6.3.2.1低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材的極化和介電性

6.3.2.3木材的介電系數(shù)6.3.2.4木材的介電損耗

6.3.2.5木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用6.3.2.4木材的介電損耗木材處于交流電場(chǎng)中，由于偶極子運(yùn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦阻力等相互間的作用，使介質(zhì)偶極矩取向滯后于外施電場(chǎng)的變化，宏觀表現(xiàn)為通過介質(zhì)的總電流I在相位上滯后于極化電流Ic，這樣每一周期中有一局部電能被介質(zhì)吸收發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)損耗?！?〕損耗角正切和功率因數(shù)損耗角正切tg：介質(zhì)在交流電場(chǎng)中每周期內(nèi)熱消耗的能量與充放電所用能量之比，在數(shù)值上等于熱耗電流IR與充放電電流IC之比。 功率因數(shù)：每周期之內(nèi)有功功率〔熱消耗功率〕與視在功率〔等于外施電壓與總電流的乘積〕之比，在數(shù)值上等于熱耗電流與總電流之比。絕干狀態(tài)或含水率不高時(shí)，木材介質(zhì)的<<1，此時(shí)可由下式推算：

〔2〕介質(zhì)損耗因數(shù)〔也稱介電損耗率〕等于介電系數(shù)與損耗角正切的乘積。木材作為介電材料時(shí)，希望介電損耗盡量?。划?dāng)在高頻加熱和膠合木材時(shí)，希望介電損耗大，功率因數(shù)高，發(fā)熱量大，使木材的加熱和膠合效果好?！?〕影響木材介質(zhì)損耗的主要因素①含水率的影響在相同頻率下，木材損耗角正切與含水率u的關(guān)系為：在纖維飽和點(diǎn)以下，隨u的增加而明顯增大，但是在纖維飽和點(diǎn)以上，這種變化趨于平緩。圖6-20兩種頻率下含水率對(duì)木材損耗角正切值的影響○為軸向;□為徑向;△為弦向（自劉一星，1985）圖6-19云杉木材在不同含水率下的介電損耗因數(shù)ε′的頻率譜(-60℃)（自趙廣杰等,1990）

②頻率的影響木材的介質(zhì)損耗與頻率的關(guān)系十分復(fù)雜。含水率不同的紅松木材損耗角正切與頻率的關(guān)系

③密度的影響介質(zhì)損耗因數(shù)與密度ρ有著明顯的正相關(guān)關(guān)系，隨ρ的增加線性地增大。

④紋理方向的影響木材的損耗角正切和介質(zhì)損耗因數(shù)：順紋方向大于橫紋方向(徑向和弦向)；徑向略高于弦向。

其原因與介電系數(shù)的各向異性相類似，與木材細(xì)胞分子、纖維素大分子的排列方向、材質(zhì)的均勻性、木射線組織的體積百分率等因素有關(guān)。6.3.2.1低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材的極化和介電性

6.3.2.3木材的介電系數(shù)6.3.2.4木材的介電損耗

6.3.2.5木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用6.3.2.5木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用(1)交流介電式水分儀通過測(cè)定木材的介電參數(shù)并將其轉(zhuǎn)化成含水率的方法可以測(cè)定木材的含水率。交流介電式水分儀包括：電容式水分儀--只測(cè)量含水率隨的變化規(guī)律能耗式水分儀--測(cè)定含水率隨和tg兩者變化的規(guī)律微波水分儀(2)木材及木制品的高頻熱固化膠合工藝木材在低含水率狀態(tài)下屬于極性介電體，所以當(dāng)把熱固性的濕膠黏劑施于木材外表時(shí)，由于兩者的介電性不同，可以到達(dá)選擇性加熱的目的。膠黏劑在高頻電場(chǎng)中產(chǎn)生的介電損耗比干木材大得多，因此損耗的電能轉(zhuǎn)化成熱能，使膠黏劑的溫度迅速升高，產(chǎn)生熱聚合。〔注意：極板與膠層垂直配置〕(3)高頻枯燥技術(shù)高頻枯燥機(jī)理：是利用濕木材中的水分子在高頻電場(chǎng)中的極化來加快枯燥進(jìn)程。當(dāng)木材被置于高頻電場(chǎng)或超高頻電磁波場(chǎng)〔即微波場(chǎng)〕時(shí)，木材中大量的偶極子〔分子中的極性基團(tuán)以及含水木材中的水分子等〕會(huì)在電場(chǎng)作用下做取向極化運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)使得分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。優(yōu)點(diǎn)：高頻枯燥具有枯燥速度快、加熱均勻、熱效率高、木材變形小等。缺點(diǎn)：能耗大、操作危險(xiǎn)性高等。微波枯燥機(jī)理；利用分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部加熱，而且比高頻更接近水分子的介電吸收頻率，有利于木材內(nèi)水分溫度的提高和排出。

