CN108492810B - 一种测量板胡振动的系统和消除板胡狼音的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量板胡振动的系统和消除板胡狼音的方法，所述测量系统，包括声学测量系统、光学测量系统；所述声学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、声传感器组成；所述光学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、激光扫描头、光电信号转换器组成。所述消除狼音的方法，是通过声学与光学两个测量系统对板胡进行整体声振动和声学构件固有频率检测，可确定狼音产生的频率及声学构件，再通过更换或改变声学构件的质量进而改变其固有频率来解决狼音问题。本发明既能从声振动本质上消除板胡的狼音，又能保留其本真的乐音谐频的强度与均衡度，以最大限度地发挥该乐器的音色特征。

Description

一种测量板胡振动的系统和消除板胡狼音的方法
技术领域
本发明涉及乐器制作、声学测量与音色评价，特别涉及一种测量板胡振动的系统和消除板胡狼音的方法。
背景技术
板胡是中国传统乐器中板面振动拉弦乐器的代表。中音板胡松透豁亮、高音板胡高亢明亮，他们共同组成了板胡系列音色群体，成为表达中国传统文化声音的重要代表乐器之一。随着人类对乐器声品质要求的不断提升，原本存在于乐器制作及演奏中的声学缺陷——狼音，在当今以声学测量、音色评价为手段的科技时代，引起众多专家、学者的关注。
板胡狼音的分析与研究，有助于规范制作材料的标准，解决原振体(最初振动的声学构件，在此指琴弦)与板胡各声学构件的耦合振动问题，进而改善板胡的整体声振动特性。同时对同类弓擦板面(膜面)筒形无指板类乐器的声学特性研究亦有借鉴意义。
基于板胡材料、结构、形制等特性，不可避免的在高音板胡外弦小字三组e—f音之间，中音板胡外弦小字三组#c—d音之间存有不良共振，即由相近的频率互相激励振动形成拍频，俗称狼音。在弓擦板面(膜面)筒形无指板类乐器的学术研究中对此问题多有涉猎，如陈渝生《二胡“狼”音的产生原因及消除方法》(中国音乐学2001年03期)、韩佩琦、高新存《二胡琴皮的振动与狼音的关系》(演艺科技2011年03期)、韩佩琦、高新存、王文武《二胡副弦与狼音》(演艺科技2011年09期)等。上述研究对乐器全音域范围内的不良共振(狼音)的认识主要集中在如下两方面：一、由面板(或皮膜)振动引起，即面板(皮膜)说；二、由副弦振动引起，即副弦说。事实上，面板(皮膜)说与副弦说的认知仅是基于演奏实践经验的感性认知，尚未全面揭示板胡狼音产生的科学本质，忽略了其他声学构件对狼音的影响，没完全、彻底解决该问题。板胡原振体及副弦不仅会激发面板(或皮膜)出现狼音，其他声学构件，如琴码、椰壳共鸣箱以及构件粘合后的耦合振动都可能被诱发出现狼音。换句话说，板胡狼音是由原振体的某一基频及分音谐频或副弦固有频率激发了板胡声学构件，因其频率相近而产生的不良共振。狼音可能来自原振体与其他声学构件，也可能来自多个声学构件之间。
在板胡的演奏实践中，琴师多用“土方法”解决此问题。方法一：一些琴师在演奏时，多用双腿夹持(高胡)乐器，借助衣服(柔性材料)抑制副弦振动；或使用固态调控音垫(海绵或绒布)置于面板(皮膜)和副弦之间等方法以改变二者的振动初态，从而达到消除狼音的目的。然而，此方法加大了副弦及面板(皮膜)的阻尼，抑制了副弦及面板(皮膜)的自然振动，在“隐藏”狼音的同时改变了乐器的本质音色；削弱了音强的动态范围。方法二：极少数有经验的琴师可通过演奏寻找琴弦上的狼音位置，通过加大演奏幅度使狼音充分激发板胡各声学构件，以寻找产生拍频的声学构件及其局部位置。此办法的问题在于，如拍频产生于面板或琴码，较易于发现，可通过更换、打磨等手段抑制狼音的振动。若产生于共鸣箱、琴托等或声学构件的粘合位置则不易发现，只好使用方法一对狼音进行抑制。需要指出的是，无论方法一还是方法二都难以明确狼音产生问题根源，即不能明确狼音是由原振体基频还是分音谐频亦或是副弦振动频率引起，其拍频产生的声学构件及声学构件的局部位置亦难以准确定位。
由此可见，这种缺乏科学原理指导的“土方法”不能“精准消除”狼音，更不能“完全消除”狼音。
问题的科学实质：鉴于板胡材料、形制和结构等因素的声学特性，其面板、共鸣箱、腰码、琴码、琴杆、琴托以及副弦等声学构件都有各自的固有频率。当弦线整体及分段振动的频率或副弦的固有频率与各声学构件的固有频率相近时，就会出现拍频现象，产生周期性的强弱变化，给人以“打架”“抖动”“不稳定”等感觉，即本发明中所述的狼音。狼音是西方学者运用全音平均律在律管风琴上解决如升G和降A等频率相近的乐音时发现的，称为Wolftone。之后，狼音成为表述拍频现象的专有名词。
至此，板胡狼音产生的声振机理已经明确，亟待通过一种测量板胡振动的系统和消除板胡狼音的方法将理论研究成果其付诸于实践，以从声振动本质上消除存在于板胡当中的狼音。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量板胡振动的系统和消除板胡狼音的方法，使乐器在制作时就完全消除狼音，不再使用附加调控装置，最大限度的还原板胡最本真的声音品质。对已用于演奏的板胡也可用此法消除狼音。
为实现上述目的本发明提供如下技术方案：
一种测量板胡振动的系统，包括声学测量系统、光学测量系统和板胡及其固定支架；
