李金朋

（哈爾濱師范大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150080）

一、傳統(tǒng)木琴琴鍵的振動(dòng)特性

現(xiàn)如今的音樂學(xué)者們將過去和現(xiàn)在的樂器設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)，將樂器分為四種：體鳴樂器、膜鳴樂器、弦鳴樂器和氣鳴樂器。體鳴樂器是振動(dòng)體本身發(fā)出的，無需使用膜或弦，如木琴。木琴在亞洲和非洲等國(guó)家在使用，是知名的古老旋律樂器之一，是有兩排長(zhǎng)度漸近的琴鍵按照音高排列組成，排列方式與鋼琴黑白鍵相同，在每一個(gè)琴鍵的下方放置共鳴管，用以增強(qiáng)并延長(zhǎng)琴鍵發(fā)出的聲音，并具有耐用性，能夠承受琴槌的敲擊并具有良好的共振效果，常年使用時(shí)仍有可維持相同音高，制作木琴琴鍵時(shí)，透過底部切削呈拱形，減少低頻琴鍵的長(zhǎng)度以及調(diào)整木琴的泛音。

木琴材料音樂性能主要取決于密度、彈性和內(nèi)部摩擦，木琴材料的選擇，內(nèi)部摩值為重要的音樂性質(zhì)，優(yōu)質(zhì)的傳統(tǒng)木琴用材宏都拉斯黃檀木的摩擦值為0.25%-0.55%，相比于其他闊葉樹木有較低的內(nèi)部摩擦值。內(nèi)部摩擦和動(dòng)彈性系數(shù)具有緊密的關(guān)系，動(dòng)彈性系數(shù)不能完全預(yù)測(cè)內(nèi)部摩擦值。此外，在音樂性質(zhì)尚有聲音轉(zhuǎn)換效率和音波抗阻值可作為參考依據(jù)，聲音轉(zhuǎn)換效率為動(dòng)彈性系數(shù)。動(dòng)彈性系數(shù)、密度和內(nèi)部摩擦力兩個(gè)因素的綜合考量，尤其在其他材料互相比較時(shí)，可作為較佳的評(píng)估指標(biāo)，而音波阻抗值作為一個(gè)介質(zhì)振動(dòng)的能量傳播至另一介質(zhì)的衰減，由內(nèi)部摩擦力和音波輻射所造成。在樹木中，具有較高的音波抗阻值和相當(dāng)?shù)偷穆曇艮D(zhuǎn)換效率，在聲學(xué)上是沒有優(yōu)勢(shì)的。

二、木理及年輪傾斜角對(duì)音樂性的影響

木理為決定琴鍵材質(zhì)的重要指標(biāo)之一，以云杉板材為例，其音樂性質(zhì)結(jié)果表示，順木理的方向的音樂特性均比斜走木理和橫向木理為佳，音樂特性有隨木理傾斜角的增大而明顯劣化的趨勢(shì)。專家指出，云杉的板材的木理傾斜角有0°至30°為止，彈性系數(shù)急速減少，當(dāng)木理傾斜角超過30°以上時(shí)，彈性系數(shù)的減少趨勢(shì)降低，而內(nèi)部摩擦值為選擇合適木材音樂材料的指標(biāo)，在木理傾斜角50°為止，內(nèi)部摩擦急劇增加，當(dāng)木理傾斜角超過50°時(shí)，內(nèi)部摩擦的增加持續(xù)減緩。故木理傾斜角增大時(shí)，內(nèi)部摩擦?xí)兇?，其?duì)數(shù)衰減率會(huì)增加，但木理傾斜角較小時(shí)，是不會(huì)受影響的。

三、含水率對(duì)木材振動(dòng)特性的影響

樂器的聲音是會(huì)被天氣條件所影響的，木材主要成分是纖維素和半纖維素，均為吸水性物質(zhì)，將木質(zhì)樂器長(zhǎng)期暴露于空氣中，木材音樂性質(zhì)受到空氣中的水分影響，如密度，動(dòng)彈性系數(shù)，內(nèi)部摩擦音樂特性有隨木材含水率增加而變差的趨勢(shì)。含水率與動(dòng)彈性系數(shù)之間的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)，以及彈性系數(shù)隨含水率增加而降低，尤其在含水率30%以下時(shí)更為明顯。

木材材料的彈性性能是有纖維素和半纖維素兩者相結(jié)合組成，而黏彈性的基本材料主要為木質(zhì)素和部分的半纖維素，以這些成分確定兩者的動(dòng)態(tài)特性，也隨著含水率最高的變化而不同。細(xì)胞壁含水率的增加，對(duì)木材化學(xué)改變的振動(dòng)特性產(chǎn)生重大影響。一般來說，木材改變的結(jié)果會(huì)造成細(xì)胞壁內(nèi)的含水率降低內(nèi)部摩擦力下降。在含水率為3%時(shí)，動(dòng)彈性系數(shù)有最大值而內(nèi)部摩擦值最小，而含水率在6%以上時(shí)，內(nèi)部摩擦隨著含水率的增大而增大。

學(xué)術(shù)表明經(jīng)溶劑抽出處理的巴西木，在相對(duì)較低溫度的環(huán)境下，其萃取物對(duì)木材直接形成氫鍵，降低整體含水率，有利于音樂性質(zhì)；在高相對(duì)濕度的環(huán)境，其萃取物于木材直接形成氫鍵以外，尚有大量的水分和萃取物作為增塑劑的干擾，不利于音樂性質(zhì)。整體而言，相對(duì)濕度80%以下與90%以上調(diào)濕后木材有著地域差異性，其他音名琴鍵也有相同情況。這可能在相對(duì)濕度80%以下時(shí)，木材所吸收的水分主要在纖維的非結(jié)晶區(qū)中，90%以上時(shí)隨著水分容積效應(yīng)，造成結(jié)晶區(qū)部分變?yōu)樗值男挛c(diǎn)，使微纖維、纖維素鍵間的結(jié)合力減弱，水分有如塑化劑般導(dǎo)致木材彈性系數(shù)降低，間接的造成共振頻率降低。

四、木材抽出處理對(duì)木材振動(dòng)特性的影響

在論文指出，將非洲花梨木進(jìn)行特性和非極性溶劑的抽出處理，經(jīng)溶劑處理后，結(jié)果以非洲花梨木的動(dòng)彈性系數(shù)明顯減少，而衰減系數(shù)明顯增加，以甲醇溶劑的效果最為明顯，而衰減系數(shù)明顯的增加，以甲醇溶劑的效果最為明顯，衰減系數(shù)為60%。

但并不是所有的抽出處理都是呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)證明白桑樹和胡桃樹在蒸餾水50攝氏度浸泡24小時(shí)的熱水抽出處理，內(nèi)部摩擦值降低，所以抽出處理后的振動(dòng)性質(zhì)依據(jù)樹種而決定。此外，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)蒸餾水在120攝氏度盡心，熱水抽出處理1～7天，其結(jié)果有助于改善云杉木質(zhì)樂板的音樂品質(zhì)。在熱水處理過程中，木材降解的第一種成分是半纖維素，有明顯下降比例。