摘要：木材聲學(xué)振動(dòng)特性科學(xué)機理與評價(jià)方法的研究正逐漸興起，而針對竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的相關(guān)研究則少有報道。文中重點(diǎn)圍繞木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性，從聲振動(dòng)效率、音色和發(fā)音效果穩定性3個(gè)方面介紹木竹材聲學(xué)振動(dòng)性能的定量評價(jià)方法；從不同尺度（宏觀(guān)—微觀(guān)）、不同層次（化學(xué)組分—物理性質(zhì)）和不同方式（選材—加工）3個(gè)方面闡述其主要影響因素；在此基礎上，總結樂(lè )器用木竹材聲學(xué)特性功能性改良的主要方法，并提出今后科學(xué)研究的具體建議。

關(guān)鍵詞：木材，竹材，樂(lè )器，聲學(xué)振動(dòng)，功能性改良

作者:江澤慧   鄧麗萍   宋榮臻   陳復明   劉杏娥

　　木竹材由于其特殊的解剖構造和材性特征，自古以來(lái)就是天然的樂(lè )器材料。無(wú)論是體鳴樂(lè )器、膜鳴樂(lè )器、弦鳴樂(lè )器、氣鳴樂(lè )器還是電子樂(lè )器，大多數樂(lè )器的重要構件均可由木、竹、皮革等天然材料制成。當前木竹材的研究主要集中在結構建筑用材等方面，而在樂(lè )器用材方面的研究相對較少。竹材是唯一一種能夠單獨制造所有類(lèi)別樂(lè )器的天然材料，包括管樂(lè )器、打擊樂(lè )器、弦樂(lè )器甚至琴弦等。隨著(zhù)人們對精神文化需求的增加及天然名貴樂(lè )器用材的減少，通過(guò)木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性研究開(kāi)發(fā)高附加值木竹產(chǎn)品，有利于促進(jìn)材料科學(xué)與音樂(lè )藝術(shù)的有機融合，具有重要的科學(xué)與文化價(jià)值。

　　本文將重點(diǎn)圍繞木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的研究現狀，從樂(lè )器用木材與竹材的聲學(xué)振動(dòng)性能的評價(jià)參數、影響因素及其功能性改良方法3個(gè)方面進(jìn)行分析，以期為揭示木竹材聲學(xué)振動(dòng)機理、木竹制樂(lè )器聲學(xué)品質(zhì)客觀(guān)評價(jià)方法及指導樂(lè )器行業(yè)科學(xué)選材等提供理論參考和科學(xué)方法。

　　1木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性評價(jià)參數

　　音調、音色和響度是組成聲音的三要素。音調的高低由基頻的振動(dòng)頻率決定，由樂(lè )器的弦或管的長(cháng)短、粗細與松緊來(lái)調整。音色可從發(fā)聲體材質(zhì)、演奏者技巧和聽(tīng)眾的感受等方面來(lái)作主觀(guān)判斷。發(fā)音體的振動(dòng)一般是由多種諧音組成的，其中有基音（整體振動(dòng)）和泛音（二階、三階、四階等部位振動(dòng)），泛音的多寡（頻率和波形）及泛音之間互相強弱（振幅、相位等）關(guān)系等決定音色。響度的大小由振幅決定，樂(lè )器演奏中的強弱變化就能改變音量。因此，樂(lè )器的制造材料、特殊結構、加工工藝、振動(dòng)部位等諸多因素影響其聲學(xué)品質(zhì)。

　　木竹材具有良好的聲學(xué)振動(dòng)特性是其能夠用于制作共鳴板、共鳴筒等樂(lè )器構件的重要依據。將琴弦的振動(dòng)放大并傳播到空氣中，聽(tīng)眾才能由此聽(tīng)到各種樂(lè )音。木竹材振動(dòng)效率的高低是評價(jià)材料是否適于制作樂(lè )器共鳴構件的基本標準。若要制作品質(zhì)上乘的樂(lè )器產(chǎn)品，在對共鳴材料振動(dòng)效率嚴格要求的基礎上，還要求材料具有優(yōu)良的音色表現，即能夠輻射出悅耳動(dòng)聽(tīng)的樂(lè )音。此外，由于木竹材對環(huán)境溫濕度比較敏感，樂(lè )器共鳴構件用木竹材還要具有一定的抵抗外界溫濕度變化能力，以保證穩定而良好的發(fā)音效果。對木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的評價(jià)參數主要總結為振動(dòng)效率、音色和發(fā)音效果穩定性評價(jià)3個(gè)方面。

