油熱處理對(duì)竹材聲學(xué)振動(dòng)性能的影響

梁雨薇，何瀾，張梁，張海洋，蔣桂章，劉睿哲，劉鎮(zhèn)波

摘要：為探究油熱處理對(duì)竹材聲學(xué)振動(dòng)性能、尺寸穩(wěn)定性的影響規(guī)律，減少竹樂(lè)器在使用過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂、變形，從而導(dǎo)致音質(zhì)受損的不利影響，以大豆油為加熱介質(zhì)對(duì)竹材進(jìn)行熱處理，熱處理溫度分別為140、170、200 ℃，加熱時(shí)間分別為2 h 和4 h，利用雙通道快速傅里葉變換分析儀得到試件處理前后的振動(dòng)頻譜圖，讀取其前五階彎曲振動(dòng)頻率，分析聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)，研究油熱處理對(duì)竹材聲學(xué)振動(dòng)性能、尺寸穩(wěn)定性的影響。處理后竹材的比動(dòng)彈性模量（Esp）、聲輻射品質(zhì)常數(shù)（R）有明顯提高，密度（ρ ）、聲阻抗（ω）、動(dòng)力學(xué)損耗角正切（tanδ）和E/G呈下降趨勢(shì)，聲學(xué)振動(dòng)效率得到提高。其中，經(jīng)200 ℃、4 h處理后帶有竹節(jié)的竹材聲學(xué)振動(dòng)性能提升最大，Esp增幅為29.20%、ρ降幅為15.12%、R增幅為33.75%、ω降幅為3.41%、tanδ降幅為40.52%，E/G降幅為2.33%。最小體積干縮率和最大抗吸濕膨脹率分別為0.33%、56.95%，體積干縮率和體積吸濕膨脹率隨處理時(shí)間和溫度的增大而減小。結(jié)果表明，當(dāng)油熱處理時(shí)間為200 ℃，時(shí)間為4 h時(shí)，試件的聲學(xué)振動(dòng)性能得到了較好的改善，油熱處理對(duì)竹材聲學(xué)振動(dòng)性能和尺寸穩(wěn)定性的提升有積極作用。

關(guān)鍵詞：竹材；油熱處理；聲學(xué)振動(dòng)性能；尺寸穩(wěn)定性；微觀構(gòu)造

中圖分類號(hào)：S781.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8023（2024）03-0115-10

Effect of Oil Heat Treatment on the Acoustic Vibration?Performance of Bamboo

LIANG Yuwei， HE Lan， ZHANG Liang， ZHANG Haiyang， JIANG Guizhang， LIU Ruizhe， LIU Zhenbo*

（Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology （Northeast Forestry University），?Ministry of Education， Harbin 150040， China）

Abstract：In order to explore the impact of oil heat treatment on the acoustic vibration performance and dimensional stability of bamboo materials， and to reduce the adverse effects of cracking， deformation， and damage to sound quality of bamboo musical instruments during use， the experiment used soybean oil as the heating medium to heat treat bamboo， with heat treatment temperatures of 140 ℃， 170 ℃， and 200 ℃ and heating times of 2 and 4 hours. The vibration spectrum of the specimens before and after treatment was obtained using the dual channel FFT analyzer， and took the first to fifth bending vibration frequencies. Its acoustic vibration performance parameters were analyzed to study the effect of oil heat treatment on the acoustic vibration performance and dimensional stability of bamboo. After treatment， the specific dynamic modulus of elasticity （Esp） and sound radiation quality constant （R ） of bamboo had significantly increased， and the density （ρ ）， acoustic impedance （ω ）， dynamic loss angle tangent （tanδ ）， E/G showed a downward trend， and the acoustic vibration efficiency had been improved. After being treated at 200 ℃ for 4 hours， the materials with bamboo nodes showed the greatest improvement in acoustic vibration performance， with an increase in Esp of 29.20%， a decrease in ρ of 15.12%， an increase in R of 33.75%， a decrease in ω of 3.41%， a decrease in tanδ of 40.52%， and a decrease in E/G value of 2.33%. The minimum volume dry shrinkage and maximum anti hygroscopic expansion were 0.33% and 56.95%， respectively. The volume dry shrinkage and volume hygroscopic expansion decreased with increasing treatment time and temperature. Results showed that when the oil heat treatment time was 200 ℃ and the time was 4 hours， the acoustic vibration performance of the specimens was better improved. Oil heat treatment had positive effects on improving the acoustic vibration performance and dimensional stability of bamboo.

