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电声乐器中木材声学振动性能对音响特性的影响

更新时间:2009-03-28

电声乐器从外型到音响都与传统原声乐器有明显差别,在现代音乐演奏中占有很重要的地位。一般而言,弦乐器是通过乐器自身的振动而发声,所以要求有较高的动态弹性模量且振动的对数衰减率较低[1-2]。但是,电声乐器的发声不是因箱体的振动,而是运用了电磁学原理,其琴身是实体木材而非空的音箱(响板)[3],如电吉他(贝斯)的发音是通过电磁拾音装置(拾音器)连接音箱(扬声器)而实现的。木材被利用在乐器上是由于具有易加工、质量轻,可以保证强度并控制成本等原因,但最主要的原因是木材具有良好的音响特性和优质的音色。研究表明,乐器中的共振材(木材)应具有生长轮密、无瑕疵、密度低以及弹性模量高等特点[4-6],这也是制作声学乐器及其共鸣板的基本要求。随着科技的进步,材料/结构也更加多元化,如通过化学改性的方法,利用复合材料制作乐器,其外形结构也更多样、更个性化[7-9]。此外,对木材的振动特性[10-11]以及乐器用材的研究也日趋完善[1, 4, 12-13]。但是,与传统弦乐器相比,电声弦乐器缺少共鸣板(共鸣箱),而且琴体多由实木构成,随着发声原理和琴体结构的变化,对木材种类与材性要求也相应有所变化,刘镇波等[1, 5, 13]和涂道伍等[12]已对此做了相关研究。目前,相关研究多集中在和乐器音质有关的锐度和特征响度等心理声学参数上,主观声音的感知较为突出[14-15],也有对乐器中电子元件和电声讯号的分析研究[9],但关于木材对电声乐器音质的影响以及电声乐器木质部件树种选择的相关研究还较少。

为研究木材种类、性能和有效性量度对电声乐器音质的影响,笔者以电吉他为代表,通过对电吉他琴体部分的树种选择、声学特性的关系以及电磁拾音器输出信号的音响特性进行考察,拟解析木材/琴弦的叠加干扰影响因素,以及对利用电气设备或电气技术等方法来维持和改善木材声学性质的可行性进行评价,以期为提高电声弦乐器的质量并增加声学鉴赏性,以及对电声乐器中木材声学性质的研究和相关应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

根据乐器用材的现状选用3种常见的树种,分别为山榄木(Palaquium spp.),黑胡桃木(Jaglans nigra)和赤桦木(Alnus rubra)。试材全部选用弦切材,材料尺寸为30.0 cm(L方向)×8.5 cm(T方向)×3.0 cm(R方向),将含水率调至15%平衡后分3组(A、B、C组,每组6个)进行试验。

1.2 试验方法

弹奏电吉他时琴弦振动,切割了电磁拾音器的磁感线,从而使琴身内的导线中产生不同频率的电流,电流通过电子音箱还原后就会产生不同的声音。弹奏过程中,琴弦会由于琴体的反射而再次振动,电磁拾音器由于琴体的影响也会产生自身振动,而实心琴体本身也会有微弱的振动。这些都会对拾音器的集音效果,即最终的音声效果产生影响。因此,结合电声乐器的发音特点,采用2种不同的试验方法进行分析。

还比如“用最大公因数解决问题”中的例题,在信息呈现方式中这种画图的方式特别优化,在分析解答中,学生明确问题的本质就是求长和宽的公因数后,再在原先的直观图中抽象出平面数轴图(如下图)。三幅图层层递进,帮助学生对题意本质的理解。

1)采用打击音法(以下对应为“敲击”) 模拟实际演奏状态,对弦乐器音响特性的基本指标比动弹性模量和能量损耗用对数衰减率(以下简称“对数衰减率”)进行观测,其装置如图1a所示。为避免因敲击而产生的位移(摩擦),采用细线悬挂试件(图1b),悬挂线的位置与图1a中的支撑中线一致。本研究将图1a和1b的振动方式分别称为横向振动和纵向振动。

