全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & % 年 # 月
林 业 科 学
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我国民族乐器共鸣用木材声学品质的
研究现状与发展趋势
刘镇波6刘一星6于海鹏6黄英来6李司单
"东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室6哈尔滨 &9%%!%$
摘6要!6简单介绍我国民族乐器的主要研究方向!重点对民族乐器共鸣用材的振动性能%选材与加工 $ 个方面的
研究进展进行总结与分析!同时也简要介绍以钢琴为代表的西洋乐器用材声学性能的研究内容与评价方法& 通过
分析我国民族乐器用木材声学品质研究中存在的不足及实际生产中存在的问题!探讨未来的发展趋势!即今后应
着重开展以下几个方面的研究’ 研究民族乐器共鸣构件用木材的声振动性能与乐器音色%品质的内在联系!建立选
材的客观评价方法# 开展乐器共鸣构件用木材的选材 C共鸣用木质构件 C乐器成品中的共鸣用木质构件 C乐器声
学品质的系统化研究!构建共鸣木质构件的声学振动模型# 探索民族乐器共鸣用木材的声学性能改良方法!以改善
木材的振动性能&
关键词’6民族乐器# 共鸣用木材# 声学品质
中图分类号! ’8#&27#666文献标识码!-666文章编号!&%%& C8!##"$%&%#%# C%&9& C%"
收稿日期’ $%%# C&& C$%# 修回日期’$%%A C%8 C&%&
基金项目’ 国家自然科学基金项目"7%!8&79"$ %黑龙江省自然科学青年基金项目"O($%%A(&%9$ &
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58)0%-90’6(KHGLPLV01\ U3PHTF1HGPQR3ULGQPFRLQKLQRLFP3RL0V(KHGLPLQRFSHQH0GF1T31Q3RL! FGS QKLXFRL?1FXHG4FG
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66随着人类物质生活水平的改善!人们越来越追
求精神生活水平的提高!乐器作为人类一种高雅的
娱乐器具!越来越受人们的欢迎!这就促进了乐器工
业的快速发展& 某些种类的木材!如云杉属"8&9+#$
木材%泡桐"8#7A)X$&# P??5$等!具有优良的声振动
特性!已被广泛应用作乐器和声学器具的共鸣元件&
乐器行业中除铜管乐器外!几乎所有的乐器生产都
离不开木材!而且木材的振动性能在很大程度上决
定了乐器的质量&
对用作乐器共鸣元件的木材的要求不同于其他
木材应用领域!它不但要求木材不能有开裂%节子%
虫眼等缺陷!而且对木材的密度%年轮宽度%年轮数
林 业 科 学 !" 卷6
及微观特征等都有具体的要求& 因此!适合于制作
乐器共鸣元件的木材只局限于少数的几种木材及这
些木材原木中的某些部位& 从目前的生产看!用于
生产乐器共鸣板的原木出材率一般在 &%o _$%o!
这也说明了乐器共鸣元件对其所用木材要求的苛
刻& 而当前人类面临着世界性的木材资源匮乏!适
合于制作乐器共鸣元件的木材更是少之又少!这不
但影响着乐器质量的提高!而且影响着乐器行业的
可持续发展& 我国的情况更是如此!目前我国每年
都需要从国外进口大量的乐器共鸣元件用木材!以
补给国内资源的缺乏&
因此!开展乐器共鸣元件用木材的声学振动性
能研究及客观评价对乐器行业发展与木材资源的高
效利用具有重要的实际意义& 用于制作乐器的材料
不仅仅局限于木材!并且乐器的不同部位可能使用
的木材树种也会有所不同!本文主要针对我国民族
乐器中起共鸣作用的木材的声学品质的研究结果进
行总结分析&
&6木材在我国民族乐器中的重要作用
中华民族有着几千年的文化积淀!作为传统文
化载体的中国民族器乐!已有 # %%% 年历史!它不仅
具有浓郁的民族特色和丰厚的文化底蕴!而且记录
了我国灿烂的音乐文化和先人们超然的智慧"陈惠
庆!$%%&$& 近几十年以来!随着社会经济的快速发
展!人们越来越重视精神的需求!党的十七大明确要
求深入贯彻落实科学发展观!推动科学发展!促进社
会和谐!提出到 $%$% 年我国将全面进入小康社会&
人们精神生活的愉悦也是社会和谐%小康社会的一
个标志& 民族乐器作为一种精神娱乐的产品!在人
们的精神文明中一直起到非常重要的作用&
中国早在周代!便有了根据乐器制作材料进行
分类的(八音)之说!而今乐器制造业所用材料同样
也是比较宽广!但多集中在木材%竹材%皮革%金属等
"田元!$%%8# 赵娴!$%%8$& 木材作为民族乐器共鸣
构件重要用材之一!其性能的好坏对乐器的声学品
质有极其重要的影响!不同材质所构成的乐器会显
示出不同的乐器性能!如音色%音质# 乐器又由于材
质的不同也会导致乐器质量的很大差异& 对于琵
琶%扬琴%阮%月琴%古琴等弹拨乐器!都是以琴弦为
初始振动发声体!再通过共鸣箱将被拨奏的弦音放
大并美化传播到空气中!使我们听到优美的乐音!而
在这个共鸣箱中!其面板起到共振与传递能量的作
用!是乐器中极其重要的部件!一般都用泡桐等制
成!其要求纹理通直%年轮宽度适当%无节疤和裂纹
等& 对于二胡%高胡%中胡%低胡等拉弦乐器!也是通
过共鸣箱将被拉奏的弦的振动放大%美化而产生乐
音!不同的是其共鸣箱的面板"面料$是由蟒皮等皮
革原料制成!但是!共鸣箱体多用木材制作!木材也
对乐器的乐音产生起到了不可忽视的作用& 而拉弦
乐器中的板胡!共鸣箱体的面板就是采用木材!是极
其重要的部件& 因此!可以说木材是制作民族乐器
共鸣构件的重要材料&
$6研究现状与分析
近几十年来!随着我国经济的快速发展!我国的
民族乐器产业也得到了快速发展!整体乐器产业的
技术水平也得到了快速提高& 木材是诸多民族乐器
中必不可少的部件!而且木材的声学振动性质在很
大程度上也决定了乐器的质量& 在以往乐器用材的
声学性能研究中!主要体现在乐器用材的振动性能
及乐器制作中如何选材 $ 个方面& 下文在简单介绍
我国民族乐器的主要研究方向的基础上!重点论述
前人在乐器用材的振动性能及选材与加工这 $ 方面
的研究进展!同时也简要介绍西洋乐器用材声学性
能的主要研究成果&
@>=?我国民族乐器的主要研究方向
我国民族乐器不仅仅是一件产品!而且是我国
传统文化%人类智慧的结晶!其内涵不仅体现在制作
工艺上!还涵盖了艺术%美学%物理学%历史学等学科
的内容& 在我国民族乐器研究领域!主要的研究内
容体现在以下几个方向’ &$ 民族乐器的发展历史
"赵娴!$%%8# 方建军!&AA"$# $$ 民族乐器的制作
材料"张伯瑜!$%%8# 黄大岗!&A##$# 7$ 民族乐器
的分类方法"田元!$%%8# 邱坚珍等!$%%7$# !$ 乐
器的演奏方法# 9$ 乐器结构的改良"韩宝强!$%%7#
毛继增!&AA9$# "$ 乐器的制造工艺"刘莎!$%%$$#
8$ 乐器声学特性的分析"陈通!&AA"# 高瑛!$%%9$#
#$ 民族乐器音色库的建立"韩宝强等!&AA7# 韩宝
强!&AA!$&
@>@?我国民族乐器共鸣用木材的振动性能研究
乐器共鸣用木材的声学性能主要通过测定其振
动性能来体现!而振动性能可用动弹性模量%比动弹
性模量%声阻抗%声辐射品质常数%损耗角正切%振动
传声速度等参数表征&
&A"& 年!北京乐器研究所和中国林业科学研究
院木材工业研究所合作!对我国 7& 种主要树种木材
的声学性能进行研究!其是采用声波激发试样振动
的方法测定木材在特定含水率下振动的对数衰减
率!得出当含水率分别为 #o!&9o!&Ao时!其振动
$9&
6第 # 期 刘镇波等’ 我国民族乐器共鸣用木材声学品质的研究现状与发展趋势
的对数衰减率为 %2%77 $!%2%7" 9!%2%78 A!表明当
木材含水率增加时!对数衰减加快# 木材的声辐射
阻尼随密度的增大而减小"李源哲等!&A"$$& &A"#
年!北京乐器研究所和北京管乐器厂合作!开展了木
管乐器用材+++色木"59+*$的防裂%防变形研究!结
果表明采用活性酚醛树脂溶液处理硬木管乐器用材
和采用苯乙烯单体处理低音双簧管用材!效果十分
明显# 为解决乐器用材的资源缺少问题!他们将廉
价的桦木"=+-7A#$%色木和椴木";&A&#$等浸渍塑料
单体!进行缩聚反应!并进行仿红%仿黑处理!生产出
木材塑料复合木!以代替贵重的红木和黑木 "张辅
刚!&AA$I$& 日本京都大学的松原武秀等"$%%%$为
解决优良的乐器共鸣板用材资源匮乏问题!针对纤
维增强复合材料具有各向异性%纤维配向角度等设
计变数!可控制力学特性及振动特性等特性!根据乐
器用材料对振动特性的要求!进行纤维增强复合材
料层合板及纤维增强复合材料复合化设计!研究纤
维增强复合材料作为乐器性代替材料的可能性&
乐器的共鸣音板或面板一般是由几块木材胶拼
而成的!选用何种胶黏剂对共鸣板的性能有较大影
响!北京乐器研究所第二研究室 " &A8A $ 以泡桐
"8#7A)X$&#$%色木等树种为试件!通过抗剪%抗拉%
静弯曲%冲击等试验比较了改性白胶乳液与鱼胶对
共鸣板性能的影响!并进行了生产性试验& 拉弦乐
器%弹拨乐器等板共振乐器的音质优劣不仅与木材
的结构及物理%机械%声学性能有关!也与板的厚度
分布有关& 佘亚明等 "&A#"$讨论了共振板的厚度
变化对其振动性能的影响!认为在面板振动时反射
波强的位置适当增加厚度!可改善乐器的声学品质&
乐群等"&A8#$主要从乐器用木材的干缩湿胀角度!
探讨了降低乐器用材因干缩湿胀导致变形的方法!
并论述了人造红木制作及木管乐器用材防裂防变形
的方法!其结果是’ 采用苯乙烯单体浸渍桦木!以提
高桦木的物理力学性能指标!能达到代替红木的目
的# 用活性酚醛树脂浸渍处理木材!能基本达到防
裂%防变形的目的& 郑文珍等"&A#9$从共振木材的
特征%对音板及共振木材的要求及共振木材的机械
性能和声学常数等几个方面对乐器用共振木材进行
了简单的介绍& 陈金凤 "&A##$简单论述了木材作
为乐器用材时的选材原则!并根据其他文献数据比
较 了 泡 桐 " 8)7A)X$&# -)3+$-),# $% 杉 木
"J7$$&$’6#3&# A#$9+)A#-#$%柏木"J72*+,,7,47$+@*&,$
等 $% 种木材的声学品质&
&AA$ 年!刘一星测定了落叶松" O#*&<’3+A&$&$%
大青杨"8)27A7,7,,7*&+$,&,$%紫椴";&A&# #37*+$,&,$%
红桦 " =+-7A# #A@)S,&$+$,&,$ 及 白 蜡 木 " (*#<&$7,
96&$+$,&,$等木材的振动特性指标!并研究了树种内
的木材振动特性指标变异规律和影响因子!结果表
明木材具有优良的发音性能!但各种木材由于其内
部结构不同!各树种间木材的性质有很大的差异!即
使同树种的不同株间甚至同一株内不同位置对木材
声振动特性都具有很大的影响"李坚等!&AA9$& 刘
盛全 " &AA! $ 用 共 振 法 测 定 了 刺 楸 "N#A)2#$#<
,+2-+3A)@7,$%三角枫 "59+*@7+-’+*&#$73$%琅琊榆
"/A37,96+$3)7&$%榔榆 "/A37,2#*0&4)A&# $%棠梨
"8.*7,@+-7A#+4)A&#$等 9 种安徽琅琊山产珍稀树种
木材的声学相标!并对刺楸木材的动弹性模量与其
相应的力学性质进行了回归分析& 马丽娜 "$%%9$
以鱼鳞云杉"8&9+# %+W)+$,&,WFR53&9*),2+*3#$%马尾
松 " 8&$7, 3#,,)$&#$# $% 水 曲 柳 " (*#<&$7,
3#$K,67*&9#$% 泡 桐 "8#7A)X$&# 4)*-7$+&$% )j"A 杨
"8)27A7,P??5$及白桦 "=+-7A# 2A#-.26.A#$为试样!
采用横向振动%纵向振动及波速法测量木材的弹性
模量%比动弹性模量%声辐射品质常数%对数衰减率%
损耗角正切%声阻抗等反映木材声振动性能的参数!
并研究了木材物理及几何因子%宏观构造特征%解剖
构造特征与木材声振动特性之间的关系&
泡桐是制作我国民族乐器的重要树种之一!但
并不是任何地区培育的泡桐木材均是制作乐器的优
良材料!汤二法"$%%#$从土壤湿度%土壤胀缩性%土
壤溶液及土壤的酸碱度等方面分析了土壤特性对泡
桐木材声学性能的影响! 通过分析认为!以立冬到
春分泡桐的不生长期砍伐为最佳时间!同时生长年
限应为 &% 年以上# 胶拼同一块共鸣面板时!应注意
生长在阴面与阳面的木材搭配& 由于泡桐木材细胞
中的营养素%油脂%树胶等内含物对泡桐的振动发音
会产生消极的影响!通过浸泡不但可以将这些物质
抽提出一部分!而且可以起到一定的内应力平均的
作用"汤二法!$%%#$&
@>A?我国民族乐器共鸣用木材的选材与加工
通过对乐器共鸣用木材声学振动性能的研究!
人们了解了木材是制作乐器共鸣部件的优良材料的
内在原因!同时也为乐器产品的生产提供技术支持&
为了更好地服务于实际生产!相关的科学工作者们
对具体乐器用材的选材与加工进行了研究和探讨&
乐群等"&A88F$针对乐器的共振板材%弦轴板
木材%木琴木材%管乐器木材等的技术条件要求进行
了简单的论述& 制作不同的乐器!可能需要选择不
同树种的木材!同种乐器的不同部件!所适合的材种
也可能不同!乐群等"&A88I$介绍了泡桐%云杉等 9!
79&
林 业 科 学 !" 卷6
种我国产的适合作乐器用材树种的宏观特征%性能
与用途& 由于我国的乐器种类很多!每种乐器对树
种%材质要求也各不相同!乐群等"&A88T$又按打击
乐器%弦乐器%吹乐器 7 类!分别介绍了可用于不同
乐器木材树种!张辅刚"&AA%F$也对一些典型乐器
常用的木材树种进行了介绍&
在实际生产企业里!一般不具备木材声学振动
性能的测试条件!是通过制琴师或专家用手指节或
小木槌敲击木材!使其振动发音!从而辨别音的高低
和音质的好坏& 如果容易振动!声音出得来!并且音
质响亮%厚实!则为制作音板的好材料#相反!木材发
音迟钝!声音出不来!说明不易振动!不适宜作音板
"张辅刚!&AA%I$& 为了提高珍贵木材资源的有效
利用!张辅刚"&AA&F$介绍了乐器共鸣板用材的不
同锯切方法与技术条件& 为了保证乐器艺术性能的
特殊要求!提高生产中原木的出材率!乐器用的原木
在锯切之前!需要进行选择!这也是乐器加工工艺中
的第一道工序!张辅刚 "&AA&I$对原木的选择进行
了讨论& 张辅刚"&AA&T$还介绍了木管乐器用材的
技术条件!也介绍了适于制作管乐器的木材的密度
及材色%年轮与宏观构造特征的要求& 田祝延
"&AA9$从木材不同方向的传声速度说明了应选用
径向材用于拨弦乐器面板!同时强调选材时要注意
纹理%缺陷及锯切等问题&
我国民族乐器种类甚多%形式多样!用材也各
异!张辅刚"&AA&S#&AA&L$分别介绍了琵琶和二胡
为代表的弹弦与拉弦乐器%古筝和扬琴为代表的弹
弦与击弦乐器%鼓类乐器%竹制乐器等种类乐器的用
材树种种类及各类乐器典型用材的特性!同时也论
述了不同种类乐器选择相应树种的内在原因& 乐器
不仅是一种可以演奏的产品!而且是一件艺术品!它
的价值在很大程度上取决于其声学品质!但乐器产
品的外观同样起到很重要的作用& 因此!在乐器用
材的选材时!乐器制作师也很注意木材的颜色及花
纹纹理的美观性& 张辅刚"&AA$T$介绍了木材的颜
色%花纹纹理在乐器中的应用&
含水率高的木材不宜制作乐器!湿材制作的乐
器经过一个时期的使用后!会产生变形与开裂!胶合
部位会产生开胶!严重时乐器将会失去作用价值!这
说明了木材的干燥对于乐器共鸣用材尤为重要!干
燥不当不但会影响乐器产品的发音效果与稳定性!
而且会造成乐器产品的变形与开裂等& 为保证乐器
用材的干燥质量!古今中外乐器制作家均主张进行
长时间缓慢的自然干燥!以完全释放木材的内应力&
张辅刚"&AA$F$对乐器用材自然干燥的优缺点%场
地要求%堆放方式%含水率要求及贮存等方面进行了
讨论&
@>K?其他乐器"西洋乐器! 以钢琴为主#的音板材
料的研究与评价方法
对于西洋乐器!音板材料的研究比较成熟!成果
较多& 主要研究成果体现在以下几个方面’ &$ 采
用弯曲振动%纵波振动%扭转振动等方法对音板用木
材振动性能检测的研究"dG0+-#A5!&A#7# +0RHU0Q0!
&A#$# ,0G0PF\H+-#A5! &A#7# &A#9# &A#8# ’0I3L!
&A#"# @FHGLP+-#A5! &AA"# Z3I0lHUF+-#A5! &AA"#
dIFQFXF+-#A5!$%%%$# $$ 对音板用木材的振动性能
进行评价!并进行音板用木材选材方法的研究
" +0RHU0Q0 +-#A5! &A#"# ’34HXFUF +-#A5! &AA!#
7$ 从音板用木材构造特征角度出发!研究木材宏观
构造特征%微观构造特征%解剖分子形态特征及木材
物理特征对振动性能的影响 "刘一星等! $%%&F#
$%%&I# 沈隽!$%%&# 沈隽等!$%%&F# $%%&I# $%%$#
$%%9# ’KLG!$%%"$# !$ 采用板的振动理论与振动测
试方法对音板的振动特性进行研究与分析"+F\F0!
&AA"# <01HG +-#A5!&A#A# ’TK3UFTKLR!&A### 刘镇波
等!$%%"F# $%%"I# $%%8# $%%#$# 9$ 将音板制成乐
器!在特定的条件下!研究音板的振动模态!建立音
板的振动模型"N0PL?K +-#A5!&A#8# F^GF4HPFYF+-#A5!
&A89# ;H0RSFG0!&AA8# &AA## ’3[3\H!&A#"$& 从以上
研究可以看出!对西洋乐器 "尤其是钢琴%小提琴
等$音板用材的研究比较深入!从音板用材振动特
性%音板部件的声学性能到乐器中的音板振动模型
均有一定的成果&
@>O?我国民族乐器用木材研究中存在的不足及实
际生产中存在的问题
通过对我国民族乐器共鸣用材的振动性能%选
材与加工这 $ 方面研究进展的阐述与分析可以看
出!虽然乐器从业者及研究人员认识到木材对于乐
器的重要作用!但关于我国民族乐器用木材的声学
振动性能研究主要局限于木材振动性能指标的测
试!而在乐器用木材的选材与加工方面!也只是进行
简单的介绍!并没有进行实质性的科学验证试验&
存在这一问题的重要原因是’ 从事乐器研究的工作
者们没有木材科学研究的基础!对木材只停留在宏
观%表面认识上# 而从事木材科学研究的工作者们
很少涉及乐器领域!对乐器声学结构%发音机制的了
解又不够深入&
钢琴%小提琴等西洋乐器音板用木材的研究结
果较为丰富!在一定程度上可借鉴到我国民族乐器
!9&
6第 # 期 刘镇波等’ 我国民族乐器共鸣用木材声学品质的研究现状与发展趋势
共鸣用材的研究中!但民族乐器毕竟有其自身的特
点!因此!需要针对我国民族乐器所独有特性开展相
关研究& 从现有的研究文献看!我国民族乐器用木
材的研究主要存在以下几个方面的问题&
&$ 尚未开展民族乐器共鸣用木材的选材 C共
鸣用木质构件 C乐器成品中的共鸣用木质构件 C乐
器声学品质的系统化研究6在目前的民族乐器生产
中!存在着诸多问题!由于个体%民营的乐器生产企
业技术基础薄弱%资金匮乏!对基础研究%技术开发
等缺乏足够的重视和认识!使得在乐器生产的具体
环节中!主要依赖于主观经验!制约了民族乐器整体
水平的提高& 我国的民族乐器种类繁多!仅从以木
材为共鸣材料的民族乐器看!虽然认识到共鸣用木
材的性质对乐器音色%品质起着举足轻重的作用!但
具体如何影响%影响的程度却不甚明了!并未开展民
族乐器共鸣用木质构件的系统分析与科学评价研
究!未开展选材 C共鸣用木质构件 C乐器成品中的
共鸣用木质构件 C乐器声学品质的系统化研究&
$$ 民族乐器共鸣用木材的选材没有科学理论
依据指导6以木材作为共鸣用材料的民族乐器!其
对木材的材种%材性都有极其苛刻的要求!材种上一
般局限于泡桐%红木"=&<#$等树种!从材性上看!同
株原木上锯切下来的木材并不是全部都可以用作共
鸣材料!在以往研究中!人们认识到这一点!但并未
开展实际的理论论证研究!没有系统科学的理论依
据& 在实际生产中只是凭借乐器技工和制作师的实
践经验进行乐器共鸣用木材的选材!没有科学可靠
的评价标准!误差大%效率低!不但造成了乐器产品
质量的参差不齐!而且造成珍贵木材资源的浪费!无
法实现对木材资源合理配置利用的弊端& 如琵琶的
背板! 在 实 际 生 产 中 因 材 料 不 同 分 为’ 紫 檀
"8-+*)9#*27,,#$-#A&$7,$+++最 高 档% 红 木 " =&<#
)*+A#$#$+++高档%花梨木 "1#A@+*’&# 6#&$#$+$,&,$%
香红+++中档%白木" M-.*#<)K)*#-&,,&37,$+++次档
! 种# 对于共鸣箱体用材的品质评价!主要注重于
木材的美观性%硬重感%华美感"刘莎!$%%$$!这种
区分方法虽然有一定的参考价值!但并无具体的科
学依据&
7$ 西洋乐器的研究方法%手段及成果不可照
搬!但可借鉴6由于西洋乐器与民族乐器在结构%材
料上都存在差异!因此!西洋乐器"如钢琴$音板用
材的振动性能检测%评价方法%客观选材等方面研究
成果并不能照搬地应用到民族乐器的研究中来!但
可以起到一定的借鉴作用&
76发展趋势
针对我国民族乐器共鸣构件用木材的性质对乐
器声学品质的影响不甚明了%实际生产中乐器共鸣
用木材的选材依赖于乐器制作师的实践经验与主观
判断等问题!开展我国民族乐器共鸣用木材的客观
选材方法%民族乐器共鸣用木质构件的系统分析与
科学评价及选材 C共鸣用木质构件 C乐器成品中的
共鸣用木质构件 C乐器声学品质内在关系的系统化
研究!具有重要的实际意义&
&$ 探明乐器共鸣构件用木材的声振动性能与
乐器音色%品质的内在联系!建立选材的客观评价方
法!对于高效利用现有的珍贵木材资源%实现对木材
资源合理配置利用具有重要的现实意义&
$$ 开展乐器共鸣构件用木材的选材 C共鸣用
木质构件 C乐器成品中的共鸣用木质构件 C乐器声
学品质的系统化研究!构建共鸣木质构件的声学振
动模型!不但可解明乐器共鸣木质构件的工作原理!
完善民族乐器的科学理论!而且对于提高民族乐器
的质量与水平具有指导意义&
7$ 探索民族乐器共鸣用木材的声学性能改良
方法!以改善木材的振动性能!从而扩充民族乐器共
鸣用木材的可用资源!实现木材资源的高效%高附加
值利用!提高民族乐器音色的稳定性和质量&
参 考 文 献
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