Keywords：oil treatment; acoustic vibration performance; dimensional stability; microstructure

0引言

竹類植物種類繁多，分布廣泛，是世界上僅次于木材的第二大植物資源[1]。我國(guó)竹子資源豐富，竹林面積達(dá)756萬(wàn)hm2，年產(chǎn)竹材量居世界首位。自古以來(lái)竹子就在人們的生活中扮演著重要角色，在金屬材料出現(xiàn)前的古代社會(huì)更是占據(jù)著舉足輕重的地位。古人利用燃燒竹子發(fā)出噼啪聲驅(qū)散邪氣，這是最早的原始音樂(lè)[2]。竹樂(lè)器在商代時(shí)開(kāi)始增多，繁榮于周代，秦漢時(shí)期發(fā)展基本完成，各類竹樂(lè)器相互輝映，齊聚一堂，唐朝一半以上的樂(lè)器都是由竹子制成的[3]?？梢哉f(shuō)竹樂(lè)器是人類最早使用的樂(lè)器之一，是群眾精神文化生活中不可缺少的重要組成部分[4-5]。竹子強(qiáng)度高、彎曲延展性好、硬度適宜，作為樂(lè)器用材展現(xiàn)出了優(yōu)良的聲學(xué)特性，最常用來(lái)制作竹樂(lè)器的竹子有毛竹、紫竹、白竹和苦竹等[6-9]。但由于其本身的特性難以長(zhǎng)久保存，許多竹樂(lè)器消失在了歷史長(zhǎng)河中，直至近年來(lái)隨著人們對(duì)精神文化需求的日益增加，民族竹制樂(lè)器受到了越來(lái)越多的關(guān)注，因此竹樂(lè)器的保護(hù)和傳承就顯得尤為重要。

新伐竹材含水率過(guò)高，含有許多有機(jī)組分，且抽提物中抗腐成分少、天然耐久性低，不宜馬上制作樂(lè)器，應(yīng)儲(chǔ)存1 a以上，待含水率趨于穩(wěn)定后進(jìn)行下一步的加工[10-11]。工匠制作樂(lè)器時(shí)基本采用風(fēng)干和烘烤2種方式對(duì)竹材進(jìn)行處理，烘烤時(shí)要不斷移動(dòng)以防竹材炸裂[12]，這種處理方式不僅費(fèi)時(shí)且對(duì)工匠的技術(shù)能力要求很高，因此在工藝上進(jìn)行改良，對(duì)竹制樂(lè)器的加工和產(chǎn)品穩(wěn)定性的提高有很大幫助。為減少竹材陳放時(shí)間、提高使用效率，可以選擇物理方法對(duì)竹材進(jìn)行處理，在保證其聲學(xué)振動(dòng)性能不減弱的同時(shí)提高制作樂(lè)器的效率。王思敏[13]對(duì)毛竹竹片、毛竹地板和木質(zhì)人造板的聲學(xué)振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，對(duì)不同種類人造板的聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行了細(xì)致分析，尋找出了影響板材聲學(xué)振動(dòng)性能的因素。霍鑫升等[14]對(duì)竹材熱處理工藝進(jìn)行了分析總結(jié)，得出單一的處理工藝會(huì)對(duì)竹材產(chǎn)生負(fù)面影響，今后的研究應(yīng)側(cè)重于多工藝結(jié)合的結(jié)論。毛竹材經(jīng)甲基硅油、桐油熱處理后，其物理、化學(xué)和防腐等性能均有不同程度的提升，溫度提升至200 ℃后，竹材的力學(xué)性能急速下降，滿足不了建筑、包裝等領(lǐng)域的性能需求[15-16]。

目前用物理法處理竹材的研究多集中在處理后竹材成分組成[17-18]、防霉性能[19-21]、力學(xué)性能[22-24]和顏色變化[25-27]等方面的研究，對(duì)竹材聲學(xué)振動(dòng)性能改良的研究較為少見(jiàn)。研究竹材聲學(xué)振動(dòng)性能對(duì)竹樂(lè)器的加工制造，延長(zhǎng)樂(lè)器的使用壽命有很大幫助。相較于甲基硅油、桐油等加熱介質(zhì)，經(jīng)大豆油處理過(guò)的樂(lè)器竹材安全性更高，且成本較低。本研究以大豆油為加熱介質(zhì)對(duì)毛竹材進(jìn)行高溫油熱處理，研究竹材處理前后聲學(xué)振動(dòng)性能、尺寸穩(wěn)定性的變化，為提高竹樂(lè)器的使用價(jià)值，延長(zhǎng)使用壽命提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)材料為安徽省蕪湖市5年生毛竹（Phyllostachys edulis），尺寸為200 mm（縱向，L）×20 mm（弦向，T）×10 mm（徑向，R），表面無(wú)明顯缺陷。試件分6組，每組10塊：無(wú)竹節(jié)竹片5塊、距端部2 cm處有竹節(jié)的竹片5塊。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1油熱處理

