声学木材的阻尼效应和传导分析简介

乌托邦Guitar

木材的阻尼对声音的传播影响

声音通过媒介来传播：流水，金属，木材，塑料，空气...越稠密越硬的媒介，声音传播得越有效率、越清晰。

随着媒介变得更稀疏，并且中间多孔，声音就会被阻挡或吸收，并且效能和清晰度降低，这我们称之为阻尼值。

木材中的振动阻尼值取决于木材的多孔结构类型，当然还有其他的因素：密度、湿度、生长年限等，但这个是其中的一项参考标准。

                             乌托邦吉他#575H FCL 凤凰

声音能量能被任何表面反射出去，越平滑的表面反射效果越好。随着表面变得不平滑，声波会扩散，并转移到更大的空间，任何一个特定方向的声压都会减少。

如果表面是光滑并凸起的，声音会被扩散到有限的位置。如果表面是凹的，声音会聚焦在远处一个特定的点。

在抛开上漆或抛光的考量之下，平滑表面处理，对于减少发散和衰减是很重要的。

声音能量会被柔软、多孔，或隔板状的表面吸收，材质越厚，衰减性越强。声音能渗透很深，却不会反弹。

所以避免三种：软、多孔、隔板状的表面很重要，声音在穿过一个没有弹性的材料时也会衰减。

乌托邦吉他#562H 月亮

钢琴、吉他、提琴、扬琴，琵琶和古筝等乐器都有一块较薄的木板，它的周边牢固地胶粘在框体上，在接受弦的击振后，作出响应频率的受迫振动。

因此板与空气接触面积较大，可以使周围的空气波动，增加弦的音量，同时还可以使声音悦耳动听，故可统称此板为音板。

乐器对音板有下述要求：

1.音板应该把从弦振动所获得的能量，大部分转变为声能辐射到空气中去 ，而损耗在音板材料内的摩擦和框体上的能量应尽量小，使发出的声音具有较大的音量和足够的持久性。

2.从音板辐射到空气中的声音，应具有优美悦耳的音色，以满足人对乐器的功能性体验要求。

3.音板应被调节至能均匀地增强来自弦的不同频率、不同强度的声音的辐射能力，以保证乐器的音量、音色和延时的均匀性，但也可按制琴师所要实现的声音方向进行调节。

4.传递给音板的能量，开始的一瞬间要克服音板材料的惯性阻力，这种惯性阻力愈大，能量的损耗就愈快。因此，要求音板的惯性阻力应尽量小，使之容易振动，增大辐射能量。

乌托邦吉他#350H FCL 落叶

音板振动的辐射能量，也就是木材振动的辐射能量。它是由以下诸因素所决定的：

木材的传声速度；辐射阻尼；木材振动时，细胞间的内摩擦；弹性模量；木材的容积重；音板的几何形状等，在音板形状和尺寸基本确定的前提下，应该选择合适的材科制作。

在乐器行业中，制造乐器的音板，通常使用云杉、冷杉、雪松和桐木等容积重小，材质较坚而且轻，弹性模量适中的木材制作。

为什么用云杉、雪松、桐木等木材制作乐器的音板呢?

要讲清这个问题，须从乐器材料学，振动学以及材料力学等科学理论论述木材的传声速度，辐射阻尼和对数衰减的具体内容。

乌托邦吉他#330H 海豚

木材是由管状的多细胞的物质组成的，声音可以在其内部传播。但声音在各种物质中的传播速度是有差异的。

在空气中时传播速度为330米／秒；在铁材料中时传播速度为5000米／秒；在钢材料中的传播速度为3900米／秒。

木材是各向异性的材料：三个切面上的传播速度是不同的，不同的树种传播速度亦不同，以松木为例：

顺纹(纵向)传播速度5000米／秒，径向传播速度1460米／秒，弦向传播速度 850米／秒，它们之间速比的近似值为6:2:1。

制琴师或专家用手指节或小木锤敲击木材，使其振动发音，辨别音的高低和音质的好坏等木材品质。

假若容易振动，声音出得来，并且音质响亮，厚实，是制作音板的好材料。

相反，木材发音迟钝，声音出不来，说明不易振动，不适宜做音板。此法是凭借经验和感觉对木材进行辨别。

为什么有的木材敲击时音出得来，而有的却出不来呢？根据本人的理解，可以从两个方面来论述：

一是木材的振动能量，向音响区域传播的损耗——辐射阻尼。

二是木材的振动能量，因细胞间的摩擦而产生内耗——对数衰减。

乌托邦吉他#300H 银杏

1. 辐射阻尼

木材振动时，向音响区域辐射的声能的损耗，称作辐射阻尼。从理论上分析和实践上的要求，木材振动的辐射阻尼，一般是越大越好。

2：对数衰减

音板振动时，如果不继续给予补充能量，因其细胞间的摩擦将会消耗能量，将会随时间的延长，是振幅逐渐减小，直到振动停止。振动学称这种现象的振动为衰减振动。

音板木材在振动时，有的衰减缓慢，有的却很快。从实际应用角度考虑，衰减快的木材是不适合制作音板的。

音板振动时细胞间的摩擦大（内耗大），故产生的能量低，一般是越低越好。

木材振动时，由细胞间的摩擦而产生的衰减理论和实际测量是比较复杂的。

乌托邦吉他#260H 麋鹿

在制造乐器时，选择音板用材时，常常以年轮的宽度和晚材率的多少为依据（而不用辐射阻尼和对数衰减计算），这是个适用的易被使用者所接受的办法。

木材的年轮宽窄均匀与否，对材质的影响是很大的。年轮狭窄的而且疏密均匀的木材强度高，材性较佳。制琴师和工程技术人员，常常用年轮的宽度来估计木材的强度大小。

根据针叶材的生长特性，年轮过宽或过窄都会降低木材的强度。年轮的宽度最好是均匀的，即整块面板的年轮要一样宽 。

实际上，树木在生长过程中受自然环境的影响，年轮的宽度是不均匀的。因而，各部位的传声速度、弹性模量和容积重也是有差异的。

这能直接影响到木材本身的声学性能 ，但实际上，在自然界里比较少见到年轮均匀一致的原木。