弦樂器指板常用熱帶硬闊葉木材的聲學(xué)振動(dòng)性能分析*

劉美宏 彭立民 呂少一 呂建雄 高玉磊 樊正強(qiáng)

(中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所 國家林業(yè)和草原局木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100091)

弦樂器演奏時(shí)，指板是供手指按弦確定音準(zhǔn)、音位和樂音音高的關(guān)鍵部位(劉靖業(yè)，1978)，雖然沒有鍵盤，卻是重要的定音裝置。音域確定后，各音符在指板上的位置是固定的，為了防止指板上音符位置發(fā)生變化，要求指板具有足夠的剛度、硬度和耐磨性能，以防止指板彎曲扭轉(zhuǎn)變形和表面磨損。指板對琴體聲學(xué)振動(dòng)具有傳遞作用，且可增加琴頸剛度，指板與琴頸膠合用于增加琴頸的剛度和硬度，抑制弦樂器主共振頻率降低，使樂器發(fā)音更強(qiáng)且均勻，并可有效抵抗琴弦張力，琴頸不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，防止指板脫落(賈玉海，2002)。指板一旦出現(xiàn)故障，輕者影響琴的發(fā)音效果，重者將終止琴的使用，是弦樂器出現(xiàn)狼音、噪音和雜音的罪魁禍?zhǔn)?周和明等，2016)。

指板材料選擇關(guān)系到樂器的精度、打擊力和平衡性，指板制作工藝也對樂器的聲學(xué)效果具有顯著影響。指板制作必須按照規(guī)定的尺寸加工和裝配，否則會(huì)出現(xiàn)雜音甚至無法演奏(Gore，2011)，影響弦樂器的音質(zhì)和樂器使用壽命，因此指板的重要性應(yīng)引起制琴師和演奏者的高度重視。Paté等(2013)在保證2把電吉他其他條件均相同的條件下，分析了吉他指板分別用烏木(Diospyroscrassiflora)、闊葉黃檀(Dalbergialatifolia)制作時(shí)的發(fā)音特點(diǎn)及區(qū)別，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在2種不同指板材料的電吉他中觀察到了著名的“死點(diǎn)”現(xiàn)象，即弦和結(jié)構(gòu)在耦合點(diǎn)的頻率重合導(dǎo)致音符的異常阻尼，指板用木材不同，“死點(diǎn)”現(xiàn)象不同，受影響的音符以及其受影響的程度也因指板用木材不同而異。Hiziroglu(2016)分別用烏木、巴西黑黃檀(Dalbergianigra)、闊葉黃檀3種木材制作小提琴指板，分析了不同指板材料對小提琴音色及音質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，烏木指板制作的小提琴音色清脆和諧，黃檀木指板制作的小提琴音色細(xì)膩柔和。Spro?mann等(2017)用東非黑黃檀(Dalbergiamelanoxylon)替代烏木制作古典吉他指板，將東非黑黃檀的物理、力學(xué)和聲學(xué)振動(dòng)性能與烏木相比較，2種木材的性能指標(biāo)相近，東非黑黃檀的力學(xué)性能、聲學(xué)振動(dòng)性能和尺寸穩(wěn)定性甚至優(yōu)于烏木，因此東非黑黃檀可替代烏木制作弦樂器指板。此外，東非黑黃檀的材色和紋理與烏木非常相似，很難辨別，這也是東非黑黃檀在市場中得到廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因(Bennett，2016)。

傳統(tǒng)弦樂器指板用木材主要以高密度、高剛度、高硬度、耐磨、尺寸穩(wěn)定以及材色美觀的烏木、巴西黑黃檀、闊葉黃檀和東非黑黃檀等珍貴木材的心材為主，這類木材生長周期較長，出材率較低且易損害，現(xiàn)有資源較匱乏。在約翰內(nèi)斯堡(南非)舉行的第十七屆CITES大會(huì)上決定，所有未列入《瀕危野生動(dòng)植物種國際貿(mào)易公約》附件Ⅰ的現(xiàn)存黃檀屬(Dalbergia)樹種均列入CITES附件Ⅱ,這些樹種包括由這些樹種木材制成的產(chǎn)品在世界貿(mào)易范圍內(nèi)受到了限制。此外，這類木材天然老化時(shí)間較長，存儲(chǔ)時(shí)間較長，有的甚至幾十年(Bennett,2016)。因此，急需尋找一些與珍貴木材解剖特性、物理和力學(xué)性能相似且環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的樹種或通過物理、化學(xué)、生物等方法改性速生材性能仿珍貴木材，以替代樂器用珍貴樹種木材用于樂器制作(Bucur，2016；Wegst，2006)。

