共振板振动特性与钢琴声学品质主观评价的关系

选取俄罗斯远东红皮云杉、东北长白鱼鳞云杉、西藏林芝云杉、美国西加云杉4个树种的试件,每树种2块共制作8块共振板,采用基于打击音的快速傅里叶变换(FFT)频谱方法分析共振板的振动特性,计算得出共振板不同方向的动态弹性模量、纵波传播速度、共振板边部剩余试件动弹性模量及共振板制作钢琴后的振动传播响应时间.利用共振板制作成试验用钢琴后,采用专家主观评价的方式对钢琴的声学品质进行评价.通过分析共振板振动特性参数与钢琴声学品质主观评价得分之间的关系得出,共振板y方向的振动特性参数与钢琴声学品质主观评价得分项目之间呈一定程度或显著的线性相关,而x方向的振动特性参数与主观评价得分项目之间的相关关系明显弱于y方向.因此,通过改善共振板y方向的振动特性可显著提高钢琴的声学品质,也说明了共振板y方向的振动特性参数检测对于钢琴声学品质评价的重要性.共振板y方向的振动特性参数与钢琴声学品质主观评价得分之间的相关性大于x方向的相关性,这一规律与音板上高、中音区域的琴弦排列和音板的y方向接近平行、低音区域琴弦排列及y方向的夹角小于x方向的结构特点有关.     

乐器共鸣板用木材声学振动性能改良研究现状及趋势

木材是制作乐器共鸣板的重要材料, 木材的声学性能在很大程度上决定了乐器的声学品质。文中在分析乐器板用木材声学振动性能改良的着手点与切入点的基础上, 总结木材声学振动性能改良方面的研究进展, 认为以下几个方面将成为未来研究的热点:1)从弹性模量、比弹性模量、声辐射品质常数和声阻抗等指标出发进行木材声学性能功能性改良研究; 2)开展乐器共鸣板用木材的替代树种用材的功能性改良研究, 扩大可用于制作乐器共鸣板的资源范围; 3)从改善木材声学振动效率和振动音色角度进行木材功能性改良的研究; 4)开展新型的乐器共鸣板用材研究。     

抽提处理对泡桐木材声学振动性能的影响

【目的】探究抽提处理对乐器用泡桐木材声学振动性能的影响,为木材声学品质改良提供理论依据,促进我国乐器产品声学品质提高,缓解乐器共鸣板用优质木材资源日益匮乏的局面。【方法】采用苯甲醇、去离子水、二氯甲烷和无水乙醇4种溶剂对泡桐木材进行15天的抽提处理,基于两端自由的弯曲振动方法,测定并分析抽提处理对木材弹性模量E、剪切模量G、比动弹性模量E/ρ、对数衰减系数σ、声阻抗ω、声辐射品质常数R、E/G、传声速度υ、传输参数υ/σ、声转换效率υ/(σ·ρ)等声学振动性能参数的影响规律,并通过微观结构观察、红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)的变化,分析抽提处理对木材声学振动性能的影响机理。【结果】经去离子水、二氯甲烷、苯甲醇和无水乙醇抽提处理后,泡桐木材声学振动性能参数均发生变化。比动弹性模量E/ρ、声辐射品质常数R和传声速度υ平均增加7.67%、11.36%和3.75%,其中经二氯甲烷抽提处理的改善效果最佳,增幅分别为13.99%和17.28%和6.77%;声阻抗ω和对数衰减系数σ平均降低3.23%和19.42%,经去离子水抽提处理后其下降程度最大,降幅分别为-5.03%和-23.45%...     

炭化处理对杨木声学振动特性的影响

为了探究炭化处理对木材板材声学振动性能的影响和规律,本文对45块白杨试件进行不同炭化温度(170、190、210℃)和不同保温时间(2、3、4 h)的炭化处理。采用了傅立叶变换频振动频谱分析仪(fast Fourier transform,FFT)测定炭化处理前后的杨木密度、比动弹性模量、声辐射品质常数、声阻抗及弹性模量与剪切模量比值的变化规律。结果表明:炭化处理工艺对不同的声学振动参数有不同的影响规律,当处理温度为210℃、保温时间为3 h时,可以较为显著的提高木材综合声学振动性能。     

木竹材声学振动特性研究进展

木材声学振动特性科学机理与评价方法的研究正逐渐兴起,而针对竹材声学振动特性的相关研究则少有报道.文中重点围绕木竹材声学振动特性,从声振动效率、音色和发音效果稳定性3个方面介绍了木竹材声学振动特性的定量评价方法;从不同尺度(宏观—微观)、不同层次(化学组分—物理性质)和不同方式(选材—加工)系统阐述其主要影响因素;在此基...     

