專利名稱：一種有琴弦的樂器的音板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于樂器技術領域，具體地涉及一種有琴弦的樂器的音板。
背景技術：
有琴弦的樂器，諸如小提琴、中提琴、大提琴、鋼琴、電貝司、豎琴、吉它、古琴、琵琶和箏等，這些樂器彈奏時發(fā)出的聲音，不是直接來自弦的振動，而是通過音板將從弦振動中所獲得的能量轉變?yōu)槁暷茌椛涞娇諝庵小Ｒ舭宄惺軄碜郧傧业恼駝佣鰪娨舴洌@樣不但增大了音量，也美化了音色。盡管這些有琴弦的樂器演奏的方式不同、音板的結構不同， 如小提琴和吉它是琴弦下方音板上有開孔的共鳴箱、古箏樂器的音板沒有開孔，而是在共鳴箱底板上有開孔，而彈奏鋼琴觸鍵時，是通過擊弦機弦槌激發(fā)琴弦發(fā)音，琴弦振動時，通過緊附在音板上弦碼的傳遞，使得音板振動發(fā)生的，但這些音板起的作用是相同的。傳統(tǒng)音板材料多選用云衫、泡桐木等木質材料。就樂器的發(fā)聲原理而言，因音板的傳導效果與振動狀態(tài)與材料有直接的因果關系，所以，音板材料也決定了樂器聲學品質的優(yōu)劣。音板材料的選擇要求嚴格，但木質材料自然形成一定程度的各向異性，不可避免存在紋路與質地松軟程度不一的差異和疤結、內損、蟲蛀等問題，音板的紋路與質地對樂器的發(fā)音影響較大，例如，樂器音板通常就是根據板材的紋路與疏松程度來劃分等級的。木質材料的缺點還有易受溫度、濕度影響，容易開裂和變形，加之由于木質材料強度小，不得不把木質材料制成的音板做得很厚，以增加強度，從而影響聲音的吸收和傳導。此外，還有制作樂器木材品質要求高、木材緊缺的問題。隨著新材料技術的發(fā)展，具有諸多優(yōu)良特性的碳纖維材料給樂器的制作技術帶來新的改革契機。碳纖維材料具有輕質、高模量、高強度、不變形、不開裂、抗疲勞和抗腐蝕，還有抗溫度和濕度等環(huán)境條件變化的優(yōu)異性能。這些優(yōu)異性能無疑可以被用來改革樂器制作技術，提高樂器頻響特性。已經有人嘗試了利用碳纖維材料制備音板，但都存在問題。公開號CN 101281743A的中國專利涉及了“高模量聲輻射板”。通過把高強度高模碳纖維、鎂鋁合金與密度較小的松木基體結合為復合板殼結構聲輻射板。具體的是由三層松木板疊合成基體，在松木板間分別復合一層模量不小于300Gpa的碳纖維網或織布；在疊合后的基體的上下表面又分別復合一層厚度0. 2-0. 5的高強度鎂鋁合金。公開號CN 1919586A的中國專利涉及了 “碳纖維復合材料制造的提琴發(fā)音板”，采用編制的碳纖維與工程塑料模壓復合而成，或采用短切碳纖維鑄塑而成發(fā)音膜。上述的中國專利都缺少數據支撐和說明，也沒有實驗方面的說明。我們做了大量的對比實驗和測試。測試結果顯示對于樂器音板來說，在一定的范圍內，比動彈性模量越大越好。但是也有彈性模量過大影響音板振動的問題。碳纖維與鎂鋁合金復合或與工程塑料復合都沒有產生良好的音質和音效，沒有樂器應該有的優(yōu)美的余音，發(fā)音尖、硬。授權公告號為CN 201946282U的中國專利涉及了由純碳纖維板和木質材料制成鋼琴共振板，是在純碳纖維板的雙面或單面粘著薄木質材料而制成的鋼琴共振板。碳纖維板的厚度在1到1. 5毫米，而為美觀粘貼的木皮材料是2毫米厚，已經在結構和效果上初步實現了比較理想的預期效果，并充分利用了碳纖維材料的優(yōu)異特性。但是，也有制成的鋼琴共振板碳纖維板過厚、彈性模量過大會使音板振動所需要的力越大，樂器演奏時反應會遲鈍的問題。對于樂器音板來說，其性能受環(huán)境影響越小越好，此外，薄的音板可以在小的策動力情況下充分振動，產生更好的音響效果。然而，過薄的木質音板又有支撐力度不夠的問題，這是以前的木質材料音板之所以做得比較厚的原因。

