CN101806616A - 一种提琴琴板振动特性测试方法及其专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提琴琴板振动特性测试方法及其专用设备。所述提琴琴板振动特性测试专用设备，主要包括信号发生器、功率放大器、音频换能器、振动传感器、电荷放大器、信号调理器、数据采集器、频谱分析软件和计算机。所述提琴琴板振动特性测试方法，首先通过音频换能器激励琴板产生标准纯频率正弦波振动，然后用加速度传感器探测琴板的形变和位移，最后由计算机频率系统分析测试区域振动信号和振动幅度，最终找出琴板的振动敏感点，即“穴位”。该方法对提琴制作的传统手工工艺做了很大的改进，具有灵敏度高、测量快速准确、直观性强的优点，为高级提琴的制作提供了一个先进的技术方法和手段。

Description

一种提琴琴板振动特性测试方法及其专用设备

技术领域

本发明涉及乐器生产制作与声学品质测试领域，特别涉及一种提琴琴板振动特性测试方法和专用设备。

背景技术

小提琴的琴板包括面板、背板和侧板，它们共同组成共鸣箱。琴板的作用是将琴弦的振动能量通过共振机制有效地转化为空气振动的声音能量。琴板的振动特性在很大程度上决定了小提琴的音色。通过改变琴板的振动特性可以改变小提琴的声音品质，因此测定琴板的振动特性对制作提琴，特别是高端小提琴至关重要。然而由于两方面的原因，对琴板的振动特性进行测试并非容易。(1)小提琴在演奏状态下，由琴弦振动耦合的琴板振动实际是一组复合频率，即琴板同时对多个频率做出振动响应，因此很难判定某一具体频率在琴板上对应的振动位置；(2)琴板振动的幅度和位移很小，一般人依靠触觉难以感知这种变化，即使经过多年训练、经验丰富的技师，也很难判断出琴板上所有的振动区域。在提琴传统制作的行业内，琴板振动区域又被称之为小提琴的“穴位”，调整小提琴音色时，如找准穴位，方能做到“对症下药，药到病除”。

在提琴的制作环节中，改变琴板的弧度或厚度，均能改变琴板的振动特征，传统的手工制琴工艺依赖于技师的观、掂、敲、听等方式，通过主观评判和经验，以判断琴板的振动特征，因为缺乏具体、系统的科学依据和测试手段，所以小提琴音色的调整存在很大的不确定性。

根据国内外文献和专利数据库检索，目前还没有此方面研究的报道。

发明内容

本发明主要解决小提琴制作过程中缺乏客观的振动特性测试手段的问题，尝试用现代技术弥补人的触觉无法准确感知琴板振动方面的生理不足，在设计思路上应用振动传感技术，准确捕捉琴板表面在振动时发生的微弱形变，再利用计算机频谱技术将这种变化定量的表现出来。本发明从本质上说是延伸了制作人员对琴板振动的感知能力，作为一种辅助工具，对小提琴的制作，特别是音色的调整与控制将起到重要作用。

本发明的技术路线包括以下三个方面：

1、人工激励振动源。利用磁致伸缩技术，激励琴板产生标准纯频率正弦波振动。

2、振动传感器。利用加速度传感器，感知琴板振动时发生的微弱形变，转变为电信号。

3、数据分析系统。对传感器探测的电信号进行数据处理，定量测试出琴板不同区域的振动幅度，以此确定琴板振动敏感点，即“穴位”。

本发明为了解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种提琴琴板振动特性测试方法和专用设备。所述提琴琴板振动特性测试专用设备，包括信号发生器、功率放大器、音频换能器、振动传感器、电荷放大器、信号调理器、数据采集器、频谱分析软件和计算机，所述频谱分析软件安装在计算机上，所述信号发生器、功率放大器和音频换能器相连，所述振动传感器、电荷放大器、信号调理器、数据采集器和计算机相连。

根据本发明所述的提琴琴板振动特性测试专用设备的一优选技术方案：所述信号发生器为扫频音频信号发生器，信号发生器的功能可以由计算机专用软件替代。

根据本发明所述的提琴琴板振动特性测试专用设备的一优选技术方案：所述振动传感器为加速度传感器，加速度传感器与电荷放大器或集成在一个装置内，或分开安装。

根据本发明所述的提琴琴板振动特性测试专用设备的一优选技术方案：所述音频换能器为超磁致伸缩音频换能器，所述音频换能器将电信号转变为振动机械能。

根据本发明所述的提琴琴板振动特性测试专用设备的一优选技术方案：所述数据采集器是数字音频接口。

根据本发明所述的提琴琴板振动特性测试专用设备的一优选技术方案：所述频谱分析软件运用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振动特性测试方法，所述提琴琴板振动特性测试方法，包括如下步骤：

