木质环境学.docx

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木质环境学

木质环境学

1.前言

亘古至今，木材以它独有的色、质、纹等特性受到人们的珍爱，并广泛地应用于建筑、家具、室内装修等生活，环境之中。

有关木质材料的各种特性与人及室内环境的关系的研究内容，归纳起来被称为木质环境学研究。

木质环境学是通过仪器测量和实验心理学测验结果分析，解决木材构造、物理、化学性质等基本特性与人体生理、心理感觉特性之间关系，为合理加工利用木材资源，开发具有木材优良特性的新型材料提供科学依据，以提高人类居住环境质量的一门新兴科学[1]。

总结迄今为止国内外对木质环境学的研究工作，主要包括3方面：

一是研究木质材料的感觉特性（如视觉、听觉、触觉、嗅觉和综合感觉特性）；二是研究木质材料对环境物理条件的影响及可居住性（包括调节环境温度、湿度、声、光、色、空气质量等）；三是研究由木质材料构成的室内环境对生物体及人体的心理、生理、生长、发育的影响作用[2-5]。

2.木质材料的感觉特性

2.1视觉特性

人们喜爱木材自然柔和的色泽、纹理，习惯于用木材装点室内环境、制作室内用具，与木材的视觉特性有着密切的联系。

增田稔[6,7]、刘一星[8]开展了关于木材视觉环境学特性的研究。

木材的视觉特性可以由木材表面视觉物理量与视觉心理量来描述[9]，主要由木材的材色参数、光泽度参数、图案纹理等与人类视觉相关并可定量测量表征的物理量、心理量组成。

2.1.1视觉物理量

2.1.1.1材色

材色是反映木材表面视觉和心理感觉的最为重要的特征，人们习惯于用颜色的三属性即明度、色调和色饱和度来描述木材的表面材色。

明度高的木材，如白桦、鱼鳞云杉，让人感到明快、华丽、整洁、高雅和舒畅；明度低的木材，如红豆杉、紫檀，使人有深沉、稳重、肃雅之感。

色调在红、黄、橙黄系给人以温暖之感。

饱和度高则给人以华丽、刺激之感；饱和度低的木材则有素雅、质朴、沉静的感觉。

针叶树材与阔叶树材的材色对比表明，针叶树材的材色偏重于明度较高的橙色和浅黄白色，而阔叶树材的材色测量值则分布在一个较宽的空间范围内[10]。

波尔卡圆点效应

波尔卡圆点同一大小、同一种颜色的圆点以一定的距离均匀地排列而成。

最初源于一种舞蹈，但它最风光的时候是上世纪50年代。

当时女人们爱穿蓬松的过膝裙装，而以黑底白点作为配色的图案是她们的首选，展现出轻松、轻盈、自由的姿态，这也成为波尔卡圆点日后的基础格调。

时至今日，波尔卡圆点依然是时尚史上一个无人能解的谜。

这些圆点这个看似千篇一律，但实际上又千变万化的图案，这些流动跳跃、又似乎无休止地旋转滚动的圆点，从开始到现在从来没有退出过流行的视线。

它们充满动感，但恰到好处的色彩跳跃，不轻浮不缭乱，适度清纯，适度张扬。

事实上，这些圆点却一早己展现在木材的解剖构造当中，让我们不得不再一次感叹到自然界的奇妙。

2.1.1.2表面光泽度

当强烈的太阳光照射到贴有白色磁砖的建筑物上时，强烈的反射光线会让人难以睁眼，这是因为白色磁砖片对光线形成定向反射，且反射率达80%～120%，而人眼感到舒服的反射率为40%～60%。

木材较其它材料具有较柔和的表面光泽度。

通过对木材表面光泽度的研究，发现木材具有较强且各向异性的内层反射现象。

木材是多孔性材料，木材表面是由无数个微小的细胞构成，细胞切断后就是无数个微小的凹面镜，在光线的照射下，会呈漫反射或吸收部分光线，这样不但会使令人眩晕的光线变得柔和，而且凹面镜内反射的光泽还有着丝绸表面的视觉效果。

