CN101789237A - 一种提琴琴板定音与琴箱装配调音方法和专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提琴琴板定音与琴箱装配调音方法及其专用设备。所述提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，包括音频扫频信号发生器、功率放大器、磁致伸缩音频换能器、测量传声器、测量放大器、模数转换器、专业频谱分析软件和计算机。所述提琴琴板定音与琴箱装配调音方法直接从木材振动发声的角度入手，利用音频换能技术和计算机频谱分析技术，分别生成标准琴和新琴的面板、背板及琴箱的频响曲线，通过比较分析，将新琴定音到预期的发声状态。本发明对哈金斯博士琴板定音法做了很大的改进，将计算机频谱分析和音频换能技术应用于提琴定音以及和琴箱装配定音环节中，与原来的定音方法相比具有直观性好和声学品质容易控制的优点。

Description

一种提琴琴板定音与琴箱装配调音方法和专用设备

技术领域

本发明涉及乐器生产制作与声学品质调试领域。

背景技术

上世纪50年代美国物理学家哈金斯(Carleen M·Hatchins)博士开始用声激振的方法研究琴板的振动和振动模式，她利用激光全息干涉测量法，显示出提琴振动的干涉条纹，勾勒出了相动于静止的状态而言，揭示不同频率的振动体在什么部位弯曲。哈金斯博士最杰出的贡献是她将小提琴琴板的正常振动模式用非常实用的方式呈现了出来，她制作一了套琴板定音装置，采用一台可变正弦波并且功率可调节的音频发生器与扬声器相连，并在扬声器上连接上频率计数器，琴板保持水平，腹部朝下将不同部位置于扬声器上方，然后在琴板上均匀撒上一些粉末。在琴板不同的激振部位，粉末会在该琴板共振频率点形成波节线和波腹区，形成的图形即为琴板的振型，哈金斯博士用这种定音方法对意大利古琴的琴板进行了测试，发现一些琴板的振动频率有较明显的规律性，参照这一规律，很多制琴师制作出音色较好的提琴。

哈金斯琴板定音法的基础是弹性刚性物体的振动，用该方法制作的琴箱，振动充分，共鸣效果好，音量大，且各弦的声音较为均衡。然而由于琴板选用的木材不同于金属钢性材料，属生物高分子，不同的琴板材料在纹理结构、密度、硬度和重量上存在一定的差异，如果完全按照哈金斯定音法中统一的频率调整音板，更多的时候不一定能制作出理想音色的小提琴来，这即为哈金斯琴板定音法的局限所在。振动是小提琴发声的基础，但琴板振动好不等于琴箱音质好，哈金斯的定音法仅解决了琴板振动的充分性问题，但用于指导音质优美的提琴的制作尚有距离。

发明内容

本发明主要解决哈金斯琴板定音法无法直接指导提琴音色制作和调试方面的不足，在设计思路上直接从木材振动发声的角度出发，在实施方法上包括两个主要环节。

环节一：标准曲线制作环节。选择一把音质较好的小提琴组合(或名琴)作为标准琴，用扫频信号发生器产生一个频率随时间变化的音频信号，利用磁致伸缩音频换能技术将音频信号转化为振动，分别驱动面板、背板和琴箱振动发出声音，声音被测量传声器接收，再经测量放大后，进入模数转换器，借助计算机频谱技术，生成标准琴的面板频响曲线(T0)、背板频响曲线(B0)和琴箱频响曲线(W0)；

环节二：新琴制作环节。按照标准琴的扫频操作方法，分别生成新琴的面板频响曲线(T1)、背板频响曲线(B1)和琴箱频响曲线(W1)，通过与标准琴的比较分析，对新琴的面板和背板的厚度修削和定音处理，使新琴的T1、B1分别与标准琴的T0、B0吻合，此为琴板定音方法，另外在琴箱装配过程中，通过移动音柱位置、修削琴码厚度以及选择不同提琴组件的配置，使新琴的W1与标准琴的W0相吻合，此为琴箱装配调音方法。琴板定音和琴箱调音方法为标准琴或名琴声音的复制以及提琴声学品质的客观鉴定提供了一个可行的技术途径。

本发明为了解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，所述提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，包括音频扫频信号发生器、功率放大器、磁致伸缩音频换能器、测量传声器、测量放大器、模数转换器、专业频谱分析软件和计算机，所述专业频谱分析软件安装在计算机上，所述扫频音频信号发生器、功率放大器和磁致伸缩音频换能器相连，所述测量传声器、测量放大器、模数转换器和计算机相连。

根据本发明所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备的一优选技术方案：所述磁致伸缩音频换能器为超磁致伸缩音频换能器，磁致伸缩音频换能器在功能上相当于提琴的琴码或音柱。

根据本发明所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备的一优选技术方案：所述测量传声器为电容式录音麦克风。

根据本发明所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备的一优选技术方案：所述模数转换器是数字音频接口，即专业声卡，本装置中使用美国ICON FireXon火线4入4出音频接口，带48V幻象电源和话筒功率放大功能。

