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楼主: 张先生

Duennwald 提琴声学实验和研究

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发表于 2011-12-8 18:19:47 |显示全部楼层
外国的果然很专业,科学训练方法真的事倍功半吗

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发表于 2011-12-8 19:22:07 |显示全部楼层
mousedelove 发表于 2011-12-8 18:19
外国的果然很专业,科学训练方法真的事倍功半吗

不知道您个人是喜欢事倍功半、还是事半功倍呢?
欢迎交流!

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发表于 2011-12-9 07:58:46 |显示全部楼层
张先生 发表于 2011-12-7 18:59
先别着急,霍博士很快会把 Duennwald 的原文和他翻译的译文贡献出来,看过各位就明白了。

{:soso__7069156534865217404_1:}{:soso__4019294626858755939_3:}{:soso__5954322882787339741_4:}{:soso__3564708140855419977_3:}

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发表于 2011-12-9 08:02:39 |显示全部楼层
mousedelove 发表于 2011-12-8 18:19
外国的果然很专业,科学训练方法真的事倍功半吗

{:soso__4092431460413890523_3:} 看来还是非专业的好!这“科学训练”让人事倍功半,谁吃得消 {:soso__17196310215908249837_1:}

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发表于 2011-12-9 18:12:32 |显示全部楼层
测量小提琴的频谱图,需要一种合适的激振方式,也不算太难。我在江山的工作室里,测过很多琴的频谱图,但还没有找出规律,只能把琴的差异性区分出来。
上一张我测的欧洲琴的频谱图和Dunnald的原文,翻译文章还没有排完版,图也没插入进去,周一发给大家。
欧洲琴频谱图.JPG

Dunnwald paper.PDF (393.48 KB, 下载次数: 33)





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发表于 2011-12-11 08:03:47 |显示全部楼层
分享了这一科学现象,丰富了我们对小提琴的了解,谢谢。

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发表于 2011-12-11 22:35:46 |显示全部楼层
还有几张频谱图。

greg  频谱图.jpg

江山 频谱图.jpg

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发表于 2011-12-12 12:46:24 |显示全部楼层
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发表于 2011-12-12 17:14:19 |显示全部楼层
本帖最后由 霍金斯博士 于 2011-12-12 17:43 编辑

这是翻译好的Dunnwald的论文,图文版请到学会版块下载。
http://bbs.cnstrad.com/forum.php?mod=viewthread&tid=61370&page=1&extra=#pid346141





