專利名稱：一種提琴琴板振動特性測試方法及其專用設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及樂器生產(chǎn)制作與聲學品質測試領域，特別涉及一種提琴琴板振動特性 測試方法和專用設備。
背景技術：
小提琴的琴板包括面板、背板和側板，它們共同組成共鳴箱。琴板的作用是將琴弦 的振動能量通過共振機制有效地轉化為空氣振動的聲音能量。琴板的振動特性在很大程度 上決定了小提琴的音色。通過改變琴板的振動特性可以改變小提琴的聲音品質，因此測定 琴板的振動特性對制作提琴，特別是高端小提琴至關重要。然而由于兩方面的原因，對琴板 的振動特性進行測試并非容易。(1)小提琴在演奏狀態(tài)下，由琴弦振動耦合的琴板振動實際 是一組復合頻率，即琴板同時對多個頻率做出振動響應，因此很難判定某一具體頻率在琴 板上對應的振動位置；(2)琴板振動的幅度和位移很小，一般人依靠觸覺難以感知這種變 化，即使經(jīng)過多年訓練、經(jīng)驗豐富的技師，也很難判斷出琴板上所有的振動區(qū)域。在提琴傳 統(tǒng)制作的行業(yè)內(nèi)，琴板振動區(qū)域又被稱之為小提琴的“穴位”，調(diào)整小提琴音色時，如找準穴 位，方能做到“對癥下藥，藥到病除”。在提琴的制作環(huán)節(jié)中，改變琴板的弧度或厚度，均能改變琴板的振動特征，傳統(tǒng)的 手工制琴工藝依賴于技師的觀、掂、敲、聽等方式，通過主觀評判和經(jīng)驗，以判斷琴板的振動 特征，因為缺乏具體、系統(tǒng)的科學依據(jù)和測試手段，所以小提琴音色的調(diào)整存在很大的不確 定性。根據(jù)國內(nèi)外文獻和專利數(shù)據(jù)庫檢索，目前還沒有此方面研究的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決小提琴制作過程中缺乏客觀的振動特性測試手段的問題，嘗試用 現(xiàn)代技術彌補人的觸覺無法準確感知琴板振動方面的生理不足，在設計思路上應用振動傳 感技術，準確捕捉琴板表面在振動時發(fā)生的微弱形變，再利用計算機頻譜技術將這種變化 定量的表現(xiàn)出來。本發(fā)明從本質上說是延伸了制作人員對琴板振動的感知能力，作為一種 輔助工具，對小提琴的制作，特別是音色的調(diào)整與控制將起到重要作用。本發(fā)明的技術路線包括以下三個方面1、人工激勵振動源。利用磁致伸縮技術，激勵琴板產(chǎn)生標準純頻率正弦波振動。2、振動傳感器。利用加速度傳感器，感知琴板振動時發(fā)生的微弱形變，轉變?yōu)殡娦盘枴?、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。對傳感器探測的電信號進行數(shù)據(jù)處理，定量測試出琴板不同區(qū) 域的振動幅度，以此確定琴板振動敏感點，即“穴位”。本發(fā)明為了解決上述技術問題采用的技術方案是提供一種提琴琴板振動特性測 試方法和專用設備。所述提琴琴板振動特性測試專用設備，包括信號發(fā)生器、功率放大器、 音頻換能器、振動傳感器、電荷放大器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器、頻譜分析軟件和計算機，所述頻譜分析軟件安裝在計算機上，所述信號發(fā)生器、功率放大器和音頻換能器相連，所述振動傳感器、電荷放大器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器和計算機相連。根據(jù)本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試專用設備的一優(yōu)選技術方案所述信號 發(fā)生器為掃頻音頻信號發(fā)生器，信號發(fā)生器的功能可以由計算機專用軟件替代。根據(jù)本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試專用設備的一優(yōu)選技術方案所述振動 傳感器為加速度傳感器，加速度傳感器與電荷放大器或集成在一個裝置內(nèi)，或分開安裝。根據(jù)本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試專用設備的一優(yōu)選技術方案所述音頻 換能器為超磁致伸縮音頻換能器，所述音頻換能器將電信號轉變?yōu)檎駝訖C械能。