試論民族樂器古箏的結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲學(xué)特性

陳邵嵐

(內(nèi)蒙古赤峰市元寶山區(qū)文化廣電體育局 內(nèi)蒙古 赤峰 024076)

試論民族樂器古箏的結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲學(xué)特性

陳邵嵐

(內(nèi)蒙古赤峰市元寶山區(qū)文化廣電體育局 內(nèi)蒙古 赤峰 024076)

在我國(guó)，古箏是一個(gè)古老的民族樂器，已經(jīng)有著非常悠久的發(fā)展歷史，其不但有著清亮的音色，還有著寬廣的音域以及豐富的表現(xiàn)力，是難得一見的能夠同鋼琴相媲美的樂器。為了能夠更加詳細(xì)的對(duì)其進(jìn)行解釋，方便看眾理解，筆者將從古箏結(jié)構(gòu)的振動(dòng)聲學(xué)方面的特性進(jìn)行分析闡述。

民族樂器;古箏;結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲學(xué)

1 研究背景

古箏作為我國(guó)最具民族特色的一大民族樂器，其音韻可以委婉、古樸，也可以典雅、華麗，能夠表現(xiàn)情感的氣勢(shì)磅礴、營(yíng)造行云流水的意境還可以展現(xiàn)出情調(diào)的婉轉(zhuǎn)細(xì)膩，可以說是雅俗共賞之藝術(shù)的代表，因而在國(guó)內(nèi)有著非常龐大的群眾根基。

2 關(guān)于古箏的結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化分析

2.1 筆者主要是從樂器的聲學(xué)系統(tǒng)方面進(jìn)行分析，對(duì)樂曲部件的組成將其作用劃分為五個(gè)子系統(tǒng)，分別有調(diào)控系統(tǒng)，如：調(diào)弦裝置，用于控制樂器的發(fā)聲性能；振動(dòng)系統(tǒng)，如：琴弦，是指振動(dòng)產(chǎn)生的物體；共鳴裝置，如：琴箱，能夠?qū)φ駝?dòng)體內(nèi)的振動(dòng)能量起到擴(kuò)散作用的結(jié)構(gòu)體；激勵(lì)系統(tǒng)，如：彈奏著撥動(dòng)的手指，能夠?qū)ξ矬w起到激發(fā)振動(dòng)的作用；傳導(dǎo)系統(tǒng)，如：琴碼，將產(chǎn)生于振動(dòng)系統(tǒng)中的振動(dòng)傳導(dǎo)到共鳴的系統(tǒng)裝置中。

2.2 對(duì)于傳統(tǒng)的古箏來講，其聲學(xué)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)之間產(chǎn)生的作用主要是表現(xiàn)在主結(jié)構(gòu)的共鳴箱也就是共鳴系統(tǒng)中，為了將古箏仿真的計(jì)算過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，就需要單獨(dú)的對(duì)琴碼傳遞的作用和琴弦振動(dòng)的作用進(jìn)行分析，從而將古箏振動(dòng)簡(jiǎn)化的模型鑄就條件形成，以便能夠有效的運(yùn)用在共鳴系統(tǒng)中，以此來分析振動(dòng)的聲學(xué)特性(如：圖一，簡(jiǎn)化的模型結(jié)構(gòu))。

3 關(guān)于古箏結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的仿真特性分析

3.1 筆者主要是通過對(duì)有限元法對(duì)古箏主結(jié)構(gòu)的分析利用，將振動(dòng)響應(yīng)的特性闡述了出來。其中包括有建立古箏實(shí)體，對(duì)古箏模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，將有限元的網(wǎng)絡(luò)模型的三維結(jié)構(gòu)設(shè)置出來，以便能夠?qū)殴~制造所用到的木材結(jié)構(gòu)等材料參數(shù)進(jìn)行確定，其中還包括了古箏的飾件、油漆以及鏤花等附加的質(zhì)量。在對(duì)古箏的弦張力對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)分析以后，將古箏的主結(jié)構(gòu)振動(dòng)源的阻尼系數(shù)和載荷確定了出來，并對(duì)給定頻率激勵(lì)之下的古箏結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算。

