乐器用竹展平板的声学特性研究

竹材具有良好的声学性能,但目前竹质人造板在乐器中的应用并不广泛。对竹展平板的声学特性进行研究,探寻其可替代的木材音板种类,以期为乐器音板提供更多选择,提高竹材利用率。选用毛竹展平板,与红木、云杉进行声学特性比较研究,通过比较三者的振动性能与音色品质,初步确定毛竹展平板可替代的木材种类。结果表明:与红木、杉木相比,毛竹展平板的声学特性更接近于红木;其中无节去青去黄的毛竹展平板声学特性较好,最适合用作乐器音板。毛竹展平板或可代替与其密度接近的红木作为乐器音板。

汽车方向盘造型设计的工程约束研究

方向盘作为汽车中重要的零部件,集成了手握持类、安全类、操作类三大类功能,但承载每个功能的零部件由于自身结构、尺寸、性能等要求,对方向盘的造型设计有各种工程约束。主要对汽车方向盘造型设计的工程约束进行研究,总结出方向盘造型设计中相关的量化工程约束边界,并探讨打破边界重构工程约束以实现造型意图的可行性,为方向盘做出更有突破的造型设计提供可行性的工程支撑。

实际尺寸乐器音板用云杉属木材的声学振动特性

以生产中使用的实际尺寸乐器音板用云杉属木材为研究对象,应用基于打击音的快速傅里叶变换分析的振动方法测定远东红皮云杉、长白鱼鳞云杉、西藏林芝云杉、美国西加云杉声学振动特性。采用综合坐标法与综合评分法对不同树种的长度L≤1400mm样本空间、L>1400mm样本空间及不同树种分别组成样本空间进行综合振动性能分析,得出此次试验样本的综合振动性能优劣顺序基本为:西藏林芝云杉>长白鱼鳞云杉>远东红皮云杉>美国西加云杉,而且这2种综合分析方法的结果具有显著相关性。结果表明:可应用本研究方法评价乐器音板用木材的综合振动性能。

层次分析法在乐器音板用木材振动性能评价中的应用

采用层次分析法(AHP)对适合制作乐器音板的几种木材(远东红皮云杉Picea glehnii、长白鱼鳞云杉Picea jezoensis、西藏林芝云杉Picea likiangensisvar.linzhiensis、美国西加云杉Picea sitchensisCarr.)的振动性能指标进行综合评价与比较,并将分析结果与综合坐标法、综合评分法进行比较,结果表明:利用AHP法的对不同样本空间的振动性能评价结果与综合坐标法、综合评分法基本一致,表明了该方法是可行的。

云杉木材年轮方向对钢琴音板声学性能的影响

选择钢琴音板用木材北美云杉(Picea spp.)作为研究试材,测定了云杉木材含水率为7%时径切板的动弹性模量(E)、比动态弹性模量(E/ρ)、对数衰减率(δ)、损耗角正切(tanδ)等声学性能指标。结果表明:板厚中心线与生长轮切线之间夹角为90°的径切板,径向、弦向振动时的声学性能均优于夹角为60°的径切板;夹角为90°的径切板弦向振动时的声学性能优于径向振动时的声学性能。

漆膜厚度对云杉属木材吸声性能的影响

音板是钢琴最重要的部件之一,是影响钢琴声学品质的关键因素,其制作材料吸声性能好坏很大程度上决定了钢琴音量大小和发音持久性。云杉属木材是制作钢琴音板的主要材料,本研究以4种云杉属径切板木材作为研究对象,采用驻波比法测试了4种木材的吸声系数以及在不同漆膜厚度情况下的吸声系数并进行比较,初步分析了漆膜厚度对云杉属木材吸声性能的影响。结果表明:在无漆膜状态下,麦吊云杉吸收的声能最少;而在有漆膜状态下,除了漆膜厚度是0.15 mm时,4种云杉属木材吸声系能不稳定之外,吸声系数是随着漆膜厚度的增加而增加,即漆膜厚度越小,钢琴音板的吸声性能越差。