將試件放入恒溫恒濕箱（20 ℃、65%RH）平衡含水率至12%，待質(zhì)量穩(wěn)定后測(cè)量毛竹的物理參數(shù)及聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)，而后將試件置于140、170、200 ℃的大豆油中分別常壓處理2 h和4 h（表1）。試驗(yàn)開(kāi)始前將試件平鋪在油浴鍋中，因竹片密度小于大豆油，所以在油浴鍋邊放置掛鉤懸掛放置鐵網(wǎng)，將試件完全壓入油中。取出處理完的試件，使用無(wú)塵擦拭紙擦去表面油分，在室溫條件下放置24 h后進(jìn)行物理參數(shù)、聲學(xué)振動(dòng)性能的測(cè)試。聲學(xué)振動(dòng)性能測(cè)試試驗(yàn)如圖1所示。

1.2.2聲學(xué)振動(dòng)性能測(cè)試

本試驗(yàn)基于梁的振動(dòng)理論，采用彎曲振動(dòng)的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試。用刀背對(duì)處于兩端自由邊界條件下的試件進(jìn)行瞬時(shí)敲擊，經(jīng)另一側(cè)傳感器接受振動(dòng)信號(hào)，再由雙通道快速傅里葉變換分析儀（ONO SOKKI，CF-5220Z）得到振動(dòng)頻譜，進(jìn)而計(jì)算出毛竹各項(xiàng)聲學(xué)振動(dòng)性能參數(shù)，動(dòng)態(tài)彈性模量（E）、比動(dòng)彈性模量（Esp）、聲輻射品質(zhì)常數(shù)（R）、聲阻抗（ω）、對(duì)數(shù)衰減率（δ）、動(dòng)力學(xué)損耗角正切（tanδ）、動(dòng)態(tài)彈性模量E與動(dòng)態(tài)剛性模量G之比（E/G）等。

E=48π2dL4f2iβ4h2×10-9。（1）

式中：E為動(dòng)態(tài)彈性模量，GPa；ρ為密度，kg/m3；L為長(zhǎng)度，m；fi為共振頻率，Hz；i表示振動(dòng)階次；d為不同共振階數(shù)對(duì)應(yīng)的系數(shù)；h為厚度，m。

Esp=Ed。（2）

式中，Esp為比動(dòng)彈性模量，GPa。

R=Eρ3。（3）

式中，R為聲輻射品質(zhì)常數(shù)，m4/（kg·s）。

ω=ρE。（4）

式中，ω為聲阻抗，（Pa·s）/m。

δ=1nlnAiAi+1。（5）

tanδ=δπ。（6）

式中：δ為對(duì)數(shù)衰減率；tanδ為動(dòng)力學(xué)損耗角正切；Ai為試件時(shí)域正弦波的第i個(gè)振幅。

1.2.3尺寸穩(wěn)定性測(cè)試

竹材發(fā)音效果穩(wěn)定性主要取決于其抗吸濕能力和尺寸穩(wěn)定性，外界濕度變化會(huì)影響竹材的含水率，進(jìn)而導(dǎo)致音色產(chǎn)生變化。通過(guò)對(duì)竹材進(jìn)行物理或化學(xué)等方面的處理能夠減小這種不利影響，提高樂(lè)器用竹材的使用價(jià)值和壽命。根據(jù)GB/T 15780—1995[28]對(duì)試件的尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)體積變化計(jì)算試件的體積干縮率和抗吸濕膨脹率。

α=Vm-VnVm×100%。（7）

β=V1-V0V0×100%。（8）

γ=βa-βbβa×100%。（9）

式中：α為干縮率，%；Vm、Vn為竹材絕干前、后的體積，mm3；β為體積吸濕膨脹率，%；V0、V1分別為竹材水浴處理前、后的體積，mm3；γ為改性竹材的抗吸濕體積膨脹率，%；βa為未改性竹材的體積吸濕膨脹率，%；βb為改性竹材的體積吸濕膨脹率，%。

1.2.3微觀形貌測(cè)試

本試驗(yàn)選取含水率12%的未處理材和經(jīng)200 ℃、4 h油熱處理后的試件進(jìn)行微觀形貌的觀察。設(shè)備采用美國(guó)FEI公司制造的QUANTA 200型掃描電子顯微鏡，選取倍數(shù)為100倍和1 000倍的照片進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1油熱處理對(duì)竹材聲學(xué)振動(dòng)性能的影響