所述声学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、声传感器组成；计算机声学分析系统发出扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备，激振设备非接触激振板胡面板，板胡产生的整体振动声音通过声传感器接收并导入数模转换器转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
所述光学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、激光扫描头、光电信号转换器组成；计算机声学分析系统发出扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备，激振设备非接触激振板胡面板，激光扫描头分别获取板胡各声学构件振动的速度位移信号，并将此信号传给光电信号转换器转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
所述的计算机声学分析系统包括频谱分析系统和振动信号分析系统，且可发出声学信号。
所述板胡声学构件为面板、共鸣箱、腰码、琴码、琴杆、琴托、琴弦或副弦。
所述激振设备为激振频率200Hz-21kHz的激振设备。
所述的板胡固定支架可将板胡固定，且各声学构件不被遮挡，激振设备置于距离板胡面板2cm处。
所述的功率放大器可放大声音信号的功率。
所述的声传感器可接收200Hz-21kHz的声波信号。
所述的数模转换器可将模拟信号和数字信号互相转换。
所述的激光扫描头为德国Polytec公司生产，型号为PSV-1-500，可测量板胡的面板、共鸣箱、腰码、琴码、琴杆、琴托、琴弦、副弦等声学构件的振动模态。
所述的光电信号转换器可将光信号和电信号(即数字信号)互相转换。
一种消除板胡狼音的方法，采用如前所述的测量板胡振动的系统，包括如下步骤：
(1)将板胡固定在支架上，将激振设备置于板胡面板前2cm处；
(2)使计算机声学系统发出200Hz-21kHz的扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备；
(3)用激振设备激振板胡面板，板胡面板带动板胡各声学构件相互耦合产生整体振动声音，声传感器接收板胡整体振动产生的声音，并将声信号导入数模转换器，使模拟信号转换为数字信号，再传入计算机声学系统；
(4)计算机声学分析系统生成整体声振动频谱图，得出声学测量结果；
(5)重复步骤(2)，用激振设备激振板胡面板，板胡面板带动板胡各声学构件产生振动；
(6)激光扫描头分别获取各板胡声学构件振动的速度位移信号，将此信号传给光电信号转换器；
(7)光电信号转换器将速度位移信号转换为数字信号，并将数字信号传入计算机声学分析系统；
(8)计算机声学分析系统生成板胡声学构件振动模态频谱图，得出光学测量结果；
(9)综合分析声学测量结果和各声学构件振动的光学测量结果，确定狼音产生的频率及声学构件；
(10)然后对板胡声学构件进行更换，或改变声学构件的质量、结构或形状，以保证其固有频率与产生狼音的乐音频率一致或增大频率差，直至使板胡琴体完美支持乐音振动，彻底避免狼音出现。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过声学与光学两个测量系统对板胡进行整体声振动和声学构件固有频率检测，可精准确定狼音产生的频率、声学构件或声学构件的局部位置，为彻底消除板胡狼音提供了全新的科学方法。
(2)通过更换或改变声学构件的质量进而改变其固有频率来解决狼音问题，避免了以往调控装置抑制狼音对板胡声音品质的影响，即保留了该乐器本真的乐音谐频的强度与均衡度，有利于板胡在音乐实践中最大限度的发挥其音色特征。
(3)通过综合板胡整体声振动和声学构件固有频率的测量结果，以及由此而形成的板胡整体声振动与声学构件的频响曲线，有利于明确整体振动的各峰值和声学构件之间的共振关系，推进板胡制作标准化和科学化的进程。
附图说明
图1测量板胡振动的系统示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步说明。
如图1所示的一种测量板胡振动的系统，包括声学测量系统、光学测量系统和板胡及其固定支架；
所述声学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、声传感器组成；计算机声学分析系统发出扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备，激振设备非接触激振板胡面板，板胡产生的整体振动声音通过声传感器接收并导入数模转换器转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
所述光学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、激光扫描头、光电信号转换器组成；计算机声学分析系统发出扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备，激振设备非接触激振板胡面板，激光扫描头分别获取板胡各声学构件振动的速度位移信号，并将此信号传给光电信号转换器转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