　　1.1 振動(dòng)效率評價(jià)參數

　　1）比動(dòng)彈性模量，表示竹材或木材順紋方向細胞壁的平均動(dòng)彈性模量，其值越大，材料振動(dòng)效率越高為動(dòng)彈性模量。

　　2）聲阻抗，又叫特性阻抗，表示的是在聲振動(dòng)傳播過(guò)程中（特別是當振動(dòng)能量從聲阻抗為z1的一種介質(zhì)傳輸到另一種聲阻抗為z2的介質(zhì)時(shí)）受到阻力的大小。

　　3）聲輻射品質(zhì)常數，描述了物體的振動(dòng)因聲輻射而衰減的程度。尤其是對于體鳴樂(lè )器和音板，R越大發(fā)出的聲音越響亮。

　　4）損耗角正切，表示每個(gè)振動(dòng)周期內熱損耗能量與介質(zhì)存儲能量之比。其值越低，振動(dòng)效率越高、衰減速度越慢，樂(lè )音越飽滿(mǎn)且有余韻。

　　1.2 音色評價(jià)參數

　　評判音色是對材料振動(dòng)的頻譜特性進(jìn)行分析。對樂(lè )器音板和共鳴箱的要求之一是能夠將來(lái)自弦的各種頻率的振動(dòng)很均勻地增強并輻射出去，以保證聲音在整個(gè)頻域的均勻性，其體現為從基頻開(kāi)始向各高次諧頻峰值連接形成的“包絡(luò )線(xiàn)”（隨頻率升高而下降）的平緩連續程度。

　　動(dòng)彈性模量與動(dòng)剛性模量之比是描述材料在外力作用下變形方式的指標，其幅頻特性（傳遞函數的幅值隨被測頻率的變化規律）與“包絡(luò )線(xiàn)”特性十分相近，兩者測量值呈緊密正線(xiàn)性相關(guān)。用/G間接表示頻譜特性曲線(xiàn)的“包絡(luò )線(xiàn)”特性，其值越大表明頻譜在整個(gè)頻域內分布越均勻，音色效果越好，給人以親切、自然的聽(tīng)覺(jué)感受。

　　1.3 發(fā)音效果穩定性評價(jià)參數

　　作為發(fā)音效果穩定性評價(jià)參數，聲轉化率（ACE）值越大，發(fā)音效果穩定性越好。

　　2 木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的影響因素

　　影響木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的因素主要包括材料宏觀(guān)構造、微觀(guān)構造、化學(xué)組分及物理性質(zhì)等內在因素，以及采伐時(shí)間、選材部位、鋸切方式等外在加工條件。目前對竹材宏觀(guān)及微觀(guān)構造與其聲學(xué)振動(dòng)性能相關(guān)性的研究較少。這可能是由于竹子的種類(lèi)和數量遠不及樹(shù)木，且在世界范圍內分布不均，同時(shí)還受到自身形狀及尺寸的制約，不能滿(mǎn)足部分樂(lè )器構件的尺寸及美學(xué)要求，造成對竹材聲學(xué)振動(dòng)特性及聲學(xué)品質(zhì)研究的廣度和深度遠不及木材。

　　2.1 宏觀(guān)構造

　　樂(lè )器用木材與竹材的宏觀(guān)構造特征在材料初期篩選階段發(fā)揮著(zhù)重要作用，如木材的生長(cháng)輪與晚材率、竹材的梯度結構等，通過(guò)簡(jiǎn)單識別即可對材料優(yōu)劣進(jìn)行初步篩分。闡明其宏觀(guān)構造與聲學(xué)振動(dòng)特性間的相關(guān)關(guān)系，是推動(dòng)樂(lè )器用木竹材實(shí)現科學(xué)選材的首要步驟。