多元羧酸与木材交联反应对木材振动特性的影响

采用以多元羧酸为酯化剂 ,以无机盐类为催化剂的交联体系 ,进行木材交联反应 ,这是一类新型、水溶性、无毒害、无污染的非甲醛系试剂交联体系。本文分析了化学改性木材的振动特性变化。结果表明 ,用不同质量分数 1,2 ,3,4 -丁烷基四甲酸 (BTCA)处理西加云杉和美国扁柏木材的振动性能有所变化 :2树种的损耗角正切tanδ在纵向和径向有所下降 ;比动态弹性模量E ρ在纵向变化均不明显 ,随着抗胀缩率ASE上升变化不规则 ;声辐射阻尼系数E ρ3的变化类似于比动态弹性模量E ρ的变化 ;纵向和径向的周期能量损耗参数tanδ E均下降。     

弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能分析

【目的】分析弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能,归纳总结指板用木材的声学振动性能要求,为寻找可替代树种或对人工林木材进行功能改良以替代传统指板用木材提供科学依据。【方法】采用X-射线剖面密度测试仪表征木材一个生长轮内早晚材的密度差异及沿径向密度分布的均匀性;利用超声波微秒计测试木材声传播速度;运用模态分析法测试木材的共振频率和扭转频率,根据矩形截面Euler-Bernoulli方程计算木材声学振动参数。【结果】乌木绝干密度为1 180 kg·m~(-3),阔叶黄檀绝干密度为810 kg·m~(-3),东非黑黄檀绝干密度为1 320 kg·m~(-3);弦乐器共鸣板用硬槭木绝干密度为660 kg·m~(-3),非乐器用木材辐射松绝干密度为480 kg·m~(-3)。乐器用木材一个生长轮内早晚材及相邻生长轮之间密度差异较小,材质均匀。指板用木材轴向和径向声传播速度均低于硬槭木和辐射松。硬槭木顺纹与横纹的声传播速度比为3.2,声学各向异性较优。乌木、东非黑黄檀和阔叶黄檀的动态弹性模量(E')分别为18.2、16.8和14.8 GPa,指板用木材的E'均大于14.0 GPa。指板用木材的比动态弹性模量(E_(sp))均小于18.0 GPa,硬槭木和辐射松的E_(sp)分别为24.5和26.8 GPa,均高于指板用木材。乌木、阔叶黄檀和东非黑黄檀的声辐射品质常数(R)分别为3.21、5.08和2.58 m~3·Pa~(-1)s~(-3),硬槭木和辐射松的R分别为7.17和9.41 m~3·Pa~(-1)s~(-3)。指板用木材的声阻抗(ω)、对数衰减系数(λ)和损耗角正切值(tanδ)均高于硬槭木和辐射松。指板用木材的声学转化率(ACE)和E'/G'均低于硬槭木。乌木、阔叶黄檀、东非黑黄檀、硬槭木和辐射松的动态剪切模量(G')分别为1.97、1.72、2.58、1.21和1.09 GPa,指板用木材的G'均大于硬槭木和辐射松。【结论】指板用木材绝干密度均大于800 kg·m~(-3)。木材密度与其声学振动性能存在一定函数关系,选材时密度和声学振动性能需共同考虑。与共鸣板相比,指板选材对木材声学振动性能的要求远低于共鸣板。在声学振动性能方面,木材的E'和G'是指板选材的主要评估指标,要求尽量选择E'和G'大的木材,E'越大,指板抵抗不同弦张力所引起的弯曲变形能力越强; G'越大,指板抑制不同弦张力所引起的扭转变形能力越强。木材的E_(sp)、R、ACE、E'/G'、λ、tanδ、ω等声学振动参数可不作为指板选材的主要评估指标。     

基于LabVIEW的竹地板声学振动特性研究

基于LabVIEW软件采用共振法测试了竹地板的声学振动特性.结果表明:竹地板的声学振动参数与密度关系密切,动态杨氏模量E、声阻抗ω、声辐射品质常数R与密度ρ线性回归显著;炭化板材的动态杨氏模量、声阻抗均小于本色同种类板材,声辐射品质常数均大于本色同种类板材;综合认为炭化侧拼地板具有较优的声学振动品质.     

