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  • 1 # 使用者9937787127551

    木材與聲音有關的性質,如木材的傳聲、吸聲、透聲和共振等。在用木材製作樂器和建築電影院、劇院、禮堂及廣播、電視、電影技術用房的音質設計上都具有一定的實用意義。

    木材傳聲性

    木材傳播聲波的能力。以聲音在木材中的傳播速度(米/秒)表示。木材的傳聲速度因樹種而異。同一樹種又因紋理方向而異,順紋方向傳聲最快,為3625~5065米/秒,徑向次之,為1450~1995米/秒,弦向最慢,為850~1535米/秒。木材的聲速比空氣高,順紋傳聲與金屬、玻璃近似,橫紋傳聲比金屬、玻璃低。空氣的聲速為330米/秒,鐵的聲速為5000米/秒,銅的聲速為3900米/秒,玻璃聲速為5100~6000米/秒。

    木材吸音性

    聲波作用在木材表面,一部分被木材本身的振動吸收,一部分被透過,還有一部分被反射回來。前二者稱為木材吸音性,以吸收、透射的音能量與入射總能量之比即吸音系數表示。由於木材的聲阻抗比空氣大得多,所以作用在木材表面聲波的大部分能量被反射回來,如2釐米厚的冷杉板材在不同頻率下平均吸聲係數為0.1,即90%的能量被反射回來,比磚(吸聲係數為0.024)、玻璃(吸聲係數為0.035)、油漆布(吸聲係數為0.02)吸聲係數高,比毛氈吸聲係數(為0.12)低。木材吸聲係數不僅與其聲阻抗有關,還與固定的方式、後部空氣間層的深度有關。為了解決廳堂內當音源停止發聲後,如迴音過長而造成低頻混響不清的問題,往往用薄板(如膠合板)與後部空氣間層組合成低頻吸聲係數較高的吸聲結構。在要求音質良好的廳堂內部,特別是要求錄音質量很高的技術用房,大都用木材裝修來控制室內音響條件。也有利用木材對聲波反射的能力以美化廳堂的音質,用木材製成各種型別的反射板用在廳堂的舞臺、天棚和牆面上。但須有一定的厚度,以增加對聲波的反射作用。同時注意交混迴響時間,太長則會產生轟轟聲,太短則會顯得太沉靜。

    木材透音性

    木材透射聲波的能力。以透射的音能量與入射總能量之比即透聲係數表示。為了防止室外噪音傳入室內需選用透聲係數小的材料作隔牆。木材透聲係數為0.63(2.4釐米厚),介於空氣(透聲係數為1)和混凝土(2.5釐米厚時,吸聲係數為0.11)及瀝青(2.9釐米厚時,吸聲係數為0.074)吸聲係數之間,比較容易讓聲音透過,故非最佳聲絕緣材料。

    木材共振性

    木材受到週期力(機械力或聲波)作用時發生受迫振動,當週期力變化頻率與木材固有頻率相等時便發生共振,稱為木材共振性。

    木材的共振現象應用在發生振動中能增強聲音而不改變音調,因此木材是製造樂器的重要材料。木材受迫振動後,部分振動能量由木材表面向周圍空氣中輻射,被空氣吸收,稱聲輻射;另一部分能量被木材內部的摩擦及接觸處的摩擦,轉變成熱能所消耗,稱聲衰減。前者以聲輻射常數表示。

    https://iknow-pic.cdn.bcebos.com/a044ad345982b2b70a2b8b483fadcbef77099b82

    式中 R為聲輻射常數(米4/千克·秒);C為木材聲速(米/秒);E為木材彈性模量(兆帕);ρ為木材密度(克/立方厘米)。聲衰減以對數縮減量表示:

    https://iknow-pic.cdn.bcebos.com/29381f30e924b899218acab460061d950b7bf68c

    式中 δ為對數縮減量;A1、A2為兩連續振動週期的振幅;a為內部阻尼係數;T0為自由振動的週期。

    木材用作製造樂器材料時,要求能向空氣中輻射最多的能量,聲音衰減最少,亦即聲輻射常數高者,對數縮減量低者適宜作樂器音板。但木材若作工程材料用於某些振動場所,如飛機螺旋槳等,使用高衰減量的材料,可減小振幅,使振動量得以降低。

    木材聲輻射常數,與密度成反比,隨樹種不同而異。中國木材聲輻射常數為393×10-2~1983×10-2米4/千克·秒,其中以泡桐1417×10-2~1983×10-2米4/千克·秒,雲杉1109×10-2~1313×10-2米4/千克·秒為最高,是傳統樂器用材。中國木材對數縮減量為0.0197~0.0351,其中各種泡桐和各種雲杉木材對數縮減量較低,分別為0.0212~0.0264和0.0215~0.0274,說明泡桐、雲杉木材最適於作樂器。

    據日本E.Fukada研究,雲杉木材對數縮減量,以年輪寬為2毫米的最低,年輪寬為1毫米和3毫米的均略高;有腐朽或紅變色的更高;受壓木亦比正常材高。此外,對數縮減量,在很大程度上隨含水率和溫度的不同而變化,在含水率為0~10%範圍內,含水率低者對數縮減量高;在溫度為10~100℃時,溫度高者對數縮減量低。

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