音板装置及形成方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于乐器的音板装置，该装置包括由厚度在0.75mm到3mm之间的复合纤维树脂粘合材料形成的音板基底；以及由厚度在0.5mm到0.9mm之间的紫外光阻隔材料形成的外层。此外，本发明专利技术涉及一种形成音板装置的方法，该方法包括以下步骤：将多层编织或直股纤维材料粘合在树脂基质中以形成音板基底，其中所述音板基底被形成为使得其相对于最终音板基底尺寸是过大的；以及对所述音板基底进行精加工以形成最终基底，精加工工艺被限制为确保所述最终基底尺寸不受损害。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】音板装置及形成方法本专利技术涉及音板装置和形成这种装置的方法，特别是其中这种装置由复合材料制成。用于钢琴、大键琴和类似乐器的音板通常由云杉木制成。该材料表现出产生音质和声功率所需的高刚度与低密度的有利比率。钢琴设计师通常将这些性质理解为最能响应来自钢琴琴弦的振动能量输入的性质。然而，云杉木随温度和湿度而经受尺寸变化。这些气候因素经常导致在不利气候下音板的开裂和缺乏调谐稳定性。响应式钢琴音板将具有接近于或处于所发声的音符的频率的多个固有频率(自然频率)。在钢琴的低音区，被称为本征频率的这些固有频率模式之间的频率间隔(间距)成比例地宽于高音区。然而，低音区中的固有频率的数量和接近度会极大地受到音板的厚度的影响，从而极大地受到音板的刚度的影响，并且在较小的程度上受到弦码(琴码，码桥，bridge)的刚度、板的安装和肋木(肋，rib)的影响。板越薄且越柔性，则存在越多的本征频率接近所发声的音符，并且这些固有频率的最低频率(第一本征模式)越低。因此，具有薄的柔性无肋木音板的钢琴的低音响应可能比具有多肋木厚板的钢琴的低音响应更好。通过在板的不同区域中使用不同的厚度可以获得另外的优点，在钢琴音板的响应于较高频率的那些区域中使用稍厚的板，同时在响应于低音频率的那些区域中使用最小厚度会是有益的。可以通过在振动能量输入的条件下对音板的有限元模态分析来确定响应区的位置和形状。通常发现，具有较薄且不太坚固从而不太耐用的云杉木音板(其不太能够承受来自琴弦的负荷)的钢琴具有较短的质量寿命和较差的调谐稳定性，尽管它们的声学性能最初可能是优越的。最近开发的多种碳纤维(CarbonFibre)和凯夫拉(Kevlar)型复合材料，其包含嵌入树脂材料的基质中的碳纤维、石墨烯、富勒烯和各种玻璃纤维，提供了明显更高的刚度、强度以及刚度与比重的有利比率。因此，钢琴设计师已试图在钢琴音板建造中应用这些复合材料中的一些材料。通常，这没有成功的结果，因为已经限制建造者因强度原因使用太厚的材料来抵抗琴弦对音板的向下的压力。已经发现额外的厚度有助于不期望的高谐波，这通常不能被钢琴艺术家接受。三角钢琴的琴弦通常且主要通过琴弦在其穿过弦码所在的垂直平面内的角度改变而与弦码盖(bridgecap)保持牢固接触。这产生了琴弦对弦码的向下的接触负荷，弦码利用足够的角度变化和琴弦张力确保琴弦自下被敲击时不会失去与弦码盖的接触。丧失接触力导致嗡嗡声，并导致无效的振动能量传递到音板。这种向下的承载负荷通常为每个琴弦约4至8磅(1.8至3.6Kg)。因此，具有约230根琴弦的钢琴将需要刚度和强度足以支撑900到1800磅(405-810Kg)之间的向下的承载负荷的音板。这限定了在乐器的多年寿命中连续支承向下的承载负荷所需的音板设计的厚度和加固手段。云杉木材质的具有足够强度的典型钢琴音板由4至9mm厚的木板制成，这些木板对接并且在其底面通过矩形的通常接近正方形截面的云杉腹板(bellybar)(肋木)加固，这些腹板通常为约25mm的正方形横截面，间隔约100mm。为了产生相当的刚度和强度，使用所说的碳纤维将需要约4mm的板材料厚度。已经发现碳纤维的这种大厚度有助于高频响应，从而有助于增强不期望的高次谐音。本专利技术的申请人已经确定，具有这种板的钢琴的音质通常是不可接受的。此外，得到完全确认的是，很少有云杉木板能在乐器的声功率和音质消失之前在其工作中持续超过5至40年，因为板会在持续的向下承载负荷下塌陷(collapse)，并且琴弦与弦码盖之间的充足的接触力会减少或完全消失。板越薄并且从而板越弱，在此发生之前乐器的寿命越短。在申请人的专利技术名称为“琴弦-弦码连接系统和方法(String-bridgeinterfacesystemandmethod)”的在先专利公开号WO2010086690A2中，描述了一种在琴弦和弦码盖之间产生接触力的装置(方法，手段，means)，而不采取琴弦在其穿过弦码盖所在的垂直平面中的角度变化，从而不产生向下的承载力。本专利技术利用该技术开发了一种非常薄的纤维复合材料音板，该音板减轻了与较厚音板相关的不想要的谐波问题。在本专利技术的第一方面，提供了用于乐器的音板装置，该装置包括：由厚度在0.75mm到3mm之间的复合纤维树脂粘合材料形成的音板基底；以及由厚度在0.05mm到0.9mm之间的紫外光(紫外线)阻隔材料形成的外层。碳纤维尤其在宽范围的湿度下是尺寸稳定的，其非常耐开裂和随温度变化的尺寸变化，因此使得更坚固、更耐用且更加调谐稳定的乐器成为可能。