层数与碳纤维方向对木质-碳纤维复合材料声学振动性能的影响

为探究木质-碳纤维复合材料声学振动性能的影响因素及其用作乐器用木材替代材料的可行性,从复合材料层数结构和碳纤维铺设方向两个角度出发,对木质-碳纤维复合材料试件的声学振动性能参数(比动弹性模量、E/G、声阻抗等)进行对比分析,并以常用作乐器音板材料的美国西加云杉作为参照。结果表明,碳纤维方向对复合材料的声学振动性能影响显著,当碳纤维铺设方向从0°到45°,90°时,其声学振动参数比动弹性模量和E/G值都出现不同程度的下降;层数结构对复合材料的音色品质影响较大,当层数从5层增加到7层后,音色品质明显下降。采用层数较少的5层结构(单板/碳纤维布/单板/碳纤维布/单板)和碳纤维方向为0°的铺层设计能获得综合表现较好的声学振动性能,其比动弹性模量为25.55 GPa·cm^3/g,比美国西加云杉比动弹性模量25.98GPa·cm^3/g仅低1.66%,而其E/G值(27.89)甚至比美国西加云杉E/G值(20.14)高38.48%,具有媲美美国西加云杉的音色表现。

云杉木材年轮方向对钢琴音板声学性能的影响

选择钢琴音板用木材北美云杉(Picea spp.)作为研究试材,测定了云杉木材含水率为7%时径切板的动弹性模量(E)、比动态弹性模量(E/ρ)、对数衰减率(δ)、损耗角正切(tanδ)等声学性能指标。结果表明:板厚中心线与生长轮切线之间夹角为90°的径切板,径向、弦向振动时的声学性能均优于夹角为60°的径切板;夹角为90°的径切板弦向振动时的声学性能优于径向振动时的声学性能。