3.2 關(guān)于古箏主結(jié)構(gòu)的尺寸。簡(jiǎn)化后的古箏面板呈現(xiàn)出規(guī)則的拱面，在將主結(jié)構(gòu)中的縱向拱度忽略以后，其主要的幾何參數(shù)分別有：1.610米和0.300米的總長(zhǎng)度和寬度、10毫米的上下板面厚度、60毫米的側(cè)板高度、20毫米的側(cè)板厚度以及從左到右隔板間距為595/300/300/240/160毫米，還有15毫米的隔板厚度。

在實(shí)體建模軟件ProE的利用下，將古箏實(shí)體的模型建立了出來，隨后在PATRAN軟件中導(dǎo)入，通過四面體三維實(shí)體軟件的作用將Tet單元?jiǎng)澐譃榫W(wǎng)格狀，總共劃分成了九萬多個(gè)單元網(wǎng)格，兩萬多個(gè)節(jié)點(diǎn)(如：圖二，古箏結(jié)構(gòu)有限元的模型)。

3.3 關(guān)于古箏結(jié)構(gòu)材料性能的參數(shù)分析。現(xiàn)階段，主要有兩種材料用于傳統(tǒng)古箏的制造，如：上下面板的材料使用的是泡桐，隔板和側(cè)板的材料使用的是松木。同時(shí)，還有一些油漆、修飾件和調(diào)音柱等可以當(dāng)做是附加的質(zhì)量進(jìn)行考慮。

3.4 關(guān)于古箏結(jié)構(gòu)振動(dòng)仿真的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果。在將三維有限元的古箏結(jié)構(gòu)模型建立完成后，需要將其材料性能的參數(shù)確定出來，這樣有助于分析其頻響和模態(tài)。首先需要做的是約束條件的施加，在古箏振動(dòng)實(shí)驗(yàn)和演奏過程的影響下，施加三個(gè)位移的自由度約束在古箏底板兩端表面的節(jié)點(diǎn)中；隨后在對(duì)模態(tài)的和諧響應(yīng)分析以后，分別可以得到古箏結(jié)構(gòu)的頻響特性、模態(tài)頻率以及振型。

4 分析古箏主結(jié)構(gòu)中的聲學(xué)特性

4.1 分析聲學(xué)有限元模型原理。在計(jì)算聲學(xué)有限元的過程中，有關(guān)于聲學(xué)介質(zhì)聲壓需要同Helmholtz的方程式相一致：

其中，波數(shù)是k0=ω/c0，角頻率是ω，聲速在空氣中的表示是c0，聲壓是通過插值函數(shù)來表示的。

4.2 關(guān)于古箏三衛(wèi)聲學(xué)中有限元模型的建立。在ACTRAN軟件的利用下，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，分別有三部分的三維聲學(xué)有限元的模型被輸入，如：聲輻射介質(zhì)的有限聲場(chǎng)和無限聲場(chǎng)之間的耦合面、聲輻射介質(zhì)和結(jié)構(gòu)之間的耦合面以及聲輻射介質(zhì)的有限聲場(chǎng)。

5 總結(jié)

綜上所述，在西方文化的強(qiáng)烈沖擊下，我們作為中國(guó)傳統(tǒng)文化的傳承者，必須使用科學(xué)、合理的方法將民族的文化瑰寶保留下來。但就古箏這一民族樂器而言，首先需要做的是對(duì)其性能進(jìn)行分析，在進(jìn)行古箏結(jié)構(gòu)振動(dòng)有限元的模型構(gòu)建，筆者在對(duì)一些列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析以后，在保持其參數(shù)合理的情況下簡(jiǎn)化了古箏結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證了其結(jié)構(gòu)振動(dòng)中聲學(xué)特性的可行性。

[1] 鄧小偉. 民族樂器古箏的結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲學(xué)特性分析[D].上海交通大學(xué),2015.

[2] 鄧小偉,余征躍,姚衛(wèi)平,陳民杰. 傳統(tǒng)古箏的振動(dòng)聲學(xué)特性仿真分析[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2016,02:300-305.

[3] 王仲林,樊文博,蔡旻宇,郝博涵,葛青,蔣丹. 古箏的結(jié)構(gòu)、原理及設(shè)計(jì)建模[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,05:564-571.

[4] 黃英來. 幾種典型民族樂器木質(zhì)共鳴體的聲學(xué)振動(dòng)性能檢測(cè)與分析[D].東北林業(yè)大學(xué),2013.

[5] 鄭乾曦. 中國(guó)民族彈撥樂器聲功率級(jí)及指向性指數(shù)研究[D].華南理工大學(xué),2010.

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1672-5832(2016)08-0192-01