　　國內外有關(guān)木材宏觀(guān)構造與其聲學(xué)特性相關(guān)性研究已取得重要進(jìn)展。木材的生長(cháng)輪特征不僅與其物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，也是聲學(xué)振動(dòng)特性的重要影響因素。不同樹(shù)種，木材的生長(cháng)輪寬度、晚材率及其變異系數存在明顯差異。大多數云杉屬木材的生長(cháng)輪寬度在1.0~1.5mm時(shí)，其比動(dòng)彈性模量和聲輻射品質(zhì)常數較大且損耗角正切值較小，具有優(yōu)良的聲學(xué)振動(dòng)特性。云杉屬木材的晚材率與比動(dòng)彈性模量、聲輻射品質(zhì)常數及損耗角正切密切相關(guān)，其值在適宜范圍內時(shí)木材可達到優(yōu)良的聲學(xué)振動(dòng)特性。Obataya等研究認為，晚材率越小，比動(dòng)彈性模量和聲輻射品質(zhì)常數越大，聲學(xué)振動(dòng)性能越好；一般要求，樂(lè )器共鳴板用木材每個(gè)年輪的晚材率在1/4左右。

　　與木材不同，竹材在徑向沒(méi)有木射線(xiàn)，組成簡(jiǎn)單，主要由剛性的維管束與均勻的薄壁細胞構成。竹纖維的定向性好，且纖維體積分數從竹青到竹黃呈梯度分布，強度大、模量高。針對竹材的徑向梯度結構，王思敏等采用共振法分層測定了竹青、竹黃、竹節的密度和聲學(xué)振動(dòng)參數后發(fā)現，竹材中的聲速和動(dòng)彈性模量在徑向上也呈梯度分布，呈現由竹青到竹黃梯度下降的趨勢，且與密度呈明顯線(xiàn)性相關(guān)。這種性質(zhì)變化同樣存在于不同高度的竹稈中。張愛(ài)珍研究表明，竹材部位越高、竹節越長(cháng)，其動(dòng)彈性模量也越大。在徑向上和生長(cháng)方向上，竹材的聲學(xué)振動(dòng)性能均存在差異。

　　2.2 微觀(guān)構造

　　木竹材的微觀(guān)解剖構造，包括各類(lèi)細胞的形態(tài)參數、種類(lèi)、含量、細胞壁S2層微纖絲角等，與其聲學(xué)振動(dòng)特性均存在密切的內在聯(lián)系。

　　木材的纖維長(cháng)度、纖維長(cháng)寬比、管胞長(cháng)度、管胞壁厚、胞壁率、管胞壁腔比等解剖構造特征指標在一定范圍內時(shí)，木材具有最佳的綜合聲學(xué)振動(dòng)性能。解剖構造規則性和均一性好的木材其聲學(xué)品質(zhì)較好，導管和纖維形態(tài)對聲學(xué)品質(zhì)影響不明顯；軸向薄壁組織和射線(xiàn)是影響聲學(xué)品質(zhì)的重要因素；傍管型軸向薄壁組織含量少、木射線(xiàn)短、結構均勻且數量不多的木材聲學(xué)品質(zhì)良好。細胞壁S2層微纖絲角也是影響木材聲學(xué)振動(dòng)特性的重要構造特征，其值在適宜范圍內（9°~13°）越小，比動(dòng)彈性模量和聲輻射品質(zhì)常數越大，而聲阻抗及損耗角正切值越小，聲學(xué)振動(dòng)性能越優(yōu)良。竹材的微纖絲角與其在竹稈中所處高度呈負相關(guān)，即高度越高微纖絲角越小，聲學(xué)振動(dòng)特性越好。木竹材的微纖絲角對其聲學(xué)振動(dòng)特性的影響程度僅次于密度。

　　2.3 化學(xué)組分

　　因樹(shù)種和竹種不同，其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量及其對聲學(xué)振動(dòng)的影響存在差異。抽提物含量的降低、纖維素相對結晶度的提高，有利于聲學(xué)振動(dòng)性能的提升。