  

图1 打击音法试验装置示意图Fig. 1 Schematic diagram of the experiment device using the tapping-tone method

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(2)数据选择、计算、判定过程自动化。根据故障或缺陷模型计算的过程、分析推理、判定的过程由计算机完成,无需操作人员中间交互操作。

  

图2 拾音器输出信号装置Fig. 2 Output signals of the pickup device

琴弦加振方法模仿吉他的摇把旋钮设置(图3)。试验时为减少人为拨弦的干扰因素,使用摇把调节拨弦装置的位置后固定,再用旋钮调节拨弦施力方向和大小。加振的位置会影响输出的泛音成分,需尽量保证拨弦位置在拾音器磁力部分的上方。此外,为防止试验体和实验台接触而产生振动的损失,在拾音器和琴颈背面需放置缓冲材料。为检测材料与泛音的关系,琴弦振动的基音设定为110 Hz,并记录WaveSpectra的波形,同等条件进行10次测定并选取5组以上的有效数据进行分析。

  

图3 琴弦加振的布置简图Fig. 3 Layout diagram of vibrating string

1.3 计算方法

1)横向振动时(图1a)的比动弹性模量E/ρ根据公式(1)推算[2]

×

(1)

[8]许震宇, 于洋. 复合材料古琴的动态弹性性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2015(8): 10-13.

纵向振动时(图1b)的比动弹性模量E′/ρ根据公式(2)推算[2]

×

(2)

2)对数衰减率。为有效检测试验中某点的振幅及此点之后的振幅(图4),选取100 μs间的衰减数据,其对数衰减率δ根据公式(3)[2]计算:

δ×

(3)

式中:a1为测定点的振幅,a100为从测定点到100 μs后的振幅。对数衰减率的选取如图4所示。

  

图4 对数衰减率的选取方法示意图Fig. 4 Selection method of logarithmic decrement ratio

2 结果与分析

2.1 不同树种的材性分析

通过模拟演奏的方式(图1)对供试材料进行测定,可得横/纵向振动时对数衰减率和比动弹性模量的关系,如图5所示。由图5可知,2种振动情况下山榄木的比动弹性模量较低,在横向振动下山榄木供试体的偏差值较大,导致值域的离散范围偏大。这可能是受到树种的材性和样本选取的显著性差异影响,因此,山榄木不适合作为原声乐器的琴体材料。

平均对数衰减率与平均比动弹性模量的关系见图6。由图6可知,山榄木B的平均值较接近黑胡桃的音响特性值域。由于比动弹性模量与试件的密度和共振频率相关,因此,无法确定山榄木是否适合电声乐器或其他形式的乐器。此外,横、纵向振动的变化趋势较为接近,在对数衰减率0.02~0.08范围内,比动弹性模量的最大值分别为230 000 和9 500 kg/cm2,横向振动约为纵向振动的24倍,这可能是由于木材纤维方向的不同所造成的。因此,从比动弹性模量值域分布来看,横向振动对琴体的影响高于纵向振动,且本试验是对音麦录得的信号进行分析而非拾音器的信号,所以,由木材构成的琴体材料自身再振动对音麦集音会产生一定的影响。

  

图5 对数衰减率与比动弹性模量的关系Fig. 5 Relationship between logarithmic decrement and dynamic elastic modulus

  

图6 平均对数衰减率与平均比动弹性模量的关系Fig. 6 Relationship between mean logarithmic decrement and mean dynamic elastic modulus

3种树种的动弹性模量平均值分布如图7所示,对于拨弦乐器,密度较大的山榄木的动弹性模量最大,且随着树种密度的减小,动弹性模量也逐渐下降。这可能与材料中的纤维结晶度有关,木材作为生物孔隙型材料,其含水率与内部结晶度会直接影响振动特性。材料密度与乐器音响特性的关系如图8所示,对于用音麦录得的信号,木材种类(密度)与响度呈线性关系,一般手持演奏用的弦乐器(电吉他等)适合使用密度较小的赤桦木做为琴体材料。因此,由材料本身引起的弦乐器音响特性差异,山榄木较差,赤桦木较好,而黑胡桃木适中。

