木管乐器用材+++色木59+*$的防裂%防变形研究!结果表明采用活性酚醛树脂溶液处理硬木管乐器用材和采用苯乙烯单体处理低音双簧管用材!效果十分明显#为解决乐器用材的资源缺少问题!他们将廉价的桦木=+-7A#$%色木和椴木;&A&#$等浸渍塑料单体!进行缩聚反应!并进行仿红%仿黑处理!生产出木材塑料复合木!以代替贵重的红木和黑木张辅刚!&AA$I$&日本京都大学的松原武秀等$%%%$为解决优良的乐器共鸣板用材资源匮乏问题!针对纤维增强复合材料具有各向异性%纤维配向角度等设计变数!可控制力学特性及振动特性等特性!根据乐器用材料对振动特性的要求!进行纤维增强复合材料层合板及纤维增强复合材料复合化设计!研究纤维增强复合材料作为乐器性代替材料的可能性&乐器的共鸣音板或面板一般是由几块木材胶拼而成的!选用何种胶黏剂对共鸣板的性能有较大影响!北京乐器研究所第二研究室&A8A$以泡桐8#7A)X$&#$%色木等树种为试件!通过抗剪%抗拉%静弯曲%冲击等试验比较了改性白胶乳液与鱼胶对共鸣板性能的影响!并进行了生产性试验&拉弦乐器%弹拨乐器等板共振乐器的音质优劣不仅与木