　　隨著(zhù)綜纖維素含量的增加，泡桐的比動(dòng)彈性模量和聲阻抗減��；隨木質(zhì)素含量的增加其值呈先減后增的趨勢。綜纖維素和木質(zhì)素對聲輻射品質(zhì)常數的影響不明顯，苯醇抽提物及1%NaOH抽提物含量與聲學(xué)振動(dòng)性能呈顯著(zhù)線(xiàn)性相關(guān)，1%NaOH抽提物含量較低時(shí)振動(dòng)性能較好。纖維素結晶度同樣與木材的聲學(xué)振動(dòng)性能密切相關(guān)，不同樹(shù)種木材的結晶度與聲學(xué)振動(dòng)參數間的關(guān)系也有所差異。隨著(zhù)纖維素結晶度的增加，吸濕性降低而E/G值上升，有利于提升振動(dòng)效率、發(fā)音穩定性及其音色表現。結晶度是聲學(xué)振動(dòng)特性的第3大影響因素，大多數木材在纖維素結晶度處于56%~65%時(shí)具有最優(yōu)的聲學(xué)振動(dòng)特性。

　　2.4 物理性質(zhì)

　　木竹材物理性質(zhì)對其聲學(xué)振動(dòng)特性的影響最大，材料的密度、含水率、干縮濕脹特性能夠對其聲學(xué)振動(dòng)效率、音色與發(fā)音效果穩定性產(chǎn)生直接影響。

　　1）密度。密度是影響竹木材聲學(xué)振動(dòng)特性最為重要的因素。隨著(zhù)密度的增大，其動(dòng)彈性模量、聲阻抗增大，而聲輻射品質(zhì)常數、tan/E減小，E/G與木材密度沒(méi)有固定的規律；當大部分樹(shù)種的密度為0.4~0.5g/cm3時(shí)具有較大的比動(dòng)彈性模量及良好的振動(dòng)性能。竹材密度與其在竹稈中所處的高度呈正相關(guān)，即高度越高，其密度與動(dòng)彈性模量越大。

　　2）含水率。含水率的變化不僅會(huì )影響材料的尺寸及發(fā)音效果穩定性，還會(huì )對其振動(dòng)效率及音色產(chǎn)生影響。隨著(zhù)含水率的降低，木材的動(dòng)彈性模量和比動(dòng)彈性模量顯著(zhù)增大，而與能量損耗相關(guān)的聲學(xué)振動(dòng)參數顯著(zhù)減小。當木材含水率降至7%左右時(shí)，其損耗角正切達到最小值，同時(shí)具有較高的比動(dòng)彈性模量，具有優(yōu)良的振動(dòng)效率及音色表現。與穩定含水率狀態(tài)下的木材相比，含水率變化狀態(tài)下的木材具有較低的動(dòng)彈性模量及較高的對數衰減率，且吸濕過(guò)程中對數衰減率的增加程度大于解吸過(guò)程。

　　3）干縮濕漲。木材與竹材等天然材料具有干縮濕脹特性，會(huì )因環(huán)境濕度的變化發(fā)生吸濕或者解吸，尺寸穩定性好的木竹材相對不易發(fā)生形變及開(kāi)裂，具有良好的發(fā)音穩定性。與木材相比，暴露在相對濕度變化環(huán)境中的竹材更容易開(kāi)裂。竹稈內側竹黃的密度低而吸放水分速率快，外側竹青密度大而吸放水分速率慢，導致內側的尺寸變化程度大于外側，產(chǎn)生內應力，從而發(fā)生竹材劈裂。

　　4）各向異性。木竹材具有正交各向異性，大部分木竹材的聲波傳播速度為縱向＞徑向＞弦向。這也正是各向異性材料適于制造樂(lè )器原因——木竹材縱向聲速大而響應頻率高，徑向聲速小而響應頻率低，可以獲得較寬的頻譜響應域范圍，由此滿(mǎn)足不同聲音特色樂(lè )器的聲學(xué)要求。

　　2.5 選材加工

　　決定木竹材聲學(xué)品質(zhì)的影響因素除了其自身的結構與性質(zhì)，科學(xué)合理地選材、鋸切加工、干燥等選材加工方式也是造就優(yōu)良樂(lè )器用材的必要條件。