  

图7 动弹性模量平均值分布Fig. 7 Distribution of mean value of dynamic elastic modulus

  

图8 材料密度与音响特性的关系Fig. 8 Relationship between material densityand acoustic characteristic

2.2 木材与拾音器输出音的分析

由于琴弦和拾音器与琴体材料之间的摩擦增加(弹奏产生的摩擦振动)会使衰减增大,从而抑制了乐器的部分音响特性(音色是针对声音的表征性质,对应乐器上的音响特性),因此,针对电磁拾音器的输出音进行了测定。通过打击音法得到的木材对数衰减率和通过拾音器得到的输出音频的对数衰减率之间的关系分别如图9和10所示,黑胡桃木的对数衰减率值域分布最小,表明拾音器集音时黑胡桃木的音响特性优于赤桦木,而山榄木的音响特性最差,这可能是琴弦再振动导致拾音器集音偏差变大的结果。

  

图9 输出信号的对数衰减率比较Fig. 9 Comparison of logarithmic decrement of output signal

  

图10 敲击音与输出信号间的对数衰减率关系Fig. 10 Relationship between the logarithmic decrement of the beat and the output signal

针对拾音器输出的泛音比例进行检测,测定110 Hz基音的声音强度(dB)在可听音域内与信号强度中1~13泛音列的比值。各树种泛音成分的存在比例如图11所示,其中,3~6泛音列的比例较大,所输出的泛音成分在3和5倍区域趋于集中而整体没有出现特别高突变的泛音,表明试验体的泛音成分趋中,呈稳定分布。拾音器输出泛音的信号强度见表1,山榄木的7泛音列和赤桦木B的6泛音列强度值相差较明显,这可能是由于敲击试验中山榄木的试件个体差异较大所致,表明山榄木不适合做琴体材料。打击音法试验中山榄木/赤桦木没有出现近似的均一输出波形,因此,再振动对琴体和拾音器的输出波形有一定的影响。

  

图11 各树种泛音成分的存在比例Fig. 11 Proportion of the harmonic overtone in different tree species

 

表1 拾音器输出泛音的信号强度Table 1 Signal intensity of output overtone from pickup /dB

  

树种1泛音列2泛音列3泛音列4泛音列5泛音列6泛音列7泛音列8泛音列9泛音列10泛音列11泛音列12泛音列13泛音列山榄木A121.62167.05311.85279.73275.02249.3294.277239.56185.63140.93164.40114.1451.48山榄木B142.17217.61390.12252.48328.98203.9182.598166.33175.25119.8736.0868.4937.36山榄木C142.43159.57350.40271.92270.49216.7184.432149.5681.70124.9079.7970.3136.89黑胡桃木A163.78239.96469.81472.60585.58487.98356.33211.99368.31291.72209.2180.0470.62黑胡桃木B127.75226.08400.57343.40556.99557.69417.66134.45185.44340.20239.39136.0483.25黑胡桃木C153.16142.91413.40361.38250.69152.97132.5166.0994.29126.2086.2928.3022.87赤桦木A152.32207.04440.13132.63418.49281.06166.04100.6796.32135.1872.8343.1851.06赤桦木B131.07251.42256.25254.56348.56156.22191.6981.23199.04149.66108.0250.1936.04赤桦木C129.29221.27368.49295.93413.53290.43107.15157.10112.0299.7960.5834.2535.64

对数衰减率(振动的损失)对构造材料较敏感,由密度引起的比动弹性模量的变化也相应较大。因此,即使是电声乐器,其材料的选择也对音响特性有较大影响。此外,材料长时间振动时会有回疲劳积蓄和非回复性的振动损失增加现象,所以对弦乐器施加的强制振动可以改良乐器音色和调子。对于电声乐器琴弦和琴体材料的持续振动,琴弦的再振动及由此导致的拾音器振动对输出音质会产生一定的影响。

