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-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-6 6:34:29 -- [原创] 乐器声学原理探析 A 乐器产生与发展于人类劳动创造的过程中,是人类精神文化生活需求的产物——是最早的“音响”。
今天,我们通过现代音响设备所聆听的,很大一部份内容仍然与各种乐器有关——尤其是古典音乐。
音响与乐器——无论是在科学上,还是在艺术上——都是相通的。
探索乐器的发声原理——对于音响的研究与发展有着重要的借鉴意义,同时也有助于我们更好地领悟与欣赏音乐。
□ 乐器声学原理探析之 弦乐器篇——
● 弦/膜/板振动的驻波——实质上都是“并联共振”。
弦乐器共鸣箱可产生“波导”驻波(λ/2共振,λ/4共振),也可形成“亥姆霍茨共鸣器”(有音孔)——前者为“分布参数系统振动/并联共鸣”(同管乐器),后者为“集中参数系统振动/串联共鸣”。
● 弦乐器共鸣腔驻波并非整体性的空气柱“λ/4共振”——两侧封闭端至中间音孔分别形成“λ/4共振”,但可形成整体性的“λ/2共振”(音孔处为波腹)——而整个共鸣腔与音孔又可形成“亥姆霍茨共鸣器”。
小提琴两个f 孔处宽度方向可形成“λ/2共振”(开管)——厚度方向则可形成“λ/4共振”。
弦振动只有形成驻波时才能↑ Wr——横向为“同相小球源”,Wr↑/ 指向性↑;纵向可形成“线列阵”,但指向性↓ 。
弦/膜/板共振形成驻波时——为“对称性振动/同相辐射”。
横波(2)同时向外压缩空气——声压P/振速V达到最大值时,振幅A为最小值(此时辐射阻Rr 最大);声压P/振速V为最小值时,振幅A达到最大值——然后上下交替,周而复始。
弦/膜/板驻波“对称性振动”实际上似乎不可能——介质“分身乏术”;若“分身有术”,则振幅不会很大——尤其介质材料的弹性模量比较大时。
一般资料上所述“弦驻波”,都是单一横波交替上下振动,但这又不符合“驻波”定义 ——故有待进一步探讨。
桐木质轻软/不变形 ,具有优秀的声学品质;透声性好,毛孔大——被称为“会呼吸的木材”。
桐木的声导纳 ↑(透射系数↑),即使共鸣腔为封闭结构,内部共鸣声波也能够传播出来——封闭结构共鸣腔主要为“λ/2共振”(两端波节),厚度方向则可形成“λ/4共振”——桐木音板处为波腹。
● 一直以为古筝/琵琶的共鸣腔为封闭结构——其实古筝的音孔(3)在底板上,而琵琶的音孔(1)在“覆手”下面——都是“藏而不露”。
● 电声弦乐器(如电吉他/电小提琴/电古琴)——拾音器直接将琴弦的机械振动转换为电信号,通过放大器/音箱发声——无需共鸣箱,音色更丰富(可通过“调节器”调节)。 拾音器(Pickup)——是一个电磁感应的信号转换装置,与麦克风(MIC)不同——与声波的空气振动无关。
偶次谐波可以构成“谐和音程”——而奇次谐波/“间谐波”声音都不和谐(后者更甚)——声音和谐性:偶次谐波>奇次谐波>间谐波。
当弦振动产生的奇次谐波与板振动/膜振动的次间谐波/间谐波发生共振时——会导致“狼音”,使声音不和谐——而前者产生的偶次谐波与后者次间谐波/间谐波共振时,则可降低不和谐性,使声音动听(松香味)。
从某种意义上——演奏弦乐器的过程就是“↑偶次谐波/↓间谐波”的过程,演奏者通过长期练习——不但提高音准/节奏/旋律等方面的素养,还要使音乐更“动听”。
演奏家与演奏者的一个重要区别就是——演奏家会有一种“本能”(技巧),通过运弓/指法的某种直觉——↓“狼音”/↑“松香味”。
相对于传统弦乐器,电声弦乐器更容易使声音和谐动听——可以有效防止“狼音”,↑“松香味”——↓“间谐波失真”(IHD/SIHD)。
但是电声弦乐器易受电磁辐射的干扰(尤其单线圈拾音器)——EMI会导致“间谐波失真”(IHD/SIHD) ——双线圈拾音器(HUMBUCKING)则可↓EMI的影响。
电源污染也会↑拾音器的“间谐波失真”(IHD/SIHD)——EMI/电源污染等都会导致放大器的间谐波/次谐波——使音质劣化,音色不和谐。
背板(一般为硬木材料)相当于“刚性壁”——近似于“同相球源”,由于“镜像原理”使板振动的声波声压加倍,如小提琴/古筝——二胡/板胡无背板,则共鸣效果(声压)↓。
反射/混响/干涉也可以增加声压——共鸣箱为相对密闭空间,可使声阻抗(空气弹簧劲度)↑,有利于↑声压——共鸣腔空气柱“驻波共振”也可增加声压。
共鸣可以↑辐射声功率(Wr),↑质感/临场感,↑泛音,生动自然——弦乐器板/膜振动的驻波共振与共鸣腔空气柱的驻波共振异曲同工——都可称之为“共鸣”。
板/膜“驻波共鸣”可以通过共鸣箱将声音进一步“放大”——虽然板/膜振动间谐波的和谐性↓(IHD/SIHD),但可使声音更动听——类似于“擦弦声”/“松香味”。
实际上,“共鸣”与“狼音”并无本质区别——恰到好处(共鸣)可以使演奏“出彩”,太过(狼音)则会使声音不和谐——弦振动的奇次谐波/板膜振动的间谐波/共鸣腔空气柱的驻波“耦合”时,可能会导致“狼音”。
□ 乐器声学原理探析之 膜鸣乐器篇 ——
双面鼓被击打的一面鼓膜可视为“主动辐射膜”(AR)——另一面鼓膜可视为“无源辐射膜”(PR) 。
若双面鼓/三弦两侧振膜面积S不同,S ↓(PR)/ S ↑(AR),则更易驱动——“耦合振动”类似于听诊器,具有放大作用——F=P1S1=P2S2 。 “耦合振动”——AR与PR振动相位相差90°,辐射声波相位相差90°/270°,故不会形成“偶极子”,导致声短路。
[此贴子已经被作者于2019-07-20 16:21:44编辑过]
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-- 作者:Speakon -- 发布时间:2012-6-7 16:07:04 -- 为什么我不能下载? |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-7 17:33:43 -- 可能是由于新手,需要发布9个帖子以上才可以——请试一试。 |
-- 作者:zerateltmd -- 发布时间:2012-6-12 11:31:36 -- “四阶高通声学滤波器”(-24dB/oct,360°) “三阶高通声学滤波器”(-12dB/oct,360°) “二阶高通声学滤波器”(-6dB/oct,360°) “一阶高通声学滤波器”(-3dB/oct,360°) 是这样的不? |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-6-15 7:01:55 -- 应该是——
“三阶滤波器”(-18dB/oct,270°) “二阶滤波器”(-12dB/oct,180°) “一阶滤波器”(-6dB/oct,90°)
——请多指点。 |
-- 作者:欧姆805 -- 发布时间:2013-3-30 23:56:53 -- 谢谢 |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2013-4-23 11:44:40 --
共同探讨—— |