CN1012630B - 有关小提琴的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小提琴(及小提琴系列其它乐器)的制作，其中音箱的元件部分是由板材制成的。板材则是由在环氧树脂模型硬化的基本上单向取向的例如碳或硼的人造纤维组成的。因此纤维从面板和底板的这头到那头排成直线，以及沿侧板和低音杆的长度排成直线。利用具有高弹性模量的纤维的这种排列，配合较低的比重和振动时的低挠曲磨擦，确定乐器音箱的设计，这种设计类似于传统乐器的设计，为具有振动系统的乐器创造条件。但其中对于所传播声音的相同音量，用于传播声音的振动所固有的力的比例则显著节约。

Description

小提琴振动弦所发出的运行波（running    wave）（一种自动现象），适当地代表了被传播声音振动的方式，且是被传播声音的唯一前驱波，这一认识已被引入对本发明很重要的技术中。这种已经取得的知识不同于且驳倒了通常持有的设想，即对小提琴的功能具有重大意义的（如奇拉尼（Chladni）教授首先证实的）“平板共呜”（Plate    Rosonance）现象。

本发明涉及小提琴，尤其是有关小提琴的制造。

本文中所用的名词“小提琴”旨在包括小提琴系列的其他乐器，这些乐器主要是在尺寸大小方面跟小提琴不同，它们小提琴的变型。因此本文中所用的“小提琴”包括中提琴、大提琴和低音提琴，以及涉及标准型和学生型的乐器。为了简便起见，本说明书给出的有关本发明的描述涉及小提琴。

自从16世纪以来，小提琴的结构改变不大。有关小提琴的结构和部件例如在伦敦巴里和罗克利夫，克雷斯牡出版社（Basrrie    &    Rockliff，Cresset    Press）出版的（1969年第二版），弗朗兹法加（Franz    Farge）编著的《小提琴和小提琴手》一书中作了详尽的描述，尤其是可查阅插图ⅩⅩⅠⅠ以及所附的描述。

大体上，小提琴包括音箱，琴颈和系弦板，弦张紧在琴颈和系弦板之间，且越过一琴马元件而延伸，琴马的两末端（即琴马脚）与音 箱的面板即顶板相接触。小提琴的总尺寸（在严格的限制内），一般的外形，材料的规格由于至今长期的传统而已经标准化。

小提琴包括一个富有弹性的成一体的系统。该振动系统是由结构相对于弯曲和扭曲的弹性系统数鉴别的，弦就装在该振动系统上。乐器音乐演奏潜能的优越主要是与这些弹性属性有关，尤其是与在克服弦的磨擦和传播声音的琴身结构的弯曲部分内所消耗的能量的比例有关。

小提琴的音乐演奏潜能从性能甚差的家庭手工业制造商制作的乐器到过往时代制作的性能极佳的少量乐器都是不相同的。在著名艺术家的手中，那几件乐器的音乐潜能据说仅次于人类的嗓音。

由于小提琴形状的每一特性，小提琴的重量相对于抵抗由弦紧张时作用在支承，鞍座及靠在音柱上的琴马脚的力引起的弯曲的阻力是非常强的。可是，作用在靠在音带上的那个琴马脚上的力，在面板中位于音孔之间的那个区域和整体结构内产生相当大程度的挠曲。在弦处于振动的情况下，正是面板及整体结构中发出的扭曲振动的振幅成为所传播声音的主要声源。

利用公知的音乐潜能极佳的小提琴，弹性的测量结果纪录如下：

弦张紧时作用在支承，鞍座，和音柱上方的琴马脚上的力引起的结构的弯曲度，在琴颈与琴身结构连接处测出，达到约0.35m/m。

弦紧张时的静力引起的扭力挠曲由于存于琴马的低音脚（bass    foot）和存在于整体的结构内而需要测出。精确的测量已被发现是不切合实际的。而板的弹性已被测出，记录如下：从面板的一端到另一端测出的面板（包括音带和音孔）的扭转弹性被发现约为2.58公斤米/厘米每度扭曲。底板的扭转弹性被发现约为3.76公斤米/厘米每度扭曲。