根据本发明所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备的一优选技术方案：所述专业频谱分析软件运用FFT算法，即快速傅立叶变换法算法。

本发明还提供了一种提琴琴板定音与琴箱装配调音方法，所述提琴琴板定音与琴箱装配调音方法，包括如下步骤：

第一步：选择一把音质较好的提琴作为标准琴，拆装后，分别将面板和背板的拱形面放置在磁致伸缩音频换能器的接触面上，其中，面板在琴码位置与音频换能器相连，背板在音柱接触的反面位置与音频换能器相连；

第二步：由扫频信号发生器产生一个音频信号或由计算机产生一个复合频率信号，经功率放大器后，输入到磁致伸缩音频换能器中；换能器通过电-机械能转换，利用共振原理驱动琴板或琴箱振动发出声音；

第三步：声波被测量传声器接收，经测量放大器进行信号放大后，再进入模数转换器，使放大后的声波信号转变为计算机可以识别的数字信号，然后输入到计算机；计算机通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，分别生成小提琴的面板频响曲线(T0)和背板频响曲线(B0)；

第四步：再将标准琴的面板和背板等装配好，制成琴箱，使琴箱背板的音柱位置与音频换能器相连，执行上述第二、三步的操作，生成琴箱频响曲线(W0)；

第五步：进入新琴制作环节，重复以上操作，按照标准琴的扫频操作方法，分别生成新琴的面板频响曲线(T1)、背板频响曲线(B1)和琴箱频响曲线(W1)，通过比较分析，对新琴的面板和背板的厚度修削和定音处理，使新琴的T1、B1分别与标准琴的T0、B0吻合，此为琴板定音方法，另外在琴箱装配过程中，通过改变琴箱的容积、移动音柱位置、修削琴码厚度以及选择不同提琴组件的配置组合，使新琴的W1与标准琴的W0相吻合。

本发明的优点在于：本发明对哈金斯博士琴板定音法做了很大的改进，将音频扫描技术、计算机频谱分析和磁致伸缩音频换能技术应用于琴板定音和琴箱装配调音环节中，与原来的定音方法相比具有直观性好和声学品质容易控制的优点。该发明为提琴名琴声音的复制以及提琴声学品质的客观鉴定提供了一个可行的技术途径和手段。

附图说明

图1本发明所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音方法的原理图；

图2本发明所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备设计图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明做详细说明。

1、提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备

本实施例提供的一种提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，按照图1连接，原理如图2所示，包括音频扫频信号发生器、功率放大器、磁致伸缩音频换能器、测量传声器、测量放大器、模数转换器、专业频谱分析软件和计算机，所述专业频谱分析软件安装在计算机上，所述扫频音频信号发生器、功率放大器和磁致伸缩音频换能器相连，所述测量传声器、测量放大器、模数转换器和计算机相连。

依据图2，本发明对所使用的组件进行了优化选型，配置如下：

(1)音频扫频信号发生器：选用常州同惠--TH1312-20，该仪器为33/4位LCD显示、正弦波输出、信号失真小、稳定性好、频率范围覆盖整个音频范围。可手动调频，也可对数扫频，扫频起点、终点及扫频时间均可按需设置。

(2)磁致伸缩音频换能器：选用甘肃天星稀土功能材料有限公司加工制作的B15音频换能器，频响范围80Hz-15KHz，响应速度快可达到微秒级，控制精度达微米级，能量转换率高达70％以上，声功率为15W。所述音频共振换能器为磁致伸缩音频换能器(又名为大磁致伸缩音频换能器)，专利号为00268460.8，磁致伸缩音频换能器相当于小提琴的琴码或音柱。

(3)测量传声器：选用ISK BM-1000/BM1000大震膜电容麦克风，响应范围：20Hz-20kHz，灵敏度：-32dB±3dB，信噪比：78dB，指向性为心型，使用电压：48V DC幻像电源，具有高输出、低噪音的特点。

(4)模数转换器：选美国ICON FireXon火线4入4出音频接口，带48V幻象电源和话筒功率放大功能。

(5)计算机频谱分析系统：由专业软件和计算机组成。专业频谱分析软件运用FFT算法，即快速傅立叶变换法算法，本装置采用美国SoundTechnology公司开发的FFT Spectalab anyalysis system(version 4.32)作为频谱分析软件。所述计算机用于专业频谱软件运行，进行数据运算以及显示分析结果，操作系统为windows XP Professional。

以上组成按照图1连接，即为本发明的琴板定音与琴箱调音专用设备。

2、提琴琴板定音方法的说明

本实施例提供的一种提琴琴板定音方法，有关的技术原理见图2。所述提琴琴板定音方法，包括如下步骤：

第一步：选择一把音质较好的提琴(如名琴)作为标准琴，拆装后，分别将面板和背板的拱形面放置在磁致伸缩音频换能器的接触面上，其中，面板在琴码位置与音频换能器相连，背板在音柱接触的反面位置与音频换能器相连。

