CN1882196A - 用于播放声音和音乐的声板以及用于制造该板的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于播放声音和音乐的声板(1)，它包括：由木材制成的基本平整的共鸣板(2)，固定到所述共鸣板以对所述共鸣板施加机械张力的至少一个系件(3，4)，电能机械能换能器(9)，安装到所述共鸣板上的共鸣板振动节点处，并且可以连接到电音源，以将来自于所述电音源以电信号形式的共鸣板音频信息换能为机械脉冲和后续振动，所述共鸣板包括声学区域，它们具有彼此不同厚度，以使得在一定范围音频内从共鸣板到空中的能量传送有均匀分布。

Description

用于播放声音和音乐的声板以及用于制造该板的方法

技术领域

本发明涉及用于播放声音和音乐的声板(sound panel)以及用于制造该板的方法。更具体地，本发明涉及由木材制造的声板，为了能够播放由音源产生的声音和音乐，它可以连接到该音源，该音源可以是任何类型的，例如CD播放器、收音机、磁带播放器或者混频器。

众所周知可以用扬声器重现和播放音乐。扬声器通常包括薄的圆锥状振动膜，该振动膜安装在回音室内部，并且为了产生沿着振动膜表面的声波，它在中央部分被连接到线圈型电磁换能器。

但是，这些扬声器有缺点，就是它们只能在有限的频率范围内工作，并且为了加强某组频率，例如低频、中频和高频，有必要在同一扬声器或多个扬声器中使用一定数量的振动膜。

此外，为了避免由振动膜所产生声音的有害干涉性效应，需要使用回音室。

本发明的目的是通过提出一种能够播放由任何电子声源所产生的声音和音乐的扬声器，以此来避免上述的缺点。

在该目的中，本发明的目的是提供一种声板，它能够真实地播放声音和音乐，就像乐器一样。

本发明的另一目的是提供一种声板，它不会受到损害其正常操作的过量应力。

此外，本发明的目的是最小化声板的声学机械阻抗。

本发明的另一目的是创造出一种具有审美愉悦感并且可以适应任何环境的声板。

本发明的又一目的是提供一种高度可靠、制造简便并且成本较低的声板。

在下文中将会更加明显的这些以及其它的目的可以由根据本发明用于播放声音和音乐的声板来实现，该声板的特征在于，它包括由木材制成的共鸣板(soundboard)；固定到该共鸣板上以对该共鸣板施加机械张力的至少一个系件；安装到共鸣板的振动节点、并且连接到电音源以将来自于电音源的电信号形式的音频信息换能为机械脉冲和共鸣板的后续振动的电能机械能换能器；所述共鸣板包括具有彼此不同厚度的区域，这是为了在一定声学频率范围内将来自于共鸣板的能量均匀分布地传输至空中。

有利地，在较佳实施例中有一种声音和音乐回放装置，它包括所述声板，以及连接到安装在板中的换能器、并且可连接到一个或多个电子声源扬声器输出的转换电路，以便将来自于电音源电信号形式的音频或音乐信息换能为机械脉冲和共鸣板后续振动。

本发明的目的还可以通过用于制造播放声音和音乐的声板的方法来实现，该方法的特征它包括如下步骤：

-构建由木材制成的共鸣板，它基本平整，并且具有预定的形状；

-确定共鸣板的固有振动频率；

-确定共鸣板的振动节点；

-为了确定沿着板面上一定音频范围的峰值强度，绘制共鸣板表面的频率分布图。

-改变根据不同频率下获得的不同峰值强度而选择的不同共鸣板区域的厚度；

-将至少一个系件(tie)用在共鸣板上以对该共鸣板施加机械张力；

-为了将来自于电音源电信号形式的音频或音乐信息换能为机械脉冲和共鸣板后续振动，在确定的节点设置电能机械能换能器，最好是双态压电陶瓷类型的。

从下面根据本发明的声板以及制造方法的较佳、但并非唯一实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将会更加明显，这些特征和优点在附图中以非限制性示例的方式示出，其中：