第一步：将琴板或琴箱固定在磁致伸缩音频换能器的接触面上；

第二步：扫频信号发生器或计算机软件产生一个标准纯频率正弦波信号，由音频换能器激励琴板产生振动；

第三步：琴板的振动被振动传感器接收，信号进入数据采集器，通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，显示测试区域的振动幅度；

第四步：根据不同测试区域的振动幅度，确定琴板振动敏感点，即“穴位”。

本发明的优点在于：将磁致伸缩音频换能、振动测量和计算机频谱分析等现代技术应用于琴板的振动特征测试环节中，对提琴制作的传统手工工艺做了很大的改进，是人类触觉感知能力的延伸，具有灵敏度高、测量快速准确、直观性强的优点，为高级提琴的制作提供了一个先进的技术方法和工具。

附图说明

图1本发明所述的提琴琴板振动特性测试方法的原理图；

图2本发明所述的提琴琴板振动特性测试专用设备设计图。

附图标识：

1  音频扫频信号发生器      2  功率放大器

3  琴板                    4  LC内装IC加速度传感器

5  B15音频换能器           6  信号调理器

7  ICON专业火线音频接口    8  计算机频谱分析系统

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、提琴琴板振动特性测试专用设备

本实施例提供的一种提琴琴板振动特性测试专用设备，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、加速度传感器、测量放大器、数据采集器、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，所述音频扫频信号发生器、功率放大器和磁致伸缩音频换能器相连，所述加速度传感器、测量放大器、数据采集器和计算机相连。

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)加速度传感器：选用郎斯测试技术有限公司生产的LC119T内装IC压电加速度传感器，灵敏度为500mV/g，频率范围0.7-10000Hz，分辨率为0.00004g。

(4)数据采集卡：选美国ICON FireXon火线4入4出音频接口，带48V幻象电源和前级功率放大功能。

(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，即为本发明的琴板振动特性测试专用设备。

2、提琴琴板振动特性测试方法的说明

本实施例提供的一种提琴琴板振动特性的测试方法，有关的技术原理见图2。所述提琴琴板振动特征测试方法，包括如下步骤：

第一步：将琴板或琴箱固定在磁致伸缩音频换能器的接触面上；

第二步：扫频信号发生器(或计算机软件)产生一个标准纯频率正弦波信号，由音频换能器激励琴板产生振动；

第三步：琴板的振动被加速度传感器接收，信号进入数据采集器，通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，显示测试区域的振动幅度(以加速度计)；

第四步：根据不同测试区域的振动幅度，确定琴板振动敏感点，及“穴位”。

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 (7)

1.一种提琴琴板振动特性测试专用设备，其特征在于：所述提琴琴板振动特性测试专用设备，包括信号发生器、功率放大器、音频换能器、振动传感器、电荷放大器、信号调理器、数据采集器、频谱分析软件和计算机，所述频谱分析软件安装在计算机上，所述信号发生器、功率放大器和音频换能器相连，所述振动传感器、电荷放大器、信号调理器、数据采集器和计算机相连。

2.根据权利要求1所述的提琴琴板振动特性测试专用设备，其特征在于：所述信号发生器为扫频音频信号发生器，信号发生器的功能可以由计算机专用软件替代。

3.根据权利要求1所述的提琴琴板振动特性测试专用设备，其特征在于：所述振动传感器为加速度传感器，加速度传感器与电荷放大器或集成在一个装置内，或分开安装。

4.根据权利要求1所述的提琴琴板振动特性测试专用设备，其特征在于：所述音频换能器为超磁致伸缩音频换能器，所述音频换能器将电信号转变为振动机械能。

5.根据权利要求1所述的提琴琴板振动特性测试专用设备，其特征在于：所述数据采集器是数字音频接口。

6.根据权利要求1所述的提琴琴板振动特性测试专用设备，其特征在于：所述频谱分析软件运用FFT算法，即快速傅立叶变换法算法。

7.一种提琴琴板振动特性测试方法，其特征在于：所述提琴琴板振动特性测试方法，包括如下步骤：

第一步：将琴板或琴箱固定在磁致伸缩音频换能器的接触面上；

第二步：扫频信号发生器或计算机软件产生一个标准纯频率正弦波信号，由音频换能器激励琴板产生振动；

第三步：琴板的振动被振动传感器接收，信号进入数据采集器，通过专业频谱分析软件进行计算和频谱分析后，显示测试区域的振动幅度；

第四步：根据不同测试区域的振动幅度，确定琴板振动敏感点，即“穴位”。

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