因此，尽管人们正在不断研究代用木材的仿制品，但目前仿制品仍然代替不了真实木材的表面效果[11]。

木材的光泽与木材的反射特性有直接的联系，平行纹理方向正反射量较大，垂直纹理方向正反射量较小，所以木材在不同方向的光泽度测量值以及光泽特性曲线也各不相同。

从图中的光泽特性曲线来看，通常光泽的最大峰值都出现在反射角为60°时，但不同材料的波峰大小有很大差别。

大理石、不锈钢板、平板玻璃的峰值较大，且分布范围很集中；木材及印刷木纹的表面光泽度的分布范围较广，峰值也较低。

未经涂饰的木材在不同方向的光泽曲线差别明显，垂直于纤维方向入射条件下所测量得到的曲线相对于平行入射情况要平缓得多，经涂饰后这种差别降低。

其次，日常生活中，人们可以靠光泽的高低判别物体的光滑、软硬、冷暖及其相关性。

光泽高且光滑的木材，硬、冷的感觉较强，冷暖感的相关性略差一些；当光泽度曲线平滑时，温暖感就强一些，由此可知，温暖感不但与颜色有关，而且也与光泽度有关[12]。

2.1.1.3表面纹理图案

木纹是天然生成的图案，它是由生长轮、木射线、轴向薄壁组织等解剖分子相互交织，且因其各向异性而当切削时在不同切面呈现不同图案，在木材切削面的弦切面上呈现抛物线状花纹，径切面上呈平行的带状花纹。

木纹给人以良好感觉有多方面的原因，其中有2点是非常重要的：

第一，木纹是由一些平行但不交叉的图案构成的，给人以流畅、井然、轻松、自如的感觉；第二，木纹图案由于受生长量、年代、气候、立地条件等因素的影响，在不同部位有不同的变化，这种周期中蕴藏变化的图案，充分体现了造型规律中变化与统一的规律。

木纹图案用于装饰室内环境，经久不衰，百看不厌的原因就在于此[13]。

武者利光[14]对木材纹理构造中存在的涨落现象进行了研究，研究表明，木材构造所呈现的1/f涨落介于完全无秩序的白色涨落1/f1/2和趋于单调的1/f2涨落之间，恰如其分地避免了1/f1/2涨落所带来的变化激烈和1/f2涨落所引起的贫乏的极端情况，所以给人以运动、生命的自然感及和谐、流畅的韵律感，并且木材色调、纹理、年轮间隔分布的1/f谱分布形式与人的生理指标之间（如a脑波的涨落谱、心率周期的强度谱）的1/f谱分布形式均相吻合，这种节律的吻合也正是木材纹理深受人们喜爱的原因之一。

2.1.2视觉心理量

木材视觉心理量与视觉物理量有密切的关系。

例如“明快”、“素雅”、“轻松”等心理感觉的数字表征随着明度指数的升高而增大，说明了材色明度值变化对心理量有影响的特点；“温暖”心理量与米制色品指数、色饱和度均有一些正相关趋势，说明材色中属温暖色调的红黄成分给人以温暖感；而“豪华”心理感量与红绿色品指数呈正相关，并与明度指数和亮度指数呈负相关，说明材色中偏暗红成分的增加给人以豪华、典雅、高贵的感觉，此结果为我国素以紫檀、红木作为高档家具材料提供了视觉心理量参数上的证明[9]。

节子是木材表面自然存在的东西。

仲村匡司等对木质壁板的节疤和凹槽与人的心理量作了调查研究，得出适当的节疤会起到一定的装饰效果，给人纯朴、自然的感觉。

但节子的视觉心理感觉因东西方人生活环境而异。

东方人一般对节子有缺陷、廉价的感觉；西方人则对节子情有独钟，认为它有自然、亲切的感觉。

因此，东方人要想尽一切办法去除材面的节子，而西方人则设法找寻有节子的表面。

2.2听觉特性

木材具有良好的声共振性和音响性质，是优良的乐器用材尽管在材料科学日新月异的今天，仍不能被其它材料取代。

例如，我国民族乐器琵琶、扬琴、乐琴、西洋乐器钢琴、小提琴等均采用木材制作共鸣板。

优良乐器的音板的声学性能品质应具有如下要求：

第一是对振动效率的要求。

音板应该能把从弦振动所获得的能量，尽可能多地转变为声能辐射到空气中去，使发出的声音具有较大的音量和足够的持久性。

从提高振动效率的观点来看，应选用声辐射阻尼较高（R≥1200）、比动态弹性模量较大、声阻抗小、损耗角正切值小以及tanδ/E小的材料这样获得的振动能量最大程度地用于向空气中辐射声能，提高了声能的转换效率和响应速度。

木材与其它固体材料相比，具有较小的声阻抗和非常高的声辐射阻尼，能够保持足够的音量和持久性。

第二是对音色的要求。

乐器对共鸣板的音色要求是来自弦的各种频率的振动应很均匀地增强，而不应有选择性，以保证音色在整个领域的均匀性。

在这点上，木材的频谱特性明显优于金属材料。

另外，从人体生理学的观点来看，人耳的等响度曲线特性对低、中频段听觉比较迟钝，对高频段听觉非常敏锐而木材从基频开始向各高次谐频各峰连线形成的“包络线”，其特性为随频率升高而连续下降的性质，符合1/f的分布规律，实现了对低、中音区的迟钝补偿和对高音区的抑制，补偿了人耳“等响度曲线”造成的听觉不足，使人感觉到乐音在各个频率范围都是均匀响度，能获得较好的音色，有亲切、自然的感觉[15]。