　　1）選材。特定的樂(lè )器需要選用特定的竹種或樹(shù)種，輔以特殊的工藝制作完成。一般認為，樂(lè )器用竹木材較適宜在冬季下弦月月相時(shí)采伐，此時(shí)太陽(yáng)的能量及竹木的含水率和營(yíng)養量最低，干燥質(zhì)量最好，且遭受昆蟲(chóng)、真菌侵害的程度較低。同時(shí)，樂(lè )器材應避免夾皮、節疤、蟲(chóng)眼、斜紋、渦旋、偏寬年輪及腐朽的存在，并根據竹或木的順直程度、徑級、樹(shù)心的位置等因素看料下鋸。

　　2）鋸切加工。由于徑向板比弦向板的傳聲速度快且彈性模量高，為獲得滿(mǎn)足聲學(xué)性能要求的音板，原木必須采用徑向鋸切的方法。此外，共振音板的音質(zhì)優(yōu)劣還與板的厚度分布有關(guān)。一件好的樂(lè )器音色是十分豐富的，這就需要根據樂(lè )器音色的要求對音板厚度合理分布。

　　3）干燥方式。樂(lè )器用木材與竹材都需要經(jīng)過(guò)精心的干燥處理，尤其是用于制作高端樂(lè )器的材料，通常需要經(jīng)歷漫長(cháng)的自然干燥過(guò)程。為避免生長(cháng)應力及干燥缺陷對材料聲學(xué)品質(zhì)的不利影響，大多采用謹慎緩慢的自然干燥方式，在這一過(guò)程中竹材需要數月至數年，而木材則需要數年乃至數十年。

　　由此可見(jiàn)，生長(cháng)輪、晚材率、竹材梯度結構等宏觀(guān)構造以及細胞形態(tài)參數、微纖絲角等微觀(guān)構造特征均是在木竹材生長(cháng)過(guò)程中形成的，主要受立地條件的影響，一般只能通過(guò)營(yíng)林培育進(jìn)行適當調控，很難通過(guò)其他人工手段進(jìn)行直接改變。木竹材的選材、鋸切加工、干燥方式等因素則易于在人為選材和加工過(guò)程中直接進(jìn)行控制，而抽提物含量、纖維素相對結晶度等化學(xué)性質(zhì)以及密度、含水率等物理性質(zhì)，則可以通過(guò)一定的化學(xué)物理方法處理進(jìn)行改變。以上內因和外因是木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性改良的主要切入點(diǎn)。

　　3 木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的功能性改良方法

　　自然干燥會(huì )賦予木竹材最為優(yōu)質(zhì)的聲學(xué)振動(dòng)特性以及音色與發(fā)音效果穩定性，但耗時(shí)過(guò)長(cháng)，無(wú)法適應現代樂(lè )器生產(chǎn)節奏。為縮短樂(lè )器用材的處理時(shí)長(cháng)、增強其聲學(xué)品質(zhì)，目前主要采取物理、化學(xué)和生物處理方法對其聲學(xué)振動(dòng)特性進(jìn)行改良。雖然化學(xué)法改良效果明顯，但其安全性及環(huán)保性不如物理法和生物法。

　　3.1 化學(xué)處理

　　化學(xué)處理是木竹材材性改良常用的方法，通常使用1種或幾種化學(xué)試劑對木竹材進(jìn)行處理，以改善木竹材1個(gè)或多個(gè)方面的性能，如聲學(xué)振動(dòng)特性、尺寸穩定性、阻燃性、防腐性等。針對木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的改良，主要是改變引起其吸濕特性變化的化學(xué)基團與抽提物的含量，以實(shí)現聲學(xué)振動(dòng)特性的改善。

