[实用新型]乐器用复合材料的声学性能测试装置

说明书

本实用新型涉及一种乐器用复合材料的声学性能测试装置，包括横梁，该横梁水平延伸两端固定，其中部外包覆泡沫层并经泡沫层挂设有两挂绳，两挂绳均竖直下垂并于下端挂接在带待测试样上，所述待测试样一端经测试球自由落体敲击，另一端设置有声波采样器，所述横梁上下贯穿开设有通孔，该通孔内穿设细管，该测试球自细管上端进入下落，该测试装置结构简单，操作便捷稳定。

技术领域

本实用新型涉及复合材料性能测试技术领域，具体是一种乐器用复合材料的声学性能测试装置。

背景技术

木材作为一种容易获取的天然材料，始终支持着人类文明的发展与进步，也由于这样的历史原因，一直是很多乐器的主流制作材料。乐器对木材有十分严格的要求，不仅不能有开裂、虫眼等明显缺陷，而且要满足年轮宽度、年轮数、密度、强度、弹性、微观结构特征等方面的特殊需求。然而，木材不是匀质材料，不同树之间、同一棵树的不同部位之间、同一部位顺纹与横纹之间的机械性能和声学性能都可能存在显著差异，因此，迄今为止只有少数木材品种以及这些木材原木中的某些部位适合制作乐器。此外，随着环境的变迁，一些稀缺木材资源日益匮乏，例如用于吉他的巴西玫瑰木和用于制作西方单簧管的非洲黑木已被“濒危野生动植物种国际贸易公约”（CITES）列入受保护物种名单。除了原料来源方面的限制，木材的另外一个缺点是耐环境性普遍比较差，受到温湿度影响时容易产生变色、变形甚至霉变，严重影响乐器的使用寿命和音质。

为了解决乐器用木材的原料匮乏问题和耐湿热性能差问题，科研工作者做了大量研究工作，例如，通过化学和物理方式对一些资源丰富的廉价木材的声学性能进行功能性改良，以替代稀缺贵重木材，扩展用材范围；通过高温处理或二次干燥处理等措施来平衡木材吸水性，以提高木材湿热稳定性，等等。然而，化学试剂的残留会危害人的健康，复杂的工艺导致制作成本上升，同时乐器质量的持久性仍然无法得到维持。因此，寻找新的可替代木材的乐器用材料具有重要意义。

近年来，复合材料以其尺寸稳定、强度高、耐环境变化、生产效率高、成本相对较低等优点在各个领域获得越来越广泛的应用，也吸引着国内外学者对其替代传统乐器用木材的可行性展开研究。实际上，早在1975年便有国外学者开发出复合材料吉他和小提琴顶板；如今，萨克斯弹簧片、颈部加强片、弓形和弦乐器顶板、钢琴音板等乐器构件也出现了复合材料的身影。早期乐器用复合材料使用碳纤维、玻璃纤维等人造纤维作为原料，这类纤维具有机械强度和模量高、耐高温、耐腐蚀等特点。近年来，随着人们环保意识的增强，以竹纤维、木纤维、麻纤维等高性能天然纤维为原料的复合材料开始扮演越来越重要的角色，与碳纤维和玻璃纤维相比，天然纤维具有相对低的密度和高的刚度，其力学性能与玻璃纤维相当，且来源丰富、价格低廉、可再生、可降解。

复合材料要取代木材制作乐器，关键是要具有与木材类似的声共振性和振动频谱特性，涉及到共振频率、比动态弹性模量、声辐射品质常数、声阻抗等表征指标，其中代表材料的动态弹性模量，代表材料密度。比动态弹性模量代表木材单位细胞壁物质的振动加速度，其值越大，振动木材振动效率越高；声辐射品质常数指材料的声辐射能力，即向周围空气辐射声功率的大小，应尽量选用声辐射品质常数较高的材料用作乐器的共鸣板（音板）；声阻抗代表介质对声波传播的阻力，主要与振动的响应特性有关，声阻抗较小，声学振动效率较高。综上可见，动态弹性模量是计算材料声学振动特性的一个关键指标，它的测定方法分为“共振测量法”和“波速测量法”，其中前者根据测得的材料共振频率计算，后者根据测得的材料传递弹性波的波速来计算。