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几种典型民族乐器木质共鸣体的声学振动性能检测与分析

黄英来  
【摘要】:本文首先对国内外乐器音板用材的现状以及我国民族乐器共鸣用材的振动性能、选材与加工的研究进展进行了阐述与分析。通过分析可以看出,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,并未与我国民族乐器共鸣用材相结合。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。针对上述问题,本文以我国几种典型民族乐器(琵琶、月琴、阮等)为对象,对乐器共鸣构件用木材(素材)、共鸣板、共鸣面板、独立共鸣构件(共鸣构件)及乐器成品中的共鸣构件(共鸣箱)的声学振动性能展开深入研究,具体研究结果如下: 1)根据基于统计的纹理分析思想,进行了基于纹理图像检测技术的民族乐器选材方法的研究。以纹理间距矩阵表征木板纹理疏密程度作为判断其用于制作乐器的适用性的特征,通过对用于制作琵琶、阮、月琴三种乐器的木材面板进行纹理间距情况的测算,得到各自的纹理间距矩阵,并分析了纹理宽度与振动性能的关系,为共鸣面板用木材的外观初选提供了一定的科学理论基础和技术支撑。 2)检测分析影响乐器音质的主要特性——振动特性的一般原理和检测实验的方法,探索并初步确立了民族乐器共鸣用木质构件的声学属性检测方法。在以往研究的基础上,结合乐器制作师的实践经验选择试验用素材,检测、分析试验用素材的声学振动性能,采用综合评分法和综合坐标法对所选弹拨乐器共振面板用木材的综合声学振动特性进行了综合评价与区分。 3)基于薄板动力学的基本理论,采用实验模态分析法的方法对乐器共鸣板声学振动性能进行研究,并根据模态的特性选取固有频率、阻尼比和模态振型作为参数。根据琵琶、月琴、阮的乐器共鸣面板构成特点,确定了实验模态分析的实验方法;通过位移与曲率的关系、曲率变化率、弯矩,根据振动原理确定了实验模态分析的圆形薄板和仿梨形薄板的无阻尼自由振动方程解,通过实测所得的激励和响应确定了第r阶模态的振型系数矩阵;对乐器共鸣面板的振动模态进行分析,结果表明月琴、阮共鸣面板的各阶振动振型基本呈纵轴(顺纹理方向,y轴)和横轴(横纹理方向,x轴)对称,而琵琶共鸣面板只呈纵轴对称,并不成横轴对称。 4)在民族乐器共鸣用木质构件的声学属性检测方法基础上,综合、系统地分析反映共鸣构件声学品质的基本参数。选取可有效表征共鸣用木质构件声学性能的客观指标,通过对琵琶、月琴、阮三种乐器共鸣面板、共鸣构件和共鸣箱的表面波传播速度和琵琶、月琴、阮、二胡四种乐器共鸣面板、共鸣构件和共鸣箱的声辐射强度进行了顺纹理方向、斜纹理方向、横纹理方向测试,探索得出了相应的规律。对于琵琶、月琴、阮三种乐器共鸣面板阶段表面波传播速度和声辐射强度值最小,共鸣构件阶段声辐射强度最大,每种乐器在三个阶段的声辐射强度的走向趋势一致。共鸣箱阶段横纹理方向表面波传播速度速度最快,其它方向各有交错,总体呈现以共鸣箱阶段表面波传播速度值较大为主。二胡共鸣构件阶段声辐射强度值最大,但共鸣箱阶段三种木材声辐射强度值与共鸣构件阶段走向趋势却恰好颠倒,原来的最大值此时变为最小值。 系统地研究了用于共鸣木质构件的木材(素材)、共振板、共鸣面板、制成独立构件的共鸣木质构件、组装成乐器后作为乐器其中一个组件的共鸣箱等各阶段的声学属性,以及它们与乐器成品声学品质之间的内在关系,从木材声学的角度,挖掘影响乐器声学品质的主要因素。有机地结合乐器厂制作师的实际工作经验,其结果可为实现民族乐器共鸣用木材的科学选材提供一定的理论研究基础和科学依据。


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