　　經(jīng)化學(xué)浸漬處理后，云杉屬木材的羥基間形成甲醛化交聯(lián)，使得其聲學(xué)效果穩定性與抗吸濕特性得到改善。分析上述木材不同頻段內振動(dòng)能量衰減后發(fā)現，改性處理木材順紋和橫紋方向的振動(dòng)內摩擦在150～500 Hz頻率范圍內分別降低了40%與50%，但高頻段的振動(dòng)內摩擦降低量較��；橫紋方向的比動(dòng)彈性模量提高了10%，而順紋方向的比動(dòng)彈性模量變化不大。采用適當的化學(xué)試劑處理可使木材內部形成一定的網(wǎng)絡(luò )結構，有效改善木材的聲學(xué)振動(dòng)性能。針對木質(zhì)吹管樂(lè )器的開(kāi)裂變形問(wèn)題，采用活性酚醛樹(shù)脂溶液和苯乙烯塑料單體分別處理硬木管樂(lè )器用材與低音雙簧管用材，均取得了良好的防開(kāi)裂、防變形效果。經(jīng)不同化學(xué)成分處理發(fā)現，刺猬紫檀木材的各類(lèi)抽提物含量與密度、動(dòng)彈性模量的數值呈正相關(guān)關(guān)系，與損耗角正切值呈負相關(guān)關(guān)系。

　　3.2 物理處理

　　物理處理法是通過(guò)物理或機械的方式，無(wú)需加水以外的化學(xué)試劑對木竹材進(jìn)行功能性改良，以提升其聲振動(dòng)性能、尺寸穩定性等。高溫熱處理和射線(xiàn)輻照處理是較為常用的物理改性方法。

　　3.2.1 高溫熱處理

　　高溫熱處理是樂(lè )器用材常用的改性方法，具有綠色安全、操作簡(jiǎn)單、效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。該方法對木竹材細胞壁組分及其聲學(xué)振動(dòng)性能的影響機制如圖1所示。在高溫（接近或高于200 ℃）、較低含氧量和水蒸氣（或惰性氣體、熱油等）保護下，木竹材內部的高分子組分和結構發(fā)生改變，材料的尺寸穩定性及耐候性得以提升。在該過(guò)程中，因細胞壁內耐熱性較差的半纖維素部分水解、纖維素結晶度提高、木質(zhì)素發(fā)生酯化反應而導致游離羥基數量顯著(zhù)減少，木竹材的吸濕性下降。同時(shí)，細胞腔中的淀粉、糖類(lèi)等有機營(yíng)養物質(zhì)受熱分解和揮發(fā)，木竹材的質(zhì)量下降，細胞內空腔體積增加，共振性能提升。然而，過(guò)高溫度和過(guò)長(cháng)時(shí)間則會(huì )導致木竹材的力學(xué)性能下降，材性變脆，降低其聲學(xué)振動(dòng)特性。

圖1 高溫熱處理對竹木材細胞壁組分及其聲學(xué)性能的影響機理

　　賈東宇選擇溫度分別為120、140、160、180、200及220 ℃，保溫時(shí)間為2 h，對杉木（Cunninghamialanceolata）進(jìn)行高溫熱處理后發(fā)現，隨著(zhù)處理溫度的升高，杉木木材密度、彈性模量、聲阻抗及對數衰減率等指標均下降，比動(dòng)彈性模量與聲輻射阻尼系數則提高，高溫熱處理杉木的音色不僅比未處理材好，整體效果甚至要優(yōu)于百年杉木及古杉木。但這與Kubojimd等對云杉（Piceastichensis Carr.）木材的研究結果稍有差異，即比動(dòng)彈性模量、比剪切模量在120、160 ℃的初始加熱階段先增加而后保持穩定，而在200 ℃加熱溫度下先增加后下降；縱向損耗角正切在所有加熱條件下均增加，而徑向損耗角正切在120℃條件時(shí)增加，在160和200℃條件時(shí)下降。與未處理的共鳴板用云杉木材相比，熱處理材的吸濕性降低，尺寸穩定性、耐久性及聲學(xué)振動(dòng)特性顯著(zhù)提高，更符合共鳴板用材的要求。竹材吸收100 ℃的桐油，密度和力學(xué)性能增加，而細胞結構與化學(xué)組分變化不大。在尺寸穩定性方面，油熱處理方法要優(yōu)于以空氣和氮氣為介質(zhì)的熱處理方法。然而，油熱處理的竹材及其制品在應用中存在著(zhù)出油、散發(fā)難聞氣味等問(wèn)題。因此，以油為介質(zhì)的熱處理方法并不適合于要求苛刻的樂(lè )器制造行業(yè)。