發(fā)明內容
為了解決存在的問題，本發(fā)明提供了一種有琴弦的樂器的音板。為此，我們對木質材料、碳纖維及玻璃纖維材料、木質材料和纖維材料結合制成的音板進行了一系列科學的研究和測試。如圖4中所示的為西加云衫木振動頻譜曲線。圖5中所示的為泡桐木振動頻譜曲線。測試件的尺寸都為300mmX30mmX5mm。結果表明，作為最佳傳統(tǒng)音板材料的云衫木、泡桐木等木質材料的振動頻譜曲線過渡比較平滑。云杉木和泡桐木的各階共振頻率的共振峰面積相對比較大，隨著共振頻率階次的提高，振幅呈下降趨勢，符合文獻中給出的人耳的響度曲線(如圖6所示)，可以使人感到舒適。在圖7中給出了編號為A、B、C的三種纖維板材測試件的振動頻譜曲線，碳纖維板A尺寸為300_X30_X1.4mm，玻璃纖維板B尺寸為300_X30_X0. 8_，碳纖維板 C :300mmX 30mmX0. 8mm,測試件均為經緯垂直交叉編織纖維布制備的碳纖維板和玻璃纖維板。為了實驗結果的清晰可視，分別在測試件A的實驗結果基礎上+60dBEU(dR等效單位)、 測試件B的結果基礎上+30dBEU。結果表明，碳纖維材料和玻璃纖維材料的振動頻譜曲線比較相似，表現為過渡不夠平滑，基頻峰相對比較尖銳，諧頻成分比較多，與木質材料的頻譜有明顯的差別。木質材料的頻譜包絡線呈明顯的下降趨勢，而纖維材料在5000Hz左右會出現一個起伏的高點，此后振幅再次呈現下降趨勢。對于玻璃纖維板，測得的頻譜在4000Hz 左右就出現一個高起伏，且高頻成分增多、隨頻率增加頻譜包絡線的下降趨勢不明顯。圖8中給出了木與碳纖維材料結合制成的音板材料測試件1、2、3的實驗結果。測試件長和寬的尺寸都為300mmX 30mm，每層厚度均為2. 5mm的2層云杉木層夾一層碳纖層， 測試件1的碳纖層為100g/m2、測試件2的碳纖層為300g/m2、測試件3的碳纖層為700g/m2。 根據測試，100g/m2纖維層的厚度約為0. 1mm。為了實驗結果的清晰可視，分別在測試件3 的實驗結果基礎上+60dBEU、測試件1的結果基礎上+30dBEU。結果表明，碳纖維用量接近 100g/m2時的頻譜和純木材料情況相近，而碳纖維用量接近700g/m2時的頻譜和純碳纖維材料的頻譜相近。實驗結果說明制作音板材料使用的碳纖維用量選擇適當才可能兼顧材料的力學和聲學性能，得到預期效果。性能優(yōu)良的樂器音板一般具有高的比動彈性模量和聲輻射品質常數、快的傳播速度、小的聲阻抗。對于樂器音板來說，音板的聲傳播速度越快，它傳聲的能量損失越少；音板的彈性越好變型情況越少、振動效率越高；聲阻抗的值越小越好，表示振動能量的損失越小、振動效率越高、聲學品質良好。實驗結果及已有的文獻報道結果表明木質材料的比動彈性模量一般在15 40Gpa。碳纖維材料的比動彈性模量比木質材料大，達到25 60Gpa。
碳纖維和玻璃纖維材料的傳播速度較大，可達到7000m/s以上的速度，較木質材料具有明顯的優(yōu)勢。而木質材料的聲輻射品質常數比碳纖維和玻璃纖維材料高，聲阻抗值較纖維材料的聲阻抗值小，這兩項參數是木質材料較纖維材料具有優(yōu)勢。綜合分析實驗結果表明，并不是木質材料或碳纖維材料在各個聲學性能方面都占優(yōu)勢，而是各有千秋。碳纖維材料的彈性模量較大，但是也有彈性模量過大影響音板振動的問題。這就是為什么碳纖維板過厚，音響效果不佳的原因。其也是背景技術中所述的中國專利涉及的高模碳纖維、鎂鋁合金制的高模量聲輻射板及碳纖維與工程塑料模壓復合而成提琴發(fā)音板不能獲得成功的原因。而對于碳纖維板制成的樂器音板來說，當碳纖維板厚度較大時，實際演奏中發(fā)現要使音板振動所需要的力較大，樂器演奏時反應會較遲鈍。此外， 綜合來看，玻璃纖維的聲學性能較碳纖維要略遜一籌，但由于玻璃纖維的性價比較高，所以在影響音板材料聲學性能不大的情況下，添加適當比例的玻璃纖維也是一種選擇。