基本信息
- 項目名稱：
- 小提琴共鳴箱點阻抗特性測試及其應(yīng)用
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 高檔小提琴共鳴箱面板和底板的加工都是采用傳統(tǒng)手工制作，缺乏必要的理論指導(dǎo)，出精品很難。 本作品借鑒機械系統(tǒng)動態(tài)特性試驗方法，對共鳴箱的振動特性進行試驗分析，其結(jié)果將為小提琴手工制作提供一種方便的參考依據(jù)。通過測試共鳴箱面板各點的點阻抗值，再繪制出面板的等剛度曲線或圖像，以反映共鳴箱面板的點剛度分布狀況。制作者可以在制作過程中通過與高品質(zhì)小提琴的等剛度圖像比較，及時地改進和優(yōu)化共鳴箱的制作過程。
- 詳細介紹：
- 眾所周知，小提琴是一種高雅而優(yōu)美的樂器，高檔小提琴價格不菲，共鳴箱面板和底板的加工都是采用傳統(tǒng)的手工制作的，制作質(zhì)量主要靠制作者的手工技巧和經(jīng)驗來保證。歷來制作技藝只能心口相傳，缺乏必要的理論指導(dǎo)，出精品很難。小提琴制作重在聲學(xué)特性，在小提琴的組成部件中，共鳴箱是最重要的振動部件，它的特性對小提琴的音量和音色品質(zhì)起著重要的作用。 我們借鑒機械系統(tǒng)動態(tài)試驗的方法，對共鳴箱箱體的振動特性進行試驗分析。嘗試通過測試共鳴箱面板各點的點阻抗值，再繪制出小提琴的等剛度曲線或圖像，以反映共鳴箱面板的點剛度分布狀況，這將為小提琴手工制作者提供一種方便的參考依據(jù)。 我們這套試驗設(shè)備主要由硬件和軟件兩個部分組成。硬件部分包括阻抗頭、電荷放大器、USB數(shù)據(jù)采集卡；軟件部分主要由虛擬儀器完成數(shù)據(jù)分析，包括雙通道實時示波、信號FFT分析、點阻抗計算及灰度圖的繪制等，并可存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果。 試驗過程：用阻抗頭輕輕敲擊共鳴箱面板上的某一點，同時采集力和加速度信號，將信號送入電荷放大器進行信號放大，再將放大的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡送入計算機。在虛擬儀器的數(shù)據(jù)分析過程中先將加速度信號進行積分運算變?yōu)樗俣刃盘?，然后將力信號、速度信號進行數(shù)字濾波；將濾波后的信號分別進行快速傅里葉變換，然后取力和加速度FFT變換之后的比就得到一個以頻率為變量的復(fù)函數(shù)；再給定小提琴泛音中的某一頻率，即可得到該頻率的點阻抗值；通過測試面板上各矩陣點的點阻抗值后，繪制出面板的等剛度曲線或剛度灰度圖。 通過繪制的等剛度曲線或等剛度圖像，制作者可以在制作過程中通過與高品質(zhì)小提琴的等剛度圖像比較，及時地改進和優(yōu)化共鳴箱的制作過程。 本作品最大的亮點在于 1）通過現(xiàn)代測試手段，將傳統(tǒng)的工匠制作經(jīng)驗轉(zhuǎn)換為圖形信息，使制作經(jīng)驗得以傳承； 2）與常規(guī)模態(tài)分析方法相比，采用的點阻抗試驗方法簡單、實用，圖形直接反映了面板厚度信息，便于小提琴制作者使用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 小提琴共鳴箱體的結(jié)構(gòu)振動特性是影響小提琴聲學(xué)性能的主要因素。針對目前高檔小提琴共鳴箱面板的手工制作過程僅憑制作者經(jīng)驗而缺少理論指導(dǎo)的現(xiàn)狀，本作品嘗試采用一種實用的小提琴共鳴箱振動特性測試方法來解決經(jīng)驗傳承問題。即先對現(xiàn)有的高檔小提琴共鳴箱箱體點阻抗特性進行測試，并將測試結(jié)果繪制成為制作者容易讀懂的振動特性曲線或灰度圖形，據(jù)此為其它共鳴箱面板的制作過程提供參考和借鑒,從而提高小提琴制作水平。 主要創(chuàng)新點是：通過現(xiàn)代測試手段，將傳統(tǒng)的工匠制作經(jīng)驗轉(zhuǎn)換為圖形信息，使經(jīng)驗得以傳承。技術(shù)關(guān)鍵是：用硬件和虛擬儀器搭建實用的點阻抗特性測試、分析系統(tǒng)；對不同的小提琴進行實驗，進一步分析點阻抗分布特性與小提琴音響品質(zhì)的關(guān)系。
科學(xué)性、先進性