小波分析在中密度纤维板无损检测中的应用

以中密度纤维板为试件,通过纵向共振和弯曲振动试验讨论小波分析方法用于无损检测的可行性.结果表明:小波分析得到的中密度纤维板试件动弹性模量与常规弯曲静弹性模量在0.01水平下相关性非常显著,可以用小波分析方法测得的动弹性模量来表征常规弯曲静弹性模量;可以用小波分析的方法判断出试件是否有缺陷,小波分析在试件缺陷无损检测方面具有优越性.     

实际尺寸乐器音板用云杉属木材的声学振动特性

以生产中使用的实际尺寸乐器音板用云杉属木材为研究对象,应用基于打击音的快速傅里叶变换分析的振动方法测定远东红皮云杉、长白鱼鳞云杉、西藏林芝云杉、美国西加云杉声学振动特性.采用综合坐标法与综合评分法对不同树种的长度L≤1 400 mm样本空间、L＞1 400 mm样本空间及不同树种分别组成样本空间进行综合振动性能分析,得出此次试验样本的综合振动性能优劣顺序基本为:西藏林芝云杉＞长白鱼鳞云杉＞远东红皮云杉＞美国西加云杉,而且这2种综合分析方法的结果具有显著相关性.结果表明:可应用本研究方法评价乐器音板用木材的综合振动性能.     

基于小波神经网络的木材内部缺陷类型识别的研究

利用榆木标准试件,在实验室内用超声波检测仪器对试件进行缺陷分类检测,检测信号作为原始信息.各类试件的原始信号用小波包分解,计算缺陷试件与完好试件在小波包第5层各结点的信号能量变化值.试验发现:木材缺陷引起能量的变化值主要由木材缺陷的大小或严重程度来决定,亦即木材的缺陷程度越严重,能量的变化幅度就越大;对小波包5层分解后各信号结点的能量变化值进行分析,发现在32个结点中,(5,0)结点在各类缺陷试件中能量值变化最大;使用经小波压缩后的信号作为神经网络的输入,形成应用频带能量变化值和应用(5,0)结点小波包系数的2个不同输入特征的人工神经网络.对比分析2个网络识别木材缺陷类型的能力,(5,0)结点小波包系数作为特征训练得到的神经网络检测精度更高.     

基于小波与相关性分析的木材声发射源直线定位算法改进

为研究木材损伤过程中声发射(acoustic emission,AE)信号源定位问题,提出了一种基于小波和信号相关性分析的木材表面AE源直线定位方法。首先,采用NI高速采集设备和Lab VIEW构建双通道的AE信号采集系统,并设定采样率为500 k Hz。然后,通过5层小波分解的方法对原始AE信号进行降噪处理后重构AE波形,分别采用信号相关性和最大值分析方法确定AE信号在2个固定传感器之间的传播时差,并由此计算AE信号的传播速度。最后,在距原点150和200 mm处设置2个人工AE源,针对不同方法所确定的传播速度,采用基于时差的直线定位算法进行AE源定位。试验结果显示,对于原始AE信号采用信号相关性和最大值分析后,两处的定位相对误差分别为40%,32%和28%,15%。对原始AE信号进行小波降噪重构后,相应的相对误差分别为2%,26%和1%,11%。因此,对原始AE信号进行小波处理后,再基于相关性分析方法计算AE传播速度,能够明显提高AE源定位算法精度。     

云杉材纹理角度对钢琴音板声学振动性能的影响

云杉材是制作钢琴音板的主要用材,以4种云杉属木材为研究对象,采用快速傅里叶变换分析法测试其共振频率,并计算其声学振动性能参数,分析木材纹理角度对云杉材声学振动性能具有的影响。结果表明:随着纹理角的增大,云杉材的动弹性模量、比动弹性模量增大,损耗角正切减小。当纹理角为90°时,云杉材的振动效率最高、声能损耗最少,声学性能最优。通过综合加权法评定,纹理角90°的麦吊云杉具有最优振动性能。     

基于小波分析的木材干燥过程的声发射信号的去噪研究

指出了木材结构的各向异性导致了木材声发射信号的提取的困难性。小波分析作为信号和信息的处理工具由于其优越性已经被大家所认可,特别是在去噪方面,小波的多分辨分析、相关性、低墒性使其在去噪领域有着独特的优势。声发射技术是一种动态的无损检测技术,它不仅能对缺陷进行实时的动态监测,还能对发展趋势进行预测。     