图1是根据本发明第一实施例的声板全视图；

图2是根据本发明第二实施例的声板全视图；以及

图3是根据本发明第三实施例的声板全视图。

参照附图，通常由标号1所指代的根据本发明的声板，包括由木材制成的共鸣板2，它最好是由杉木，由其是Val di Fiemme杉木制成的。

当然，共鸣板可以是任何材料或任何木材制成的，只要它们是可以用在拨弦乐器制作师luthier工作室或者是通常制造乐器的共鸣板的工作室。

共鸣板2包括多个木制长条，它们被粘合在一起以形成具有预设形状的基本平整结构。

木制长条最好是按照一定的排列方式，从而它们的木纤维基本朝向共鸣板形体的长边或长对角方向，例如沿其主方向或主对角线，例如沿着图2所示的方向25。

此外，通过切割与杉木树干径向基本平行的平面，从而其纹理基本垂直于长条的主表面，以获得不会由于潮湿而扭曲的共鸣板。

共鸣板2安装在基座20上，并且包括的至少一个、最好是两个系件3和4，它们粘合在共鸣板上，并且相对于木材纤维的方向基本是沿着径向或横向方向排列。该系件最好也是由杉木制成，具有一定的尺寸和曲率半径，以对共鸣板2施加一定的机械张力。当然系件的数量也可以超过两个，这取决于具体要求和共鸣板的尺寸。

在本发明的第二实施例中，具有两个系件23和24的声板26适于通过装备有减震器的夹具21和22(为了使得悬挂的声板与壁保持大约8-10厘米)而悬挂在壁(wall)上。当然可以不同的方式来悬挂声板，只要将板固定在壁或天花板上的方式能够减震并且防止振动从板中传出或传入板中即可。

根据本发明第三实施例的声板10包括，除了共鸣板12以及系件13和14之外，还有在共鸣板中形成以增加其附加音质属性的开口17。

现在回到图1所示的声板，共鸣板2具有底座5，底座处于共鸣板振动模式的节点上，下文对确定该节点的情形做出描述。底座5所处的节点可以基本安排在共鸣板的中央位置上，如图1所示，但是可以根据板的尺寸和形状对位置进行调整。例如，节点可以处于共鸣板边缘的附近，如图2所示的情形。

电能机械能换能器9(在图2中是29)插入到底座5中，并且在合适的电声信号对其供以能量时，能够对共鸣板2施加机械振动，重现来自于音源的声音。

在较佳实施例中，换能器9是双态压电陶瓷弯机(bimorphic piezoceramicbender)，例如由日本富士公司和大阪有限公司(http://fuji-piezo.com)投放到市场的一种弯机，它通过直径大约为50mm的双态压电陶瓷盘，能够在大约60到16000Hz的频率范围、大约6N到20N范围的阻滞力(可以通过单个的致动器来产生最大力，即将最大移动减小为零所需的阻滞力)、以及从大约70V到100V范围的电源电压下，产生基本大于200μ的机械移动。

换能器9通过缆线6的方式连接到音频转换电路，而该电路又连接到音源的音频输出，诸如例如未在图中示出的音乐CD播放器的模拟音频输出。

转换电路最好是与声板1相隔开，并且适于将来自于所述电音源以电信号形式的声学或音乐信息换能为机械脉冲和共鸣板后续振动。

具体地，该电路包括用于转换和适应市电电压的级(stage)，它由具有极低电压的三组次级绕组的具有晶粒取向性硅钢片铁芯的变压器、保险丝元件、电源开关以及用于连接到市电电源的缆线所构成。

为了滤波并稳定信号，同时使用包括有Graetz电桥整流器、电平调节电容以及用于双电压的单片线性电压稳定器的一级以及用于手动设置输出电压的器件。转换电路还包括用于匹配和平衡输入音频信号的级，它包括无源自适应性输入网络以及具有个手动调整功能的五波段模拟集成电路。

此外，提供有低频固态放大器级，它由具有MOSFET末级晶体管的AB类单片线性放大器电路、数字抑制噪声电路以及SOA保护电路所组成。

最后，最好是通过抑制噪声和备用功能控制逻辑系统来实现转换电路，该系统具有双稳态CMOS存储电路以及指示“备用”状态的LED。

电能机械能换能器9用于以振动形式将能量传送至共鸣板，将代表由音频或音乐源发射出的所述音频信息的电信号转换成机械脉冲。

为了最优化在板1木材内部的能量传送，共鸣板2包括一个或多个具有不均匀厚度或彼此不同厚度的一个或多个声学区域，它们的厚度可以在1.2到6.3mm内波动，以在一定的音频范围内实现从共鸣板到空中的更均匀的能量传送。图1通过示例的方式示出了厚度减小的区域7以及厚度增加的区域8。

