| 中央音乐学院提琴制作研究中心在提琴材料化学处理方面的研究 虽然关于提琴材料的声学品质的参数都是木材的物理性能的参数，但是它们与木材的化学性能有着密不可分的关系。通过化学处理方法能提高达到优化提琴用材料的音响性质的目的。我们采用的化学处理方法，主要是设法减少空气湿度对木材的影响，使它接近古老木材的特性，从而提高提琴的音响特性。另一方面，从木材的物化性能和它的音响特性关系中，我们知道如果提高木材的密度，会损伤它的音响特性。因此，我们选用的处理方法，必须以不提高或少提高木材的密度为前提。 古老木材的主要特性，是同样在潮湿的条件下，它的吸水率要低于新木材。古琴对空气温湿度的相关性要比现代新琴为小。优良的声学木材具有较高的杨氏模量，较低的比重、较快的传声速度以及较低的吸水率，杨氏模量和比重随着木材的含水率不同而变化，含水率越高，杨氏弹性模量越小，而比重则越大。木材的动弹性模量与它的含水量成反比，木材的密度则与含水量成正比。木材的含水量高，会损伤它的音响特性，此外，作为声学木材在相对湿度变化的环境里，木材的吸水率也是一个极重要的条件，木材的含水率与相对湿度下，由于吸水率的不同，使木材的含水率也不相同，例如，新木材的含水率大大高于长期存放的木材，而古老木材则最低。 木材的吸水性能是由于它们含有果胶酸(Pectic Acids)及半纤维素(Hemicellulose)，它们的吸水性很强，在松木（Spruce）及槭木(Maple)中含达25—33%。要提高木材的声学性能就要改变这些物质，改变其吸水性能，人们采用的物理化学处理方法，生物化学处理方法，以及化学处理方法，都为了一个共同的目的—改变吸水性，并保持其密度低和透气性好的优良性能。木材中纤维素和半纤维素中含有游离羟基，羟基是极性基团，易于形成氢键结合，吸附极性的水分子，随着吸水量的增加，引起纤维素的膨胀和纤维素之间氢键的破裂，产生新的游离羟基，继续吸附水分子。纤维素是由链分子高度整齐排列的结晶区和无定形区两部分构成的，它们之间纤维素的结晶度的比率一般在70%左右。通过X光射线图测定，水的吸附只发生在纤维素的无定形区，结晶区内没有吸附的水分子，结晶区内的氢键也没有破坏，链分子的有序排列也没有改变。木材细胞壁上的聚合物能通过它的羟基和酚基与有机化学品铰链相结合。在温和的反应条件下，化学药品与羟基，酚基形成稳定的化学链。通过化学处理减少木材纤维素无定形区的游离羟基，以及其他组分中的游离羟基，可以改善木材的吸水率。因此，许多活泼的化学药品已被用于木材改性 减少游离羟基的化学处理方法很多。但要以不明显提高木材的密度为前提，必须选择分子量小，官能度大的处理剂，我们在实验中所采用的处理剂都是根据这要求而确定的。 考虑到处理后的木材密度要求，我们采用高铰链度和低分子量的化学报告，并尽量降低其使用量，我们选用的化学药品是硅烷（Silane）及甲醇（Formaldehyde）关于这些处理剂，也有资料报导，但有的用量过多，有的反应条件太强烈，破坏了木材的某些性能，例如：用甲醇处理时，用强酸作催化剂，破坏了木材的强度和硬度，我们采用较温和的反应条件，使用较低浓度的酸。 我们采用的试验方法为： 将试样分成二组（200mm×16mm×7mm），每组三支，一组作处理试验，一组作为对比，在真空烘箱100℃烘4小时经过化学处理，然后在75%相对湿度下放置48小时，测定含水率。比较二组木样的吸水率，计算处理后吸水率减少的数据，并在不同的含水率情况下，测定传声速度，求得含水率与传声速度之间的关系。在这个阶段的实验中，我们共采用了十余种化学处理剂，对数十个试样进行了九个方面的试验，求得了几百个数据。选择其中较好的处理方法，在三只提琴（白琴）上试用，取得了初步效果。兹将实验结论和处理效果分述如下： 1、杉木的传声速度，随含水率不同而改变。含水率增加1%，传声速度下降67米/秒。 2、杉木经100℃热处理15小时后，在含水率相同时，传声速度增加130米/秒。 3、杉木用#1处理剂处理后在含水率相同的情况下，传声速度增加160米/秒。 4、 #2处理剂的处理效果，在75%相对湿度及室温条件下，杉木吸水率下降25%，槭木下降41.6%。在含水率相同的情况下，杉木传声速度增加150米/秒。槭木增加140米/秒。 5、木材经150℃处理4小时，在75%相对湿度及室温下，杉木含水率下降8.4%，槭木含水率下降13.4%。 6、各种处理剂在玻璃板上成膜试验，#4处理剂成膜情况尚好，#7、#12处理剂成膜良好，膜透明清晰，附着力较理想。 7、各种处理剂对木材吸水率的影响（在相同的温湿度下）列表如下： 表Ι木材含水率与传声速度的关系： 杉木木样一组 含水率 平均传声速度 干木 6440米/秒 试样 1.77% 6380米/秒 试样 5.45% 6130米/秒 结论：含水率增加1%，传声速度下降67米/秒 表Ⅱ.杉木经硅烷处理后，传声速度的变化 杉木木样二组 木样含水率 传声速度 处理前 4.4% 6070米/秒 处理后干木 6550米/秒 室温48小时 1.27% 6470米/秒 75%相对湿度48小时 4.86% 6210米/秒 用回归法计算处理木样在含水率4.44%时，传声速度为6210米/秒。 结论：处理后木样的传声速度每减少1%含水量，增快176米/秒。 表Ⅲ.不同木材经化学处理后，放置在75%相对湿度，室温下48小时，含水率的变化 处理剂 吸水率 杉木 槭木 硅烷1 -39.6% -32.2% 硅烷2 -31.5% -30.6% 硅烷3 -32.9% -24.7% 硅烷4 -30.6% -22.8% 甲醛 -41.9% -34.6% 硅酸钾 +42.9% -18.3% 结论：处理后木样的吸水率明显下降，只有一例用硅酸钾处理的例外。 应该指出由于篇幅的限制上面的表格只列出了一部分数据。 根据上述试验结果，选择效果较好的处理剂及处理方法应用于三只白琴上。 #1及#2白琴；用#8、#11号处理剂综合处理。 #3白琴；用#15、#2及#17号处理剂综合处理后请提琴演奏家评定，他们无不赞赏其高超的音质。 |
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