元件部分的重量给出如下：

面板包括音带    80克

底板    95克

琴边组件    55克

组装成乐器的总重量    440克

根据本发明的一个方面，通过构制音箱来制作小提琴，该音箱包括一面板，一底板，和若干块将面板连接到底板上，且装在音箱内的侧板，一音带，全部用板材构成，板材则由在树脂模型中硬化的基本上单向取向的人造纤维组成，纤维的方向基本上平行于音箱的纵向中央轴线。

所谓关于人造纤维的“基本单向”是指最高达到18°。任意取向的纤维可作稀疏分布，以便在制造过程中，进一步减低音箱元件裂开的可能性。

小提琴可以配有传统的、即非人造材料的音柱。用另一种方法，音柱可以包括一个纤维加强树脂的管子，纤维沿音柱的长度方向延伸。

在市场上可以买到板形的环氧树脂模型中硬化的人造纤维。这些材料具有显著地高于云杉或槭树属（这些为传统的材料）所具有的的弹性模量/比重之商（GN/m²÷比重），有时称为比模量（Specific modulus），至少为50而最好超过100。可用于本发明碳纤维板材的一个实例是“GRAFIL”HM-S。（“GRAFIL是Courtaulds plc有限公司的注册商标）。“GRAFIL”HM-S具有如下的物理性质：

比重    1.6

极限抗拉强度    1.3GN/N

杨氏模量    190GN/M

云杉和槭树属的杨氏模量/比重之商约为20。

硼纤维板材是碳纤维板材的一种替换物。

这些材料能够保持接近云杉和槭树属在类似测试中所保持的四倍 长的振动。

根据本发明的另一方面，制作这样一种小提琴，从而使对所需要的关于弯曲和扭曲的弹性系数起作用的材料重量基本上集中在音箱的中央轴线上。这样就使在音箱上下两段的侧面的质心靠近中央轴线，因而对于给定强度的音量来说，就减低了按照在这些质心处测出的振动幅度，连同也相应减少了有效能量的比例，这种能量对于发出振动模式波形的各泛音是必需的。

在本发明的一实施例中，通过用一种成形叠层的结构制作音箱的前后板而可以取得所需的弹性系数，这些叠层将重量基本上集中在音箱的纵向中央轴线上。在利用能量方面就会有相应的节约。

在本发明的另一个实施例中，在利用有效能量方面的这些节约可采用加强件而取得，这些加强件沿板的中央轴线从各板的一端到另一端分布。它们例如粘合剂固定在板上。

在本发明的两个实施例中，都将板材用来构制音箱，该音箱是一个树脂和类似“GRAFIL”HM-S（或甚至更适合此用途）的纤维组成的模型，就会使克服结构的扭曲摩擦时所消耗功率的比例减少，以及对于有效能量的要求相应减少。在说明控制振动幅度的因素时（及在互易过程这样做时确定对于在一振动弦上可获到的能量的要求），要理解的是，在一个具有共呜和能量守恒的振动系统中，会在支承，鞍座和琴马脚处保持平衡。正是在保持这些平衡条件的情况下，结构中才能产生具有特定幅度的弯曲。

