[實用新型]一種小提琴整體聲振動激振設備及頻譜測量系統

有效

• 申請號: 201320361888.2
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN203298865U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 楊陽
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本實用新型涉及樂器制作與聲學品質測試領域，特別涉及一種小提琴琴弦牽拉激振設備及整體聲振動頻譜測量系統和測量方法。

背景技術

隨著計算機技術和數字信號技術在小提琴聲學研究領域的應用，人們對小提琴的振動原理有了更深刻的認識。美國物理學家C.M.Hutchins使用有限元分析方法得到小提琴琴箱整體全息圖的數據結果，2006年美國東卡羅萊納大學George?Bissinger博士等借助三維激光振動測量儀繪制了三把意大利名琴琴箱振動的三維動畫圖像，這些研究全面闡釋了小提琴振動的過程及其聲學原理，促進了現代頻譜測量技術在小提琴制作過程中的應用和普及。

小提琴的振動原理十分復雜，從小提琴發聲的過程來看，包括三種形式的振動，即琴弦振動→琴碼振動→琴箱振動，其中琴弦是聲音的源泉，是發聲的基礎；琴碼是中樞，在國外又稱為Bridge(橋)，它連接琴弦與琴箱，將琴弦的振動導入到琴箱；琴箱是放大器，它將琴弦和琴碼振動的機械能轉換為聲能，向外輻射聲波，發出聲音。基于對小提琴發聲原理的認識，近年來，國外學者設計了多種方法，借助計算機頻譜測量技術，嘗試測量小提琴的聲音振動，其中美國制琴師Joseph?Curtin設計的脈沖錘激勵琴碼——敲擊聲頻譜測量的方法具有一定的代表性，其方法特征是直接測量裝配好（演奏狀態）的小提琴，先用脈沖錘敲擊小提琴琴碼的側部，在沖力的作用下，小提琴兩只琴碼腳在面板垂直方向做交替振動，使琴箱發出聲音。不難看出，這種方法忽略了琴弦的振動，激振的導入點為琴碼，雖沒有給琴碼增加額外的質量，測量結果也基本上反映琴碼和琴箱的復合振動，但這種測量方法還是有一定的局限性，人們在使用中發現，用脈沖錘從不同的角度敲擊琴碼，測量的結果有一定的差異，造成測量不確定性的原因在于：小提琴四根琴弦的張力在50磅左右，琴弦振動時，琴碼在琴弦的牽拉下，既有前后扭擺的動作（琴弦方向），還有琴碼腳上下交替的動作（面板垂直方向），Joseph?Curtin的激振方法僅能使琴碼在面板垂直方向做上下振動，而無法模擬琴碼前后扭擺的振動，因此不能完全反映小提琴在演奏狀態下整體振動的真實狀況。

實用新型內容

本實用新型為了克服現有技術的不足提供一種小提琴整體聲振動激振設備及系統。

本實用新型提供有一種小提琴整體聲振動激振設備，包括音頻信號發生器、功率放大器、超磁致伸縮換能器、琴弦牽拉臂和琴箱固定夾；所述音頻信號發生器與功率放大器相連，功率放大器與超磁致伸縮換能器相連；所述的超磁致伸縮換能器的輸出頂桿與琴弦牽拉臂同向緊密固定，指向琴頭方向；琴弦牽拉臂的另一端設有弦槽，弦槽安裝琴弦后，使琴弦受牽拉的角度與正常演奏狀態一致；所述琴箱固定夾用于將超磁致伸縮換能器與琴箱固定。

本實用新型所述的小提琴整體聲振動激振設備的一種優選技術方案：所述超磁致伸縮換能器主要由稀土材料（TbFe2、DyFe2、SmFe2等）制成，頻率響應范圍為20Hz—20kHz，牽拉位移控制精度為10-6米；超磁致伸縮換能器和琴弦牽拉臂的作用是模擬小提琴演奏狀態下，被測琴弦不同頻率的振動及張力變化對小提琴整體聲振動影響的物理環境。

本實用新型所述的小提琴整體聲振動激振設備的一種優選技術方案：所述音頻信號發生器為掃頻音頻信號發生器，音頻信號發生器用于控制琴弦牽拉臂的牽拉頻率，音頻信號發生器的功能也可以由計算機專用軟件替代。

本實用新型所述的小提琴整體聲振動激振設備的一種優選技術方案：所述功率放大器的功率可人工調節，用于控制琴弦牽拉臂的牽拉位移幅度。

本實用新型提供的一種小提琴整體聲振動頻譜測量系統，包括小提琴整體聲振動激振設備、測量傳聲器、測量放大器、A/D轉換器和計算機聲學分析系統；測量傳聲器置于小提琴F音孔上方；激振設備中的音頻信號發生器發生的純頻率掃頻信號經功率放大器放大，輸入超磁致伸縮換能器后使輸出頂桿振動，通過琴弦牽拉臂拉動琴弦振動，琴弦振動信號通過琴碼傳入琴箱；測量傳聲器接收琴箱振動聲波，通過測量放大器放大后經A/D轉換器轉換成數字信號，計算機聲學分析系統對數字信號處理后生成頻譜圖。

所述的計算機聲學分析系統為包括FFT分析功能的計算機聲學分析系統。

小提琴整體聲振動頻譜測量方法，包括如下步驟：

（1）首先卸除待測小提琴的腮托，將激振設備的琴箱固定夾固定在腮托位置；