纤维板的静曲弹性模量及静曲强度的动态检测

利用振动无损检测法测得纤维板的动态静曲弹性模量,并用一元和二元回归分析了纤维板的密度、静态静曲弹性模量、动态静曲弹性模量、静曲强度之间的相关性。结果表明:纤维板的静态静曲弹性模量与动态静曲弹性模量之间,或动态静曲弹性模量与静曲强度之间均密切线性相关;以纤维板的动态静曲弹性模量和密度为自变量与静曲强度建立的二元回归方程,其相关程度较一元回归更为密切。密度及长度与横截面面积比值较大的纤维板,其动态静曲弹性模量与静态值较为接近。     

基于横向振动法对樟子松木材进行应力分等的研究

以樟子松木材为试验对象,分别运用横向振动法和静态弯曲法得出其动态弹性模量和静态抗弯弹性模量,重点对二者的关系以及尺寸、节子等因素对动态弹性模量的影响进行了研究.其结论是：动态弹性模量与静态抗弯弹性模量以及抗弯强度都有很好的相关关系;尺寸对动态弹性模量没有显著性的影响;节子的个数对木材动态弹性模量有显著性影响.     

吸湿循环处理对常用乐器用材声学振动性能的影响

对不同针、阔叶材树种木材进行吸湿循环处理,通过对声学振动性能进行跟踪测试,研究吸湿循环处理对声学振动性能的改良效果,并探讨木材解剖构造的特异性对其声学振动性能改良效果的影响。以4种常用乐器用材泡桐、梓木、杉木和西加云杉为研究对象,制成标准试样250 mm(纵向)×50 mm(径向)×15 mm(弦向),经60℃干燥48 h后,置于25℃、相对湿度60%的环境中平衡,此为1次循环,共循环4次。测量并计算处理前、不同次数循环处理后4种木材声学振动参数的变化,并结合解剖构造进行分析。木材的纤维/管胞长度从大到小依次为西加云杉杉木泡桐梓木。吸湿循环处理后,4种木材比动弹性模量和声辐射阻尼系数均呈增长趋势,其中泡桐的增长率最大,分别为27.95%和44.37%;西加云杉最小分别为3.84%和7.90%。木材的声阻抗变化率,梓木最大为-15.54%,西加云杉最小为-5.75%。试验结果表明:吸湿循环处理前后,梓木的声学振动性能均为最差;吸湿循环处理改善了木材声学振动性能,阔叶材声学振动性能的改善效果优于针叶材,其中泡桐的改善效果最好;吸湿循环处理2次后,木材比动弹性模量和声辐射阻尼系数、声阻抗均达到稳定,继续2次吸湿循环处理后基本保持不变。     

基于LabVIEW的木材声发射信号采集与小波析取

为了获取木材声发射信号波形,采用NI高速数据采集设备构建了一种多通道声发射信号采集系统,同时基于LabVIEW软件设计了相应的信号小波析取与处理平台,实现多通道声发射信号采集、分离、波形析取及频谱分析等基本功能。最后通过木材试件声发射试验验证了该系统的效用,并且通过对3种不同信号析取方法的比较,进一步验证小波分析的优势。作为一种通用的木材声发射信号采集与处理平台,该系统为木材声发射信号研究提供了必要的基础保障。     

云杉共振板声学振动性能与诱发人体生理响应差异

以红皮云杉、长白鱼鳞云杉、林芝云杉与西加云杉4种云杉属木材所制作的8块共振板为研究对象,基于各向异性薄板振动理论,测定共振板的弹性模量、纵波传播速度、振动响应时间等声学振动性能指标,并对同树种内的2块共振板进行比较得出:同树种第2块共振板的弹性模量、纵波传播速度、边部试件的弹性模量大于第1块共振板,而振动响应时间小于第1块.将共振板制成钢琴后,研究人体心率变异、血压变异生理指标对钢琴乐音(肖邦前奏曲OP28:No.24)的响应.结果表明:与听赏第1号钢琴乐曲相比,受验者听赏同树种第2号钢琴时,其迷走神经活动水平上升更大,受验者精神处于更为放松的状态.因此可认为:弹性模量、纵波传播速度大而振动响应时间小的共振板,其声学振动性能更有益于产生良好的人体生理影响.     

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

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2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-共鸣用木质构件-乐器成品中的共鸣用木质构件-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.