竹材密度指單位體積內(nèi)細(xì)胞壁實(shí)質(zhì)物質(zhì)含量多少的物理量，是一個(gè)重要的物理力學(xué)指標(biāo)，也是樂(lè)器用材選材的重要指標(biāo)之一。油熱處理后密度變化如圖2所示。A、B、C、D、E、F表示不同溫度時(shí)間的組別名稱。

由圖2可知，6組試件經(jīng)油熱處理后，密度有不同程度的降低，帶有竹節(jié)的竹材密度變化率最大，竹節(jié)組的變化率分別為-5.26%、-5.33%、-8.48%、-8.42%、-13.98%和-15.12%，比相同時(shí)間溫度條件下的無(wú)節(jié)組高2%左右，經(jīng)200 ℃、4 h處理后ρ降幅最大，無(wú)節(jié)組降幅為12.50%，竹節(jié)組降幅為15.12%，竹節(jié)處的縱向、徑向和環(huán)向維管束等組成的纖維排列結(jié)構(gòu)參與了液體和離子的運(yùn)輸，有利于水分、抽提物等物質(zhì)的析出，密度下降得更為明顯[29-30]。

Esp是試件的動(dòng)態(tài)彈性模量（E）與相對(duì)密度（ρ）之比，表示竹材單位細(xì)胞壁物質(zhì)的振動(dòng)加速度，值越大，其振動(dòng)效率越高，樂(lè)器聲學(xué)品質(zhì)就越好[31]。經(jīng)過(guò)處理后的竹材Esp有明顯提升，隨時(shí)間和溫度的增加，變化率整體呈上升趨勢(shì)，如圖3所示。由圖3（c）可知，A無(wú)節(jié)組、B竹節(jié)組增幅最小，分別為19.35%、21.98%；F無(wú)節(jié)組和竹節(jié)組增幅最大，分別為27.62%、29.20%，這表明處理溫度和時(shí)間的增加對(duì)Esp的提升有積極作用。6組試件中A、C、D、F組的Esp分別為2.75、3.53、3.40、3.51 GPa，2.46、2.98、2.60、3.50 GPa，帶竹節(jié)竹材的Esp均大于無(wú)節(jié)組，B、E兩組變化率差值在1%內(nèi)。本研究中經(jīng)200 ℃、4 h處理的帶竹節(jié)竹材Esp增幅最大，從12.02 GPa提高至15.53 GPa，表明油熱處理對(duì)含竹節(jié)竹材的Esp提升效果更好。

聲輻射品質(zhì)常指竹材向周圍空氣輻射聲功率的大小，是表征竹材音質(zhì)的重要參數(shù)，樂(lè)器用材通常選用R較大的竹材[32]。由圖3（f）可知，無(wú)節(jié)組和竹節(jié)組的R變化范圍分別為13.06%～29.12%、16.96%～33.75%，F(xiàn)竹節(jié)組R增長(zhǎng)最大，達(dá)到了6.73 m4/（kg·s）。處理時(shí)間不變的情況下，處理溫度高時(shí)R變化率更大，A、C、E無(wú)節(jié)組變化率為13.06%、18.76%、28.50%，A、C、E竹節(jié)組變化率為16.96%、23.97%、30.60%；B、D、F無(wú)節(jié)組變化率為15.37%、17.57%、29.12%，B、D、F竹節(jié)組變化率為17.00%、22.82%、33.75%，這表明在加熱時(shí)間相同的情況下，選用較高的溫度更有利于提高竹材的R（170、200 ℃）。加熱溫度相同時(shí)，帶有竹節(jié)竹材的R增幅大于無(wú)竹節(jié)竹材的增幅，6組試件中140 ℃和200 ℃條件下經(jīng)4 h處理后的竹材R增幅大于經(jīng)2 h處理后的增幅。油熱處理對(duì)竹材R有明顯提升作用，200 ℃、4 h組處理效果最佳。

聲阻抗（ω）指介質(zhì)對(duì)聲波傳播的阻力大小，與振動(dòng)的時(shí)間響應(yīng)特性有關(guān)[33]，決定了竹材的聲音傳播效果，是表征竹材聲學(xué)振動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)，如圖4所示。由圖4（c）可知，A、B、C、D無(wú)節(jié)組和竹節(jié)組ω的變化率范圍為2.22%～5.82%、2.89%～5.24%，E、F的變化率分別為-1.08%和-3.45%、-1.17%和-3.14%，隨著時(shí)間溫度的增加，ω的變化率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)處理溫度達(dá)到200 ℃時(shí)，纖維素和半纖維素發(fā)生降解使竹材的密度降低[15]，E、F組試件的密度下降幅度最大，而動(dòng)態(tài)彈性模量的增幅達(dá)到最低，聲阻抗與密度和動(dòng)彈性模量的乘積呈正比例關(guān)系，二者乘積變小，ω隨之下降，這是ω降低的主要原因[34]。6組試件中只有經(jīng)200 ℃、2 h和200 ℃、4 h油熱處理后的2組試件ω下降，其余4組的ω均有所增長(zhǎng)。在樂(lè)器選材方面優(yōu)先選取ω小的竹材，ω越小，則代表著其聲學(xué)振動(dòng)特性更為優(yōu)良。在本研究中，較高的處理溫度（200 ℃）有利于竹材獲取較低的ω，且油熱處理對(duì)帶有竹節(jié)竹材的聲阻抗值降低效果更佳。

