云杉木材共振板的振動特性與鋼琴聲學品質(zhì)評價的研究.pdf

1、鋼琴音板的質(zhì)量在很大程度上決定了鋼琴聲學品質(zhì)，在生產(chǎn)中，鋼琴音板的選材主要依賴于技師的主觀評判，這種方式不但效率低，而且科學依據(jù)不足，誤差大，無法滿足在大批量生產(chǎn)的條件下，以最適當?shù)牟牧现谱髯疃?、最高品質(zhì)鋼琴音板的要求。 為能建立鋼琴音板的客觀選材方法和實現(xiàn)對鋼琴共振板振動特性的客觀評價，以 4種適合制作樂器音板的云杉屬木材(俄羅斯遠東紅皮云杉、東北長白魚鱗云杉、西藏林芝云杉及美國西加云杉)為研究對象，進行了從共振板素材 1)、

2、共振板 2)，到音板 3)，直至鋼琴產(chǎn)品的聲學特性的追蹤研究。 采用綜合坐標法、綜合評分法對共振板素材的綜合振動性能進行區(qū)分，根據(jù)區(qū)分結(jié)果，每樹種均選出區(qū)分度大的兩組共振板素材(分別為第1組與第2組素材，對應為第 1塊與第2塊共振板，對應為第1號與第2號鋼琴)，用以制備鋼琴共振板；基于鋼琴共振板的振動理論，分析了共振板的振動特性；將共振板制成鋼琴后，采用主觀評價、客觀評價、生理心理指標評價方法對鋼琴的聲學品質(zhì)進行評價；在綜合分析

3、共振板振動特性、鋼琴聲學品質(zhì)之間的關系的基礎上，建立鋼琴共振板振動特性的客觀評價方法以及鋼琴共振板用木材的客觀選取方法。 本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： (1)在實際尺寸木材振動特性檢測的探索性研究基礎上，對實際尺寸的鋼琴共振板用木材振動特性進行檢測，并采用綜合分析的方法，實現(xiàn)對俄羅斯遠東紅皮云杉、東北長白魚鱗云杉、西藏林芝云杉及美國西加云杉樹種的試驗樣本進行振動特性的綜合評價與區(qū)分，對每個樹種均挑選出兩組綜合振動特性區(qū)

4、分明顯的共振板素材。 (2)將素材拼板膠合，形成共振板。分析了鋼琴共振板基本振動理論，得出鋼琴共振板自由振動的頻率方程。根據(jù)自由振動的頻率方程計算得出鋼琴共振板x方向與y方向的彈性模量(MOE<,x>，MOE<,y>)，并用縱波傳播速度方程計算得出鋼琴共振板x方向與y方向的縱波傳播速度(V<,Lx>，V<,Ly>，通過比較發(fā)現(xiàn)：同樹種的兩塊共振板，無論是x方向，還是y方向，第2塊共振板的彈性模量值、縱波傳播速度基本要比第1塊的大

5、；所有的共振板，y方向的彈性模量(MOE<,y>)、縱波傳播速度(V<,Ly>)均要大于x方向(MOE<,x>，V<,Lx>)。對共振板裁邊后剩余的邊角試件(45°斜紋理試件)進行力學性能分析，得出與共振板整板彈性模量值的分析結(jié)果較為一致的結(jié)論。 (3)在共振板上粘貼肋木，形成音板。通過肋木對鋼琴共振板聲傳播速度影響的分析，結(jié)果表明肋木可顯著提高共振板橫紋理方向的振動傳播響應速率。比較音板不同方向之間及同樹種內(nèi)兩塊音板的對應方向