本發(fā)明的研究表明，比動彈性模量、聲輻射品質常數、聲速、聲阻抗等參數結果顯示出木材與適宜厚度的碳纖維及玻璃纖維結合材料具有良好的聲學和力學性能。這種音板材料結合了木質材料和碳纖維材料的各自具有的優(yōu)勢，得到了預期的優(yōu)勢互補、揚長避短的結果。本發(fā)明提供的一種有琴弦的樂器的音板，其包括木質層和纖維層；其特征在于，所述的纖維層為碳纖維或碳纖維和玻璃纖維的復合纖維；碳纖維每單位面積的質量為50 500g/m2，復合纖維材料中碳纖維和玻璃纖維的單位面積質量比為3 4 1 ；所述的木質層厚度優(yōu)選為有琴弦樂器的木質音板的厚度的50 70%。所述的木質層優(yōu)選為云衫或泡桐木。所述音板采用膠合板的制備工藝制造。優(yōu)選壓力IMpa，溫度范圍80 120°C度， 加熱時間為40 60分鐘。為了對比和確定音板材料的聲學性能，將云杉木、泡桐木及云杉木、泡桐木與纖維材料結合制成的音板的聲學性能的指標參數比動彈性模量、聲輻射品質常數、聲速、聲阻抗等測試結果在表1中給出。有益效果(1)本發(fā)明提供的一種有琴弦的樂器的音板，由于集成了碳纖維材料和玻璃纖維的比動彈性模量和傳播速度大，損耗正切角小、頻譜共振頻率成分豐富；木質材料的聲輻射品質常數高、聲阻抗值小，具有良好生理聽覺效果的各自優(yōu)點，保證了所述的音板具有好的共振性能，使樂器音色更加豐富。(2)本發(fā)明提供的一種有琴弦的樂器的音板，由于碳纖維材料比強度高，由碳纖維材料作為音板的加強層，對音板結構整體起到增強的作用。音板可以做得較薄，其中的木質層的厚度是有琴弦樂器的木質音板的厚度的50 70%。所述的音板減輕了音板的重量和厚度，節(jié)省了木材資源，又可以使音板經久耐用。(3)本發(fā)明提供的一種有琴弦的樂器的音板抗腐蝕，抗溫度、干濕度等環(huán)境條件變化等特性得到改善，使得音板能夠適應環(huán)境溫度和濕度的變化，保持穩(wěn)定而良好的發(fā)音效^ ο


圖1是本發(fā)明提供的由一層木層和一層纖維層構成的一種有琴弦的樂器的音板的結構示意圖。圖2是本發(fā)明提供的由兩層木層中間夾著一層纖維層構成的一種有琴弦的樂器的音板的結構示意圖。圖3是本發(fā)明提供的由兩層碳纖維層中間夾著一層木質層構成的一種有琴弦的樂器的音板的結構示意圖。 圖4是云杉木在8kHz頻寬內的振動頻譜圖。圖5是泡桐木在IOkHz頻寬內的振動頻譜圖。圖6是人耳等響度曲線圖。圖7是碳纖維和玻璃纖維材料的振動頻譜曲線圖。圖8是木質材料與碳纖維材料結合制成的音板材料的頻譜圖。
具體實施例方式實施例1 如圖1所示，一種鋼琴樂器的音板，其包括4mm厚的云杉木層1和經緯線垂直交叉編織的單位面積質量為100g/m2的碳纖維層2。將所述的碳纖維層與云杉木層用雙組份環(huán)氧樹脂類膠粘接，在IMpa壓力和80°C 溫度下條件下加熱60分鐘熱壓成型，得到本發(fā)明提供的一種有琴弦的樂器的音板。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為1的音板的結果所示。實施例2 如圖1所示，一種鋼琴樂器的音板，其包括4mm厚的云杉木層1和單位面積質量為300g/m2的碳纖維層2。制法同實施例1。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為2的結果所示。實施例3 如圖1所示，一種鋼琴樂器的音板，其包括4mm厚的云杉木層1和單位面積質量為500g/m2的碳纖維層2。制法同實施例1。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為3的結果所示。