根据经典的拨弦乐器制作师luthier技术，并且最好按照下列列出的操作来安排和设置各区域的厚度。

对板的形状和尺寸进行选择，首先开始的主题是记下要创建的纸模，该模的长边或长对角线方向与木纤维的方向基本一致。共鸣板实际上可沿着这些方向弯曲。

在创建纸模之后，通过按照单层来排列选定的木制(较好是杉木，最好是Fiemme杉木)的长条来构建共鸣板，使得纤维与长条的较大表面基本垂直或其它相对情形，总之不是平行，如上所述。每个长条的宽度(仅仅是示例性的)为7-8毫米，厚度为7-9毫米，在纤维方向上的长度大约为120厘米。

这样所获得的声板的粗略形体被胶粘住，并且其厚度被调整为大约8.5毫米，以使得在制造乐器共鸣板过程中常用的木制嵌片嵌入在边缘上或随后插入到其它部分。

在嵌入和镶片操作之后，将共鸣板的厚度再次调整为大约4.5到6.5mm的范围内，因此它最好是平整的。

随后，通过音频读取工具的手段以及撞击共鸣板的方式，执行测试，以确定具有预设形状的共鸣板的固有振动频率。然后在共鸣板的表面绘制频率分布图，以确定沿着共鸣板表面的各种音频振动的峰值强度。

或者，如同在经典lute琴制作技术中所发生的那样，通过在不同点来撞击共鸣板可以实现共鸣板的频率分布图绘制。该方法对于每一个点都放置一个音叉，以测量其响应并且标记板上执行测量的点。

如本领域一般技术人员易于理解的那样，也可以使用另一种绘制技术。

执行绘制还可以确定需要使用电能机械能换能器的激发点，还可以制备换能器所要插入的底座。在能够实现到共鸣板的最优能量传送的共鸣板振动节点中选定一位置。

依照绘制的结果，在被测区域中设计共鸣板的厚度，以平衡各频率下的声音强度，并且最小化共鸣板的声学机械阻抗。厚度减小使得低频音调加强，而使用系件可以加强高频。

通过使用小系件(此处称为次级系件)，就有可能按照定声音频率波段的振动强度将振动能量有利地从共鸣板(尤其是)富声区传送至贫声区。

然后雕刻板的背面，其中厚度必须减小，同时系件需要整型。随后将系件粘合到模板上，对单个的共鸣板执行该过程，并且对所有的表面执行抛光。

系件的尺寸最好是从大约120毫米到780毫米的范围内，同时厚度在4.5毫米到8毫米的范围内，并且高度在4到13毫米的范围内。从而对于横向室来说，对共鸣板给予一定负载的曲率半径从1到9毫米。

然后再次执行至少一次附加声学测试。并且通过手动修正厚度和/或整型系件来改进共鸣板的响应，直到取得最好的声学机械阻抗(必须最小化)以及木材内最好的能量传送为止。确定系件的尺寸，从而它们可以对共鸣板提供适度的张力，并且有助于能量在木制纤维的径向方向传送。

最后，对声板涂上油漆，进行抛光处理，和表面精修，压电陶瓷弯机9永久性插入到它的底座5中，并且缆线6的导线焊接在弯机9上，通过将弯机黏附到共鸣板2的底座上来将其固定，并且由木塞保护。

较佳地，随后在声板上执行附加的最终测试，并且记录下其频率响应的特征频谱。

一旦通过使用根据本发明的方法制成了声板，则可以制成并轻易复制具有相同形状和尺寸的声板，虽然获得了作为每一单个板特征的声学品质，如同在相同的乐器中出现的一样，这样就可以减少要执行的测试次数。

在实际应用中可以发现根据本发明的设备完全实现了预期的目标和目的。

这样设计的设备易于做出各种修改和变化，这些修改和变化都落在所附权利要求范围内。所有的细节都可以由其它技术性等效部分所替代。

在实际应用中，所用到的材料、还有尺寸都可以根据需要和工艺水平来进行具体设置。

Claims (15)