肋木对钢琴音板声振动传播性能的影响

以4云杉属树种的8块实际立式钢琴共振板为研究对象(每一树种均为2块共振板),测定了粘贴肋木前的共振板、粘贴肋木后的音板及制成钢琴后音板的振动传播响应时间,比较分析了粘贴肋木前共振板与粘贴肋木后音板的振动传播速率的变化;并分析了制成钢琴后音板的顺纹理与横纹理方向振动传播速率的差异。结果表明:①对于加肋木后的音板,其声振动横向传播速率较未加肋木有明显提高,速率提高程度在1倍左右。②制成钢琴后音板的顺纹理与横纹理方向的振动传播速率相差较少,除远东红皮云杉第1号音板外,其它音板的顺纹理与横纹理方向振动传播速率比值均分布在1.04～1.27之间。说明由于肋木的存在,在很大程度上降低了音板顺纹理与横纹理方向之间振动传播速率的差异,使音板受到来自琴弦振动的激励后,可在尽量短的时间内使整个音板均匀振动起来。

弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能分析

【目的】分析弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能,归纳总结指板用木材的声学振动性能要求,为寻找可替代树种或对人工林木材进行功能改良以替代传统指板用木材提供科学依据。【方法】采用X-射线剖面密度测试仪表征木材一个生长轮内早晚材的密度差异及沿径向密度分布的均匀性;利用超声波微秒计测试木材声传播速度;运用模态分析法测试木材的共振频率和扭转频率,根据矩形截面Euler-Bernoulli方程计算木材声学振动参数。【结果】乌木绝干密度为1180 kg·m^(-3),阔叶黄檀绝干密度为810 kg·m^(-3),东非黑黄檀绝干密度为1320 kg·m^(-3);弦乐器共鸣板用硬槭木绝干密度为660 kg·m^(-3),非乐器用木材辐射松绝干密度为480 kg·m^(-3)。乐器用木材一个生长轮内早晚材及相邻生长轮之间密度差异较小,材质均匀。指板用木材轴向和径向声传播速度均低于硬槭木和辐射松。硬槭木顺纹与横纹的声传播速度比为3.2,声学各向异性较优。乌木、东非黑黄檀和阔叶黄檀的动态弹性模量(E′)分别为18.2、16.8和14.8 GPa,指板用木材的E′均大于14.0 GPa。指板用木材的比动态弹性模量(Esp)均小于18.0 GPa,硬槭木和辐射松的Esp分别为24.5和26.8 GPa,均高于指板用木材。乌木、阔叶黄檀和东非黑黄檀的声辐射品质常数(R)分别为3.21、5.08和2.58 m^(3)·Pa^(-1)s^(-3),硬槭木和辐射松的R分别为7.17和9.41 m3·Pa^(-1)s^(-3)。指板用木材的声阻抗(ω)、对数衰减系数(λ)和损耗角正切值(tanδ)均高于硬槭木和辐射松。指板用木材的声学转化率(ACE)和E′/G′均低于硬槭木。乌木、阔叶黄檀、东非黑黄檀、硬槭木和辐射松的动态剪切模量(G′)分别为1.97、1.72、2.58、1.21和1.09 GPa,指板用木材的G′均大于硬槭木和辐射松。【结论】指板用木材绝干密度均大于800 kg·m^(-3)。木材密度与其声学振动性能存在一定函数关系,选材时密度和声学振动性能需共同考虑。与共鸣板相比,指板选材对木材声学振动性能的要求远低于共鸣板。在声学振动性能方面,木材的E′和G′是指板选材的主要评估指标,要求尽量选择E′和G′大的木材,E′越大,指板抵抗不同弦张力所引起的弯曲变形能力越强;G′越大,指板抑制不同弦张力所引起的扭转变形能力越强。木材的Esp、R、ACE、E′/G′、λ、tanδ、ω等声学振动参数可不作为指板选材的主要评估指标。

钢琴音板振动模态的测试和调整

为了研究音板的振动特征,本研究采用激光测振系统对钢琴音板进行20-2000Hz的模态扫描,得到在此频率范围内,单频激励下产生的模态响应,分析了钢琴音板振动能量的频谱与各阶振型特征。参考钢琴声音采集信号的均衡调节参数,用附加质量法对钢琴音板振动进行调整,提出了依据优化音质的均衡频率响应曲线,通过改变附加质量块调整音板振动模式,以改变钢琴的音质。