由圖5（a）和圖5（b）可知，6組試件經(jīng)處理后損耗角正切值明顯降低，F(xiàn)組的tanδ降幅最大，分別為33.12%、40.52%。tanδ越小，竹材的振動(dòng)能量損失越小，振動(dòng)效率越高。由圖5（c）可知，在較低的加熱溫度下（140、170 ℃），經(jīng)4 h處理后竹材的tanδ降幅比經(jīng)2 h處理后的降幅更大。處理時(shí)間相同時(shí)，在溫度較高的條件下竹材的tanδ降幅大于處理溫度較低時(shí)的降幅。帶有竹節(jié)竹材的tanδ降幅大于相同處理溫度時(shí)間條件下無(wú)竹節(jié)竹材tanδ的降幅，這表明油熱處理有利于降低竹材的動(dòng)力學(xué)損耗角正切值，能使樂(lè)器的聲音更加宏亮飽滿，且對(duì)帶竹節(jié)竹材效果更好。

動(dòng)態(tài)彈性模量（E）與動(dòng)態(tài)剛性模量（G）的比值（E/G）是用來(lái)描述材料在外力作用下變形方式的指標(biāo)，是有關(guān)音色品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，E/G越高，竹材的音色效果越好。由圖6可以看出，6組試件經(jīng)過(guò)油熱處理后E/G均有不同程度的降低，隨著處理時(shí)間和溫度的增加，變化率的降幅呈負(fù)相關(guān)關(guān)系逐漸減小，無(wú)節(jié)組由-13.23%變?yōu)?3.11%，竹節(jié)組從-15.99%變?yōu)?2.33%，可見(jiàn)處理后竹材的頻譜分布均勻性降低，對(duì)音色沒(méi)有較好的提升效果。經(jīng)200 ℃、4 h處理后，竹材的E/G降幅最小，雖然在音色方面沒(méi)有明顯的提升效果，但相較于其他5組數(shù)據(jù)稍顯優(yōu)異。

2.2油熱處理對(duì)竹材尺寸穩(wěn)定性的影響

竹材的發(fā)音效果穩(wěn)定性主要取決于其尺寸穩(wěn)定性和抗吸濕能力，油熱處理竹材經(jīng)過(guò)絕干和水浴處理后的干縮率和抗吸濕膨脹率，見(jiàn)表2。

由表2可以看出，未經(jīng)改性處理的竹材絕干后體積變化最大，無(wú)竹節(jié)組和竹節(jié)組的體積干縮率分別為2.69%、3.68%，無(wú)竹節(jié)竹材經(jīng)200 ℃、2 h處理后干縮率最小，為0.33%，帶竹節(jié)竹材經(jīng)200 ℃、4 h處理后干縮率最小，為0.50%。經(jīng)15 d水浴處理后，經(jīng)200 ℃、4 h處理后的竹材抗吸濕膨脹率最大，分別為56.95%、56.80%，試件的體積干縮率和抗吸濕膨脹率隨著處理時(shí)間、溫度的增加總體呈下降趨勢(shì)。在相同的濕度環(huán)境下，抗吸濕能力強(qiáng)的竹材會(huì)表現(xiàn)出更優(yōu)異的聲學(xué)品質(zhì)，同時(shí)有較高的尺寸穩(wěn)定性。經(jīng)200 ℃油熱處理后竹材的體積干縮率最小，這主要是由于高溫處理后，竹材的半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生熱解，使得游離羥基變少，從而導(dǎo)致竹材的體積干縮率下降，尺寸穩(wěn)定性提升[35]。油熱處理后竹材中的水分與油進(jìn)行了替換浸入到竹纖維中[36]，不易滲出，這是導(dǎo)致干縮率和抗吸濕膨脹率變化的主要原因。竹節(jié)由縱向、徑向、橫向、環(huán)向維管束構(gòu)成，試件經(jīng)過(guò)絕干處理后，細(xì)胞壁與細(xì)胞腔產(chǎn)生收縮，竹材各個(gè)方向的尺寸發(fā)生變化，體積干縮率大于只由軸向維管束構(gòu)成的無(wú)節(jié)部分。