根據(jù)本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試專用設備的一優(yōu)選技術方案所述數(shù)據(jù) 采集器是數(shù)字音頻接口。根據(jù)本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試專用設備的一優(yōu)選技術方案所述頻譜 分析軟件運用FFT算法，即快速傅立葉變換法算法。本發(fā)明還提供了一種提琴琴板振動特性測試方法，所述提琴琴板振動特性測試方 法，包括如下步驟第一步將琴板或琴箱固定在磁致伸縮音頻換能器的接觸面上；第二步掃頻信號發(fā)生器或計算機軟件產(chǎn)生一個標準純頻率正弦波信號，由音頻 換能器激勵琴板產(chǎn)生振動；第三步琴板的振動被振動傳感器接收，信號進入數(shù)據(jù)采集器，通過專業(yè)頻譜分析 軟件進行計算和頻譜分析后，顯示測試區(qū)域的振動幅度；第四步根據(jù)不同測試區(qū)域的振動幅度，確定琴板振動敏感點，即“穴位”。本發(fā)明的優(yōu)點在于將磁致伸縮音頻換能、振動測量和計算機頻譜分析等現(xiàn)代技 術應用于琴板的振動特征測試環(huán)節(jié)中，對提琴制作的傳統(tǒng)手工工藝做了很大的改進，是人 類觸覺感知能力的延伸，具有靈敏度高、測量快速準確、直觀性強的優(yōu)點，為高級提琴的制 作提供了一個先進的技術方法和工具。


圖1本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試方法的原理圖；圖2本發(fā)明所述的提琴琴板振動特性測試專用設備設計圖。附圖標識1音頻掃頻信號發(fā)生器 2功率放大器3琴板4 LC內(nèi)裝IC加速度傳感器5 B15音頻換能器6信號調(diào)理器7 ICON專業(yè)火線音頻接口 8計算機頻譜分析系統(tǒng)
具體實施例方式下面結合具體的實施例與說明書附圖對本發(fā)明做詳細說明。1、提琴琴板振動特性測試專用設備本實施例提供的一種提琴琴板振動特性測試專用設備，按照圖1連接，原理如圖2 所示，包括音頻掃頻信號發(fā)生器、功率放大器、磁致伸縮音頻換能器、加速度傳感器、測量放大器、數(shù)據(jù)采集器、專業(yè)頻譜分析軟件和計算機，所述專業(yè)頻譜分析軟件安 裝在計算機上， 所述音頻掃頻信號發(fā)生器、功率放大器和磁致伸縮音頻換能器相連，所述加速度傳感器、測 量放大器、數(shù)據(jù)采集器和計算機相連。依據(jù)圖2，本發(fā)明對所使用的組件進行了優(yōu)化選型，配置如下(1)音頻掃頻信號發(fā)生器選用常州同惠一TH1312-20，該儀器為33/4位IXD顯 示、正弦波輸出、信號失真小、穩(wěn)定性好、頻率范圍覆蓋整個音頻范圍。可手動調(diào)頻，也可對 數(shù)掃頻，掃頻起點、終點及掃頻時間均可按需設置。(2)磁致伸縮音頻換能器選用甘肅天星稀土功能材料有限公司加工制作的B15 音頻換能器，頻響范圍80Hz-15KHz，響應速度快可達到微秒級，控制精度達微米級，能量轉 換率高達70%以上，聲功率為15W。所述音頻共振換能器為磁致伸縮音頻換能器(又名為 大磁致伸縮音頻換能器)，專利號為00268460. 8，磁致伸縮音頻換能器相當于小提琴的琴 碼或音柱。(3)加速度傳感器選用郎斯測試技術有限公司生產(chǎn)的LC119T內(nèi)裝IC壓電加速 度傳感器，靈敏度為500mV/g，頻率范圍0. 7-lOOOOHz，分辨率為0. 00004g。(4)數(shù)據(jù)采集卡選美國ICON FireXon火線4入4出音頻接口，帶48V幻象電源 和前級功率放大功能。(5)計算機頻譜分析系統(tǒng)由專業(yè)軟件和計算機組成。專業(yè)頻譜分析軟件運用 FFT算法，即快速傅立葉變換法算法，本裝置采用美國SoundTechnology公司開發(fā)的FFT Spectalab anyalysis system (version 4. 32)作為頻譜分析軟件。所述計算機用于專業(yè)頻 譜軟件運行，進行數(shù)據(jù)運算以及顯示分析結果，操作系統(tǒng)為windows XP Professional.