本发明的这些实施例各自提供了这样的小提琴，这些小提琴对于音乐演奏具有良好的潜能（与传统的乐器相比较），其具体性能如下：

（1）对于演奏者用弓拉奏和用手指弹奏弦的技巧的反应非常快速。

（2）演奏者在表达音乐时所能产生声音中存在的泛音，其数量和幅值变化繁多。

（3）对于所传播声音的音量，具有较大的“承载功率”（Carryi-ng    Power）和潜力。

现在参照附图，仅通过例子描述本发明的各种情况，其中

图1是从小提琴的音箱内观察的包括连同加强构件的小提琴底板子组件的一个视图，

图2是按照图1的纵向中央轴线x-x所剖切的剖视图，

图3、4、5和6是分别按照图1的线A-A，B-B，C-C和D-D所剖切的剖视图，

图7是从小提琴音箱内观察的，包括小提琴面板的子组件视图，

图8是按照图7的线Y-Y剖切的剖视图，

图9是按照图1的线E-E剖切的剖视图。

图10和图11是分别按照图7的线G-G和H-H剖切的剖视图，

图12是按照图1的线K-K剖切的剖视图，

图13是按照图1的线J-J剖切的剖视图，

图14是按照图1的线F-F剖切的剖视图，

图15是小提琴的面板和底板去除后的情况下，看小提琴音内部的视图，

图16是按照图15的纵向中央轴线Z-Z剖切的剖视图，

图17和18是已完成的及提琴的局部侧视图和正视图，以及

图19是琴颈上端的侧视图。

参照附图，小提琴25是通过构制音箱20而制成的，音箱20包括一面板3（图7），一底板1（图1）和若干块将面板3连接到底板1上的侧板11，12，13（图15）。音箱20内装有一条音带6（图7）。所有的组件1，2，3，6，11，12，13都是用板材构成的，板材则是由在树脂模型中硬化的基本上单向取向的人造纤维所组成，纤维的方向基本上平行于音箱20的纵向中央轴线（Z-Z）。

如从图15和16上可清楚看到的，音箱20包括侧板11，12，13（各两块），用成形块7，8，9，10相互连接。

底板1（图1）装有一加强构件2，加强构件2包括上、下横向配置的扭曲元件2a和2b，沿底板的纵向中央轴线X-X设置的中央加强元件2C连接扭曲元件2a和2b。利用这种布置，模制底板的材料的厚度可以保持在纸的数值。此外，按照侧板11和13（图15）画出轮廓的上、下一段的侧面的质心靠近音箱20的扭转轴线Z-Z。

参照图7，面板3装有上下横向配置的加强元件4和5，加上成悬臂伸向加强元件4的音带6。

加强元件4，5还为块件7，10提供配件，用来相互连接侧板11，12，13。

音带6（图7）由单向的纤维材料构成，具有弹性，这些弹性对小提琴25的音乐演奏潜能发生决定性的影响。

凹座46（图1）上配有音柱33（图17）。

面板3和底面1的形状，配合它们的加强元件2，4和5，利用一种叠层结构（如下文所述）有助于将重量集中在音箱20的纵向中心轴线Z-Z上。这种布置导致音箱20对于在演奏小提琴时所产生的弯曲力和扭曲力具有良好的刚性。

采用这类纤维的各元件中，人造纤维的取向在附图中用箭头OF表示。在面板3和底板1及其加强构件中，纤维的取向基本上平行于音箱的纵向中悬轴线Z-Z。在六块侧板11，12，13（各两块）的每一块中，纤维的取向基本上平行于它们的长边（见图15和16）。在所有这些元件中，还有约20条纤维/平方厘米的稀疏分布、任意取向的碳纤维的附加叠层。

进一步参加附图，现在就描述根据本发明来制造小提琴。所有这些元件，除了块件7，8，9和10之外，都是用在环氧树脂的粘接模型中 硬化的单向碳纤维预浸渍弯曲薄片构成的。这可用作层压板，层压板则能被制作用来生产不同厚度的板材。英格兰考文垂Courtauids    pic有限公司碳纤维部生产及用商标“GRAFIL”销售一种合适的层压板。“GRAFIL”板材的一个实例如下：