2.3油熱處理對(duì)竹材微觀形貌的影響

利用掃描電鏡觀察毛竹未處理材和經(jīng)過(guò)200 ℃、4 h油熱處理竹材的徑切面，包括竹材的導(dǎo)管、薄壁細(xì)胞、初生韌皮部和纖維鞘等，如圖7和圖8所示。

2組試件均用刀片劈開(kāi)，由圖7可知，經(jīng)油熱處理后試件表面較未處理材更加光滑，極少出現(xiàn)撕裂、分層等現(xiàn)象。油熱處理后的竹材薄壁細(xì)胞間隙以及靠近導(dǎo)管方向的纖維帽被大豆油填充，不僅能隔絕水分的進(jìn)出，減少開(kāi)裂、霉變等不利影響，更能維持樂(lè)器材本身性能的穩(wěn)定性，以便在后續(xù)使用中維持其原本的音質(zhì)音色。由圖8可知，少量大豆油從紋孔中進(jìn)入細(xì)胞腔，以紋孔為中心小范圍擴(kuò)散，堵塞了紋孔，會(huì)對(duì)竹材聲音的傳播產(chǎn)生影響。從數(shù)據(jù)得知油熱處理后試件的聲學(xué)振動(dòng)性能有所提高，這表明紋孔數(shù)量適當(dāng)減小有利于聲音的傳播，對(duì)試件聲學(xué)振動(dòng)性能的提高有積極作用。

3結(jié)論

本研究以竹材為研究對(duì)象，對(duì)油熱處理前后竹材的聲學(xué)振動(dòng)性能和尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

1）竹材的聲學(xué)振動(dòng)效率隨油熱處理溫度和時(shí)間的增加逐漸提高，比動(dòng)彈性模量、聲輻射品質(zhì)常數(shù)值增大，動(dòng)力學(xué)損耗角正切、密度值降低，聲阻抗變化率呈下降趨勢(shì)，E/G下降幅度逐漸減?。ㄓ?15.99%提高到-2.33%）。

2）油熱處理后竹材的體積干縮率降低，無(wú)節(jié)組的降幅范圍為0.33%～2.69%，竹節(jié)組降幅為0.50%～3.68%，F(xiàn)組的抗吸濕膨脹率最大，分別為56.95%、56.80%。處理時(shí)間相同時(shí)，經(jīng)200 ℃油熱處理后的竹材尺寸穩(wěn)定性好，發(fā)音效果更穩(wěn)定；同一溫度條件下，經(jīng)4 h處理后的竹材聲學(xué)振動(dòng)性能更好。

3）油熱處理對(duì)帶有竹節(jié)竹材的聲學(xué)振動(dòng)性能提高效果更好。

4）總體來(lái)看，經(jīng)200 ℃、4 h油熱處理后的竹材聲學(xué)振動(dòng)性能提高得更顯著，油熱處理是一種提高竹材聲學(xué)振動(dòng)效率的有效方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐丹丹，李新林，鄧偉芬，等.竹子基因資源和應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展[J].竹子學(xué)報(bào)，2022，41（4）：76-85.

XU D D， LI X L， DENG W F， et al. Research progress of gene resources and application technology in bamboo[J]. Journal of Bamboo Research， 2022， 41（4）： 76-85.

[2]徐華鐺.Bamboo and musical instruments [J].竹子研究匯刊，2002，21（3）：76-78.

XU H D. Bamboo and musical instruments[J]. Journal of Bamboo Research， 2002， 21（3）： 76-78.

[3]李麗敏.中國(guó)古代竹樂(lè)器探源[J].樂(lè)器，2014（7）：41-43.

LI L M. Exploring the origin of ancient Chinese bamboo musical instruments[J]. Musical Instrument， 2014（7）： 41-43.

[4]HAMDAN S， RAHMAN M R， ABIDIN A S Z， et al. Study on vibro-acoustic characteristics of bamboo-based angklung instrument[J]. BioResources， 2022， 17（1）： 1670-1679.

[5]劉高揚(yáng).大竹竹樂(lè)器音樂(lè)文化研究[J].四川戲劇，2013（5）：108-109.

LIU G Y. Research on the music culture of bamboo instruments[J].? Sichuan Drama， 2013（5）： 108-109.

[6]連彩萍，鐘婧瑋，陳紅，等.中國(guó)竹樂(lè)器及其文化內(nèi)涵分析[J].家具，2022，43（2）：73-78.

LIAN C P， ZHONG J W， CHEN H， et al. Chinese bamboo musical instrument and its cultural connotation[J]. Furniture， 2022， 43（2）： 73-78.

[7]DENG L P， CHEN F M， REN X Y， et al. An environmentally friendly and efficient method to improve the acoustic vibration performance of bamboo for musical instruments： nitrogen-protected heat treatment[J]. Industrial Crops and Products， 2022， 188： 1-11.

[8]王藝達(dá)，郝騫，解彭博，等.不同氣流速度對(duì)竹笛邊棱振動(dòng)聲學(xué)頻率的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，51（8）：113-120，126.

WANG Y D， HAO Q， XIE P B， et al. Effect of different air velocities on frequency of bamboo flute edges[J]. Journal of Northeast Forestry University， 2023， 51（8）： 113-120， 126.

[9]顧君怡.鼻腔激勵(lì)方式管樂(lè)器的音響特性研究[D].南京：南京藝術(shù)學(xué)院，2022.

GU J Y. A study on the sound characteristics of wind instruments with nasal excitation method[D]. Nanjing： Nanjing University of the Arts， 2022.

[10]邵瑞，王相見(jiàn).竹材樂(lè)器的制作工藝及其在地區(qū)性音樂(lè)中的應(yīng)用：以竹笛為例[J].竹子學(xué)報(bào)，2021，40（2）：69-73.

SHAO R， WANG X J. The manufacturing technology of bamboo musical instrument and its application in regional music-a case study of bamboo flute[J]. Journal of Bamboo Research， 2021， 40（2）： 69-73.

[11]董友明，王娜，薛秋霞，等.竹材防霉研究現(xiàn)狀及展望[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，8（6）：24-32.

DONG Y M， WANG N， XUE Q X， et al. Research progress and prospects in anti-mildew performance of bamboo[J]. Journal of Forestry Engineering， 2023， 8（6）： 24-32.

[12]黃麗娜.當(dāng)代竹笛制造的工藝流程及發(fā)展分析[J].輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019（4）：105-106.

HUANG L N. Technological process and development analysis of contemporary bamboo flute manufacturing[J]. Standard & Quality of Light Industry， 2019（4）： 105-106.

[13]王思敏.竹及竹地板與人造板的聲學(xué)振動(dòng)特性研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2011.

WANG S M. Acoustic vibrational properties of bamboo， bamboo floor and wood-based panels[D]. Nanjing： Nanjing Forestry University， 2011.

[14]霍鑫升，楊國(guó)超，張求慧.熱處理對(duì)竹材理化性能影響研究進(jìn)展[J].包裝工程，2023，44（5）：24-33.

HUO X S， YANG G C， ZHANG Q H. Research progress of effects of heat treatment on physical and chemical properties of bamboo[J]. Packaging Engineering， 2023， 44（5）： 24-33.

[15]曹鈺.高溫油熱處理對(duì)毛竹材性能影響的研究[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2019.

CAO Y. Study on the performance effect of high temperature oil heat treatment of moso bamboo[D]. Hangzhou： Zhejiang A & F University， 2019.

[16]TANG T， CHEN X F， ZHANG B， et al. Research on the physico-mechanical properties of moso bamboo with thermal treatment in tung oil and its influencing factors[J]. Materials， 2019， 12（4）： 599.

[17]張建，袁少飛，王洪艷，等.漂白和熱處理對(duì)竹材化學(xué)組成及重組竹材理化性能的影響[J].竹子學(xué)報(bào)，2018，37（2）：18-22.

ZHANG J， YUAN S F， WANG H Y， et al. Effects of bleaching and heat treatment on chemical composition of bamboo and physical-chemical properties of bamboo scrimber[J]. Journal of Bamboo Research， 2018， 37（2）： 18-22.

[18]MENG F D， YU Y L， ZHANG Y M， et al. Surface chemical composition analysis of heat-treated bamboo[J]. Applied Surface Science， 2016， 371： 383-390.

[19]李延軍，王兆順，婁志超，等.飽和蒸汽熱處理工藝對(duì)毛竹材理化性能及防霉性能的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2022，59（9）：13-18.

LI Y J， WANG Z S， LOU Z C， et al. Effects of saturated steam heat treatment on physical， chemical， and anti-mildew properties of moso bamboo[J]. China Forest Products Industry， 2022， 59（9）： 13-18.

[20]郭志豪，何文，袁欣怡，等.高溫?zé)崽幚韺?duì)毛竹防霉性能的影響[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，8（3）：32-38.

GUO Z H， HE W， YUAN X Y， et al. Effect of high-temperature heat-treatment on the mould resistance of moso bamboo[J]. Journal of Forestry Engineering， 2023， 8（3）： 32-38.

[21]梁哨，潘昌仁，岑曉倩，等.涂飾處理對(duì)毛竹和炭化毛竹表面視覺(jué)性質(zhì)及防腐性能的影響[J].森林工程，2022，38（1）：52-57.