以上組成按照圖1連接，即為本發(fā)明的琴板振動特性測試專用設備。2、提琴琴板振動特性測試方法的說明本實施例提供的一種提琴琴板振動特性的測試方法，有關的技術原理見圖2。所述 提琴琴板振動特征測試方法，包括如下步驟第一步將琴板或琴箱固定在磁致伸縮音頻換能器的接觸面上；第二步掃頻信號發(fā)生器(或計算機軟件)產(chǎn)生一個標準純頻率正弦波信號，由音 頻換能器激勵琴板產(chǎn)生振動；第三步琴板的振動被加速度傳感器接收，信號進入數(shù)據(jù)采集器，通過專業(yè)頻譜分 析軟件進行計算和頻譜分析后，顯示測試區(qū)域的振動幅度(以加速度計)；第四步根據(jù)不同測試區(qū)域的振動幅度，確定琴板振動敏感點，及“穴位”。以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選技術方案對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權利要求
一種提琴琴板振動特性測試專用設備，其特征在于所述提琴琴板振動特性測試專用設備，包括信號發(fā)生器、功率放大器、音頻換能器、振動傳感器、電荷放大器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器、頻譜分析軟件和計算機，所述頻譜分析軟件安裝在計算機上，所述信號發(fā)生器、功率放大器和音頻換能器相連，所述振動傳感器、電荷放大器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器和計算機相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的提琴琴板振動特性測試專用設備，其特征在于所述信號發(fā) 生器為掃頻音頻信號發(fā)生器，信號發(fā)生器的功能可以由計算機專用軟件替代。
3.根據(jù)權利要求1所述的提琴琴板振動特性測試專用設備，其特征在于所述振動傳 感器為加速度傳感器，加速度傳感器與電荷放大器或集成在一個裝置內(nèi)，或分開安裝。
4.根據(jù)權利要求1所述的提琴琴板振動特性測試專用設備，其特征在于所述音頻換 能器為超磁致伸縮音頻換能器，所述音頻換能器將電信號轉變?yōu)檎駝訖C械能。
5.根據(jù)權利要求1所述的提琴琴板振動特性測試專用設備，其特征在于所述數(shù)據(jù)采 集器是數(shù)字音頻接口。
6.根據(jù)權利要求1所述的提琴琴板振動特性測試專用設備，其特征在于所述頻譜分 析軟件運用FFT算法，即快速傅立葉變換法算法。
7.一種提琴琴板振動特性測試方法，其特征在于所述提琴琴板振動特性測試方法， 包括如下步驟第一步將琴板或琴箱固定在磁致伸縮音頻換能器的接觸面上；第二步掃頻信號發(fā)生器或計算機軟件產(chǎn)生一個標準純頻率正弦波信號，由音頻換能 器激勵琴板產(chǎn)生振動；第三步琴板的振動被振動傳感器接收，信號進入數(shù)據(jù)采集器，通過專業(yè)頻譜分析軟件 進行計算和頻譜分析后，顯示測試區(qū)域的振動幅度；第四步根據(jù)不同測試區(qū)域的振動幅度，確定琴板振動敏感點，即“穴位”。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提琴琴板振動特性測試方法及其專用設備。所述提琴琴板振動特性測試專用設備，主要包括信號發(fā)生器、功率放大器、音頻換能器、振動傳感器、電荷放大器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器、頻譜分析軟件和計算機。所述提琴琴板振動特性測試方法，首先通過音頻換能器激勵琴板產(chǎn)生標準純頻率正弦波振動，然后用加速度傳感器探測琴板的形變和位移，最后由計算機頻率系統(tǒng)分析測試區(qū)域振動信號和振動幅度，最終找出琴板的振動敏感點，即“穴位”。該方法對提琴制作的傳統(tǒng)手工工藝做了很大的改進，具有靈敏度高、測量快速準確、直觀性強的優(yōu)點，為高級提琴的制作提供了一個先進的技術方法和手段。
文檔編號G01H11/08GK101806616SQ20101011989
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權日2010年3月2日
發(fā)明者王宏偉, 王詩華 申請人:王宏偉