2.3嗅觉特性

木材除了给人一种自然感和美的享受外，还依树种不同、含有的挥发成分和抽提物质的含量不同，具有不同的香气与各种功用。

例如，花柏中散发出来的松烯类化合物可以驱除蚊子；松木有消炎、镇静、止咳等作用；杉木会刺激大脑而使脑力活动更活跃；银杏可用于治疗高血压；白桦具有抗流行性感冒之功效；冷杉能杀灭黄色葡萄球菌，等等。

木造住宅中，可以闻到木材的香气，其挥发成分是精油，精油具有除臭、防螨和杀虫、防腐抗菌的作用[16]。

木材的香气有以下几种[17]：

树脂香：

树脂香是由树脂分泌物散发出的一种带有甜味的幽香。

也称“松香”，能够使人联想到森林的美丽与清新;红雪松，具有清淡的香气，遇水愈浓，使用过程中能抑制真菌、霉菌等日常细菌，多用于制作橱柜、衣柜等。

樟脑香：

樟脑性味清凉，有辛辣感，可防虫、防蛀、防霉。

香樟可以散发出扑鼻的天然樟脑香，同时具有祛风湿、通经络、消食、止痛等功效。

芳香：

众所周知，丁香的香气百米之外皆可知。

丁香木不仅木质坚硬、木纹美丽，同时也能散发出不俗的香味，给人以视觉、嗅觉的双重享受;柠檬按具有沁人心脾的柠檬香气，有“林中仙女”之称;柏木具有自然生成的红白两色的木质、苍劲卷曲的造型纹脉，又以浓郁的柏香给人以淳厚的山林之气;荷兰香柏作为一种“观叶型植物”，可长期散发出一种特有的花的清香。

檀香：

檀木也称圣檀，因木质坚硬、香芬永恒、色彩绚丽、百毒不侵、万古不朽等特点。

。

小叶紫檀是我国清代宫廷家具的主要用材，具有淡淡的檀香味。

目前世界上仅存：

沈檀、檀香、绿檀、紫檀、黑檀、红檀等几类檀木，且数量极为有限。

辛香：

花梨木在红木中一直占有重要地位，除了不易变形开裂、易于加工、纹理清晰等，花梨木还有一突出特点，便是能长久散发清幽的香气。

海南黄梨，也称降香黄檀，号称“香木”中的王者，新锯开的黄花梨具有一股浓烈的辛香味，一段时间后转成微香，许多花梨爱好者对它无法定格的香味“上瘾”。

从药用角度来讲，海南黄花梨的香气还具有调节环境的作用。

粉香：

有三种著名的楠木：

一是香楠，木略紫而带清香，由于金丝含量较少，香味会越放越淡直至消失殆尽;二是水楠，木质较软，有馒臭味;三是楠木中最好的一种一一金丝楠，金丝楠作为名贵木材之一，可散发出淡雅怡人的香气，由于木纹中结晶较多，不仅在强光照射下反射璀璨的光亮，连木香也略浓于普通楠木。

一年左右的新料会变为明显的淡雅清香，几十年或几百年后的老料不但不会丧失迷人的香味，反而会更加醇香，这正是金丝楠独的一无二之处。

酸香：

具有酸香气味的木材集中于酸枝木中。

酸枝木大体分为三种：

黑酸枝、白酸枝和红酸枝，它们在加工过程中均会散发出一股食用醋的味道，酸枝也因此而得名。

三类酸枝木中，黑酸枝为上乘。

木材香气除上述作用外，还可以使室内气氛温馨，抑制精神压力造成的紧张，令人感到舒服，减轻疲劳。

因此，在木质环境的居室中生活可以享受到回归自然的感觉，体现“人+木=休”的意义。

2.4触觉特性

触觉特性包括冷暖感、粗滑感、软硬感、干湿感、轻重感、快感与不快感等。

一般常以冷暖感、软硬感、粗滑感综合评价某种物体的触觉特性。

木材的这些感觉特性与木材的组织构造密切相关。

2.4.1冷暖感

环境温度对木材影响较小，一年四季木材都给人以适当的冷暖感。

人接触地板时，依地板材料（木质、混凝土、PVC塑胶地砖）不同，造成脚背皮肤温度随接触时间引起变化，在室温18℃条件下试验测定结果：

皮肤温度降低以混凝土最大，其次为塑胶地砖，木地板最轻微。

人对木材的冷暖感取决于皮肤-木材界面间的温度、温度的变化及热流速度，归根到底受到材料的导热系数影响。

导热系数小的材料,其触觉特性呈温暖感，导热系数大的材料,则呈凉冷感觉。

所以木材