3 结 论

音响技术包含了音量、音高和音色三方面内容。其中,声音的音量即音频的强度和幅度;声音的音高即音频的频率或每秒变化的次数;声音的音色即音频泛音或谐波成分。评价音响音质的优劣,主要是衡量声音的三方面内容是否达到一定的水准。本试验通过对音麦录得的信号进行分析,通过乐器用材的共振频率、比动弹性模量以及对数衰减率的综合对比可以得出:

1)对于电吉他琴体材料,打击音法得到的对数衰减率与利用电磁拾音器得到的信号都有相似的变化规律,横、纵向振动的变化趋势较为接近,在对数衰减率0.02~0.08范围内横向振动的比动弹性模量约为纵向振动的24倍,表明琴体材料的影响小于敲击(弹奏)方式。

2)针对本试验的供试材料,弦乐器音响特性的优劣依次为:赤桦木、黑胡桃木、山榄木。

3)对音麦录得的信号进行分析而非拾音器的信号,表明木材种类对录得信号的音色影响不明显;而对横、纵向振动方式的研究则表明,琴弦的再振动对琴体的影响大于琴弦连接钮或卷弦器的振动影响。因此,琴体的自身振动和琴弦的再振动对音麦集音会产生一定影响。

4)对于用音麦录得的信号,木材种类(密度)和响度呈线性关系。对于手持拨弦型的电声乐器,应使用密度较小的木材作为琴体材料。此外,其他叠加/干扰因素作用于电讯号的输出波形需进一步进行试验分析。经电子合成器输出的声音音响特性有所变化,一般的原声(传统)弦乐器用材或结构应适当改进后再应用于电声乐器(电吉他等)。今后需针对材料密度、声阻抗和对数衰减率、声辐射阻尼系数和比动弹性模量等变量间的相互关系做进一步探讨与分析。

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本条第二款规定,具有高等院校专科以上学历的公民,可以参加评估师资格全国统一考试。根据这一规定,在学历方面,只要具有高等院校专科以上学历的公民,就可以参加评估师资格全国统一考试。资产评估是评定、估算资产价值的专业服务,既需要专业知识,更需要实践经验,因此,参加评估师资格考试在学历方面的要求不宜定得过高,规定具备高等院校专科以上学历的公民就可以参加考试,有利于通过评估师资格考试吸引和锁定更多人才。需要注意的是,除房地产估价师考试外,评估师资格全国统一考试是水平评价性质,不是行业准入考试,公民可以自愿参加。有关部门现有的规定与本法规定不一致的,应当在本法实施前及时根据本法作出修改。

为测定供试体的横向振动,在弦切面进行敲击,如图1a所示,敲击部位的对面使用带有指向性功能的麦克风(SONY ECM-CZ10)进行集音,并通过音声检测控制器(Roland US-1G)和频谱分析仪进行检测。为有效确认衰减波形,采用音频分析软件WaveSpectra进行读取。WaveSpectra的采样频率(fs)设定为44.1 kHz,窗口函数为Hamming,选取其中10次以上的正常波形图进行分析。

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Performance of compounded system containing polyoxyethylene ether with ester group 10 36

另外,私法对“绿色原则”的确立可弥补《中华人民共和国环境保护法》(以下简称《环境保护法》)对私人环保义务的规范缺失。《环境保护法》虽对不同主体的环保义务作有概括规定(第6条),但环保义务的具体规范性条款更多以政府、企业的环保义务为核心,私人环保义务以倡导式的自觉履行为主,对私人环保义务的行为模式及法律责任构成并未形成体系化及可操作性的规范构成,形成留白。循此,“绿色原则”为私人环保义务的《民法典》规范化提供了契机。毕竟,民法基本原则是制定、解释和适用民法的逻辑起点,是民法本质特征的集中展现,也是高度抽象的、最一般的民事行为规范和价值判断标准。[1]49

