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对郑荃教授《提琴材料的秘密》一文的探讨


2019-10-29 09:39 | 原作者: kingpin | 来自: chinaviolin.net(原文)

摘要: 这篇发表于将近20年前的文章,最近才看到。郑荃教授由浅入深,简单明了。整个文章的大部分都成为了我和论坛内各位前辈讨论的基础。在文章的最后,郑教授挖了一个大坑,我掉进去现在还没爬出来。最后一段反复阅读时, ...
  这篇发表于将近20年前的文章,最近才看到。郑荃教授由浅入深,简单明了。整个文章的大部分都成为了我和论坛内各位前辈讨论的基础。在文章的最后,郑教授挖了一个大坑,我掉进去现在还没爬出来。最后一段反复阅读时,感觉简直和老师给我留课堂作业一样。留下了很多线索一步步的去引导我自己找到答案。我确信时至今日,郑荃教授和他的团队早已破解了材料的秘密,并且已经开始了实际测试和最终完成品。希望能抛砖引玉请论坛内各位前辈一起讨论多指点,任何相关信息都将是有帮助行的。

  “骨化,感觉在切割石膏”:是硬度已经从原始材料的性能参数发生极大变化的表现,类似于有机物质的钙化。这种表现是微观结构上,化学物质对原材料分子结构级别的改变。这种巨大的变化已经让木材变得不像木材了,而产生各种超越木材原材料的性能体现。好声音一定是从这里来的。但只是好声音的材料已经不是木头了而是改变后的木头。可以肯定的是在自然状态下,这种变化的周期需要三百年左右的时间。现有例子中,乌木,古生代植物化石,煤炭,石油等都是这一变化的实际结果。并有一定规律可循,例如存世至今的丝瓜琴,在正常含氧量的地表环境中会出现钙化。在低氧化环境中会出现石化。在极端环境下会出现碳化。我相信以现代的科技,足以加速完成这一过程。

  理想的这种内部微观结构就是不光表层硬度好,内部这种微观空间结构的壁状,管状,射线的结构要空,也要结实。像一座高层建筑一样,内部有大量的一个个房间。整个建筑在追求保留内部足够的居住空间的情况下,材料要又轻又坚固。内部结构设计从房梁到地基都要符合力学结构。

  “古琴不透光,新琴透光”也是这种物理化学变化后的结果。自然采伐木材在含水率12%的情况下,密度很低。意味着多孔材料,新木材的内部是充满了封闭细胞泡和纵横交错的木射线与根管结构。材料内部空间大,才会透光。因此在论坛前辈分享的材料声学质数测量公式中,需要考虑到是密度还是表象密度。计算密度的单位空间体积除了外部物体体积之外,需要考虑内部空间体积。材料内部空间体积对声音质量常数更有意义。不透光的原因就是,有某种物质进入了这些“房间”的墙壁里,增加了四壁的密度强度。但不增加物体整体密度。“不透光”不是把房间填充满,而是把墙壁填充满。这里的不透光只是人眼观测的感觉也不是说真的铁板一快。只有这样,才会整体密度不变,物体没有明显变重。

  “微生物水生真菌可以让木细胞壁从死亡状态的封闭变成半开放状态” 为什么要半开放?我的理解是在保持无数“房间”的结构下,真菌打开了房间墙壁,某种物质才能像浇筑混凝土一样被灌到墙体内。而这种物质需要和混凝土有流体性质,密度高,流质可通过温度控制化学反应在进入指定位置后从流质转化为固体结构。

  通过初步试验论证,这种物质是木材树脂与底漆涂料的混合物。以下为试验介绍:

  实验步骤:

  1,使用同一块枫木锯成两个片,放入密封罐。

  2,倒入环氧树脂使其完全浸泡木片。

  3,开真空泵抽离木片内部空气持续1小时15分钟。

  4,后打开空气阀门是罐内外大气压相同。此时树脂被完全吸入木材内,直至不再有气泡产生。

  5,取出木条用锡纸包好,上热波炉,加热1小时20分钟。使树脂完全固化。

  实验结果:

  1,枫木纹路明显比实验前加深了。

  2,实验前选用枫木硬度与樟木基本一致。试验后用1元硬币先划樟木表面大力可以划出划痕,试验后打磨掉枫木表面用痕迹。硬币已无法在其表面划出痕迹。

  3,实验前枫木重量67g,试验后增加至96g。

  结论:

  1,验证了木材内部结构与空间的改变,引起性能改变的推测。那种感觉“就像拿刀去切割石膏一样”

  2,枫木内部空间是很大的。体积不变的情况下其内部至少有等同于29g的环氧树脂。可以根据这个比例测量出木材内部的空间数据。这个数据应该成为木材声学质量常数的一部分。

  3,初步验证了加工流程。

  不足:

  1,填充量是按最大化计算的,目前还没有经过原料的CT扫描。无法验证注入的树脂是进到“房间”里还是直接把房子填上了。理想状态下不应该改变房间的体积。

  2,只使用了树脂,但没有去验证琴底漆中哪些化学成分参与进来。需要进一步细化底漆化学成分与树脂的反应结果。

  3,加速树脂固化直接烤的,需要有制琴标准的更好办法。

  4,还没有进行声学测试,我还不知道表象密度应该如何加入到公式中才符合原理。

  附录:木材处理其他广泛应用对试验结论的补充依据:

  1,家具厂处理异形木材流程:使用氨气和蒸汽加热对木材进行处理,然后可以将木材弯曲成任意弧度,最后固定形状。也许用气化讲目标化学物质输入到房间墙壁是个更好的办法。本次试验是变硬了,而也有办法可以变软改变形状。

  2,家具厂处理木材流程中还有是用物理方式压紧模板,改变内部的木纤维结构与空间。

  3,著名的德国提琴专业大厂Pirastro有一种肩托。产品卖点并不像其网站上说的一样是最轻的,因为Kun Voce碳纤维的重量只有26g,低于Pirastro的32g。其调整幅度也远远落后于Bonmusica人体工学金属肩托。但是其肩托使用枫木,却能像掰一块铁片一样在一定角度弯曲,然后固定在这个符合肩部的弧度。在与国内的木材资深师傅的讨论中他们全都没有听说过这一功能,而Pirastro官方网站和海外网站也没有查到这一技术的任何信息。凭借这一专利技术,是Pirastro卖的比较贵唯一合理的原因。但我相信其原理也是通过某种工艺改变了枫木内部微观成分与结构,再搭配一些产品结构设计就可以达到这一目标。

  
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最新评论

引用 zhao668811 2019-10-27 08:49
我觉得想法很好,实验证实工作量很大。比如抽真空以时间计不科学,要以真空度计。在不同真空度下做几片称重,加以比较等。说的不一定对,供你参考。
引用 jialeyh 2019-10-29 11:32
是否重点应该先研究面板材料?
引用 kingpin 2019-10-29 18:27
jialeyh 发表于 2019-10-29 11:32
是否重点应该先研究面板材料?

确实应该先搞面板,更重要,也更复杂。例如面板的震动模态相当于上下左右四块悬空木板。
背板简单很多,是一整块木板。
而且,枫木便宜。。。
引用 harves 2019-10-30 09:39
原来这里面有这么多学问,学习了
引用 阿尔卑斯 2019-11-9 13:56
多发一些这样的学术性文章,对我们是有很大帮助的
引用 muzishui 2019-11-11 13:31
很佩服楼主的实验精神,郑教授的文章我也仔细拜读过。
郑教授有一篇文章里有一个反复提及的东西是声音的传导率,猜测这可能就是影响小提琴音色的主要因素。
提升传到率的方法是使木材稳定保持在较低的吸水率上。这样处理后的材料应该是轻而坚
但猜测浸入树脂可能会使传导率下降。。。不知道猜测的是否正确。

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