在尋找可替代樹種或?qū)λ偕斯ち帜静倪M(jìn)行改性替代傳統(tǒng)弦樂器指板用木材之前，首先要明確指板選材時(shí)對木材的聲學(xué)振動(dòng)性能要求。弦樂器用木材中，關(guān)于共鳴板常用木材的聲學(xué)振動(dòng)性能要求的研究已較成熟且系統(tǒng)。共鳴板是弦樂器發(fā)音的核心部件之一，主要起振動(dòng)和能量傳遞的作用，共鳴板選材時(shí)，木材的聲學(xué)振動(dòng)性能是重要的評估指標(biāo)(樂群等，1977)。木材的聲學(xué)振動(dòng)性能主要包括動(dòng)態(tài)彈性模量(E′)、動(dòng)態(tài)剪切模量(G′)、E′/G′、比動(dòng)態(tài)彈性模量(Esp)、聲輻射品質(zhì)常數(shù)(R)、聲學(xué)轉(zhuǎn)化率(ACE)、對數(shù)衰減系數(shù)(λ)、損耗角正切值(tanδ)和聲阻抗(ω)等9個(gè)參數(shù)指標(biāo),弦樂器共鳴板選材主要以木材的E′、Esp、R、ACE、E′/G′、λ、tanδ和ω等8個(gè)參數(shù)作為主要評估指標(biāo)。然而，關(guān)于木材的聲學(xué)振動(dòng)性能是否是指板選材的重要評估指標(biāo)以及哪些聲學(xué)參數(shù)是主要評估指標(biāo)的研究較少且不系統(tǒng)。鑒于此，本研究以弦樂器共鳴板用闊葉樹種硬槭木(Acersaccharum)的聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)要求為對照，對比指板常用木材的聲學(xué)振動(dòng)性能與其之間的差異，以確定木材的聲學(xué)振動(dòng)性能是否是指板選材的重要評估指標(biāo)，并驗(yàn)證指板在弦樂器演奏時(shí)起到的聲學(xué)作用。此外，還選擇非樂器用木材輻射松(Pinusradiata)作為對照組，對比輻射松木材與傳統(tǒng)指板用木材的性能差異，為將輻射松進(jìn)行功能改良替代傳統(tǒng)指板用木材的研究提供科學(xué)依據(jù)，緩解指板用珍貴木材資源匱乏的問題，促進(jìn)樂器行業(yè)健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

4種熱帶硬闊葉木材：烏木主要產(chǎn)于印度尼西亞，闊葉黃檀主要產(chǎn)于印度、印度尼西亞，東非黑黃檀主要產(chǎn)于坦桑尼亞、莫桑比克等非洲國家，闊葉黃檀和東非黑黃檀已被列入CITES公約附錄Ⅱ管制，硬槭木主要產(chǎn)于美國。非樂器用木材輻射松主要產(chǎn)于新西蘭。5種木材均采購于廣東省，其外觀如圖1所示。烏木、闊葉黃檀、東非黑黃檀和硬槭木樹齡為45～50年，輻射松樹齡為15～20年。烏木、闊葉黃檀和東非黑黃檀在心材部位取材，硬槭木和輻射松在邊材部位取材，每樹種鋸切出尺寸為50 mm(R)× 100 mm(T)× 800 mm(L)的弦切板，各25塊。設(shè)置2組對照，分別為弦樂器指板用木材與共鳴板用木材的性能對比以及樂器用木材與非樂器用木材的性能對比。

圖1 木材外觀Fig.1 Appearance of wooda：烏木Ebony；b：闊葉黃檀Indian rosewood；c：東非黑黃檀African blackwood；d：硬槭木Hard maple；c：輻射松Radiata pine.