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2)采用电磁拾音器进行集音。将琴颈(岛村乐器BUSKERSBSE)、电磁拾音器(DiMarzio FS-1)和金属弦等进行组装(图2),试验装置的尺寸结构和接合方法都参照芬德(Fender)电吉他设定。对琴弦进行加振,读取拾音器的输出信号,对信号中的泛音部分(在弦乐演奏中除了发音体整体振动产生的基音,其余各部分同时振动所产生的即为泛音[14]。泛音的组合决定了特定的音色,可使人明确地感受到基音的响度)以及对数衰减率等进行分析,并对拾音器集音的影响进行评价。

可见,地下水评价不仅要对地下水动态进行深入的研究,对地下水资源量的动态变化也应该予以重视。对降水量系列资料应不断补充,充分考虑近期降水和其他补给项对地下水资源的影响。

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式中:f为共振频率,Hz;lh分别为试件长度和厚度,cm;ρ为材料密度,g/cm3

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物流企业端口的系统模块重点在于对服务网点周边市场需求的信息收集、物资整合,配合完成对鲜果商品的包装、配载、拼车。

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硫化氢在采场中的运移遵循流体动力弥散定律,由于硫化氢的浓度远低于其溶剂(空气)浓度,因此可以使用Fickian方法来描述物质传输中的扩散项。根据质量守恒定律和对流扩散方程得出硫化氢在采场中运移控制方程:

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理论知识和实践操作割裂的直接后果就是理论与实践脱节,学生不清楚所学理论可以干什么;在实践操作中也不清楚该使用什么理论作为指导。

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河北土地综合承载力与区域经济发展系统整体效应、协调度均逐步升高,协调发展度总体上升,但2012年后有所下降。2001—2008年土地综合承载力与区域经济发展处于中度失调向轻度失调过渡状态,2009—2014年处于勉强协调向中度协调发展阶段。这表明河北8个城市协调发展度存在着一定差异,石家庄、唐山协调发展度优于其他城市。因此,河北省要不断完善城市土地综合承载力评价体系,诊断各个城市在土地利用过程中存在的短板,对不同类型城市土地资源进行差异化管理,实现土地资源对区域经济发展的良好承载。

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1.5 就业市场管理体制有待完善。随着我国改革开放的进一步深化发展,高校毕业生制度经历了一个由“统一分配”到“双向选择、自主择业”的转变过程。在此背景下,高校毕业生就业市场仍处于不断发展完善中,其管理体制和相关保障机制不健全,无法有效维护毕业生的正当就业权益,不利于其稳定就业和高效就业。

综上所述本文作出以下推测:(1)TB患者MAIT细胞水平降低,尤其与患者结核菌活跃状态密切相关。(2)当机体感染结核菌后,MAIT细胞功能受到明显影响,尤其是产生Perforin的能力明显降低。(3)MAIT和IL-22在抗肺结核免疫过程中可能起着协同作用。因此,MAIT细胞和IL-22动态变化可反映肺结核的病情发展与转归,具有成为肺结核患者临床诊断依据的可能。尽管MAIT细胞和IL-22在结核病的发生、发展中可能具有一定的作用,但在抗结核免疫中各亚群细胞与IL-22的协同机制尚不明确,仍需进一步研究。

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未来,全球油气开发仍将呈现稳中向上趋势。2020年,全球油气当量产量为83亿吨,其中原油产量49亿吨,天然气产量4.3万亿立方米;2025年,全球油气当量产量为90亿吨,其中原油产量53亿吨,天然气产量4.7万亿立方米;2030年,全球油气当量产量为92亿吨,其中原油产量52.6亿吨,天然气产量5.0万亿立方米;2035年,全球油气当量产量为95亿吨,其中原油产量52.8亿吨,天然气产量5.3万亿立方米(见图3)。

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李哲锋,多化琼,青龙
《林业工程学报》 2018年第03期
《林业工程学报》2018年第03期文献

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