6、的振動響應時間發(fā)現(xiàn)，順紋理方向的振動響應: 1)共振板素材：在本文中，共振板素材特指用于膠拼鋼琴共振板的長條狀木材單元。 2)共振板：在本文中，共振板是指由共振板素材斜向膠拼而成，未粘貼肋木的薄板。 3)音板：在本文中，音板是指共振板上粘貼肋木后形成的板，制成鋼琴后，仍稱為音板。以上兒個術語的含義只在本文范圍內(nèi)適用。 時間與橫紋理方向之間相差不大，這主要是肋木起到了很好的增加橫紋理方向振動傳播速度的作用。

7、 (4)利用上述4個樹種各2組音板制作了8臺鋼琴。采用主觀評價、客觀評價方法對8臺鋼琴的聲學品質(zhì)進行評價，主觀評價人員為從事鋼琴演奏與教學工作多年的專家，客觀評價的指標主要包括鋼琴的音強、音長、動態(tài)范圍及音色等。評價的結(jié)果表明：同樹種的兩臺鋼琴，第2號的鋼琴聲學品質(zhì)客觀評價指標值、音質(zhì)主觀評價項目得分基本都優(yōu)于第l號。可認為，同樹種的第2號鋼琴聲學品質(zhì)優(yōu)于第1號鋼琴。 (5)以沒有音樂專業(yè)背景的大學生群體為研究對象，以心

8、率、血壓、皮膚溫度及呼吸幾項指標為變量，分析了不同鋼琴對受驗者生理的影響。結(jié)果表明：與正常靜息狀態(tài)比較，聽賞鋼琴曲后，引起受驗者的生理信號相應改變，表現(xiàn)為交感神經(jīng)活動張力降低，迷走神經(jīng)活動水平上升，自主神經(jīng)活動狀態(tài)發(fā)生改變，但尚未失去均衡性，綜合表現(xiàn)為自主神經(jīng)系統(tǒng)活動性降低，受驗者精神處于松馳狀態(tài)；比較受驗者聽賞同樹種內(nèi)兩臺鋼琴演奏的曲子對受驗者的生理影響可以表明，受驗者聽賞第2號鋼琴時，交感神經(jīng)活動張力比聽賞第1號鋼琴有所降低，而迷走

9、神經(jīng)活動水平上升，受驗者精神處于更為放松的狀態(tài)。 (6)從共振板彈性模量(MOE<,x>，MOE<,y>)、縱波傳播速度(V<,Lx>，V<,Ly>)、共振板邊部斜紋理試件彈性模量(MOE<,45x>，MOE<,45y>)及音板的振動響應時間(順紋理振動響應時間T<,L>，橫紋理振動響應時間T<,R>)4個方面分析了共振板的振動特性與鋼琴聲學品質(zhì)的主觀評價得分(總項平均得分、總體音質(zhì)得分及計權得分)、客觀評價指標(強奏音強值、弱

10、奏音強值、音長、音色)之間的關系。共振板y方向彈性模量(MOE<,y>)、縱波傳播速度(V<,Ly>)、共振板邊部斜紋理試件彈性模量(MOE<,45y>)與主觀評價得分、客觀評價指標之間的相關關系大于x方向，其原因可能與音板上的琴弦排列與音板的y方向接近平行，或與y方向的夾角小于x方向的結(jié)構(gòu)特點有關；主、客觀評價指標與音板橫紋理方向振動響應時間之間的相關性高于順紋理方向的振動響應時間。因此，通過提高共振板彈性模量、縱波傳播速度，尤其是y

11、方向，可提高鋼琴的聲學品質(zhì)：若能降低音板的橫紋理方向的振動響應時間，以減小與順紋理方向的聲振動傳播速度的差異，使整個音板在最短的時間內(nèi)均勻振動起來，也可提高鋼琴的聲學品質(zhì)。 (7)通過綜合分析得出鋼琴共振板的振動性能客觀評價方法：測量鋼琴共振板，或者直接測量鋼琴共振板邊部斜紋理試件的彈性模量值，主要是y方向彈性模量值；測量鋼琴共振板的縱波傳播速度，或者測量音板的振動響應時間，主要是y方向的縱波傳播速度，或者橫紋理方向的振動響應時