- （1）小提琴的聲學(xué)特性與小提琴的振動特性有著密切的聯(lián)系，通過機械阻抗試驗的方法可以分析小提琴共鳴箱箱體的振動特性。與現(xiàn)在僅憑經(jīng)驗制作小提琴相比，嘗試用理論和試驗分析的方法指導(dǎo)制作小提琴是科學(xué)的； （2）提供了一種便捷有效的測試設(shè)備和制作指導(dǎo)方法，制作者在制作過程中測出面板相應(yīng)的點阻抗值，通過與高品質(zhì)小提琴點阻抗參數(shù)進行比較，及時改進和優(yōu)化共鳴箱的制作過程，提高制作水平。（3）目前藝術(shù)類院校和研究單位很少有用工程試驗方法來研究樂器特性并指導(dǎo)生產(chǎn)的，該作品有利于工程與藝術(shù)學(xué)科的相互借鑒和發(fā)展。參考文獻：古典提琴的設(shè)計，樂器，2001，(2) 文獻介紹了小提琴是一種音質(zhì)優(yōu)美、表現(xiàn)力豐富的樂器。但是,目前價格不菲的高檔小提琴在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作上基本上是憑經(jīng)驗手工制作的,制作過程缺少理論指導(dǎo)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 自選研究題目，獲學(xué)校科技活動經(jīng)費資助。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 向小提琴制作者介紹、推廣
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品通過測量小提琴共鳴箱的點阻抗特性，并利用點阻抗分布曲線（圖像）指導(dǎo)手工制作小提琴共鳴箱。查閱文獻資料表明，國內(nèi)尚沒有對小提琴共鳴箱點阻抗特性測試方法和系統(tǒng)設(shè)備，更沒有提出用來指導(dǎo)小提琴制作。該作品不僅能為高檔小提琴的制作提供理論和試驗指導(dǎo)，同時也會推動工程和藝術(shù)類學(xué)科的結(jié)合。與現(xiàn)在高檔小提琴制作的高額費用相比該系統(tǒng)本身價格不高，能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，使用簡單、方便，因此具有良好的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 在文獻（李功宇，鄭宇文，弦樂吉它結(jié)構(gòu)聲振特性的實驗分析，昆明理工大學(xué)學(xué)報，2002(8):19-22）中，李功宇副教授基于結(jié)構(gòu)實驗?zāi)B(tài)分析及頻譜分析技術(shù)，對弦樂吉他結(jié)構(gòu)聲振特性進行了實驗分析。吉它結(jié)構(gòu)固有振動模態(tài)的實驗分析采用脈沖錘瞬態(tài)激勵測試分析方法。 李功宇副教授設(shè)計的吉他結(jié)構(gòu)振動模態(tài)特性測試實驗狀態(tài)為琴身軸線鉛垂、頸部柔性支撐。振動測點共布置有52個，頂板測點布置如圖2,背板測點布置與頂板相同。此外，在吉他琴把及測板上還分別布置有四個振動測點。在測試過程中，將加速度計固定放置于頂板7＃點測量脈沖響應(yīng)，脈沖順序?qū)Ω鳒y點進行脈沖激勵。通過模態(tài)分析的一些理論，求出實驗吉他的模態(tài)振型和參數(shù)。他綜合實驗吉他六弦彈奏聲音歷程及頻譜分析，并根據(jù)現(xiàn)場彈奏者聲質(zhì)聽覺比較，初步得出：當琴弦振動頻率與琴身振動模態(tài)頻率耦合時，琴弦振動會激發(fā)琴體相應(yīng)的固有模態(tài)振動，弦振聲易產(chǎn)生聲波持續(xù)時間長、且具有和弦音的效果。他的研究僅僅局限于吉他結(jié)構(gòu)的實驗?zāi)B(tài)分析及彈奏聲的頻譜分析，并沒有得出結(jié)構(gòu)振動模態(tài)與吉他彈奏音質(zhì)的關(guān)系特性，更沒有提出運用分析結(jié)果指導(dǎo)吉他的制作。試驗數(shù)據(jù)是采用交叉阻抗獲取的。 有關(guān)共鳴箱式弦樂樂器的研究方法還有一些，但都只是研究試驗樂器本身振動特性。本作品研究方法是基于小提琴共鳴箱面板傳統(tǒng)手工制作的過程特征以及制作者的需要，提出了面板點阻抗特性測試并轉(zhuǎn)化為參考圖形的方法，能為小提琴的制作加工過程提供一個直觀的指導(dǎo)。