碳纤维规格，“GRAFIL”HM-S。

层压板厚度，0.17毫米。

树脂规格，“Shell    Epicote    828/MNA/BDMA”。

碳纤维含量，70%体积。

板材还含有约20条纤维/平方厘米的稀疏分布，任意取向的碳纤维。

底板1

小提琴的底板1是用“GRAFIL”材料制作的，由六层这种材料组成，总厚度达到约1.0毫米，所有板材的纤维基本上为单向。各制造阶段如下：

（1）用装在冲压机上的冲切工具从单块板材切割成超过尺寸的坯板。

（2）切割六块这样的坯板。

（3）这些坯板相互堆叠，形成所需的叠层。

（4）利用一个是传统小提琴底板外表面的仿形的空心模将堆叠的叠层放置在高压釜中，叠层中的树脂局部凝固，形成底板。

（5）处于局部凝固状态的的模制底板从高压釜中移走，然后用装在冲压机上的冲边工具修整到所需的尺寸。

（6）将局部凝固的底板夹在一个拼合模子（two    part    mould）的内外两半之间。然后将模子放置在一加热炉内，从而完成树脂的凝固。其后，将模子从炉中移走，并从模子中抽出成品的底板。

底板加强构件2

底板加强构件2是用0.85毫米厚度的板材构成的，含有5层“GRAFIL”材料。这些板材的所有碳纤维都是以基本单向的方式取向的、其余的制作阶段与底板1的相同。

面板3

面板3用0.85毫米厚的“GRAFIL”板材构成，含有5层这种材料。除了仅采用5层之外，最初5个制作阶段与构制底板1的制作阶段相同。还采用了一种不同的模子。而后：

（b）利用钻孔夹具，在半凝固的将是音孔端部的位置上钻孔。

（7）利用将在冲压机上的切割工具，在一道两阶段的工序中切出每个音孔。

（8）利用装在冲压机上的冲边工具，将面板修整到其成品尺寸。

（9）将半凝固板夹在一个拼合模子的内外两半之间。于是将模子放在加热炉内，从而完成树脂的凝固处理。其后将模子从炉中移走，并从模子中抽出成品的面板。

面板加强构件4，5。

面板加强构件4和5也是用同样的5层单向“GRAFIL”板材制成的，总厚度达到0.85毫米。各制作阶段如下：

（1）用装在冲在机上的冲切工具切害成具有成品尺寸的坯件。

（2）将这些坯件放在若干个拼合的模子内，并将各模子的两半夹在一起。然后将这些模子放入加热炉内，直至坯料的树脂含量在模子内充分凝固。

侧板11，12，13。

用装在冲压机上的冲切工具切割成具有成品尺寸的坯件。侧板11，12，13各需要两个“GRAFIL”材料的坯件，各侧板的叠层组合在一起，叠层之间的碳纤维取向彼此成15°角。（这是为了防止模制过程中裂开）。

虽然两层碳纤维彼此以15°角配置，由于这个角小，纤维比方说也可以基本上单向地配置。

然后将叠层放入一个拼合模子内，将模子两半夹在一起且放入加热炉内，如上文所述板材的树脂含量在加热炉内凝固。

音带6

音带6由相同的两半6a，6b制成。用装在冲压机上的冲切工具切割成每一半的坯件，每一半一块“GRAFIL”板材。然后将两层（碳纤维取向基本上单向）放入一个拼合模子内，模子的两半夹在一起，并将模子放入加热炉内，直至叠层的树脂含量凝固。

小提琴的组装

底板及加强子组件

利用组装夹具，将底板1和加强构件2装配在一起，两个元件的接合面上事先已经涂有环氧树脂粘合剂。夹具和元件1，2被放入加热炉内，从而使粘合剂凝固，将各元件粘在一起。

音带组件

利用组装夹具，将音带6的两半6a，6b装配在一起，接合面上事先已经涂有环氧树脂。将夹角和音带的两半放入加热炉内，从而使粘剂凝固，将各元件粘合在一起。

面板子组件

利用组装夹具，将面板3，加强构件4，5和音带6装配在一起，所有元件的接合面事先已经涂有环氧树脂粘合剂。将夹具和各元件放入加热炉内，从而使粘合剂凝固，使所有元件粘合在一起。