所述的计算机声学分析系统包括频谱分析系统和振动信号分析系统，且可发出声学信号。
所述板胡声学构件为面板、共鸣箱、腰码、琴码、琴杆、琴托、琴弦或副弦。
所述激振设备的激振频率200Hz-21kHz。
所述的激光扫描头为德国Polytec公司生产，型号为PSV-1-500。
一种消除板胡狼音的方法，采用如前所述的测量板胡振动系统，包括如下步骤：
(1)将板胡固定在支架上，将激振设备置于板胡面板前2cm处；
(2)使计算机声学系统发出200Hz-21kHz的扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备；
(3)用激振设备激振板胡面板，板胡面板带动板胡各声学构件相互耦合产生整体振动声音，声传感器接收板胡整体振动产生的声音，并将声信号导入数模转换器，使模拟信号转换为数字信号，再传入计算机声学系统；
(4)计算机声学系统生成整体声振动频谱图，得出声学测量结果，即板胡全音域频率范围以及各基音频率的分音谐频强度分布的精确数据；
(5)重复步骤(2)，用激振设备激振板胡面板，板胡面板带动板胡各声学构件产生振动；
(6)激光扫描头分别获取各板胡声学构件振动的速度位移信号，将此信号传给光电信号转换器；
(7)光电信号转换器将速度位移信号转换为数字信号，并将数字信号传入计算机声学分析系统；
(8)计算机声学分析系统生成板胡声学构件振动模态频谱图，得出光学测量结果，即板胡声学构件的固有频率以及各声学构件耦合振动的振动峰值、频响范围、频响宽度的精确数据；
(9)综合声学测量结果和声学构件振动的光学测量结果，汇总形成板胡整体声振动与声学构件固有频率的频响曲线，明确整体振动的各峰值和声学构件之间的共振关系，从中重点发现二者由于频率相近所产生的不良共振；参照振动模态频谱图确定狼音产生的频率(包括基音频率和分音频率)及声学构件；
(10)然后对板胡声学构件进行更换，或改变声学构件的质量、结构或形状——如调整共鸣箱音窗样式以改变其质量，调整面板背部的粗糙度以改变其内部的纤维结构，改变琴码的形状(如桥形、圆底、椭圆底、中空)——等方法改变其固有频率，以保证其与产生狼音的乐音频率一致或增大频率差，直至使板胡琴体完美支持乐音振动，彻底避免狼音出现。

Claims (3)

1.一种消除板胡狼音的方法，其特征在于，采用测量板胡振动的系统，包括如下步骤：
（1）将板胡固定在支架上，将激振设备置于板胡面板前2cm处；
（2）使计算机声学分析系统发出200Hz-21kHz的扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备；
（3）用激振设备激振板胡面板，板胡面板带动板胡各声学构件相互耦合产生整体振动声音，声传感器接收板胡整体振动产生的声音，并将声信号导入数模转换器，使模拟信号转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
（4）计算机声学分析系统生成整体声振动频谱图，得出声学测量结果；
（5）重复步骤（2），用激振设备激振板胡面板，板胡面板带动板胡各声学构件产生振动；
（6）激光扫描头分别获取各板胡声学构件振动的速度位移信号，将此信号传给光电信号转换器；
（7）光电信号转换器将速度位移信号转换为数字信号，并将数字信号传入计算机声学分析系统；
（8）计算机声学分析系统生成板胡声学构件振动模态频谱图，得出光学测量结果；
（9）综合分析声学测量结果和各声学构件振动的光学测量结果，确定狼音产生的频率及声学构件；
（10）然后对板胡声学构件进行更换，或改变声学构件的质量、结构或形状，以保证其固有频率与产生狼音的乐音频率一致或增大频率差，直至使板胡琴体支持乐音振动，避免狼音出现；
所述板胡声学构件为面板、共鸣箱、腰码、琴码、琴杆、琴托、琴弦或副弦；
所述测量板胡振动的系统，包括声学测量系统、光学测量系统和板胡及其固定支架；
所述声学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、声传感器组成；计算机声学分析系统发出扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备，激振设备非接触激振板胡面板，板胡产生的整体振动声音通过声传感器接收并导入数模转换器转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
所述光学测量系统由计算机声学分析系统、数模转换器、功率放大器、板胡激振设备、激光扫描头、光电信号转换器组成；计算机声学分析系统发出扫频信号，经过数模转换器将数字信号转化为模拟信号，传送给功率放大器，放大的模拟信号进入激振设备，激振设备非接触激振板胡面板，激光扫描头分别获取板胡各声学构件振动的速度位移信号，并将此信号传给光电信号转换器转换为数字信号，再传入计算机声学分析系统；
所述的计算机声学分析系统包括频谱分析系统和振动信号分析系统，且可发出声学信号。
2.如权利要求1所述的一种消除板胡狼音的方法，其特征在于，所述激振设备为激振频率200Hz-21kHz的激振设备。
3.如权利要求1所述的一种消除板胡狼音的方法，其特征在于，所述的激光扫描头为PSV-1-500激光扫描头。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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