優(yōu)點(diǎn)：具有枯燥速度快、木材變形小、枯燥質(zhì)量好、熱能利用率高、適于自動(dòng)化等，故受到國內(nèi)外木材加工部門的重視。缺點(diǎn)：耗電大、本錢高及設(shè)備原件耐久性差等問題，目前限用于珍貴樹種木材的枯燥。應(yīng)用方面：刨花板、纖維板、木塑復(fù)合材〔WPC〕的加熱聚合、木材的彎曲成型加工技術(shù)、纖維板的定向鋪裝、木材解凍、防腐和殺蟲處理等方面得以應(yīng)用。

6.3.3木材的壓電效應(yīng)和界面的動(dòng)電性質(zhì)

6.3.3.1壓電效應(yīng)6.3.3.2界面的動(dòng)電性質(zhì)

6.3.3.1壓電效應(yīng)具有晶體結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)在壓力或機(jī)械振動(dòng)等作用下的應(yīng)變也能引起電荷定向集聚〔極化〕從而產(chǎn)生電場(chǎng)，這種由力學(xué)變形而引起的介質(zhì)極化稱為壓電效應(yīng)。木材：壓電效應(yīng)主要是由纖維素的結(jié)晶區(qū)引起的，壓電效應(yīng)強(qiáng)度取決于纖維素結(jié)晶度的定向排列程度。木材的壓電效應(yīng)具有以下規(guī)律：〔1〕木材壓電率與木材的彈性模量成反比；〔2〕壓電率隨溫度升高而增大，隨含水率升高而絕對(duì)值減?。弧?〕密度大的木材，其壓電率也較高；〔4〕各向異性程度越高的木材的壓電效應(yīng)越明顯。6.3.3.2界面的動(dòng)電性質(zhì)ζ-電位是表征物體界面動(dòng)電性質(zhì)的根本參數(shù)。在纖維素和木材中，其高分子內(nèi)具有活性的羥基，當(dāng)木材的微細(xì)粉末分散于水中時(shí)，因?yàn)檫x擇性地吸著羥基離子，所以粒子相對(duì)于水帶有了負(fù)電荷，這種現(xiàn)象稱為界面動(dòng)電性，此時(shí)界面上產(chǎn)生的電位就是ζ-電位。ζ-電位對(duì)纖維板制造、造紙等加工工程的施膠工藝的影響：必須事先調(diào)節(jié)好膠粘劑、乳化劑的界面動(dòng)電性質(zhì)，才能使之與木材纖維之間具有親和性，而不產(chǎn)生排斥作用，從而到達(dá)預(yù)期的膠合或成紙效果。6.4木材的熱學(xué)性質(zhì)用比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)等熱物理參數(shù)來綜合表征的。這些熱物理參數(shù)，在木材加工的熱處理〔如原木的解凍、木段的蒸煮、木材枯燥、人造板板坯的加熱預(yù)處理等〕中，是重要的工藝參數(shù)；在建筑部門進(jìn)行隔熱、保溫設(shè)計(jì)時(shí)，是不可缺少的數(shù)據(jù)指標(biāo)。6.4.1木材的比熱和熱容量6.4.2木材的導(dǎo)熱系數(shù)6.4.3木材的導(dǎo)溫系數(shù)6.4.4木材的蓄熱系數(shù)6.4.5木材的熱膨脹與熱收縮6.4.6熱對(duì)木材性質(zhì)的影響6.4.7木材熱物理參數(shù)的測(cè)量6.4.1木材的比熱和熱容量熱容量:使某物體的溫度變化1℃所吸收或放出的熱量。用Q/Δθ(kJ/℃)來表示。物體單位重量(1kg)的熱容量。熱容量系數(shù):設(shè)質(zhì)量為m(kg)的物體的熱容量Q/Δθ(kJ/℃)，該物體熱容量系數(shù)C〔kJ/(kg﹒℃)〕