第二步：按照图1安装好专用设备后，打开音频扫频信号发生器，扫频起始频率定为160Hz，结束频率为15000Hz，运行时间20秒。

第三步：开启功率放大器、测量放大器和模数转换器的电源，启动计算机频谱分析软件；启动功率放大器、测量放大器和模数转换器的电源，运行计算机频谱分析软件。

运行频谱分析的振幅时间累计功能，开始数据采集，同时启动音频信号发生器开始按键。此时在音频换能器的激振作用，面板或背板振动后出声音；该声波被测量传声器接收，经模数转换器输入到计算机；计算机通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，分别生成小提琴的面板频响曲线(T0)和背板频响曲线(B0)。该曲线表征琴板振动强度随频率变化的关系，反映琴板的综合声学特征。

第四步：进入新琴制作环节。重复以上操作，按照标准琴的扫频操作方法，分别生成新琴的面板频响曲线(T1)、背板频响曲线(B1)和琴箱频响曲线(W1)，通过与标准琴比较分析，不断对新琴的面板和背板的厚度修削和定音处理，直到新琴的T1、B1分别与标准琴的T0、B0吻合，完成琴板定音操作。

3、琴箱装配定音方法的说明

琴箱装配定音方法与要上述的琴板定音方法基本相似，区别在于声音转换器激振的对象是提琴的琴箱。本实施例提供的一种提琴琴箱装配调音方法，包括如下步骤：

第一步：选择一把音质较好的提琴(如名琴)作为标准琴。将琴箱背板的音柱位置与音频换能器相连。

第二步：由扫频信号发生器产生一个160Hz-15000Hz的扫频信号(或由计算机产生一个复合频率信号)，经功率放大器后，输入到磁致伸缩音频换能器中；换能器通过电-机械能转换，利用共振原理驱动琴箱振动发出声音；

第三步：声波被测量传声器接收，经测量放大器进行信号放大后，再进入模数转换器，使放大后的声波信号转变为计算机可以识别的数字信号，然后输入到计算机；计算机通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，生成小提琴的琴箱频响曲线(W0)。

第四步：进入新琴琴箱的装配调音环节。重复以上操作，按照标准琴的扫频操作方法，生成新琴的琴箱频响曲线(W1)，通过比较分析，通过改变琴箱的容积、移动音柱位置、修削琴码厚度以及选择不同提琴组件的配置组合等(如拉线板、腮托，旋钮、琴弦等)，使新琴的W1与标准琴的W0相吻合。如此就可以将新琴的振动声学特征调至与标准琴(或名琴)一致的状态。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，其特征在于：所述提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，包括音频扫频信号发生器、功率放大器、磁致伸缩音频换能器、测量传声器、测量放大器、模数转换器、专业频谱分析软件和计算机，所述专业频谱分析软件安装在计算机上，所述扫频音频信号发生器、功率放大器和磁致伸缩音频换能器相连，所述测量传声器、测量放大器、模数转换器和计算机相连。

2.根据权利要求1所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，其特征在于：所述磁致伸缩音频换能器为超磁致伸缩音频换能器，磁致伸缩音频换能器在功能上相当于提琴的琴码或音柱。

3.根据权利要求1所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，其特征在于：所述测量传声器为电容式传声器或驻极体静电传声器。

4.根据权利要求1所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，其特征在于：所述模数转换器是数字音频接口。

5.根据权利要求1所述的提琴琴板定音与琴箱装配调音专用设备，其特征在于：所述专业频谱分析软件运用FFT算法，即快速傅立叶变换法算法。

6.一种提琴琴板定音与琴箱装配调音方法，其特征在于：所述提琴琴板定音与琴箱装配调音方法，包括如下步骤：

第一步：选择一把音质较好的提琴作为标准琴，拆装后，分别将面板和背板的拱形面放置在磁致伸缩音频换能器的接触面上，其中，面板在琴码位置与音频换能器相连，背板在音柱接触的反面位置与音频换能器相连；

第二步：由扫频信号发生器产生一个音频信号或由计算机产生一个复合频率信号，经功率放大器后，输入到磁致伸缩音频换能器中；换能器通过电-机械能转换，利用共振原理驱动琴板或琴箱振动发出声音；

第三步：声波被测量传声器接收，经测量放大器进行信号放大后，再进入模数转换器，使放大后的声波信号转变为计算机可以识别的数字信号，然后输入到计算机；计算机通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，分别生成小提琴的面板频响曲线(T0)和背板频响曲线(B0)；

第四步：再将标准琴的面板和背板等装配好，制成琴箱，使琴箱背板的音柱位置与音频换能器相连，执行上述第二、三步的操作，生成琴箱频响曲线(W0)；

第五步：进入新琴制作环节，重复以上操作，按照标准琴的扫频操作方法，分别生成新琴的面板频响曲线(T1)、背板频响曲线(B1)和琴箱频响曲线(W1)，通过比较分析，对新琴的面板和背板的厚度修削和定音处理，使新琴的T1、B1分别与标准琴的T0、B0吻合，此为琴板定音方法，另外在琴箱装配过程中，通过改变琴箱的容积、移动音柱位置、修削琴码厚度以及选择不同提琴组件的配置组合，使新琴的W1与标准琴的W0相吻合。

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