1.2 研究方法

1.2.1 密度和含水率測試 試樣尺寸為20 mm(R)× 20 mm(T)× 20 mm(L)。根據(jù)GB/T 1931—2009《木材含水率測定方法》、GB/T 1933—2009《木材密度測定方法》分別測試木材含水率和絕干密度。

1.2.2 木材材質(zhì)均勻性及密度分布規(guī)律表征 采用德國EWS公司產(chǎn)X-射線剖面密度測試儀(DENSE-LAB)表征木材一個(gè)生長輪內(nèi)早晚材的密度差異及沿徑向密度分布的均勻性。步進(jìn)厚度為0.05 mm，試樣尺寸為25 mm(R)×20 mm(T)×50 mm (L)。測試前，根據(jù)GB/T 1933—2009將試樣置于60 ℃烘箱內(nèi)干燥4 h，然后將烘箱溫度調(diào)至(103±2)℃干燥8 h至絕干狀態(tài)。

1.2.3 木材聲傳播速度測試 利用匈牙利產(chǎn)超聲波微秒計(jì)(Fa-kopp Ultrasonic Timer)測試木材聲傳播速度，其包括1個(gè)信號處理盒和2個(gè)壓電傳感器(封丹等，2017)。檢測原理：由發(fā)射端傳感器發(fā)射1個(gè)超聲波脈沖，脈沖沿被測試樣軸向(L)、徑向(R)和弦向(T)傳播，當(dāng)脈沖信號到達(dá)接收端傳感器時(shí)被接收，經(jīng)信號處理盒處理，脈沖在2個(gè)傳感器間的傳播時(shí)間會(huì)顯示在信號處理盒屏幕上，記錄傳播時(shí)間(圖2)。在測試過程中，需將2個(gè)傳感器緊壓于試樣兩端。試樣為9 mm(R)×50 mm(T)×500 mm(L)的弦切板，測試前試樣處理同1.2.2。木材聲傳播速度計(jì)算公式如下：

圖2 超聲波微秒計(jì)測試木材聲傳播速度Fig.2 Ultrasonic microsecond meter test wood sound propagation speed

(1)

式中：v為聲傳播速度(m·s-1)；L為試樣長度(m)；t為傳播時(shí)間(μs)。

由式(1)可以計(jì)算出縱波沿木材L、R和T方向的聲速vL、vR和vT。

1.2.4 木材聲學(xué)振動(dòng)性能測試 運(yùn)用模態(tài)分析法(EMA)測試木材聲學(xué)振動(dòng)性能(劉鎮(zhèn)波等，2007)，測試裝置如圖3所示。試樣為9 mm(R)×50 mm(T)×500 mm(L)的弦切板，所有測試試樣均處于絕干狀態(tài)。模態(tài)分析儀器主要包括采集分析軟件、采集儀和傳感器3部分。采集分析軟件包含基本模態(tài)分析軟件、PolyLSCF和PolyIIR模態(tài)分析軟件；信號采集儀型號為INV3062T；傳感器包含型號為INV9310的ICP型力錘和型號為INV9206的ICP聲壓傳感器。設(shè)置自由邊界測試條件，用彈性繩將試樣兩端自由懸掛起來，使用力錘激勵(lì)被測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)，通過聲壓傳感器采集結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)。將力錘接入采集儀1通道作為激勵(lì)信號，聲壓傳感器接入采集儀2通道作為響應(yīng)信號，采集儀與電腦通過網(wǎng)線連接，測試木材的一階共振頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和阻尼比，根據(jù)矩形截面Euler-Bernoulli方程計(jì)算木材動(dòng)態(tài)彈性模量(E′)、比動(dòng)態(tài)彈性模量(Esp)、對數(shù)衰減系數(shù)(λ)、損耗角正切值(tanδ)、聲阻抗(ω)、聲輻射品質(zhì)常數(shù)(R)、聲學(xué)轉(zhuǎn)換率(ACE)、動(dòng)態(tài)剪切模量(G′)和E′/G′等聲學(xué)振動(dòng)參數(shù)(Brémaudetal.，2011)：

圖3 木材模態(tài)分析Fig.3 Modal analysis of wood

(2)

(3)

式中：L為試樣長度(m)；h為試樣厚度(m)；fRn為第n階共振頻率(本研究選擇一階共振頻率)；mn為由振動(dòng)階數(shù)所決定的系數(shù)(本研究為振動(dòng)一階系數(shù)，m1=4.730)。

對數(shù)衰減系數(shù)(λ)采用FFT軟件獲得：

(4)

根據(jù)下式計(jì)算木材損耗角正切值(tanδ)：

tanδ≈λ/π。

(5)

木材聲阻抗(ω)為木材密度(ρ)與木材聲傳播速度(υ)的乘積：

(6)

木材聲輻射阻尼系數(shù)又稱聲輻射品質(zhì)常數(shù)(R)，表示木材向周圍空氣輻射聲功率的大?。?/p>

(7)

聲學(xué)轉(zhuǎn)換率(ACE)表示將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為聲能的效率，是對樂器聲學(xué)特性的總體估計(jì)：