侧板11，12，13和块件7，8，9，10组件

利用组装夹具，将块件7和10，以及块件8和9（各两个）与侧板11，12，13组装在一起，所有元件的接合面事先已经涂有环氧树脂粘合剂。然后将这些元件夹在一起，并将夹具放入加热炉内，从而使树脂 凝固，将元件粘合在一起。

组装之前，先在块件7上形成一燕尾凹槽30（图15）。

音箱20的最后组装。

利用组装夹具，将面板子组件，底板子组件以及侧板和块件组件全都夹在一起，所有这些元件的接合面事先都涂有环氧树脂粘合剂。将夹具和这些元件放入加热炉内，从而使粘合剂凝固，将元件粘合在一起。琴颈和指板子组件。

琴颈和指板子组件

琴颈35（图17）和指板36定位且紧夹在一起，它们的接合面事先除有环氧树脂粘合剂。该子组件然后被放入加热炉内，从而使粘合剂凝固，将这些元件粘合在一起。

就这个特殊的子组件而言，设想琴颈35和指板36是采用传统的工艺技术由乌木和/或槭树属的传统材料制成的。用另一种方法，该子组件的元件可以采用模制技术由塑料制成。

无论采用任何技术或材料来制作琴颈，琴颈一端的块件7上都会有凹槽30。利用组装夹具，将琴颈和指板子组件装配到凹槽30内。且用环氧树脂固定就位，其后将粘合剂在加热炉中凝固。

最后组装和装上弦。

支承（nut）（41），鞍座（39），琴马（37），音柱（33），系弦板（38），羊肠弦（32），琴扣（14）和弦轴（40）都可从大多数乐器零售商和供应商那里买到。要理解的是由于琴马和音柱装得不好/或采用廉价的琴弦能破坏不然具有极好音乐演奏潜能的乐器。装配琴马和音柱需要相当高的工艺技巧和来自长期实践那种程度的技术秘密。在音柱33取在适当位置，弦轴装配到弦斗上，系弦板羊肠线装到系弦板38上，琴扣14放入块件10上形成的孔45内的情况下，可将弦32装到系弦板上，系弦板的羊肠线套在琴扣上，把弦端头穿入弦轴上配置的孔内，以及首先将琴马放置在相对于音柱的适当位置上，通过转动琴轴而使弦张紧。

Claims (8)

1、一种小提琴含有一音箱，该音箱包括一面板，一底板，若干块将该面板连接到该底板、且装在音箱内的侧板，一条音带，其特征在于：所有这些元件都是主要用在一树脂模型中硬化的基本上单向取向的人造纤维组成的板材制作的，所述面板、底板及音带的纤维的方向基本上平行于该音箱的该面板和该底板的纵向中央轴线。

2、一种根据权利要求1的小提琴，其特征在于：该人造纤维具有至少50的杨氏弹性模量/比重之商（GN/m÷比重）。

3、一种根据上述任一权利要求的小提琴，其特征在于：该人造纤维是碳纤维或硼纤维。

4、一种根据上述任一权利要求的小提琴，其特征在于：该树脂是一种环氧树脂。

5、一种根据上述任一权利要求的小提琴，其特征在于：达到该结构相对于弯曲和扭曲的理想刚性所需材料重量的相当大比例集中在该音箱的该纵向中央轴线上。

6、一种根据权利要求5的小提琴，其特征在于：该底板被配置一个纵向中央延伸的加强构件，该加强构件具有上下横向元件，该上下横向元件为该音箱各端的块件提供配件。

7、一种根据权利要求5的小提琴，其特征在于：该音箱的该面板和底板是用一个重量基本上集中在所述纵向中央轴线上的叠层结构制成的。

8、一种根据权利要求5的小提琴，其特征在于：该面板被配置了上加强构件和下加强构件。

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