專利名稱：由純碳纖維板制成鋼琴共振板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及 樂器的構(gòu)造技術，具體涉及一種用純碳纖維板制成鋼琴共振板的設計和制造技術。
背景技術：
鋼琴音板作為鋼琴聲音的靈魂，是決定鋼琴音色，音量的重要組成部分之一。音板主要包括共振板和肋木?，F(xiàn)有的鋼琴的共振板通常采用優(yōu)質(zhì)木材，為一塊薄的板片，一般是由80到100毫米寬的板條拼粘而成。對用作樂器共振板的木材的要求不同于其他木材應用領域，它不但要求木材不能有開裂、節(jié)子、蟲眼等缺陷，而且對木材的密度、年輪寬度、年輪數(shù)及微觀特征等都有具體的要求。在共振板的橫年輪方向上粘著肋木，即在共振板的背面粘貼著依照一定間距和斜度排列開來的特殊形狀的木條。由于聲波在木材中順年輪方向的傳播速度為5000m/s左右，快于橫年輪方向的傳播速度1450m/s，為了使聲波以最快的速度沿著整個共振板傳播， 并且使整個共振板均勻地振動起來，就要使聲波在順年輪方向和橫年輪方向的傳播速度的差距盡可能地縮小，肋木的存在，在很大程度上降低了共振板順紋理與橫紋理方向之間振動傳播速率的差異。歸納起來，實木材料做共振板的優(yōu)點是根據(jù)不同品質(zhì)木材，傳音效果不同，但整體傳音效果、音質(zhì)保持性能優(yōu)于復合材料；缺點抗張力、抗溫度濕度性能較復合板差，經(jīng)過嚴格篩選、成型、干燥處理后，可以保證品質(zhì)優(yōu)良，這對選材和技術的要求較高，大大提高了造價。并且由于處理的方法或程度不同，仍不能避免濕度和溫度的變化對音準穩(wěn)定的影響，甚至導致共振板的開裂。為了避免木質(zhì)材料做鋼琴共振板的缺陷，鋼琴的共振板也開始采用復合材料，復合材料的優(yōu)點是抗張力、抗溫濕度強，生產(chǎn)成本(材料、技術)較低，價格較低，鋼琴復合材料共振板從根本上解決了長期存在的共振板開裂問題，由共振板開裂而造成一系列影響鋼琴聲學品質(zhì)的困擾也隨之消失；缺點傳音效果差，音質(zhì)保持能力差，使用2到3年就會出現(xiàn)不同程度的“回音”，音質(zhì)下降，這是由于復合共振板是橫向拼接制造，膠層影響聲音傳播造成的，因此多層板鋼琴只考慮機械質(zhì)量而不考慮聲學品質(zhì)，一般多做為初學用琴或練習琴，到了鋼琴程度較高時，很多曲目在這種琴上就很難彈奏出“感覺” 了?？傊?，現(xiàn)有鋼琴采用的共振板材料存在一定的問題，尋找性能優(yōu)異的新材料，運用新制造技術，是鋼琴制造領域的重要課題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有鋼琴共振板的上述問題，本實用新型在共振板材料和結(jié)構(gòu)上提出了新的技術方案。隨著新材料技術的發(fā)展，碳纖維材料以其獨到的優(yōu)越性，受到人們的青睞， 以往，碳纖維板的制造工藝不成熟，為了利用碳纖維的優(yōu)越性，也有人曾嘗試用三層松木片中間夾兩層碳纖維布，最外面各加一層鋁鎂合金的辦法制成鋼琴的共振板，但技術尚不成熟。而今，隨著碳纖維材料制造技術的不斷成熟，給鋼琴共振板的選材帶來了新的契機。為了使鋼琴的共振板對聲輻射具有良好的頻響特性，對其理想材料的要求是密度盡量小，材質(zhì)輕，模量盡量高，力學性能均衡一致。經(jīng)過設計和處理，碳纖維材料可以很好地滿足這些要求。就模量而言，松木遠不及鋁鎂合金，鋁鎂合金遠不及碳纖維，純碳纖維制成的碳纖維板的模量遠高于鋁鎂合金板、松木板以及鋁鎂合金板、松木板加上碳纖維布制成的復合板。就比模量而言，第一代材料是鋼，第二代材料鋁鎂合金，碳纖維是比模量遠大于前二代材料的第三代材料，享有新材料之王的美譽。隨著碳纖維板加工工藝的提高，在建筑上碳纖維板以它優(yōu)異的高強度、耐疲勞性等優(yōu)越能，已取代鋼材等成為橋梁、建筑加固材料之首選。我們的新技術方案亦是考慮在鋼琴上利用這種新材料的優(yōu)越特性。本實用新型的設計目的即是提供一種用碳纖維板為基體制作的具有優(yōu)良特性的全新鋼琴共振板一種由純碳纖維板制成的鋼琴共振板，其特征在于，所述的鋼琴共振板是由碳纖維板制成的，其厚度在1至1. 5毫米范圍。如上所述的鋼琴共振板，其特征在于，在所述的鋼琴共振板上雙面或單面粘著木質(zhì)材料，木質(zhì)材料為2mm厚的白松木薄木單板。用碳纖維板作為鋼琴共振板的優(yōu)點是1、輕質(zhì)、高模量、高強度、不變形、不開裂、抗疲勞、抗腐蝕，抗溫度濕度等環(huán)境條件變化等，達到音質(zhì)傳真，提高鋼琴音板頻響特性的目的。2、采用縱橫交織技術，可以避免聲音在木質(zhì)材料中傳播時因木材結(jié)構(gòu)帶來的各向異性傳播特性，因此可以減少或取消肋木。3、具有易于制造、運輸和養(yǎng)護的優(yōu)點。4、此外，本實用新型的設計適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，可達到節(jié)約木材，保護生態(tài)環(huán)境，提高成品率，增加經(jīng)濟效益等目的。