(8)

(9)

式中：b為試樣寬度(m)；ft1為一階扭轉(zhuǎn)頻率(Hz)；c3為常數(shù)，取決于b/h(0.183)。

在試樣兩側(cè)布置豎直方向測點(diǎn)，為保證振形平滑，將試樣等分為8份，測試9個(gè)截面共18個(gè)測點(diǎn)，10號點(diǎn)為參考點(diǎn)。具體測點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 測點(diǎn)布置Fig.4 Arrangement of measuring points

2 結(jié)果與分析

2.1 木材宏觀和微觀密度

由式(2)—(9)可知，木材的聲學(xué)振動(dòng)性能與密度存在一定函數(shù)關(guān)系，木材密度是不同類型樂器及同一樂器不同組件選材的首要評估指標(biāo)。弦樂器共鳴板用硬槭木絕干密度為660 kg·m-3，選材以中低密度木材為主，密度越低，其Esp、R越高，tanδ、ω等越小，木材聲學(xué)振動(dòng)效率越高，共鳴板的聲音洪亮且清脆(沈雋等，2001；涂道伍等，2012)。指板選材以高密度木材為主，烏木絕干密度為1 180 kg·m-3，闊葉黃檀絕干密度為810 kg·m-3，東非黑黃檀絕干密度為1 320 kg·m-3。非樂器用木材輻射松絕干密度為480 kg·m-3。指板常選擇絕干密度大于800 kg·m-3的木材，其密度越大，指板硬度越大、耐磨性越好。

樂器選材時(shí)，除首要考慮木材密度外，對木材材質(zhì)均勻性要求也較高，材質(zhì)均勻性主要由早晚材密度差異、相鄰生長輪之間密度差異和生長輪寬度決定。圖5為烏木、闊葉黃檀、東非黑黃檀、硬槭木和輻射松的剖面密度分布曲線，可以看出，5種木材剖面密度的測試長度均為25 mm，烏木、闊葉黃檀、東非黑黃檀、硬槭木和輻射松在測試長度內(nèi)的生長輪數(shù)分別約為12、25、11、10和2個(gè)，生長輪寬度分別為2.1、1.0、2.3、2.5和12.5 mm，樂器用木材的生長輪寬度較窄。樂器用木材材質(zhì)均勻性優(yōu)于輻射松；東非黑黃檀、闊葉黃檀和硬槭木的剖面密度分布均呈一條平穩(wěn)并有規(guī)律的波動(dòng)曲線，說明3種木材在一個(gè)生長輪內(nèi)早晚材及相鄰生長輪之間密度差異較小，材質(zhì)均勻；烏木的剖面密度分布曲線相較以上3種木材略不平穩(wěn)，但也呈一定的規(guī)律波動(dòng)，與輻射松相比，材質(zhì)均勻性也較好。木材剖面密度分布曲線呈上下波折形式，主要原因在于木材是由導(dǎo)管、木射線、木纖維和薄壁組織等多種細(xì)胞組織構(gòu)成的，組織細(xì)胞之間的差異導(dǎo)致密度差異(蘇明壘等，2018)。非樂器用木材輻射松的剖面密度分布曲線波動(dòng)較大，一個(gè)生長輪內(nèi)早晚材及相鄰生長輪之間密度差異較大，生長輪寬度較寬，材質(zhì)均勻性較差，這也是輻射松木材不能用于樂器制作的原因之一。東非黑黃檀的密度最大，為1.30 g·cm-3左右，輻射松的密度最小，與木材宏觀密度相近。

圖5 木材剖面密度分布曲線Fig.5 Distribution curve of wood profile density

2.2 木材聲學(xué)性能

5種木材不同方向的聲傳播速度如圖6所示，5種木材沿3個(gè)主要方向的縱波速度存在明顯差異：vL>vR>vT。這是因?yàn)槟静妮S向具有大量導(dǎo)管垂直排列，木材徑向具有髓狀射線類似水平的管道，均可促進(jìn)聲波傳播；而木材弦向未有連續(xù)的結(jié)構(gòu)促進(jìn)聲波傳導(dǎo)，故聲傳播速度較小(Bucur，2016)。