基底厚度和外层厚度的组合提供了具有增强的声学性质的音板装置。外层优选但非排他地是0.6mm至0.8mm厚的饰面板(woodveneer，木材单板)，且优选地基本上为0.7mm厚。优选地，外层由木材、漆(涂剂，paint)、金属箔或金属沉积(金属沉积层)中的一种或多种形成。方便地，外层设置在音板基底的上表面和下表面中的一个或两者上。音板装置还可以包括复合纤维材料的一体式弦码单元，弦码中的纤维沿从琴弦到音板的振动能量传递的方向排列。对于三角钢琴，这是在垂直平面上。对于立式钢琴，其是在水平面上。优选但非排他地，纤维复合材料基底中的纤维的编织层可以包括双股纬线(weft)和单股经线(warp)的编织，以使得能够经由大部分碳纤维的长度沿着音板的选定尺寸优先传输能量。这些纤维最好尽可能直。方便地但非排他地，在大部分层中，基底的一个或多个三股编织层的双股纬线沿乐器音板基底的较大长度尺寸排列，并且单个编织的经线股沿着基底的较小宽度尺寸与纬线成直角地排列。与波浪形的经线股相比，较直的纬线股更刚性，因此有利于声能的传输。长度尺寸大致沿着钢琴的长弦码的轨迹取得，其通常与键盘成大约50度的角度。优选地，基底由数学上奇数(非偶数)数量的编织或非编织股纤维材料形成，在每层中，纤维取向大致正交于其一个或多个相邻层。更具体地，基底可以由3层或5层股纤维材料形成。两个外层为编织纤维材料，且更刚性的一个或多个内层为单向非编织纤维材料。优选地并且方便地，基底的一个或多个内层中的大部分单向非编织纤维沿着音板的较大长度尺寸取向，以便有利于沿着乐器的较大长度尺寸的声音传播速度。交替层大致彼此成直角地排列。方便地但非排他地，基底的非编织纤维内股可以具有比外层中的编织纤维更大的纤维直径。优选地，5层音板的基底由具有三股编织的2个编织纤维复合材料外层以及三个非编织单向直纤维内层形成，所述内层中的两个外层沿着基底的较大尺寸排列，单个中心层的纤维沿着较小尺寸排列。优选地，3层音板的基底由2个编织纤维复合材料外层和一个非编织单向纤维内层形成，所述内层沿乐器基底的较大尺寸排列。根据本专利技术的另一方面，提供了一种形成如上所定义的音板装置的方法，该方法包括以下步骤：将多层编织或直股纤维材料粘合在树脂基质中以形成音板基底，其中所述音板基底最初被形成为使得其厚度相对于所需的最终音板基底尺寸过大；然后将所述音板基底修整至成品厚度以形成最终基底，修整工艺被限制为确保在所述最终基底中内层中的纤维不被修整工艺切断。优选地，所述修整包括对多层音板基底进行砂磨和/或机械加工以使其光滑和平坦。方便地，对音板基底进行精加工(finish)，以实现不大于±0.1mm的平坦度和厚度公差。在机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于乐器的音板装置，所述装置包括：音板基底，所述音板基底由厚度在0.75mm到3mm之间的复合纤维树脂粘合材料形成；以及外层，所述外层由厚度在0.05mm到0.9mm之间的紫外光阻隔材料形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.30 GB 1411613.11.用于乐器的音板装置，所述装置包括：音板基底，所述音板基底由厚度在0.75mm到3mm之间的复合纤维树脂粘合材料形成；以及外层，所述外层由厚度在0.05mm到0.9mm之间的紫外光阻隔材料形成。2.根据权利要求1所述的音板装置，其中，所述外层由木材、金属箔、漆或金属沉积中的一种或多种形成。3.根据权利要求1或2所述的音板装置，其中，所述外层设置在所述音板基底的上表面和下表面中的一个或两者上。4.根据任一前述权利要求所述的音板装置，还包括复合纤维材料的一体式弦码。5.根据任一前述权利要求所述的音板装置，其中，所述基底中的纤维编织层包括双股纬线和单股经线的编织。6.根据权利要求5所述的音板装置，其中，在大部分层中，所述基底的一个或多个三股编织层的双股纬线沿着所述基底的较大长度尺寸排列，并且单个编织的经线股沿着所述基底的较小宽度尺寸与所述纬线成直角地排列。7.根据任一前述权利要求所述的音板装置，其中，所述基底由数学上奇数(非偶数)数量的编织或非编织股纤维材料的层形成，在每层中，纤维取向基本上与其一个或多个相邻层正交。8.根据权利要求7所述的音板装置，其中，所述基底由3层、5层或7层非编织直股纤维材料形成。9.根据权利要求8所述的音板装置，其中，所述基底的两个外层为编织纤维材料，并且所述基底的一个或多个内层为单向非编织纤维材料。10.根据权利要求9所述的音板装置，其中，所述基底的一个或多个内层中的大部分单向非编织纤维沿着所述音板的较大长度尺寸取向。11.根据权利要求7至10中任一项所述的音板装置，其中，所述基底的一个或多个内层的非编织纤维具有比所述外层中的编织纤维大的纤维直径。12.根据任一前述权利要求所述的音板装置，其中，5层音板的所述基底由具有三股编织的2个编织纤维复合材料外层和3个非编织单向纤维内层形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·达因，
申请(专利权)人：赫斯特伍德农场钢琴演奏室有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB