（原）材料视角 | 木吉他的二三事

初原载于 工大材料汇    2020-04-24

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木 吉 他 的 二 三 事

受疫情的影响，我们的外出活动范围大大减少了，宅在家的时间变得多了起来。这个时候，我们就需要找一些在家里就能做的事情，把闲散的时间利用起来，让自己不那么空虚、寂寞、冷。

这时候，学习一门乐器无疑是一个非常好的选择，尤其是学习吉他。因为，吉他本身具有易于携带，方便调试、弹奏的特点。当我们学习时间长感到疲惫万分的时候，拿起吉他，弹奏出美妙的音符，想象自己是登峰造极的吉他大师（bushi），音乐的魔力便可以瞬间驱散讨厌的疲劳感。那么，是什么原因让吉他可以发出美妙至极的声音呢？

 首先还是得简单介绍一下吉他：吉他是一种木质的弹拨弦乐器，通常有六根弦，在不同风格的音乐中都扮演着重要的角色。吉他有一大特点：就是它拥有富于变化、可抑可扬的声音，而与之对应的是不同吉他木材的使用。

       因为木吉他的发声原理是纯粹的振动发声，琴弦振动产生的声音通过琴码（固定琴弦的零件，与琴体相连）、音孔进入到琴体内部，经过内部强烈的共振使空气压缩振动产生声波，再通过音孔传出。因此，不同的木材制成的琴体会产生不同程度的共振，声波的波形就会不同，从而产生不同的音色。大致如下图所示：

不同品种的吉他，甚至是同一把吉他的不同部位，都需要用到不同的材料。这是一门成熟的学问，其中蕴含的是人们留下来的丰富的材料学知识。

       好了，热场结束，正片要开始了：

因为声音是直接从面板和上面的音孔传出的，所以面板无疑是最能影响吉他音色的部位。那么顺理成章，我们首先介绍的是木吉他面板材料。

第一种常用的木吉他面板材料是云杉木，是目前使用范围最广的一种木材。它是中国宝贵树种，主要分布在华北地区、西北地区。从生长规律来看，它需要30年左右植株才能结实，有充分的时间来改善、雕琢自己的内部分子结构，所以云杉木面板形态纹理一般会显得规整、均匀，以它为介质发出的声音也会更加的饱满。

云杉木面板吉他的低音浑厚，高音清亮，琴声清晰。从物理性质来看，云杉木的优点是质量轻，韧性强，既符合吉他易于携带的特点，也满足了使用寿命的要求。吉他加工者通常会充分利用云杉木韧性强的优势，在保证使用寿命的情况下尽量减小面板的厚度，以获得更加灵敏的共振响应和清亮的声音，也就是吉他演奏者们经常说的“更好的动态”。在这里需要引入气干密度作为考量的指标，其概念是木材在一定的大气状态下达到平衡含水率时的重量与体积之比。气干密度越大，说明木材强度越高。云杉木的气干密度为0.4~0.52(单位：克每立方厘米),虽然不属于强度特别高的范围，但作为乐器木材已然绰绰有余。

云杉木在木材界犹如体操运动员一般拥有优雅但不容忽视的力量。那么为什么它会具有较高的强度呢？云杉木属于针叶树材，在针叶树材中有一种沿树干主轴排列的狭长状厚壁细胞，它们统一被称为管胞。管胞两端封闭，内部中空，形状细而长，犹如一栋楼房中密集分布、错综复杂的水管，具有运输水分的功能。同时管胞本身也具有一定的强度（厚壁的缘故），因此还能起到机械支撑树冠的作用。管胞有三种细分种类，分别为轴向管胞、树脂管胞和索状管胞。第一种是所有针叶树材都拥有的管胞，是针叶树材最主要的组成部分；后两种在极少数针叶树材中才具有，形状特征与轴向管胞略有差别。有了管胞同志们的有力支持，云杉木才能坚挺起来，在保持柔韧性的同时抵御外界环境的破坏。然而，轻盈的体态也带给了它一些缺点，使它不宜在高温状态下长期保存，会发生开裂、变形等现象，在湿度较大的环境中也容易吸入过多水分，导致膨胀。因此，要想让自己的云杉木吉他保持良好的音色，保护措施必不可少。

第二种常见的木吉他面板材料是红松（红杉）。它属于常绿乔木，对土壤水分要求较高，在中国主要分布在长白山区、吉林山区及小兴安岭地区。其生长周期略短于云杉，植株需要25年左右可以结实，形态、纹理、颜色也比较规整，同样适合作为吉他面板。红松木的气干密度为0.4~0.5g·cm^-3左右，通常比云杉木小，是一位柔韧性减弱，但体态更加轻盈的体操运动员。因为强度的降低，红松木在加工时通常需要具有较大的厚度以延长吉他的使用寿命，因此红松面板吉他的共振更加深厚，声音更加深邃、细腻，是古典吉他面板的好选择。

当我们演奏红松木面板吉他时，其低音低沉、有磁性，高音温暖、有内涵，让人不禁暗自赞叹。红松木同样属于针叶树材，手下也拥有许多管胞士兵。除了质地轻软、结构整齐以外，红松木还具有耐腐蚀、耐水湿的优点，因此与云杉木面板相比，红松木面板在潮湿、细菌多的地方仍能保持较好的性能，这也是该面板的一大优势。

因为木吉他面板材料种类繁多，所以在这里只介绍最具有代表性的两种。

下面要介绍的是木吉他指板材料，依然选取两位代表。

如果说面板照顾的是观众听觉的感受，那么指板照顾的则是演奏者手指的感受。每一位吉他手都希望自己在演奏时拥有舒适的体验，手指在琴弦、品丝间移动时如丝绸般丝滑，这样演奏者的感觉到位，观众听到的音乐自然也就变得悦耳了。

第一种常见的指板材料是玫瑰木，相当一部分吉他配备的都是该材料制作的指板。玫瑰木属于小乔木，主要分布在中南半岛、马来西亚、巴西、印度等地区，在中国海南岛南部也有少量变种分布。与云杉木、红松木不同，它属于阔叶树材，具有输导组织——导管，为一连串轴向的细胞。同时，阔叶树材也拥有几种自己独有的管胞，主要为维管管胞、环管管胞、纤维状管胞。这些管胞有一些经过一系列的分裂分化形成导管分子，成为导管的基础组成部分，负责输送水、无机盐和其他营养物质；另外的管胞则维持原来的形态，主要起到支持的作用。玫瑰木中含有导管，细胞排列整齐，因此比针叶树材强度更大，结构更加均匀，纹理更加清晰、自然，耐腐性也会得到提升，这些优点使得玫瑰木指板不会轻易因为手指长期的按压而变形，手指汗液、油脂也不会引起发霉变质。

下面的组图里，依次是玫瑰木指板、玫瑰木的表面纹理和以玫瑰木为代表的阔叶树材的导管显微结构:

第二种常见的指板材料是乌木（黑檀）。它是世界上最名贵的木材之一，属于碳化木，是由埋入淤泥中的树木经过缺氧、高压、微生物作用等一系列反应后形成的材料。它在木材界像是一位看破红尘、潜心修炼的僧人，历经千万苦难后终于修成正果，拥有坚韧不拔的高贵品质。

乌木的气干密度为1.16g·cm^-3，可沉于水，主要分布在印度尼西亚，菲律宾等地区，在中国多分布在四川、海南地区，海南还是中国乌木储量最大、树种最多的省份。乌木大多通体呈黑色或褐色，质地非常坚硬，打磨后手感细腻顺滑，表面可以呈现出镜子一般的光泽。由于在地下缺氧环境形成，因此木质含有多种天然防腐剂，造就了它永不腐朽的优良品质。

写了这么多，不知道大家有没有耐心读完，能读到这里的，都要好好表扬一下！

       其实艺术和科学是互通的，我们不应该把这两门学问分开来研究，需要两面兼顾，多层次发展，才能更好地培养自己的兴趣，取得更高的成就。当我们觉得理工科的知识有些枯燥时，不如多联系一下艺术，拿起一把吉他，或许那些知识又变得鲜活起来了。

本期的材料视角就到这里了，

下面是喜闻乐见的问答时间:

Q1：

你能简要说说文中介绍的木材的主要优点嘛？

答案：云杉木的优点是质量轻，韧性强、强度高；红松木质地轻软、结构整齐、耐腐蚀、耐水湿；玫瑰木强度大、耐腐蚀；乌木质地坚硬、永不腐朽。

Q2：

你还发现了哪些艺术与材料科学或其他科学结合的例子呢？

精选留言：照相术

            ———Вперед, товарищи

参考文献

《木材显微构造》——百度文库

乌木、玫瑰木、云杉、红松——百度百科词条

《从吉他构造到常见吉他木材》——中国知网

《阔叶树材的微观构造》——百度文库

《木材的气干密度参数表》——百度文库

本文图文作者：陈曾允

本文图文编辑：马浩然

时任图文审核：于世龙  刘孟茜 许心雨

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