實施例4 如圖1所示，一種鋼琴樂器的音板，其包括4mm厚的云杉木層1和單位面積質量為M0g/m2的碳纖維和單位面積質量為60g/m2的玻纖復合而成的纖維層2。制法同實施例1。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為4的結果所示。實施例5 如圖1所示，一種古箏樂器的音板，其包括泡桐木層1與碳纖維層2，泡桐木層厚度從低音區(qū)厚度為7 8mm到中高音區(qū)的4 5mm漸變，纖維層為單位面積質量為100g/m2的碳纖維。制法同實施例1。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為5的音板的結果所示。實施例6 如圖1所示，一種古箏樂器的音板，其纖維層2為單位面積質量為300g/ m2的碳纖維；其余的同實施例5。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為6的音板的結果所示。實施例7 如圖1所示，一種古箏樂器的音板，其纖維層2為單位面積質量為400g/ m2的碳纖維；其余的同實施例5。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為7的音板的結果所示。實施例8 如圖1所示，一種古箏樂器的音板，其纖維層2是單位面積質量為MOg/ m2的碳纖維和單位面積質量為80g/m2的玻纖復合而成的纖維層；其余的同實施例5。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為8的音板的結果所示。實施例9 如圖1所示，一種吉它樂器的音板，其包括1. 6mm厚的云杉木層1和單位面積質量為50g/m2的碳纖維層2。制法同實施例1。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為9的音板的結果所示。實施例10 如圖1所示，一種吉它樂器的音板，其碳纖維層2是單位面積質量為 400g/m2的碳纖維；其余的同實施例9。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為10的音板的結果所示。實施例11 如圖2所示，一種吉它樂器的音板，其包括兩個厚度為0. 8mm的云杉木層1和3，中間夾一層單位面積質量為200g/m2的碳纖維層2。將所述的云杉木層和碳纖維層用雙組份環(huán)氧樹脂類膠粘接，在IMpa壓力和80°C 溫度下條件下加熱60分鐘熱壓成型。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為11的音板的結果所示。實施例12 如圖3所示，一種吉它樂器的音板，其包括兩層單位面積質量為IOOg/ m2的碳纖維層1和3，中間夾一層厚度為1. 6mm的云杉木層2。將所述的云杉木層和碳纖維層用雙組份環(huán)氧樹脂類膠粘接，在IMpa壓力和80°C 溫度下條件下加熱60分鐘熱壓成型。本實施例的一種有琴弦的樂器的音板，所對應的技術數據如表1中編號為12的音板的結果所示。表 權利要求
1.一種有琴弦的樂器的音板，其包括木質層和纖維層，其特征在于，所述的纖維層為碳纖維，或碳纖維和玻璃纖維的復合纖維；碳纖維每單位面積的質量為50 500g/m2，復合纖維中碳纖維和玻璃纖維的單位面積質量比為3 4 1。
2.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其特征在于，所述的木質層厚度為有琴弦樂器的木質音板厚度的50 70%。
3.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其特征在于，所述的木質層為云衫或泡桐木。
