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：
本發明涉及樂器的制造技術，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。現有 鋼琴音板主要包括共振板和肋木。現有的鋼琴的共振板通常采用優質木材，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、節子、蟲眼等缺陷，而且對木材的密度、年輪寬度、年輪數及微觀特征 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音板傳播，并 且使整個音板均勻地振動起來，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點是根據不同品質木材，傳音效果不同，但整 體傳音效果、音質保持性能優于復合材料；缺點抗張力、抗溫度濕度性能較復合板差，經 過嚴格篩選、成型、干燥處理后，可以保證品質優良，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定的影 響，甚至導致共振板的開裂。為了避免木質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 合材料的優點是抗張力、抗溫濕度強，生產成本(材料、技術)較低，價格較低，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 學品質的困擾也隨之消失；缺點傳音效果差，音質保持能力差，使用2到3年就會出現不 同程度的“回音”，音質下降，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量而不考慮聲學品質，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。總之，現有鋼琴采用的共振板材料存在一定的問題，尋找性能優異的新材料，運用 新制造技術，是鋼琴制造領域的重要課題。
發明內容
為了解決現有鋼琴共振板的上述問題，本發明在共振板材料和結構上提出了新的 技術方案。隨著新材料技術的發展，碳纖維材料以其獨到的優越性，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，材質輕，模量盡量高，力學性能均衡一致。經過設計和處理，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 碳纖維板以它優異的高強度、耐疲勞性等優越能，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越特性。本發明的目的即是提供一種用碳纖維板為基體制作的具有優良特性的全新鋼琴 共振板。用碳纖維板作為鋼琴共振板的優點是1、輕質、高模量、高強度、不變形、不開裂、抗疲勞、抗腐蝕，抗溫度、濕度等環境條 件變化等，達到音質傳真，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材料中傳播時因木材結構帶來的各向 異性傳播特性，因此可以減少或取消肋木。3、具有易于制造、運輸和養護的優點。4、此外，本發明的設計適合產業化生產，可達到節約木材，保護生態環境，提高成 品率，增加經濟效益等目的。
圖1是由碳纖維板制成的共振板結構示意圖。相鄰層的編織方向縱橫交叉，其中和①一致的奇數層為縱向編織的碳纖維布；和 ②一致的偶數層為橫向編織的碳纖維布；③為可選的表板材料，如木質材料等。圖2是縱橫單層碳纖維布編織的紋理結構示意圖。
具體實施方案本發明是這樣實現的把高模量(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 質材料，如白松木2mm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、聲輻射品質常數。3、專家主觀評價。專家主觀評價是鋼琴聲學品質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， 而且與評價目標最為吻合。樂器音質的好壞最終是反映到人的心理感受上，所以人耳對樂 器產品聲學品質的綜合感受是最為關鍵的環節。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音板的多個規定位 置，首先利用敲擊音測定試件頻響特點、再測試音板對鋼琴的高音、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驗辨別樂器音色的傳統方法，直觀地、量化地呈現出來。 最后在同等實驗條件下得到現有鋼琴的頻響特性，二方面進行對比分析，得到頻響差異數 據。5、測試有無肋木的存在對音板響應特性的差異，從而判斷聲音傳播速率的差異。
測試結果通過測試主要表征樂器共振板振動效率品質的物理量和力學性能參數，得到制成 的共振板具有聲輻射品質常數大，聲阻抗小，聲功率大，彈性模量高的特點，具有較為理想 的音板共振板材料的特性。專家鑒定，用碳纖維板為共振板的鋼琴音板音色優美、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。有無肋木的存在，沒有 對音板的傳聲效果產生明顯有差異的影響。重復實驗結果穩定，所發明的鋼琴共振板的質 量和性能易于得到穩定保障。
權利要求
由純碳纖維板制成鋼琴共振板，其基體材料為純碳纖維制成的碳纖維板，是通過把高模量的碳纖維編織成碳纖維布，再將多層布浸漬環氧樹脂，通過真空吸附高溫高壓制成。
2.在所制成的碳纖維板上雙面或單面粘著優良木質，如白松木薄板。
3.采用純碳纖維板制成的音板可不用肋木或減少肋木使用數量。
全文摘要
通過把高模量的碳纖維編織成碳纖維布，再將多層布浸漬環氧樹脂，通過真空吸附高溫高壓，制成比模量遠高于目前所有板材的碳纖維板，以此制成鋼琴的共振板，代替原有木質共振板制成音板，達到創新聽覺，在“能量零損耗”情況下，產生不可思議的清純悠久的泛音。本發明充分利用了碳纖維材料的輕質、高模量、高強度、不變形、不開裂等優越特性，新的結構設計保證了共振板力學性能和聲輻射性能的各向一致性，實驗結果表明，所制成的音板具有結構和性能的雙重穩定性，并且音質純美悠久，達到提高鋼琴音板頻響特性的目的，同時達到了避免實木共振板易于變形，開裂和受環境影響，增加音板使用壽命和降低成本的目的。
文檔編號G10C3/06GK101872608SQ20101019213
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者周萬昊, 趙振偉 申請人:趙振偉;周萬昊