初中化學(xué):樂器用金屬材料

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中化學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
樂器通常由振動(dòng)體、傳導(dǎo)體、共鳴體、支撐體、附件等組成。樂器各個(gè)部件使用的材料的性能對樂器的音量、音質(zhì)(音色),特別是頻率(音調(diào))及其穩(wěn)定性等有重要的影響。這種材料一般要求有適宜的內(nèi)耗(或品質(zhì)因素)、密度、彈性模量、耐蝕性和成型加工性能。中國商周時(shí)期(約公元前17~前3世紀(jì))就有青銅制的鐃和編鐘等金屬打擊樂器。某些戰(zhàn)國時(shí)期的編鐘是由含錫15%~16%、鉛1%~2%的銅合金制成的。 含錫10%~20%的青銅,稱為響銅,用于制造鑼、鈸等打擊樂器。現(xiàn)在的笙、蘆笙等的簧片也都由響銅制成。這種古代就已生產(chǎn)的銅錫合金有良好的力學(xué)性能、物理性能和音響效果,所以沿用至今。如果合金中含錫量增高,會(huì)使樂器的音頻過高,脆性增大,容易破裂;含錫量降低,則會(huì)使樂器音頻過低,損害音響效果。銅管樂長笛也用銅錫合金制作。含鋅30%(或10%)的黃銅和含鎳30%的白銅具有音的衰減小、耐蝕性好以及可切削、彎曲、釬焊等性能好的優(yōu)點(diǎn),用于制造銅號等的管體,特別是喇叭出口部分。風(fēng)琴、口琴的音簧要有適當(dāng)彈性模量。彈性模量偏低,聲音效果不好;彈性模量高時(shí),頻率穩(wěn)定性好,可以通過控制簧片的長度和厚度把頻率調(diào)節(jié)好,并使音量、音質(zhì)和發(fā)音靈敏度獲得改善。手風(fēng)琴音簧一般用高碳鋼薄帶制成,薄帶應(yīng)有較高的尺寸精度和適宜的硬度。硬度過高,加工困難,容易折斷;硬度過低,造成頻率達(dá)不到規(guī)定的高度,且易隨風(fēng)壓變化,高次諧波數(shù)少而弱,因而音色柔和有余,而明亮清脆不足。含碳0.85%、錳0.5%的碳素工具鋼(同中國的T8MnA和T9MnA牌號相近)是制造琴鋼絲(樂器絲)的典型金屬材料。琴鋼絲應(yīng)具有較高的抗拉強(qiáng)度(一般為2 500~
3 500 N/mm2)、適宜的彈性模量(180 000~200 000 N/mm2),良好的耐疲勞性、韌性(一般要求彎曲8~20次,扭轉(zhuǎn)20~30次)和耐蝕性,低的內(nèi)耗值。材料抗拉強(qiáng)度過低,除容易斷弦外,還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力弛豫,頻率不穩(wěn),抗拉強(qiáng)度過高,則會(huì)產(chǎn)生基頻弱,諧波強(qiáng)度大、失諧過大,造成聲音不純。材料的彈性模量過高,內(nèi)耗增大,會(huì)使音色不柔和,有生硬感;彈性模量過低,又會(huì)使音色過于柔和,有“悶”、“暗”感。琴鋼絲直徑通常為0.2~1.6 mm,橢圓度小于0.005 mm。橢圓度大了,會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)回轉(zhuǎn)半徑,引起兩個(gè)非諧基頻,使音色不純。琴鋼絲材料的生產(chǎn),必須嚴(yán)格選用原料,采用爐外精煉工藝,保證化學(xué)成分準(zhǔn)確、均勻和質(zhì)地純凈(鋼中夾雜物和硫、磷等元素含量低);還要嚴(yán)格按制金屬塑性加工工藝參數(shù),使用高精度的模具和合理的金屬熱處理工藝。這樣,才能獲得外表光沽、尺寸精確、組織均勻、品質(zhì)因素好的產(chǎn)品。 在樂器的金屬支撐體中,最典型的是鋼琴的框架?蚣芤话阌没铱阼T鐵制造。支撐著琴內(nèi)多達(dá)200根琴弦的總拉力{約(15~20)×104 N},必須保證琴體結(jié)構(gòu)不變形,對琴弦振動(dòng)應(yīng)有共振和傳振能力。如果框架的材料抗拉強(qiáng)度低,會(huì)吸收過多的弦的振動(dòng),減少傳到響板的能量?蚣苡胁恢C振動(dòng)音會(huì)大大影響鋼琴的音色。增加框架厚度雖能使琴體不變形,但會(huì)影響共振,減少音量。
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