音板声学品质的主要影响因子及其评测方法

本文综述分析了实木音板声学品质主要影响因素—木材声振动特性、音板结构及加工工艺等,以及与木材声振动特性密切相关的木材密度、含水率、S2层微纤丝角、纤维素结晶度、年轮宽度、晚材率及其变异系数等参数。在此基础上介绍了评选优质原料、设计合理音板结构、控制制作工艺等控制音板声学品质的途径来,分析了音板声学品质传统主观经验判断评测方法的缺点,提出了模态试验分析法和基于ANSYS有限元评测法两种客观的评测方法及其重点研究方向,有利于研究和建立科学客观的音板声学品质评测系统。

基于Daubechies小波基的木材声学振动信号分析与评价

针对音板木材振动信号分析不深入的问题,本研究基于小波包分析方法对木材振动信号进行分析,建立一种木材声学振动评价的新方法。利用多通道FFT分析仪获取泡桐木材的振动信号,基于Daubechies小波基函数对振动信号进行3层小波包分解与重构,得到了振动信号的特征值,将小波包变换后木材振动信号的特征值与传统方法测定的声学振动性能参数进行比较分析。研究结果表明:木材的振动信号能量主要集中在0~1000 Hz,在传播的过程中能量衰减迅速;对振动信号进行时域分析时得出,木材的动态弹性模量随着峭度因子的增大而减小,随着峰值因子的增大而增大;基于Daubechies小波基的分析方法得到的振动信号特征值与声学振动参数之间具有显著的相关性,其中木材信号的特征能量率与木材声学振动参数动态弹性模量、声辐射品质常数以及声传播速度之间存在显著的正相关关系,与声阻抗以及对数衰减率的相关性及变化趋势之间有显著的负相关关系。研究表明,可以应用Daubechies小波对木材振动信号进行分析与评价,此方法为木材声学振动性能的客观评价提供了新思路。

基于ANSYS的钢琴音板模态分析

基于有限元法和模态分析的基本理论,利用有限元分析软件ANSYS建立了钢琴音板的有限元模型,进而对钢琴音板和只包含共振板的光板分别进行模态分析,得到并对比了它们的固有频率、模态振型等参数,分析了密度和厚度等因素对于钢琴音板基频的影响。结果表明,钢琴音板比光板具有更高的刚度、模态频率和更加复杂的模态振型,同时钢琴音板的基频随密度的增大而减小,随厚度的增加而增加。

钢琴弦板耦合振动测量实验研究

测量钢琴音板频响曲线及琴弦激励下的音板振动特征,分析弦码耦合特征对音色的影响,并对其进行实验模式的建立及实验研究。

整板结构的古筝共鸣面板振动模态的研究

【目的】古筝的演奏效果除了与演奏者的技艺有关,与古筝本身的结构也有密不可分的联系。其中共鸣面板接收琴弦的振动并引起共振发声,是古筝发声过程中至关重要的一部分。本研究以整板结构古筝共鸣面板为研究对象,利用不同分析方法探讨其声学振动性能。【方法】采用ZSDASP信号采集分析软件对整板结构共鸣面板进行实验模态分析,得出各阶次共振频率及对应模态振型的特点和规律;并建立整板结构共鸣面板的三维模型,对其进行计算模态分析,验证计算模态分析应用于本研究的可行性。【结果】通过实验模态分析和计算模态分析均得出,随着振动阶次的升高,整板结构共鸣面板模态振型均趋于复杂,且对应的共振频率也逐渐增大;在实验模态结果中,(0,n)、(1,n)和(2,n)等阶次的共振频率较易识别;(0,n)阶对应的模态振型相对清晰易识别,但(1,n)、(2,n)中较低阶次对应的模态振型不明显;计算模态能够识别到的各阶频率所对应的振型为(1,n)和(2,n)阶,与实验模态结果相比缺少(0,n)阶,但计算模态分析得到的结果更具连续性,能够识别到(1,n)和(2,n)的所有阶次,而实验模态分析时个别阶次不够明显。【结论】将计算模态求解结果与实验模态结果进行对比分析得出,计算模态分析应用于整板结构古筝共鸣面板的振动模态研究具有一定的可行性。

轴向压缩载荷下的音板木材振动和声学响应特性研究

为了探究轴向压缩载荷对音板木材的振动和声学响应特性的影响,深入研究木质材料的发声机理。本研究模拟音板木材在实际装配中受到的约束和轴向压缩载荷,利用双通道快速傅里叶变换(FFT)频谱分析仪对200~1600 N轴向压缩载荷作用下音板木材的振动和声学性能进行检测。分析发现:在弹性形变范围内,随着轴向压缩载荷的增大,木材的共振频率呈下降的变化规律;轴向压缩载荷与音板木材的各声学参数呈显著的线性相关。通过SEM扫描电镜观察发现,正常、通直的细胞壁由于轴向压缩出现不同程度的褶皱,这是音板木材振动和声学性能变化的重要原因。研究结果表明,轴向压缩载荷对音板木材的振动和声学性能的影响具有较强的规律性,因预应力的存在以及微观构造的改变,其整体振动和声学性能呈下降趋势。