圖6 木材聲傳播速度Fig.6 The sound propagation speed of wood

烏木、闊葉黃檀、東非黑黃檀、硬槭木和輻射松的軸向聲傳播速度分別為4 007、4 607、3 587、5 065 和5 242 m·s-1，徑向聲傳播速度分別為2 355、2 012、2 890、2 950和3 011 m·s-1，弦向聲傳播速度分別為1 730、1 592、1 886、1 573和830 m·s-1，木材的聲學(xué)振動(dòng)性能具有各向異性，軸向聲傳播速度是徑向和弦向的2～3倍。弦樂器共鳴板用硬槭木及非樂器用輻射松軸向、徑向的聲傳播速度均優(yōu)于指板用木材。烏木、闊葉黃檀和東非黑黃檀順紋與橫紋的聲傳播速度比分別為2.3、2.8和1.9，硬槭木和輻射松順紋與橫紋的聲傳播速度比分別為3.2和6.3，比值越大，木材的聲學(xué)各向異性越優(yōu)。弦樂器共鳴板用木材要求具有一定的聲學(xué)各向異性，研究表明順紋與橫紋的聲傳播速度比控制在3.2左右時(shí)，木材的聲學(xué)各向異性較優(yōu)(Bucur，2016)。指板選材時(shí)，對木材聲傳播速度和聲學(xué)各向異性要求較低。

弦樂器指板在琴弦張力作用下，內(nèi)部主要存在彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)2種模態(tài)形式。如圖7所示，不同顏色表示木材發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形程度的大小，藍(lán)色表示木材發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形程度最大的位置(屠迪，1983)。根據(jù)Timoshenko梁理論，運(yùn)用模態(tài)分析法測試木材在2種振動(dòng)模態(tài)形式下的一階共振頻率(彎曲振動(dòng)模態(tài))、一階扭轉(zhuǎn)頻率(扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài))和阻尼比(彎曲/扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài))。由表1可知，烏木、闊葉黃檀和東非黑黃檀的一階共振頻率分別為144、156和130 Hz，硬槭木的一階共振頻率為183 Hz，輻射松的一階共振頻率為191 Hz，指板用木材的一階共振頻率小于硬槭木和輻射松。弦樂器共鳴板用木材要求一階共振頻率越高越好，5種木材的一階扭轉(zhuǎn)頻率差異較小，不具有規(guī)律性(Wegst，2006)。

圖7 指板振動(dòng)模態(tài)Fig.7 Vibration mode of finger plate

表1 木材一階共振頻率、一階扭轉(zhuǎn)頻率和阻尼比①Tab.1 Wood first order resonant frequency,first order torsional frequency and damping ratio

將表1測試的振動(dòng)頻率代入式(2)—(9)，計(jì)算木材的聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)見表2。5種木材中，烏木的E′為18.2 GPa，為最大值；闊葉黃檀的E′為14.8 GPa，為最小值。高端小提琴指板用材以烏木為主，吉他、尤克里里等弦樂器指板用材以闊葉黃檀、東非黑黃檀為主，因此，小提琴指板選材時(shí)，木材的E′應(yīng)滿足18.0 GPa，吉他和尤克里里指板木材的E′應(yīng)滿足14.0 GPa。指板木材的E′越大，則抵抗由弦引起的彎曲變形能力越強(qiáng)(Obataya，2000)，木材的E′是指板選材的重要評估指標(biāo)之一。Esp表示木材單位細(xì)胞壁物質(zhì)的振動(dòng)加速度，其值越大，木材振動(dòng)效率越高，是木材聲學(xué)振動(dòng)性能的重要評估指標(biāo)之一。Esp與木材密度呈負(fù)相關(guān)，輻射松密度最小，Esp最大為26.8 GPa，硬槭木的Esp為24.5 GPa，僅次于輻射松。共鳴板是重要的聲學(xué)元件，主要起振動(dòng)和能量傳遞的作用，因此在選材時(shí)應(yīng)盡量選擇Esp高的木材。指板用烏木、闊葉黃檀和東非黑黃檀的Esp分別為15.1、17.8和12.4 GPa，遠(yuǎn)低于硬槭木和輻射松。由此可見，木材的Esp可不作為指板選材的主要評估指標(biāo)。

表2 木材的聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)Tab.2 Wood acoustic vibration performance parameters

