云杉木材共振板的振動(dòng)特性與鋼琴聲學(xué)品質(zhì)評(píng)價(jià)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(xué)品質(zhì)，在生產(chǎn)中，鋼琴音板的選材主要依賴(lài)于技師的主觀評(píng)判，這種方式不但效率低，而且科學(xué)依據(jù)不足，誤差大，無(wú)法滿(mǎn)足在大批量生產(chǎn)的條件下，以最適當(dāng)?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(shí)現(xiàn)對(duì)鋼琴共振板振動(dòng)特性的客觀評(píng)價(jià)，以 4種適合制作樂(lè)器音板的云杉屬木材(俄羅斯遠(yuǎn)東紅皮云杉、東北長(zhǎng)白魚(yú)鱗云杉、西藏林芝云杉及美國(guó)西加云杉)為研究對(duì)象，進(jìn)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(xué)特性的追蹤研究。 采用綜合坐標(biāo)法、綜合評(píng)分法對(duì)共振板素材的綜合振動(dòng)性能進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)區(qū)分結(jié)果，每樹(shù)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(duì)應(yīng)為第 1塊與第2塊共振板，對(duì)應(yīng)為第1號(hào)與第2號(hào)鋼琴)，用以制備鋼琴共振板；基于鋼琴共振板的振動(dòng)理論，分析了共振板的振動(dòng)特性；將共振板制成鋼琴后，采用主觀評(píng)價(jià)、客觀評(píng)價(jià)、生理心理指標(biāo)評(píng)價(jià)方法對(duì)鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)；在綜合分析

3、共振板振動(dòng)特性、鋼琴聲學(xué)品質(zhì)之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立鋼琴共振板振動(dòng)特性的客觀評(píng)價(jià)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?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： (1)在實(shí)際尺寸木材振動(dòng)特性檢測(cè)的探索性研究基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際尺寸的鋼琴共振板用木材振動(dòng)特性進(jìn)行檢測(cè)，并采用綜合分析的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)俄羅斯遠(yuǎn)東紅皮云杉、東北長(zhǎng)白魚(yú)鱗云杉、西藏林芝云杉及美國(guó)西加云杉樹(shù)種的試驗(yàn)樣本進(jìn)行振動(dòng)特性的綜合評(píng)價(jià)與區(qū)分，對(duì)每個(gè)樹(shù)種均挑選出兩組綜合振動(dòng)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(dòng)理論，得出鋼琴共振板自由振動(dòng)的頻率方程。根據(jù)自由振動(dòng)的頻率方程計(jì)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(jì)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(guò)比較發(fā)現(xiàn)：同樹(shù)種的兩塊共振板，無(wú)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(duì)共振板裁邊后剩余的邊角試件(45°斜紋理試件)進(jìn)行力學(xué)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(guò)肋木對(duì)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(dòng)傳播響應(yīng)速率。比較音板不同方向之間及同樹(shù)種內(nèi)兩塊音板的對(duì)應(yīng)方向

6、的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間發(fā)現(xiàn)，順紋理方向的振動(dòng)響應(yīng): 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(zhǎng)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(chēng)為音板。以上兒個(gè)術(shù)語(yǔ)的含義只在本文范圍內(nèi)適用。 時(shí)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(dòng)傳播速度的作用。

7、 (4)利用上述4個(gè)樹(shù)種各2組音板制作了8臺(tái)鋼琴。采用主觀評(píng)價(jià)、客觀評(píng)價(jià)方法對(duì)8臺(tái)鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)人員為從事鋼琴演奏與教學(xué)工作多年的專(zhuān)家，客觀評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要包括鋼琴的音強(qiáng)、音長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)范圍及音色等。評(píng)價(jià)的結(jié)果表明：同樹(shù)種的兩臺(tái)鋼琴，第2號(hào)的鋼琴聲學(xué)品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)值、音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)項(xiàng)目得分基本都優(yōu)于第l號(hào)。可認(rèn)為，同樹(shù)種的第2號(hào)鋼琴聲學(xué)品質(zhì)優(yōu)于第1號(hào)鋼琴。 (5)以沒(méi)有音樂(lè)專(zhuān)業(yè)背景的大學(xué)生群體為研究對(duì)象，以心

8、率、血壓、皮膚溫度及呼吸幾項(xiàng)指標(biāo)為變量，分析了不同鋼琴對(duì)受驗(yàn)者生理的影響。結(jié)果表明：與正常靜息狀態(tài)比較，聽(tīng)賞鋼琴曲后，引起受驗(yàn)者的生理信號(hào)相應(yīng)改變，表現(xiàn)為交感神經(jīng)活動(dòng)張力降低，迷走神經(jīng)活動(dòng)水平上升，自主神經(jīng)活動(dòng)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(dòng)性降低，受驗(yàn)者精神處于松馳狀態(tài)；比較受驗(yàn)者聽(tīng)賞同樹(shù)種內(nèi)兩臺(tái)鋼琴演奏的曲子對(duì)受驗(yàn)者的生理影響可以表明，受驗(yàn)者聽(tīng)賞第2號(hào)鋼琴時(shí)，交感神經(jīng)活動(dòng)張力比聽(tīng)賞第1號(hào)鋼琴有所降低，而迷走

9、神經(jīng)活動(dòng)水平上升，受驗(yàn)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(dòng)響應(yīng)時(shí)間(順紋理振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間T<,L>，橫紋理振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間T<,R>)4個(gè)方面分析了共振板的振動(dòng)特性與鋼琴聲學(xué)品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)得分(總項(xiàng)平均得分、總體音質(zhì)得分及計(jì)權(quán)得分)、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)(強(qiáng)奏音強(qiáng)值、弱

10、奏音強(qiáng)值、音長(zhǎng)、音色)之間的關(guān)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(píng)價(jià)得分、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)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(diǎn)有關(guān)；主、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)與音板橫紋理方向振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間之間的相關(guān)性高于順紋理方向的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。因此，通過(guò)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(xué)品質(zhì)：若能降低音板的橫紋理方向的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，以減小與順紋理方向的聲振動(dòng)傳播速度的差異，使整個(gè)音板在最短的時(shí)間內(nèi)均勻振動(dòng)起來(lái)，也可提高鋼琴的聲學(xué)品質(zhì)。 (7)通過(guò)綜合分析得出鋼琴共振板的振動(dòng)性能客觀評(píng)價(jià)方法：測(cè)量鋼琴共振板，或者直接測(cè)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(cè)量鋼琴共振板的縱波傳播速度，或者測(cè)量音板的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，主要是y方向的縱波傳播速度，或者橫紋理方向的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)