小提琴音响质量评估与优化

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1、小提琴音响质量评估与优化第一章绪论1.1中国提琴产业的发展现状我国提琴制造业经过数十年的发展，在产量、品种、质量方面都取得了突出的成绩，中国提琴已经全面走向世界，在世界中低档提琴市场占有了绝对的优势，从生产规模上看，工厂流水线的大批量生产与作坊式的小批量生产和个人单件生产，百花齐放，应有尽有[1]。各种档次规格的提琴年总产量近百万把，成为世界上提琴生产量最大的国家；同时，国产提琴的质量逐年提升，我国有十几位制琴师的作品在国际比赛中获奖，应该说我国提琴中的精品已达到世界新制提琴的最高水平，中低档琴也不低于同档

2、欧洲琴的质量水平，其中低档琴已经得到了国际的认可。中国提琴的外观工艺，与国外提琴没有多大区别[2]。然而，目前中国提琴与国外提琴相比，仍然存在较大差距，主要体现在材料配备、标准控制、油漆、装配工艺及内在质量上的差距。没有统一标准，生产过程中实行全面标准控制能力差。油漆材料封闭性较强，影响提琴发声，使中国提琴音色普遍较闷。装配工艺不能与提琴个性相结合，不能按照每把琴的具体情况进行装配，中国提琴出口到国外都要进行重新调整，这是中国提琴与国外提琴的最大差距。总之，中国提琴生产总量世界第一，产品质量有了很大的提高，

3、但大部分提琴生产企业以生产中低档产品为主，90%以上是低档产品。产品附加值低，资源消耗大。在价格与社会评价方面，中国提琴存在逐年下滑趋势，与外国琴比，同一比赛获金牌的国产琴卖不到国外银牌琴的价格，而一把国内生产后出口到外国、换上外国商标的国产琴身价可涨若干倍[3]。按2005年的估计，我国年产提琴约100万把，其中约70%出口，成为世界提琴生产第一大国，占据了国外提琴的低端市场。但中国小提琴（普及）出口价大约仅为23美元，为日本铃木提琴的五分之一。中国应该为改变这种状况建立有效的新手段。目前，普及琴：300

4、-3000元，学习琴：3000-15000元，专业练习琴：15000-100000元，高级演奏琴：>100000元。国际小提琴制作比赛对参赛小提琴保金为：7500欧元。这些资料表明，只要掌握全面提高提琴品质的新技术，中国琴的价格和市场仍有很大的提升空间。1.2小提琴音响品质研究历史和现状从19世纪开始，科学家通过物理学或者化学的分析，对一些公认为音色好的小提琴进行研究。他们分别把好的音质进行量化，就是找出不同好的音质的频谱图，然后进行比较，研究怎样处理提琴的各个部分，才能发出好的音质。强森，麦利南和怀

5、恩莱齐提出，低频区的共振主要是由音箱整体以及琴体内空气的共振决定；当频率增加时，面背板共振特性的重要性会逐渐明显；到了高频区，则是受琴码（以及面板）的影响较大[4]-[6]。麦利南提出，小提琴的音箱共振主要是由三个因素决定的，分别是音箱内的空气体积，开孔边的厚度，以及所有开孔的面积总和[7]-[10]。当音箱内的空气体积增加10%，共振频率会下降一个半音；如果f孔的开孔面积增加20%，则共振频率会上升一个半音，反之亦然。至于f孔周边的厚度，由于空气会与f孔的切面产生摩擦，因此会对振动产生阻尼。如果把f孔切面

6、的棱角锉园，那么阻尼效果会减少，产生出来的频谱图的波峰会较窄和较高。这代表了受共振影响而增加的分音的数目会减少。另外，f孔的形状(也和开孔面积总和有关)也会对音箱共振构成影响。指出，f孔如果又窄又尖在极端的情况下，有效质量会下降，导致亥姆霍兹频率上升，振幅下降，因而大大降低了共振的持续性。关于f孔对频谱图的影响，强森做了一个实验，就是在面板修削的不同过程中，收集各阶段的频谱图，随着开孔面积的增加，亥姆霍兹频率会随之而上升（约于260Hz位置的峰），而产生出来的音也是较长的[11]。这两点是与麦利南所描述的吻

7、合。对于琴体空气音的描述，哈佛物理学家桑德斯于1937年收集了5把斯特拉地瓦利小提琴的频谱图，发现A0出现于C#，约260Hz的位置[12]。面板和背板：席恩指出，提琴琴身整体的共振频率大部分是取决于面板和背板的共振模式[13]。面背板的影响是巨大的，因为它们是提琴上面积最大的共振体，而且它们会对之前所描述的琴体空气音构成影响（音箱内的空气在振动的时候，会像弹簧一样的运动，而面背板的硬度与亥姆霍兹频率是有关系的。一般来说，如果面背板越硬，亥姆霍兹频率会越高）。1.3本文技术背景及目标所有的新提琴音质都有一个

8、长达数十年乃至数百年演奏振动及内应力变化形成新音质的成熟过程。本研究目标就是要用人工的方法显著缩短以上的过程。其手段就是力学优化-振动时效。我国已率先推广振动时效，对重要钢结构可用振动时效来消除应力，提高钢结构的稳定性。已成功应用于核电、三峡、磁悬浮、上海光源等重大工程，已建立了国家行业标准[16]；振动时效在效果评定上采用声学扫频技术，并以共振峰值上升、图1-1中虚线是优化前的幅-频特性曲线，实线是优化后的幅-