R表示木材聲輻射能力，即向周圍空氣輻射聲功率的大小。烏木、闊葉黃檀和東非黑黃檀的R分別為3.21、5.08和2.58 m3·Pa-1s-3，硬槭木和輻射松的R分別為7.17和9.41 m3·Pa-1s-3。木材的R越大，將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為聲能向空氣中輻射的聲功率越大，則弦樂器的發(fā)音效果越好，因此弦樂器共鳴板選材時(shí)應(yīng)盡量選擇R較大的木材。根據(jù)R的計(jì)算公式可知，木材的R與密度呈負(fù)相關(guān)。指板用木材的R較低，與共鳴板對木材R的要求相反。ω表示介質(zhì)對聲波傳播的阻力，從振動(dòng)特性角度出發(fā)，主要與振動(dòng)的響應(yīng)特性有關(guān)，ω越小，木材聲學(xué)振動(dòng)效率越高。指板常用木材的ω較高，均大于硬槭木和輻射松。λ和tanδ均用于說明木材的振動(dòng)效率問題，關(guān)于木材內(nèi)摩擦損耗的定量表征，國內(nèi)常采用λ，國外多采用tanδ。2個(gè)參數(shù)的關(guān)系可用tanδ=λ/π表示，呈正相關(guān)，5種木材之間2個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律一致。硬槭木的λ和tanδ均較低，其值越低，木材的振動(dòng)衰減速度越慢，有利于維持一定的余音，使樂器的聲音飽滿而余韻，λ較低，則振動(dòng)能損失小，振動(dòng)效率高，使樂器余音洪亮，因此弦樂器共鳴板選材時(shí)應(yīng)盡量選擇λ和tanδ較低的木材。指板常用木材的λ和tanδ較高，其值越大，則振動(dòng)衰減速度越快，可有效抑制整個(gè)琴頸因弦的振動(dòng)而隨之一起振動(dòng)，避免在演奏過程中由于琴頸不穩(wěn)定而影響發(fā)音效果。

ACE表示木材將弦傳遞的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為聲能的效率，ACE越大，木材音質(zhì)越好，發(fā)音效果越穩(wěn)定。E′/G′用于表達(dá)頻譜特性曲線的“包絡(luò)線”特征，E′/G′越大，木材頻譜分布越均勻。頻譜在整個(gè)頻域的分布具有提高低頻域的響應(yīng)并適度抑制高頻域的特征，從而對人耳的“等響度曲線”聽覺特征給予補(bǔ)償，提高聲學(xué)品質(zhì)效果，因此可采用E′/G′間接評價(jià)木材的聲振動(dòng)效率和音色的綜合品質(zhì)。弦樂器指板用木材的ACE和E′/G′均低于硬槭木，這2個(gè)參數(shù)是弦樂器共鳴板選材的主要評估指標(biāo)，不作為指板選材的評估指標(biāo)。

烏木、闊葉黃檀、東非黑黃檀、硬槭木和輻射松的G′分別為1.97、1.72、2.58、1.21和1.09 GPa。指板常用木材的G′均大于硬槭木和輻射松，其中東非黑黃檀的G′最大，約為硬槭木和輻射松的2倍。弦樂器彈奏過程中，指板在不同琴弦張力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，木材的G′越大，則抵消琴頸在不同琴弦張力作用下的變形能力越強(qiáng)，因此指板選材對木材的G′要求較高。木材的G′是指板選材的重要評估指標(biāo)之一，弦樂器共鳴板對于木材的G′要求較低，不作為選材的評估指標(biāo)。

3 結(jié)論

木材密度與其聲學(xué)振動(dòng)性能存在一定函數(shù)關(guān)系，選材時(shí)密度和聲學(xué)振動(dòng)性能需共同考慮。弦樂器指板選材要求木材絕干密度大于800 kg·m-3。通過對弦樂器共鳴板用硬槭木及非樂器用輻射松的E′、Esp、R、ACE、E′/G′、λ、tanδ、ω和G′等參數(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，指板選材對木材聲學(xué)振動(dòng)性能的要求與共鳴板截然不同。弦樂器共鳴板選材時(shí)，木材的聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)是重要的評估指標(biāo)，要求盡量選擇Esp、R、ACE、E′/G′等較大的木材，其值越大，振動(dòng)效率越高；λ、tanδ、ω和G′等要求盡量選擇值較低的木材，其值越低，振動(dòng)衰減速度越慢，有利于維持一定的余音，使弦樂器的聲音宏亮飽滿。指板木材的E′、G′、λ、tanδ、ω等較高，Esp、R、ACE、E′/G′等較低。在聲學(xué)振動(dòng)性能方面，木材的E′和G′是指板選材的主要評估指標(biāo)，Esp、R、ACE、E′/G′、λ、tanδ、ω等聲學(xué)振動(dòng)參數(shù)可不作為指板選材的主要評估指標(biāo)。