1.一种用于播放声音和音乐的声板，其特征在于，它包括：由木材制成的共鸣板；配合到所述共鸣板以对所述共鸣板施加机械张力的至少一个系件；电能机械能换能器，安装到所述共鸣板上的共鸣板振动节点处，并且可以连接到电子声源，以将来自所述电子声源以电信号形式到达的音频信息换能为机械脉冲和共鸣板后续振动，所述共鸣板包括彼此具有不同厚度的多个声学区域，以便在一声频范围上均匀分布从共鸣板到空中的能量传送。

2.如权利要求1所述的声板，其特征在于，将所述声板的具有不同厚度的所述声学区域的大小定成具有较小的厚度，以便于增强低声频。

3.如任意一项前述权利要求所述的声板，其特征在于，它包括次级系件，它被配合成相对于所述声板的木材纤维以径向的方式来传送振动能量，以减少所述共鸣板的声学机械阻抗。

4.如任意一项前述权利要求所述的声板，其特征在于，所述共鸣板通过多个木制长条形成，它们相互粘合、并被排列成所述木材的纤维基本沿着所述共鸣板的长边或长对角方向。

5.如任意一项前述权利要求所述的声板，其特征在于，所述电能机械能换能器是双态压电陶瓷类型的，在从大约60到大约16000Hz的频率范围内能够产生基本大于200μ的机械运动，所述换能器具有在大约6N到大约20N范围内的阻力，以及在大约70V到大约100V范围内的电源电压。

6.如任意一项前述权利要求所述的声板，其特征在于，所述电能机械能换能器可以通过转换电路连接到所述电子音源，以便将所述电子音源的模拟音频输出信号转换成所述电信号。

7.一种用于制造播放声音和音乐的声板的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

-构建由木材制成的共鸣板，它基本平整并具有预定形状；

-确定所述共鸣板的固有振动频率；

-确定所述共鸣板的振动节点；

-为了确定沿着共鸣板表面的音频范围内的峰值强度，绘制共鸣板表面上的频率分布图；

-根据不同频率上所获得的峰值强度值，更改所选定共鸣板的各个区域的厚度；

-将至少一个系件加到所述共鸣板上以对所述共鸣板施加机械张力；

-为了将来自电音源的电信号形式的音频或音乐信息换能为机械脉冲和共鸣板后续振动，在确定的节点处设置电能机械能换能器，最好是双态压电陶瓷类型的电能机械能换能器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，构建共鸣板的步骤包括如下步骤：

-绘制形状；

-将多个木制长条粘合在一起，将它们排列成基本形成所绘形状且所述木材纤维基本沿着所绘形状的长边或长对角线方向。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，它包括在所述粘合步骤之后的如下步骤：

-将所述共鸣板校准成第一厚度；

-嵌入所述共鸣板的边缘，并且将木制嵌片沿着所述共鸣板的边缘插入；

-将所述共鸣板校准成比第一厚度要小的第二统一厚度。

10.如权利要求7-9任意一项所述的方法，其特征在于，执行所述频率分布图绘制的步骤包括如下步骤：

-在所述范围的音频下振动所述共鸣板；

-对于每一所述频率在所述多个区域上分别测量振动的强度。

11.如权利要求7-10任意一项所述的方法，其特征在于，它还包括对所述系件整型的步骤。

12.如权利要求7-11任意一项所述的方法，其特征在于，它对厚度已更改的共鸣板的各个区域重复确定强度峰值的步骤。

13.如权利要求7-12任意一项所述的方法，其特征在于，所述选定区域的厚度被选为使从所述声板到空中的能量传送最优化。

14.一种用于播放声音和音乐的装置，其特征在于，它包括根据权利要求1-6任意一项所述的声板，以及连接到配合在所述板中的换能器、且能连接到电音源的一个或多个音频输出的转换电路，以便于将来自所述电音源的电信号形式的音频或音乐信息换能为机械脉冲和共鸣板后续振动。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述转换电路包括：对所述电源电压进行转换和调节的级，滤波和稳压级，所述输入音频信号的适配器和均衡器级，具有静噪或备用功能的控制逻辑，以及低频放大器级。

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