　　3.2.2 γ射線(xiàn)輻照處理

　　γ射線(xiàn)輻照技術(shù)通過(guò)對生物質(zhì)材料結構和關(guān)鍵組分產(chǎn)生作用，進(jìn)行原位功能性改良。將γ射線(xiàn)輻照技術(shù)引入樂(lè )器用木竹材聲學(xué)功能性改良領(lǐng)域，以輻射能代替熱能、γ射線(xiàn)輻照代替化學(xué)試劑浸漬，在提升產(chǎn)品尺寸穩定性與聲學(xué)振動(dòng)性能的同時(shí)，可顯著(zhù)降低改性過(guò)程中的能量消耗，同時(shí)符合綠色安全的產(chǎn)品標準。

　　γ射線(xiàn)輻照對不同樹(shù)種木材效果存在差異，需要根據材料的種類(lèi)來(lái)選擇適宜的輻照工藝參數。在50 kGy的輻照劑量下，魚(yú)鱗云杉（Piceajezoensis）和泡桐（Paulownia elongata）的振動(dòng)性能總體改善效果較為理想。隨著(zhù)輻照劑量的增加，毛竹（Phyllostachys pubescens Mazel ex H de Lehaie）的吸濕性能持續降低且降低幅度愈加劇烈。γ射線(xiàn)輻照具有殺滅竹材內部細菌和破壞淀粉的作用，可有效提高竹材的防霉性能，對于樂(lè )器收藏和使用具有重要的防護作用。

　　3.3 生物處理

　　生物處理是采用特定腐朽菌對木竹材進(jìn)行處理的方法，這類(lèi)腐朽菌不具有降解木質(zhì)素的作用。即使在腐朽末期，木素含量較高的復合胞間層、細胞壁骨架仍能得以完整保存。生物處理的優(yōu)點(diǎn)是在降低材料密度、提高其振動(dòng)性能的同時(shí)，又保證了聲音在材料中傳遞的連續性，避免了對其聲學(xué)特性的不利影響。

　　采用腐朽菌降解處理挪威云杉和美國梧桐木材的研究表明，隨著(zhù)腐朽的進(jìn)行半纖維素逐步降解，細胞腔增大、細胞壁變薄、密度下降，而對彈性模量等力學(xué)性質(zhì)和聲速的影響不明顯，同時(shí)其損耗角正切值降低，聲輻射品質(zhì)常數顯著(zhù)提高，材料整體聲學(xué)品質(zhì)得到改善。由此可見(jiàn)，腐朽菌生物處理是一種安全有效的方法，但用該方法處理后的材料會(huì )存在材色不均勻和局部加深等問(wèn)題，導致其表面質(zhì)量降低，可能無(wú)法滿(mǎn)足高檔樂(lè )器制造的外觀(guān)標準。

　　4 研究展望

　　木竹樂(lè )器材產(chǎn)品具有附加值高、受眾廣、歷史文化悠久等特點(diǎn)。系統開(kāi)展木竹樂(lè )器材聲學(xué)振動(dòng)特性的研究，探索木竹材音色發(fā)聲機理、創(chuàng )新聲學(xué)改良新方法、將材料科學(xué)與音樂(lè )藝術(shù)有機結合，具有重要的科學(xué)價(jià)值和社會(huì )意義。未來(lái)木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的研究可重點(diǎn)從以下3個(gè)方面開(kāi)展。

　　1）探明木竹材多尺度結構與其聲學(xué)振動(dòng)特性的內在聯(lián)系，構建基于竹材微觀(guān)構造、化學(xué)組分、物理力學(xué)性質(zhì)等參數的聲學(xué)振動(dòng)特性的數學(xué)預測模型。

　　2）闡明木竹材的材性參數與其頻譜特性的內在聯(lián)系，形成木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性定量客觀(guān)的評價(jià)方法，制定相應的評價(jià)標準；對竹木材的音色發(fā)聲機制進(jìn)行仿生，利用復合材料開(kāi)發(fā)高品質(zhì)音樂(lè )產(chǎn)品與藝術(shù)功能。

　　3）開(kāi)展適用于木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性提升的綠色功能性改良方法研究，為高品質(zhì)木竹制樂(lè )器的加工提供技術(shù)支撐。