4.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為鋼琴音板，其特征在于，其包括 4mm厚的云杉木層1和單位面積質量為100g/m2的碳纖維層2。
5.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為鋼琴音板，其特征在于，其包括 4mm厚的云杉木層1和單位面積質量為300g/m2的碳纖維層2。
6.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為鋼琴音板，其特征在于，其包括 4mm厚的云杉木層1和單位面積質量為500g/m2的碳纖維層2。
7.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為鋼琴音板，其特征在于，其包括 4mm厚的云杉木層1和單位面積質量比為4 1的碳纖維和玻璃纖維復合而成的纖維層2。
8.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為古箏樂器的音板，其特征在于， 其包括泡桐木層1與碳纖維層2，泡桐木層厚度從低音區(qū)的7 8mm，到中高音區(qū)的厚度為 4 5mm平滑漸變，纖維層為單位面積質量為100g/m2的碳纖維。
9.如權利要求8所述的古箏樂器的音板，其特征在于，其纖維層2為單位面積質量為 300g/m2的碳纖維。
10.如權利要求8所述的古箏樂器的音板，其特征在于，其纖維層2為單位面積質量為 400g/m2的碳纖維。
11.如權利要求8所述的古箏樂器的音板，其特征在于，其纖維層2為單位面積質量比為31的碳纖維和玻璃纖維復合而成的纖維層。
12.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為一種吉它音板，其特征在于， 其包括1. 6mm厚的云杉木層1和單位面積質量為50g/m2的碳纖維層2。
13.如權利要求12所述的一種吉它音板，其特征在于，其碳纖維層2是單位面積質量為 400g/m2的碳纖維。
14.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為一種吉它音板，其特征在于， 其包括兩個厚度為0. 8mm的云杉木層1和3，中間夾一層單位面積質量為200g/m2的碳纖維層2。
15.如權利要求1所述的一種有琴弦的樂器的音板，其為一種吉它音板，其特征在于， 其包括兩層單位面積質量為100g/m2的碳纖維層1和3，中間夾一層厚度為1. 6mm的云杉木層2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有琴弦的樂器的音板。其包括木質層和纖維層，所述的纖維層為碳纖維，或碳纖維和玻璃纖維的復合纖維；碳纖維每單位面積的質量為50～500g/m2，復合纖維中碳纖維和玻璃纖維的單位面積質量比為3～4∶1。所述的音板，由于集成了纖維材料和木質材料的各自優(yōu)點，保證了音板具有好的共振性能，使樂器音色更加豐富。音板可以做得較薄和輕。其中的木質層的厚度是有琴弦樂器的木質音板的厚度的50～70％，減輕了音板的重量和厚度，節(jié)省了木材資源，又可以使音板經久耐用。保證音板能夠適應環(huán)境空氣濕度的變化，保持穩(wěn)定而良好的發(fā)音效果。所述的音板的共振能均勻實現，達到音質傳真和諧，使音板具有較大的音量和保持持久性。
文檔編號G10D3/02GK102543048SQ201210035809
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者周萬昊, 趙振偉 申請人:趙振偉