CN106872131A - 一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，包括壳体，所述壳体中设有频率发生器、功率放大电路，所述壳体顶面设有至少一个扬声器，所述频率发生器的信号输出端与所述功率放大电路的信号输入端连接，所述功率放大电路的信号输出端与所述扬声器连接，以驱动所述扬声器振动发声；所述功率放大电路连接有旋钮开关，以调节所述扬声器的功率；所述扬声器连接有电源开关，以切换所述扬声器的开关状态；还包括若干支撑柱，所述支撑柱设置于所述壳体顶面上，以将音板水平支撑于所述扬声器上方。本发明专门用于营造标准振动模式的运行环境，制琴师可以通过对比粉末在音板上形成的图形和标准克拉德尼图形来修正音板形状。
Description
技术领域
本发明涉及小提琴制作技术领域，具体涉及一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪。
背景技术
小提琴制作已有四百多年的历史，它作为一件木质部件的组合品，在结构上似乎很简单，但在声学的作用方式上却极其复杂。小提琴的振动方式是弦和板之间的耦合而产生的板振动，再由音板(包括位于正面的面板和背面的背板)激发整个音箱的振动和共鸣，从而使弦上振动的能量通过板的振动扩大并辐射到空气中去。此过程表明小提琴音质与音板本身的固有频率和它对弦振动的反应密切相关，而音板的弧度和厚度的分布(形状)、木材的密度以及质量等等决定了音板的固有频率。
小提琴的发音不允许带有任何杂音，要求是干净和圆润的乐音。杂音是由许多正弦波合成的，它的波形图线是很复杂的非周期性的曲线，没有明显的调及音高，一般听起来使人感到不舒服。小提琴发出理想优美的乐音时，其振动波形应是简单的正弦波曲线。
为保证小提琴的品质，在小提琴合琴前需要对音板进行定音以修正音板形状，传统的小提琴音板定音方法有两种，一种是敲击定音，即用小锤敲击自由音板来激发基频，或者也可以拉动琴弓摩擦自由音板边缘引起振动；另一种是弯曲定音，即向音板施加特定的应力并测量相关的应变，并以此为依据来调整刚度。上述传统的定音方式主要由制琴师根据音板发出的声音凭经验判断进行修正，缺乏直观的判断标准。
更为先进的是通过对音板振动特性的模式分析进行定音，以下对小提琴音板振动特性的模式分析进行说明。
一根普通长方木条，从每一端起在其长度的五分之一处取两点，把这两个点用东西支住，敲击中心，就可以对其振动特性的模式进行分析。这两个点叫做波节，基本固定不振动，而木条的中间和两端在振动，这振动部分就叫做波腹。如果木条有足够的长度，就可通过移动支撑点和敲击部位的方式对木条的其它振动模式进行分析。这些振动模式的频率，随木条厚度的变化而变化；如果长度、宽度和材料都一样，那么木条越薄频率就越低。不过，小提琴弧形结构的音板，其振动特性的模式分析要比木条复杂的多。
最初的小提琴音板振动特性的模式分析方法：用海绵支撑小提琴音板的某些点，使其水平，在板里撒上细粉末，用琴弓(现有激振器)拉音板边缘，小提琴音板共振时，粉末就聚集在不振动的波节部位，用这种方法就可以通过粉末形成的图形呈现音板的振动特性，从而进行模式分析。这项技术是由恩斯特·克拉德尼(Ernst Chladni)提出，并经费利克斯·萨瓦尔(Felix Savart)等人在早期研究中使用过的现有技术。
到目前为止，制琴师已经能够通过对比粉末在音板上形成的图形和如图1所示的标准振动模式下粉末形成的标准克拉德尼图形来修正音板形状，进而创造出具有良好演奏素质、发音出色的小提琴。
标准振动模式与音板支点位置，激振器作用于音板的位置、频率相关，以图1中左上角面板的模式I(标准振动模式中的一种)为例，模式I中支点(黑色圆点)为4个，分别位于面板长度方向两边缘和宽度方向两边缘的中部，激振器位于右下角波腹位置(灰度填充的圆形区域)，激振器作用于音板的频率为87HZ，质量优秀的小提琴音板在模式I下呈现的克拉德尼图形就接近标准的克拉德尼图形(各支点之间延伸的菱形图形)。现有技术中并未提供专门用于营造标准振动模式运行环境的设备，在搭建标准振动模式运行环境时可能存在较大的误差(尤其是激振器作用于音板的频率很难把控)，直接影响到制琴师的后续判断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，包括壳体，所述壳体中设有频率发生器、功率放大电路，所述壳体顶面设有至少一个扬声器，所述频率发生器的信号输出端与所述功率放大电路的信号输入端连接，所述功率放大电路的信号输出端与所述扬声器连接，以驱动所述扬声器振动发声；
所述功率放大电路连接有旋钮开关，以调节所述扬声器的功率；
所述扬声器连接有电源开关，以切换所述扬声器的开关状态；
还包括若干支撑柱，所述支撑柱设置于所述壳体顶面上，以将音板水平支撑于所述扬声器上方。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述壳体的顶面为铁或铁合金材料所制成；
所述支撑柱包括底座，所述底座由磁铁制成，位于所述支撑柱底部，用于与所述壳体的顶面配合；
海绵垫，位于所述支撑柱顶部，用于与音板配合；
连接杆，位于所述底座和所述海绵垫之间，所述海绵垫与所述连接杆一端固定连接，所述底座与所述连接杆的另一端固定连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述壳体的顶面上设有定位辅助线。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述扬声器为3个。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：