LIANG S， PAN C R， CEN X Q， et al. Assessment of the color difference and decay resistance performance of moso bamboo and carbonized moso bamboo treatments with different painting[J]. Forest Engineering， 2022， 38（1）： 52-57.

[22]YUAN Z R， WU X W， WANG X Z， et al. Effects of one-step hot oil treatment on the physical， mechanical， and surface properties of bamboo scrimber[J]. Molecules， 2020， 25（19）： 4488.

[23]曹倚中，吳妤婷，徐淑偉，等.組坯結(jié)構(gòu)對(duì)竹材膠合界面破壞行為及細(xì)胞壁力學(xué)性能的影響[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，8（3）：39-45.

CAO Y Z， WU Y T， XU S W， et al. Effects of the assembly structures on the failure behaviors and mechanical performance of bamboo-phenol-formaldehyde adhesive interphase[J]. Journal of Forestry Engineering， 2023， 8（3）： 39-45.

[24]盛葉，黃庚浪，葉小凡，等.重組竹抗拉力學(xué)性能分析[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，8（1）：46-52.

SHENG Y， HUANG G L， YE X F， et al. Analysis on mechanical properties of bamboo scrimber under tension stress[J]. Journal of Forestry Engineering， 2023， 8（1）： 46-52.

[25]YU H X， HE S L， ZHANG W F， et al. Discoloration and degradation of bamboo under ultraviolet radiation[J]. International Journal of Polymer Science， 2021， 2021： 6803100.

[26]YU H X， PAN X， WANG Z， et al. Effects of heat treatments on photoaging properties of moso bamboo （Phyllostachys pubescens Mazel）[J]. Wood Science and Technology， 2018， 52（6）： 1671-1683.

[27]婁志超，楊林添，張愛(ài)文，等.飽和蒸汽熱處理對(duì)竹材顏色的影響[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，5（4）：38-44.

LOU Z C， YANG L T， ZHANG A W， et al. Influence of saturated steam heat treatment on the bamboo color[J]. Journal of Forestry Engineering， 2020， 5（4）： 38-44.

[28]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法：GB/T 15780—1995[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

State Bureau of Quality and Technical Supervision. Testing methods for physical and mechanical properties of bamboos： GB/T 15780 - 1995[S]. Beijing： Standards Press of China， 1996.

[29]CHEN S M， ZHANG S C， GAO H L， et al. Mechanically robust bamboo node and its hierarchically fibrous structural design[J]. National Science Review， 2023， 10（2）： nwac195.

[30]HAN S Y， LI X P， YE H Z， et al. Three-dimensional visualization structural characteristics and performance of discontinuous coarse fiber bamboo nodes[J]. Journal of Materials Research and Technology， 2023， 26： 8181-8191.

[31]沈雋，劉一星，劉明.云杉屬木材晚材率變異系數(shù)與聲振動(dòng)特性參數(shù)[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，25（3）：225-228.

SHEN J， LIU Y X， LIU M. Variance coefficient of latewood percentage to sound vibration parameters of Picea Genera wood[J]. Journal of Fujian College of Forestry， 2005， 25（3）： 225-228.

[32]郝騫，王藝達(dá)，葛穎，等.樺木單板-金屬銅網(wǎng)復(fù)合材料聲學(xué)振動(dòng)性能研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，45（1）：148-158.

HAO Q， WANG Y D， GE Y， et al. Acoustic vibration performance of birch veneer-metal copper mesh composites[J]. Journal of Beijing Forestry University， 2023， 45（1）： 148-158.

[33]江澤慧，鄧麗萍，宋榮臻，等.木竹材聲學(xué)振動(dòng)特性研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究，2021，34（2）：1-7.

JIANG Z H， DENG L P， SONG R Z， et al. Research progress on the acoustic vibration performance of wood and bamboo[J]. World Forestry Research， 2021， 34（2）： 1-7.

[34]朱玲靜.幾種物理處理法對(duì)木材聲學(xué)振動(dòng)性能的改良及其機(jī)理研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2017.

ZHU L J. Improvement and mechanism of acoustic-vibration performance of wood by several physical treatments[D]. Harbin： Northeast Forestry University， 2017.

[35]余立琴.熱處理對(duì)竹材線性干縮率的影響[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2013，41（7）：32-33，37.

YU L Q. Effect of heat treatment on linear dry shrinkage rate of bamboo[J]. Forestry Machinery & Woodworking Equipment， 2013， 41（7）： 32-33， 37.

[36]王漢華.樂(lè)器竹材改性方法：CN1557613A[P].2004-12-29.

WANG H H. Method for modifying bamboo wood used for musical instrument： CN1557613A[P]. 2004-12-29.