θ1、θ0為溫度比熱:為單位量的某種物質(zhì)溫度變化1℃所吸收或放出的熱量。木材是多孔性有機(jī)材料，其比熱遠(yuǎn)大于金屬材料，但明顯小于水。木材的比熱與樹種、木材密度、木材在樹干中的部位等因子無關(guān)，但與溫度、含水率等因子有較為密切的關(guān)系。比熱對(duì)于木材熱處理工藝所需熱量的計(jì)算具有十分重要的意義。

各種材料0～100℃溫度下的平均比熱材料比熱/kj·kg-1·K-1材料比熱/kj·kg-1·K-1鋁0.924木材（櫟木）2.394鉛0.130木材（云杉）2.730鋼0.935木炭0.840鋼鐵0.483水10℃4.2084混凝土0.882水20℃4.1945水2.100水30℃4.1887玻璃0.840水15℃4.2000花崗巖0.840〔1〕絕干材的比熱絕干材的比熱隨溫度的升高而增大，0～100℃之間〔kJ/(kg﹒K)〕t——木材溫度(℃)?！?〕濕木材(含水木材)的比熱木材的比熱隨含水率的增加而增大。原因：水的比熱遠(yuǎn)大于絕干木材和空氣的比熱。濕木材的比熱Cw：≈W——木材含水率(%)；C——水的比熱，通常取C＝1[kJ/(kg﹒K)]；C0——絕干木材的比熱〔kJ/(kg﹒K)〕木材的比熱平均值為1.71kJ/(kg﹒K)，最低值為1.55kJ/(kg﹒K)，最高值為1.89kJ/(kg﹒K)。6.4.2木材的導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)表征物體傳遞熱量的能力。導(dǎo)熱系數(shù)〔λ〕：以在物體兩個(gè)平行的相對(duì)面之間的距離為單位，溫度差恒定為1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。單位為W/(m﹒K)。傳導(dǎo)的熱量Q：

A為垂直于熱流方向的面積(m2)；t為時(shí)間(h)；θ1和θ2分別為低溫面和高溫面的溫度(℃)；d為兩面間的距離。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)/W·m-1K-1材料導(dǎo)熱系數(shù)/W·m-1K-1鋁203松木（橫紋）0.16銅348～394松木（順紋）0.35鐵46～58花崗巖3.1～4.1椴木（橫紋）0.21混凝土0.8～1.4椴木（順紋）0.41玻璃0.6～0.9木材導(dǎo)熱系數(shù)很小，屬于熱的不良導(dǎo)體。這正是木材常在建筑中用作保溫、隔熱材料，以及在民用品中用于炊具把柄材的主要原因之一。在木材加工的許多工藝過程(如人造板熱壓、木材枯燥、木材防腐、改性處理等)中，都是必要的工藝參數(shù)。木材導(dǎo)熱系數(shù)最低值為0.072W/(m·K)，最高值為0.239W/(m·K)，55種木材的平均值為0.1271W/(m·K)。各種樹徑向?qū)嵯禂?shù)的測(cè)定值大都略高于弦向?qū)嵯禂?shù)。影響木材導(dǎo)熱系數(shù)的主要因子：(1)木材密度的影響木材導(dǎo)熱系數(shù)隨著木材密度的增加大致成比例地增加。原因：木材是多孔性材料，熱流要通過其實(shí)體物質(zhì)(細(xì)胞壁物質(zhì))和孔隙(細(xì)胞腔、細(xì)胞間隙等)兩局部傳遞，但孔隙中空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于木材實(shí)體物質(zhì)。在室溫、氣干含水率條件下木材密度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響（自劉一星，1994）○——熱流方向?yàn)橄蚁?；×——熱流方向?yàn)閺较?2)含水率的影響隨著木材含水率的增加，木材的導(dǎo)熱系數(shù)增大。原因：水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)高23倍以上，木材中局部空氣被水所替代。(3)溫度的影響導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。原因：對(duì)大多數(shù)多孔性材料來說，隨著溫度的升高，其固體分子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)增加，而且孔隙空氣導(dǎo)熱和孔壁間輻射能也會(huì)增強(qiáng)，從而導(dǎo)致該材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大。(4)熱流方向的影響同樹種木材順紋方向的導(dǎo)熱系數(shù)明顯大于橫紋方向的導(dǎo)熱系數(shù)。徑向?qū)嵯禂?shù)大于弦向，平均約相差12.7%。由于木材在組織構(gòu)造上的各向異性，使得其各方向上的導(dǎo)熱系數(shù)亦有較大差異。6.4.3木材的導(dǎo)溫系數(shù)

