泡桐木以其良好的導(dǎo)音性能，廣泛用在以板材為導(dǎo)音材料的民族樂(lè)器上，如古箏、二胡、琵琶等。而作為西洋樂(lè)器的鋼琴，通常都用云杉來(lái)制作音板。如果用泡桐木來(lái)制作鋼琴音板，效果會(huì)怎么樣呢？下面，我們通過(guò)研究這些樹(shù)種振動(dòng)模態(tài)的異同，來(lái)看看泡桐木在鋼琴上的應(yīng)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(chēng)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(yīng)圖。圖中每一條曲線代表一次敲擊的頻率響應(yīng)。從這兩種光板的頻率響應(yīng)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(tài)頻率較低。而在阻尼系數(shù)方面，泡桐木光板總體來(lái)說(shuō)要比云杉光板大一些，特別是在第一階模態(tài)上。并且在400 Hz內(nèi)，泡桐木光板的模態(tài)密度最低，即模態(tài)階數(shù)最多。
從原則上來(lái)說(shuō)，第一共振頻率越低，鋼琴最低音的表現(xiàn)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(nèi)單位頻率范圍內(nèi)共振模態(tài)的個(gè)數(shù)和阻尼系數(shù)。共振頻率個(gè)數(shù)越多，并且在所研究的數(shù)值范圍內(nèi)，阻尼系數(shù)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(xiàn)，同樣決定于該頻段內(nèi)單位頻率范圍內(nèi)共振模態(tài)的個(gè)數(shù)和阻尼系數(shù)。即共振頻率個(gè)數(shù)越多，阻尼系數(shù)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(gè)鋼琴中的作用類(lèi)似于濾波器和放大器，因此，模態(tài)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(nèi)單位頻率范圍內(nèi)共振模態(tài)的個(gè)數(shù)較多和阻尼系數(shù)較大，實(shí)際演奏時(shí)該頻段的效果也不會(huì)好。
根據(jù)上述原則，可以認(rèn)為，就樹(shù)種而言，泡桐木光板的綜合表現(xiàn)應(yīng)優(yōu)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(nèi)其模態(tài)階數(shù)較多，即共振峰較多；泡桐木光板的阻尼系數(shù)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(jié)論：我們認(rèn)為用泡桐木來(lái)制作鋼琴音板有很好的前景。但需要考慮的是，實(shí)際上鋼琴音板的振動(dòng)模態(tài)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(jù)泡桐木的特點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)弦碼、肋木的排列及音板的厚度，這樣才會(huì)有好的效果。
表1 樹(shù)種不同光板的模態(tài)參數(shù)
云杉
泡桐木
模態(tài)階數(shù)
頻率 (Hz)
阻尼系數(shù) (%)
頻率 (Hz)
阻尼系數(shù) (%)
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