圖1是由碳纖維板制成的共振板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是縱向單層碳纖維布編織的紋理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是橫向單層碳纖維布編織的紋理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方案實施例1 本實用新型提供一種由純碳纖維板制成的鋼琴共振板，如圖1共振板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖所示，共振板是由相鄰層編織方向縱橫交叉的碳纖維布疊加制作，圖1中1 指示縱向編織的碳纖維布的示例；圖1中2指示橫向編織的碳纖維布的示例；圖1中3指示可選的表板。在圖2和圖3中分別示意了單層碳纖維布縱向和橫向編織的紋理結(jié)構(gòu)。本實用新型提供的鋼琴共振板的制法把高模量(大于300GPa)的T700碳纖維編織成碳纖維布，再將多層布浸漬環(huán)氧樹脂，通過真空吸附高溫(130°C)、高壓(500噸壓機)，制成比模量遠高于目前所有板材的高密度碳纖維板，厚度在1. 0-1. 5毫米范圍，亦可雙面 或單面粘著木質(zhì)材料，如2mm厚白松木薄木單板。測試方法對設計和制造的鋼琴共振板進行了以下測試1、采用振動法研究了板的彈性模量、剪切模量、泊松比。2、測量了共振板的聲阻抗、聲輻射品質(zhì)常數(shù)。3、專家主觀評價。專家主觀評價是鋼琴聲學品質(zhì)評價的一個重要方法，它是用人的聽感對音樂信號作出定量或定性的評價，相對于客觀評價來說，這種方法比較容易實現(xiàn)， 而且與評價目標最為吻合。樂器音質(zhì)的好壞最終是反映到人的心理感受上，所以人耳對樂器產(chǎn)品聲學品質(zhì)的綜合感受是最為關鍵的環(huán)節(jié)。有的樂器雖然各項客觀檢測指標都出類拔萃，但綜合聽覺感受不佳。4、共振板、音板中的聲振動傳播測量方式為將傳感器放置于共振板的多個規(guī)定位置，首先利用敲擊音測定試件頻響特點、再測試共振板對鋼琴的高音、中音、低音的響應， 捕捉共振聲波，對采集的聲波做快速傅里葉變換(FFT)，分析振動頻譜，用計算機軟件加以處理和分析，將樂器制作中原本憑借經(jīng)驗辨別樂器音色的傳統(tǒng)方法，直觀地、量化地呈現(xiàn)出來。最后在同等實驗條件下得到現(xiàn)有鋼琴的頻響特性，二方面進行對比分析，得到頻響差異數(shù)據(jù)。5、測試有無肋木的存在對共振板響應特性的差異，從而判斷聲音傳播速率的差
已測試結(jié)果通過測試主要表征樂器共振板振動效率品質(zhì)的物理量和力學性能參數(shù)，得到制成的共振板具有聲輻射品質(zhì)常數(shù)大，聲阻抗小，聲功率大，彈性模量高的特點，具有較為理想的共振板材料的特性。專家鑒定，用碳纖維板為基體的鋼琴共振板音色優(yōu)美、高音明亮、中音柔和、低音渾厚、音域連貫、聲音純凈，具有良好的聲學品質(zhì)。有無肋木的存在，沒有對音板的傳聲效果產(chǎn)生明顯有差異的影響。重復實驗結(jié)果穩(wěn)定，所實用新型的鋼琴共振板的質(zhì)量和性能易于得到穩(wěn)定保障。
權利要求1.一種由純碳纖維板制成的鋼琴共振板，其特征在于，所述的鋼琴共振板是由碳纖維板制成的，其厚度在1至1. 5毫米范圍。
2.如權利要求1所述的一種鋼琴共振板，其特征在于，在所述的鋼琴共振板上雙面或單面粘著木質(zhì)材料，木質(zhì)材料為2mm厚的白松木薄木單板。
專利摘要本實用新型提供一種鋼琴共振板，其特征在于共振板是由純碳纖維板制成的，其厚度在1到1.5毫米范圍，為美觀起見，在共振板的雙面或朝向鋼琴外側(cè)的單面上粘著優(yōu)良的薄木質(zhì)材料，如白松木薄板。由碳纖維板制成的鋼琴共振板不僅具有輕質(zhì)、高模量、高強度等優(yōu)越性，并保證了共振板聲輻射性能的各向一致性，可提高共振板頻響特性，達到創(chuàng)新聽覺的效果，也避免了木質(zhì)共振板易于變形、開裂和受環(huán)境影響的弊端，可增加共振板的使用壽命。
文檔編號G10C3/06GK201946282SQ20102021607
公開日2011年8月24日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權日2010年6月7日
發(fā)明者周萬昊, 趙振偉 申請人:周萬昊, 趙振偉