導(dǎo)溫系數(shù)又稱熱擴(kuò)散率〔α〕。是表征材料(如木材)在冷卻或加熱的非穩(wěn)定狀態(tài)過程中，各點(diǎn)溫度迅速趨于一致的能力(即各點(diǎn)到達(dá)同一溫度的速度)。

α——導(dǎo)溫系數(shù)(m2/s)；λ——導(dǎo)熱系數(shù)〔W/(m﹒K)〕；C——比熱〔kJ/(kg﹒K)〕；ρ——密度(kg/m3)；C﹒ρ——體積熱容量〔kJ/(m3﹒K)〕。導(dǎo)溫系數(shù)越大，那么各點(diǎn)到達(dá)同一溫度的速度就越快。導(dǎo)溫系數(shù)與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成正比，與材料的體積熱容量成反比木材的導(dǎo)溫系數(shù)的影響因子：密度、含水率、溫度和熱流方向〔1〕木材密度的影響隨密度的增加而略有減小。因木材系多孔性材料，密度小者孔隙率大，孔隙中充滿空氣，而靜態(tài)的空氣導(dǎo)溫系數(shù)比木材大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所以密度低的木材，其導(dǎo)溫系數(shù)也就相應(yīng)高一些。木材導(dǎo)溫系數(shù)還受孔隙的形狀、分布狀態(tài)及均勻程度等各因素的影響?！?〕含水率的影響在正溫度下，木材的導(dǎo)溫系數(shù)通常隨含水率的增加而降低。原因：水的導(dǎo)溫系數(shù)很小，比空氣的導(dǎo)溫系數(shù)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，含水率的增加，使得木材中局部空氣被水所替代，那么導(dǎo)致木材的導(dǎo)溫系數(shù)降低?！?〕溫度的影響溫度對(duì)導(dǎo)溫系數(shù)的影響幅度較?。辉谡郎囟?0～100℃)下，絕干木材的導(dǎo)溫系數(shù)隨溫度的上升而略有降低。因?yàn)闇囟壬仙鸨葻嵩龃蟮某潭嚷源笥趯?dǎo)熱系數(shù)增大程度所致。〔4〕熱流方向的影響熱流方向?qū)δ静膶?dǎo)溫系數(shù)的影響與它對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響方式相同。順紋方向?qū)叵禂?shù)遠(yuǎn)大于橫紋方向?qū)叵禂?shù)，徑向?qū)叵禂?shù)通常略大于弦向?qū)叵禂?shù)。這種差異來源于木材組織構(gòu)造的各向異性。6.4.4木材的蓄熱系數(shù)

蓄熱系數(shù)〔S〕，是表征在周期性外施熱作用下，材料儲(chǔ)蓄熱量的能力的熱物理參數(shù)。kJ/(m2﹒h﹒K)蓄熱系數(shù)越大，那么材料在周期性熱作用下外表溫度的波動(dòng)就越小，材料的熱穩(wěn)定性越好。蓄熱系數(shù)的影響因子：木材密度、含水率、溫度等。6.4.5木材的熱膨脹與熱收縮

熱膨脹：固體的尺寸隨溫度升高而增大的現(xiàn)象。原因：當(dāng)木材從外部吸收機(jī)械能、光能或熱能時(shí)，木材的溫度就會(huì)上升。當(dāng)溫度的上升引起木材內(nèi)部的能量增加時(shí)，由于分子振動(dòng)的振幅增大，分子間的平均距離加大，其外形尺寸隨之增大，因而產(chǎn)生線膨脹、面積膨脹或體積膨脹。

線熱膨脹系數(shù)α和體積熱膨脹系數(shù)β：對(duì)于木材，α和β分別表示溫度每升高1℃時(shí)木材在某指定方向上的相對(duì)伸長〔ΔL/L0〕和整體的相對(duì)體積增加〔ΔV/V0〕木材的熱膨脹系數(shù)很小，一般可忽略其熱膨脹效應(yīng)。但是，當(dāng)木材內(nèi)部有溫度梯度時(shí)，會(huì)因熱膨脹產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力可能造成木材的變形。木材線膨脹系數(shù)各向異性：橫紋方向(弦向αt和徑向αr)大于順紋方向的熱膨脹系數(shù)αl很小。原因：大分子的振幅在在長鏈的垂直方向應(yīng)獲得最大的振幅。徑向熱膨脹系數(shù)略小于弦向。原因：主要與木射線的制約作用、細(xì)胞形狀導(dǎo)致徑、弦向上單位長度內(nèi)細(xì)胞壁累加厚度的差異等因素有關(guān)。木材順紋方向的熱膨脹系數(shù)與樹種和密度無明顯相關(guān)，但橫紋方向的熱膨脹系數(shù)那么有隨著密度的增加而增大的趨勢(shì)。木材熱收縮在正溫度下，含水率在纖維飽和點(diǎn)以下的木材在大氣中受熱時(shí)經(jīng)常因蒸發(fā)水分而收縮，在負(fù)溫度下，由于冰晶的形成所引起的膨脹、細(xì)胞壁內(nèi)尚未凍結(jié)的水分向細(xì)胞腔移動(dòng)(低溫干縮)等原因，含有水分的木材會(huì)產(chǎn)生熱收縮現(xiàn)象。6.4.6熱對(duì)木材性質(zhì)的影響

木材在受熱條件下，吸濕性降低〔由于吸濕性較強(qiáng)的多糖類的熱分解所致〕，彈性模量提高；如繼續(xù)延長熱處理時(shí)間，就會(huì)造成木材化學(xué)成分的熱分解，導(dǎo)致木材力學(xué)性質(zhì)降低。長期蒸煮處理可導(dǎo)致木材彈性模量減小、各種力學(xué)強(qiáng)度下降，尤其是對(duì)沖擊韌性的影響顯著，其主要原因是長期蒸煮過程中半纖維素的過度降解和脫出。適當(dāng)溫度、時(shí)間條件下的水煮或汽蒸處理，可以起到釋放內(nèi)部應(yīng)力、降低吸濕性、固定木材變形的作用。6.5木材的聲學(xué)性質(zhì)

木材的聲學(xué)性質(zhì)，包括木材的振動(dòng)特性、傳聲特性、空間聲學(xué)性質(zhì)(吸收、反射、透射)、樂器聲學(xué)性能品質(zhì)等與聲波有關(guān)的固體材料特性。

6.5木材的聲學(xué)性質(zhì)6.5.1木材的振動(dòng)特性6.5.2木材的傳聲特性6.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述6.5.4木材的聲傳播、聲共振與材質(zhì)無損檢測(cè)6.5.1木材的振動(dòng)特性共振是指物質(zhì)在強(qiáng)度相同而周期變化的外力作用下，能夠在特定的頻率下振幅急劇增大并得到最大振幅的現(xiàn)象。共振現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的頻率稱為共振頻率或固有頻率。物體的固有頻率由它的幾何形狀、形體尺寸、材料本身的特性(彈性模量、密度等)和振動(dòng)的方式等綜合決定。阻尼自由振動(dòng)：木材受到瞬間的沖擊力(如敲擊)之后，按照其固有頻率發(fā)生振動(dòng)，由于內(nèi)部摩擦的能量衰減作用，這種振動(dòng)的振幅不斷地減小，直至振動(dòng)能量全部衰減消失為止。6.5.1木材的振動(dòng)特性

6.5.1.1木材的三種根本振動(dòng)方式與共振頻率6.5.1.2木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

6.5.1.3木材的聲阻抗(特性阻抗)

6.5.1.1木材的三種根本振動(dòng)方式與共振頻率

振動(dòng)方式：縱向振動(dòng)、橫向振動(dòng)(彎曲振動(dòng))和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。(1)縱向振動(dòng)縱向振動(dòng)是振動(dòng)單元(質(zhì)點(diǎn))的位移方向與由此位移產(chǎn)生的介質(zhì)內(nèi)應(yīng)力方向相平行的振動(dòng)。長度方向的聲速v：

根本共振頻率fr：木棒長度為L，密度為ρ，彈性橫量為E木材振動(dòng)的三種基本類型a—縱向振動(dòng)；b1、b2—橫向振動(dòng)；c—扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(2)橫向振動(dòng)橫向振動(dòng)：振動(dòng)元素位移方向和引起的應(yīng)力方向互相垂直的運(yùn)動(dòng)?！材窘Y(jié)構(gòu)和樂器上使用〕橫向振動(dòng)包括彎曲運(yùn)動(dòng)。木棒橫向振動(dòng)的共振頻率的影響因素：木材試樣的幾何形狀、尺寸和聲速，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)受到抑制的方式有關(guān)。矩形試件的共振動(dòng)頻率f：L——試件長度(m)；h——試件厚度(m)；v——試件的傳聲速度(長度方向)(m/s)；β——與試件邊界條件有關(guān)的常數(shù)。(3)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)：振動(dòng)元素的位移方向圍繞試件長軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)，如此往復(fù)周期性扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)。試件根本共振頻率fr取決于該外加質(zhì)量的慣性矩I、試件的尺寸和剛性模量G式中：r為圓截面試件的半徑；L為試件的長度。6.5.1木材的振動(dòng)特性

6.5.1.1木材的三種根本振動(dòng)方式與共振頻率6.5.1.2木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

6.5.1.3木材的聲阻抗(特性阻抗)

6.5.1.2木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

木材聲輻射品質(zhì)常數(shù)、木材的(內(nèi)摩擦)對(duì)數(shù)衰減率(或損耗角正切)和聲阻抗等聲學(xué)性質(zhì)參數(shù)。試件所獲得的能量在振動(dòng)過程中被消耗而衰減。木材的振功能量衰減=聲輻射衰減+內(nèi)摩擦衰減消耗于內(nèi)摩擦等熱損耗因素的能量越小，用于聲輻射的能量越大，那么聲振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換效率就越高。聲輻射阻尼系數(shù)R：木材及其制品的聲幅射能力，即向周圍空氣輻射聲功率的大小，與傳聲速度成正比，與密度ρ成反比。

聲輻射阻尼系數(shù)(以下簡(jiǎn)稱聲輻射常數(shù))又稱聲輻射品質(zhì)常數(shù)。木材用作樂器的共鳴板(音板)時(shí)，應(yīng)盡量選用聲輻射常數(shù)較高的樹種。通常密度高的樹種，聲輻射常數(shù)往往比較低。6.5.1木材的振動(dòng)特性

6.5.1.1木材的三種根本振動(dòng)方式與共振頻率6.5.1.2木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

6.5.1.3木材的聲阻抗(特性阻抗)

6.5.1.3木材的聲阻抗(特性阻抗)

木材的聲阻抗ω：木材密度ρ與木材聲速v的乘積

木材具有較小的聲阻抗和非常高的聲輻射常數(shù)，它是一種在聲輻射方面具有優(yōu)良特性的材料。6.5.2木材的傳聲特性

木材傳聲特性的主要指標(biāo)為聲速v。密度ρ為一定值，那么順紋傳聲速度v∥與橫紋傳聲速v⊥之比，與它們各對(duì)應(yīng)方向上彈性橫量之間的關(guān)系：徑向的聲速比弦向的聲速稍大一些。這與木射線組織比率，早、晚材密度差異程度以及晚材率等木材構(gòu)造因素的影響有關(guān)。木材的聲速與含水率：在纖維飽和點(diǎn)以上，聲速隨含水率的增加呈急劇下降的直線關(guān)系；在纖維飽和點(diǎn)以下這種變化緩和了許多，呈平緩下降的直線關(guān)系。表4-14木材順紋及橫紋方向的動(dòng)彈性模量和傳聲速度

