[实用新型]一种小提琴整体声振动激振设备及频谱测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及乐器制作与声学品质测试领域，特别涉及一种小提琴琴弦牵拉激振设备及整体声振动频谱测量系统和测量方法。

背景技术

随着计算机技术和数字信号技术在小提琴声学研究领域的应用，人们对小提琴的振动原理有了更深刻的认识。美国物理学家C.M.Hutchins使用有限元分析方法得到小提琴琴箱整体全息图的数据结果，2006年美国东卡罗莱纳大学George Bissinger博士等借助三维激光振动测量仪绘制了三把意大利名琴琴箱振动的三维动画图像，这些研究全面阐释了小提琴振动的过程及其声学原理，促进了现代频谱测量技术在小提琴制作过程中的应用和普及。

小提琴的振动原理十分复杂，从小提琴发声的过程来看，包括三种形式的振动，即琴弦振动→琴码振动→琴箱振动，其中琴弦是声音的源泉，是发声的基础；琴码是中枢，在国外又称为Bridge(桥)，它连接琴弦与琴箱，将琴弦的振动导入到琴箱；琴箱是放大器，它将琴弦和琴码振动的机械能转换为声能，向外辐射声波，发出声音。基于对小提琴发声原理的认识，近年来，国外学者设计了多种方法，借助计算机频谱测量技术，尝试测量小提琴的声音振动，其中美国制琴师Joseph Curtin设计的脉冲锤激励琴码——敲击声频谱测量的方法具有一定的代表性，其方法特征是直接测量装配好（演奏状态）的小提琴，先用脉冲锤敲击小提琴琴码的侧部，在冲力的作用下，小提琴两只琴码脚在面板垂直方向做交替振动，使琴箱发出声音。不难看出，这种方法忽略了琴弦的振动，激振的导入点为琴码，虽没有给琴码增加额外的质量，测量结果也基本上反映琴码和琴箱的复合振动，但这种测量方法还是有一定的局限性，人们在使用中发现，用脉冲锤从不同的角度敲击琴码，测量的结果有一定的差异，造成测量不确定性的原因在于：小提琴四根琴弦的张力在50磅左右，琴弦振动时，琴码在琴弦的牵拉下，既有前后扭摆的动作（琴弦方向），还有琴码脚上下交替的动作（面板垂直方向），Joseph Curtin的激振方法仅能使琴码在面板垂直方向做上下振动，而无法模拟琴码前后扭摆的振动，因此不能完全反映小提琴在演奏状态下整体振动的真实状况。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足提供一种小提琴整体声振动激振设备及系统。

本实用新型提供有一种小提琴整体声振动激振设备，包括音频信号发生器、功率放大器、超磁致伸缩换能器、琴弦牵拉臂和琴箱固定夹；所述音频信号发生器与功率放大器相连，功率放大器与超磁致伸缩换能器相连；所述的超磁致伸缩换能器的输出顶杆与琴弦牵拉臂同向紧密固定，指向琴头方向；琴弦牵拉臂的另一端设有弦槽，弦槽安装琴弦后，使琴弦受牵拉的角度与正常演奏状态一致；所述琴箱固定夹用于将超磁致伸缩换能器与琴箱固定。

本实用新型所述的小提琴整体声振动激振设备的一种优选技术方案：所述超磁致伸缩换能器主要由稀土材料（TbFe2、DyFe2、SmFe2等）制成，频率响应范围为20Hz—20kHz，牵拉位移控制精度为10-6米；超磁致伸缩换能器和琴弦牵拉臂的作用是模拟小提琴演奏状态下，被测琴弦不同频率的振动及张力变化对小提琴整体声振动影响的物理环境。

本实用新型所述的小提琴整体声振动激振设备的一种优选技术方案：所述音频信号发生器为扫频音频信号发生器，音频信号发生器用于控制琴弦牵拉臂的牵拉频率，音频信号发生器的功能也可以由计算机专用软件替代。

本实用新型所述的小提琴整体声振动激振设备的一种优选技术方案：所述功率放大器的功率可人工调节，用于控制琴弦牵拉臂的牵拉位移幅度。

本实用新型提供的一种小提琴整体声振动频谱测量系统，包括小提琴整体声振动激振设备、测量传声器、测量放大器、A/D转换器和计算机声学分析系统；测量传声器置于小提琴F音孔上方；激振设备中的音频信号发生器发生的纯频率扫频信号经功率放大器放大，输入超磁致伸缩换能器后使输出顶杆振动，通过琴弦牵拉臂拉动琴弦振动，琴弦振动信号通过琴码传入琴箱；测量传声器接收琴箱振动声波，通过测量放大器放大后经A/D转换器转换成数字信号，计算机声学分析系统对数字信号处理后生成频谱图。

所述的计算机声学分析系统为包括FFT分析功能的计算机声学分析系统。

小提琴整体声振动频谱测量方法，包括如下步骤：

（1）首先卸除待测小提琴的腮托，将激振设备的琴箱固定夹固定在腮托位置；