泡桐木以其良好的導音性能,廣泛用在以板材為導音材料的民族樂器上,如古箏、二胡、琵琶等。而作為西洋樂器的鋼琴,通常都用云杉來制作音板。如果用泡桐木來制作鋼琴音板,效果會怎么樣呢?下面,我們通過研究這些樹種振動模態的異同,來看看泡桐木在鋼琴上的應用前景。
鋼琴音板上粘合了弦碼和肋木,我們通常把去除了弦碼和肋木的音板稱為光板。圖1和圖2分別是云杉光板和泡桐木光板的頻率響應圖。圖中每一條曲線代表一次敲擊的頻率響應。從這兩種光板的頻率響應圖可以看出,泡桐木光板的波峰幅度最大。
泡桐木和云杉光板的第一階模態頻率較低。而在阻尼系數方面,泡桐木光板總體來說要比云杉光板大一些,特別是在第一階模態上。并且在400 Hz內,泡桐木光板的模態密度最低,即模態階數最多。
從原則上來說,第一共振頻率越低,鋼琴最低音的表現就越好。但低頻成分的豐富與否,不僅決定于第一共振頻率,也決定于低頻段內單位頻率范圍內共振模態的個數和阻尼系數。共振頻率個數越多,并且在所研究的數值范圍內,阻尼系數越大,鋼琴的低音成分就越豐富。同樣的道理,中頻段和高頻段的表現,同樣決定于該頻段內單位頻率范圍內共振模態的個數和阻尼系數。即共振頻率個數越多,阻尼系數越大,鋼琴在該頻段的成分就越豐富。另外,由于鋼琴音板在整個鋼琴中的作用類似于濾波器和放大器,因此,模態共振頻率與音階的接近程度也有著非常重要的作用,如果共振頻率與音階差別較大,即使某頻段內單位頻率范圍內共振模態的個數較多和阻尼系數較大,實際演奏時該頻段的效果也不會好。
根據上述原則,可以認為,就樹種而言,泡桐木光板的綜合表現應優于云杉光板,理由如下:雖然泡桐木光板的第一階共振頻率比云杉光板的略高,但泡桐木光板0 Hz-400 Hz的頻率范圍內其模態階數較多,即共振峰較多;泡桐木光板的阻尼系數總體比云杉光板的要大;泡桐木光板的波峰幅度比云杉光板大。
主要結論:我們認為用泡桐木來制作鋼琴音板有很好的前景。但需要考慮的是,實際上鋼琴音板的振動模態還受弦碼、肋木的排列及音板的自身厚度等的影響,我們要根據泡桐木的特點,專門設計弦碼、肋木的排列及音板的厚度,這樣才會有好的效果。
表1 樹種不同光板的模態參數
云杉
泡桐木
模態階數
頻率 (Hz)
阻尼系數 (%)
頻率 (Hz)
阻尼系數 (%)
第1階
42.7
1.9
47.9
4.2
第2階
61.2
2
61.7
1.2
第3階
101.4
2.8
95.3
1.8
第4階
118.4
1.4
108.4
2.1
第5階
131.3
2.4
123.8
1.5
第6階
144.6
1.2
152.1
1.1
第7階
176.8
1.5
163.8
0.8
第8階
207.2
1.1
193.7
1.1
第9階
228.6
0.8
205.6
2.1
第10階
240.9
1.2
231.6
0.9
第11階
269.1
0.9
239.5
1.1
第12階
302.7
0.8
253.1
1.1
第13階
319.6
0.9
262.9
1.2
第14階
327.7
0.9
295.5
1.0
第15階
370.6
0.5
305.8
1.1
第16階
381.8
0.6
319.1
0.9
第17階
—
—
329.7
1.1
第18階
—
—
354.0
0.8
第19階
—
—
364.7
1.0
第20階
—
—
381.3
0.7