樹種平均密度/g·cm-3平均動(dòng)彈性模量Ed/CPa平均傳聲速度v/m·s-1v∥/v⊥順紋橫紋順紋橫紋魚鱗云杉0.45011.550.2652987836.7紅松0.40410.090.2749198186.0槭木0.63712.661.23442213683.2水曲柳0.58512431.61463816422.8椴木0.41412.210.61537013603.96.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述

木材具有優(yōu)良的聲共振性和振動(dòng)頻譜特性——聲學(xué)性能品質(zhì)好對(duì)共鳴板材料的聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)，可歸納為三個(gè)大的方面：①對(duì)振動(dòng)效率的評(píng)價(jià)；②有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)；③對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。6.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述

6.5.3.1對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià)

6.5.3.2有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)

6.5.3.3對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改進(jìn)6.5.3.1對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià)

選用聲輻射品質(zhì)常數(shù)較高(R≥1200)、內(nèi)摩擦損耗小的木材。原因：振動(dòng)效率要求音板應(yīng)該能把從弦振動(dòng)所獲得的能量，大局部轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷茌椛涞娇諝庵腥?，而損耗于音板材料內(nèi)摩擦等因素的能量應(yīng)盡量小，使發(fā)出的聲音具有較大的音量和足夠的持久性。評(píng)價(jià)(與振動(dòng)效率有關(guān)的)木材聲學(xué)性能品質(zhì)的物理量主要有：聲輻射阻尼、比動(dòng)態(tài)彈性模量E/ρ、損耗角正切tgδ、聲阻抗以及tgδ/E等。纖絲角小者有利于其木材振動(dòng)聲能轉(zhuǎn)換效率的提高；木材主要成份纖維素的結(jié)晶度的適量增大有利于其木材聲學(xué)振動(dòng)效率的提高。對(duì)生長輪寬度的要求為：在2cm間隔內(nèi)，生長輪寬度偏差不宜超過0.5mm；在整塊面板上，最寬和最窄的生長輪寬度差，不宜超過1～2mm云杉屬木材纖絲角對(duì)比動(dòng)彈性模量和tanδ/E的影響）云杉屬木材結(jié)晶度對(duì)比動(dòng)彈性模量和tanδ/E的影響6.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述

6.5.3.1對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià)

6.5.3.2有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)

6.5.3.3對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改進(jìn)6.5.3.2有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)用振動(dòng)的頻譜特性評(píng)價(jià)：云杉木材的頻譜特性，明顯優(yōu)于金屬材料，使用該材料制作的音板能在工作頻率范圍內(nèi)比較均勻地放大各種頻率的樂音。云杉的頻譜特性具有“包絡(luò)線〞特征?？捎脛?dòng)彈性模量E與動(dòng)態(tài)剛性模量G之比E/G這個(gè)參數(shù)來表達(dá)頻譜特性曲線的“包絡(luò)線〞特性，E/G值高者，其音色效果好。云杉屬木材結(jié)晶度的提高和纖絲角的減小有利于E/G參數(shù)的提高。6.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述

6.5.3.1對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià)

6.5.3.2有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)

6.5.3.3對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改進(jìn)6.5.3.3對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改進(jìn)主要影響因子：抗吸濕能力和尺寸穩(wěn)定性。

原因：空氣濕度的變化會(huì)引起木材含水率的變化，引起木材聲學(xué)性質(zhì)參數(shù)的改變而導(dǎo)致樂器發(fā)音效果不穩(wěn)定；特別是如果木材含水率過度增高，會(huì)因動(dòng)彈性模量下降、損耗角正切增大以及尺寸變化產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力等原因?qū)е聵菲饕袅拷档?，音色也受到?yán)重影響。采用甲醛化處理和水楊醇處理、水楊醇—甲醛化等方法處理木材能提高發(fā)音的穩(wěn)定性和聲學(xué)性能品質(zhì)。6.5.4木材的聲傳播、聲共振與材質(zhì)無損檢測(cè)