云杉材纹理角度对钢琴音板声学振动性能的影响

云杉材是制作钢琴音板的主要用材,以4种云杉属木材为研究对象,采用快速傅里叶变换分析法测试其共振频率,并计算其声学振动性能参数,分析木材纹理角度对云杉材声学振动性能具有的影响。结果表明:随着纹理角的增大,云杉材的动弹性模量、比动弹性模量增大,损耗角正切减小。当纹理角为90°时,云杉材的振动效率最高、声能损耗最少,声学性能最优。通过综合加权法评定,纹理角90°的麦吊云杉具有最优振动性能。

树种对钢琴音板有限元模型基频的影响

基于有限元法和模态分析的基本理论,利用有限元分析软件ANSYS建立了钢琴音板的有限元模型,然后对钢琴音板进行模态分析,得到了它们的固有频率、模态振型等参数,分析了树种对于钢琴音板基频的影响。结果表明:不同的树种对钢琴音板基频的影响是明显可见的,在所研究的几个常用树种中,轻木音板的基频最大,而核桃木音板基频最小。

钢琴音板的生产工艺

主要介绍了钢琴音板的选材技术要求、音板木材应具备的条件、音板的特殊制材方法以及音板制备工艺。另外,还简单介绍了通过改良音板表面油漆硬度和粘度来改善音板的声学特性。

拼板结构的古筝共鸣面板振动模态研究

【目的】古筝共鸣面板的结构是影响其振动性能的重要因素之一,不同结构的共鸣面板发出的音质与音色会有所差异,迄今很少有学者就拼板古筝共鸣面板的振动发声特点展开研究。【方法】本研究以拼板古筝共鸣面板为研究对象,利用两种模态分析方法探讨其声学振动性能。采用实验模态分析法,运用数字信号处理技术对采集到的激励力信号和振动响应信号进行分析,经过数据转换求得系统的频响函数,进而得出各阶次共振频率及其对应模态振型;采用计算模态分析法,建立拼板结构共鸣面板的三维模型,运用有限元法对其进行离散,通过近似方法求解出各阶次共振频率及其对应模态振型。【结果】实验模态结果显示:拼板共鸣面板能够识别到的阶次有(0, n)和(1, n)阶,且多集中在(0, n)阶,(1, 4)、(1, 6)、(1, 7)和(1, 10)阶为沿横纹理方向和顺纹理方向弯曲振动叠加的复合振动,识别较困难。从振型上看,拼板共鸣面板各阶的模态振型相对清晰易识别。与实验模态结果相比,计算模态分析能够识别到选定阶次范围的所有阶次,所得振型图更加均匀且理想,而实验模态分析时个别阶次较难识别。拼板共鸣面板计算模态结果与实验模态结果呈显著的线性相关性,相关系数为0.999 6。【结论】从模态分析结果来看,相对整板结构,拼板共鸣面板各阶共振频率对应的模态振型整体清晰易识别,振动频率更高;从木材利用率方面来讲,相对于制作整板,拼板共鸣面板更有利于节约木材资源。通过两种模态分析结果综合对比,验证了计算模态分析应用于拼板结构古筝共鸣面板的振动模态研究具有可行性。

热处理西加云杉音板用材性能研究

为考察热处理对木材声学性能的调节作用,采用160℃常压过热蒸汽对西加云杉(Picea sitchensis)音板用材分别处理0.5、1.5、2.0 h,测试分析热处理材的声学性能、吸湿性和颜色,并采用动态热机械分析对木材黏弹性和改性机理进行探讨。结果表明:热处理提高了木材的声学性能,与未处理材相比,热处理材的比动态弹性模量提高了30.4%~36.4%,声辐射品质常数提高了19.1%~22.3%,声转换效率提高了44.8%~48.6%。热处理后木材的吸湿性明显下降,有助于提高和稳定木材的声学性能,而热处理材的外观则呈现近似天然老化木材的特征。