本发明专门用于营造标准振动模式的运行环境，制琴师可以通过对比粉末在音板上形成的图形和标准克拉德尼图形来修正音板形状。
附图说明
图1是在三种现有标准振动模式下分别形成的标准克拉德尼图形；
图2是本发明实施方式中一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪的结构示意图；
图3是在使用本发明模拟图1的标准振动模式下所形成的克拉德尼图形。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
以下提供本发明的一种实施方式：
请参见图2，一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，包括壳体1，所述壳体1中设有频率发生器2、功率放大电路(未图示)，所述壳体1顶面设有至少一个扬声器3，所述频率发生器2的信号输出端与所述功率放大电路的信号输入端连接，所述功率放大电路的信号输出端与所述扬声器3连接，以驱动所述扬声器3振动发声；
所述功率放大电路连接有旋钮开关4，以调节所述扬声器3的功率；
所述扬声器3连接有电源开关5，以切换所述扬声器3的开关状态；
还包括若干支撑柱6，所述支撑柱6设置于所述壳体1顶面上，以将音板8水平支撑于所述扬声器3上方。
在本实施方式中，频率发生器2产生正弦波信号以作为扬声器3的信号源，正弦波信号的频率可以根据所需模拟的标准振动模式的频率进行设定。
功率放大电路除了用于驱动扬声器3之外，还与旋钮开关4配合调节扬声器3的功率。音板8在某一频率下，产生对应克拉德尼图形，若需要的功率越小，说明音板8更容易在这个频率下做出响应。
使用扬声器3作为激振器的好处在于，扬声器3通过空气介质传播引发音板8共振，与音板8之间无机械连接，可以使分析结果更加精确。
进一步的，所述壳体1的顶面为铁或铁合金材料所制成；
所述支撑柱6包括底座，所述底座由磁铁制成，位于所述支撑柱6底部，用于与所述壳体1的顶面配合；
海绵垫，位于所述支撑柱6顶部，用于与音板8配合；
连接杆，位于所述底座和所述海绵垫之间，所述海绵垫与所述连接杆一端固定连接，所述底座与所述连接杆的另一端固定连接。
进行分析测试时，由底座与壳体1顶面吸附，固定支撑柱6的位置，更换模式时可以将支撑柱6拿起移动，变换支撑音板8的支点位置。
进一步的，所述壳体1的顶面上设有定位辅助线7。定位辅助线7为十字线，十字线的交汇处标识出各个标准振动模式下支点的位置，以方便支撑柱6定位。
进一步的，在本实施方式中所述扬声器3为3个。3个扬声器3的位置对应于现有标准振动模式(模式I、模式II和模式V)中激振器的位置。相应的，电源开关5也设置为3个，分别用于控制3个扬声器3的开关状态。
本发明使用时，首先将支撑柱6移动至相应标准振动模式下的支点位置处，再将音板8放置在支撑柱6上，往音板8上撒上细小粉末(优选为茶叶末)，打开频率发生器2，设定频率发生器2的输出频率为该标准振动模式下的相应频率数值，然后打开相应位置扬声器3的电源开关5，使用旋钮开关4调整扬声器3功率大小，扬声器3发出的声波在空气介质传导下作用于音板8，使音板8共振，此时细小粉末会在音板8上形成相对稳定的克拉德尼图形(如图3所示)，对比标准克拉德尼图形，制琴师即可根据对比结果，对音板8的形状进行修正，修正后再将音板8放置于支撑柱6上测试，反复进行这一过程，直到音板8上细小粉末形成的克拉德尼图形与标准克拉德尼图形接近。
一般来说，在模式I、模式II和模式V中细小粉末都能形成接近于标准克拉德尼图形的音板8，质量较佳，反之则需要进行修正。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：
本发明专门用于营造标准振动模式的运行环境，制琴师可以通过对比粉末在音板8上形成的图形和标准克拉德尼图形来修正音板8形状。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，其特征在于，包括壳体，所述壳体中设有频率发生器、功率放大电路，所述壳体顶面设有至少一个扬声器，所述频率发生器的信号输出端与所述功率放大电路的信号输入端连接，所述功率放大电路的信号输出端与所述扬声器连接，以驱动所述扬声器振动发声；
所述功率放大电路连接有旋钮开关，以调节所述扬声器的功率；
所述扬声器连接有电源开关，以切换所述扬声器的开关状态；
还包括若干支撑柱，所述支撑柱设置于所述壳体顶面上，以将音板水平支撑于所述扬声器上方。
2.根据权利要求1所述的一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，其特征在于，所述壳体的顶面为铁或铁合金材料所制成；
所述支撑柱包括底座，所述底座由磁铁制成，位于所述支撑柱底部，用于与所述壳体的顶面配合；
海绵垫，位于所述支撑柱顶部，用于与音板配合；
连接杆，位于所述底座和所述海绵垫之间，所述海绵垫与所述连接杆一端固定连接，所述底座与所述连接杆的另一端固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，其特征在于，所述壳体的顶面上设有定位辅助线。
4.根据权利要求1所述的一种用于显示小提琴音板振动特性的模式分析仪，其特征在于，所述扬声器为3个。
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