超聲波檢測(cè)原理：木材中的縱波傳遞速度和彎曲振動(dòng)的共振頻率，均與木材的動(dòng)彈性模量具有明確的函數(shù)關(guān)系。通常采用脈沖式超聲波。超聲傳播速度v與密度ρ及超聲彈性模量E之間的關(guān)系為v=〔Eu/ρ〕1/2。超聲波在通過不連續(xù)介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)強(qiáng)烈反射，在通過松軟區(qū)域時(shí)其聲速明顯降低，波幅大為下降。根據(jù)這種特性，利用接收到穿過木材的超聲波速和幅度的綜合檢測(cè)分析，可以對(duì)木材的內(nèi)部空沿和內(nèi)部腐配等缺陷進(jìn)行無損檢測(cè)。振動(dòng)法(共振法)檢測(cè)：基于木材共振頻率與彈性模量具有數(shù)學(xué)關(guān)系的原理進(jìn)行的。振動(dòng)測(cè)量得到的動(dòng)彈性模量E與抗彎強(qiáng)度的正相關(guān)。沖擊應(yīng)力波檢測(cè)：基于縱波(或外表波)振動(dòng)的原理進(jìn)行工作。用固定能量的擺錘敲擊木材試件一端的端面，因內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的縱波沿試件長度方向傳遞，通過應(yīng)力波速度v的測(cè)量及v與彈性模E的關(guān)系，進(jìn)一步對(duì)木材的強(qiáng)度進(jìn)行估測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)在于不受被測(cè)物形狀和尺寸的影響，而且檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)便易行。FFT分析無損檢測(cè)：運(yùn)用了FFT(快速傅里葉變換)分析儀和電子計(jì)算機(jī)，拾取受敲擊后木材試件的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行瞬態(tài)頻譜分析，算出試件的彈性模量E和剛性模量G。其優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，速度快，操作簡(jiǎn)單，并且同時(shí)檢測(cè)出動(dòng)彈性模量E和剛性模量G。6.6木材的光學(xué)性質(zhì)

6.6.1木材的顏色6.6.2木材的光澤6.6.3木材的光致發(fā)光現(xiàn)象(冷光現(xiàn)象)6.6.4木材的雙折射6.6.1木材的顏色

顏色三屬性：明度、色調(diào)、飽和度明度表示人眼對(duì)物體的明暗度感覺；

色調(diào)(色相)表示區(qū)分顏色類別、品種的感覺(如紅、橙、黃、綠等)；

飽和度表示顏色的純潔程度和濃淡程度。木材顏色主要由本身的反射光譜特性所決定。反射光譜因不同材料而呈現(xiàn)不同形式的分布，也就使得不同的材料呈現(xiàn)出各種各樣的顏色。不同樹種的木材，對(duì)光譜進(jìn)行各不相同的選擇性吸收，所以具有各種各樣的色調(diào)。明度由全可見光波長范圍光譜反射強(qiáng)度的平均值所決定；飽和度那么由反射光譜分布的集中程度所決定，分布得集中那么顏色純度越高，越接近單一色。顏色的表示方法，表色系或表色空間(簡(jiǎn)稱色空間)、孟塞爾色度系統(tǒng)。顏色的測(cè)定方法有視覺測(cè)色法(主觀測(cè)色法)和物理測(cè)色法(客觀測(cè)色法)。物理測(cè)色法利用測(cè)色儀器測(cè)定被測(cè)物的三刺激值(或反射光譜)。其優(yōu)點(diǎn)是排除了人工目視測(cè)量的主觀因素、具有比目視測(cè)量更高的分辨力，所以越來越廣泛地得以應(yīng)用。針葉樹材與闊葉樹材的分布特征不同，主要區(qū)別是針葉樹材分布范圍較窄，且多分布在高明度范圍(見圖6-27)；地理分布對(duì)木材材色的影響：緯度是主要因子；低緯度地理區(qū)域的樹種群深材色樹種所占百分比較大，隨著緯度的增加，深材色樹種逐漸減少，淺材色樹種逐漸增加；