新旧小提琴声学客观品质参数推理
Heinrich Duennwald
Terreichen40.5140 Erkelenz-Golkroth, Germany
1. 前言
多年来,音乐家、小提琴制造者和科学家对揭示小提琴驱动机制的奥秘已展示出极大的兴趣。源于1718世纪的古意大利小提琴长期扮演着重要角色,原因可能在于它们比后期制作的小提琴展示了与众不同的,声学质量更高的演奏效果。有经验的听者在听过几个音符之后就可以很快判断音质。迄今为止,这些对小提琴相对确定的判断和乐器自身的物理性质并未能够相互联系。本实验尝试通过对多只小提琴的声学测试推理小提琴客观声学品质参数。大量被认为是高音质的小提琴(约50架古意大利或其它小提琴)将会被作为本实验的参考。相对于不知名制造者制作的小提琴,知名音乐家演奏用的乐器更为重要。如此选择也得到了各乐器对象听力对比的认可。
2. 测量方法
小提琴的测量方法大体可以分为以下两类:物理测试测量力学运动、板材、琴弦以及琴马(bridge)的频率;声学测试量化乐器的声波辐射。L.Cremer的书中描述了大量小提琴的测量方法。
2.1从音乐会演奏用小提琴到测量环境
本次实验旨在尽可能在没有扭曲或外来影响的环境下使用测量方法对比可听到的声学质量。理想状况下是能够测量音乐会上独奏的演奏,然而这样的测试却由于其大量的信号信息和复杂性难于理解。因此,本次测验将引入一些简化措施。实验地点有已知声学性质,保证实验结果不受音乐厅复杂声学特点的影响。另外,测量用于单个音节的演奏。
由于本次测量意在不受不可控制变化的影响下测试小提琴的声学特点,因此不可能由演奏者用弓激励琴弦。在无回声的房间演奏者往往不能得到正常的声学回应,必须通过聆听来定位乐器的声音。这就会导致非自然的演奏方式。演奏者演奏小提琴的测量可再生性也不容易获得,尤其是在一段时间之后。没有任何演奏者可以在不同时间、不同条件下演奏出完全一致的效果。同样,记载许多单个音符也十分困难,可以通过仪器代替人工演奏者演奏出同样的音符。这样的仪器也可以通过弓来激励琴弦,效果稳定且可以重复。长时间测量也有相应的缺陷,可以选择直接激励琴马。
可以通过脉冲分析辐射声音。另一种方式是通过稳定的正弦力激励琴马,扫过全部频率范围,直接记录频率反应。激励琴马的好处在于可以有很好的可再现性和较短的测试时间。使用这种方法可以测试只能短时使用的乐器。缺点在于它不包括琴弦和琴弦-琴颈-指板的联合。此缺陷在一定程度上可以通过计算琴弦的范围和之后引入计算机来解决。
2.2实验方法
本次研究在Institut fur Technische Akustik RWTH Aachen进行,.采用正弦震动琴马激励乐器。早在1937Meinei,之后LottermoserMeyer均采用了此种方法。测试条件与以往所有条件相同:琴马通过正弦震动激励,小提琴发出的辐射音通过扩音器在无回声实验室中记录。本次研究中频率反应曲线通过距震源远的扩音器测量,扩音器位于典型个人演奏会听众的位置。以上描述的实验在传感器(transducer)的使用上有别于上述两位作者的测量方法。
传感器所要满足的条件在一定程度上不能兼容:
琴马的激激励力度必须在震动幅度的范围之内;
传感器一定不能增加琴马的质量,会影响频率范围;
激励和测量的方式在任何细节上都应该可以被重复;
传感器不能以任何方式毁坏乐器;
辐射声波不能受到干扰;
传感器自身不能发射声音,同时要能够提供足够的激励使得在远场依然可以精确测量。
1展示了传感器的工作机制,它为本次实验而制作,能够满足实验所需条件-如上所述。一根直径0.55mm的铜线位于永久磁铁的两个裂缝,磁铁的极间空隙约为5mm,磁场与铜线成直角。极间空隙外铜线位于用于阻尼块(damping mass)的管中。铜线的每一端用小钩子固定,能够在缝隙间自由流动。铜线间的正弦变化流在磁铁间隙间提供正弦力。如果铜线与琴马的连接点在磁铁极间空隙中,那琴马也受到同等力度电流的激励.因为在震动幅度范围内铜线的回响和传感器的激励力度是恒定的。
3.结果
2展示了三种不同的反应曲线,音级\声级范围为25dB,振幅为190Hz-7kHz.。低频率范围内的曲线基本相似,最高达到700Hz。第一回音(Helmholtz)位于270Hz,之后形成两个分离的回声,是由于琴箱的更大震动领域。在另一个约700Hzgap之上有更多的回音,,由于节线分隔出的更多小震动区域。这一部分的反应曲线表明这三个曲线的较大区别,这些区别直接关系到乐器质量的不同。不能确信的是envelope是否能够包含所有关于声音质量的重要信息,或者细节是否占有重要作用。图2中的上面的反应曲线是Petrus Guarneri1749小提琴,另外两个是工厂生产的小提琴。
3.1重要的频率范围和第一质量参数
3覆盖了10条古意大利提琴(上)、大师制作提琴()、工厂制造提琴()的曲线,证明envelope是否与乐器质量一致。通过与图2的对比可以看出其中的关系。古意大利提琴相互之间的差异没有大师制作提琴和工厂制造提琴之间的巨大差异。从图3我们可以看出一层更重要的关系(已由另外600条曲线证明),判断声音质量有重要的频率范围。第一个范围(190Hz—650Hz)对应于较低的泛音,第二个范围(650Hz—1300hz)太强,乐器会听起来很死板并且鼻音很重,第三个范围(1300hz—4200hz)赋予乐器声色和好的辐射,它也有利于各种声音的协调,在低音演奏时保持规律。高频率范围(4200hz-6400hz)应相对降低保证清楚的音质。这些频率范围和声音特点的总体联系可以通过听音实验证明:使用可调节的电子过滤器模拟小提琴反应曲线以及声音特点。
从图3中我们很容易获得第一个质量参数。亥姆霍兹共振峰(Helmholtz resonance peak--译者著:第一个空气峰)的范围和最高峰的范围与小提琴的质量紧密相连。数值刻度如下所述:650Hz—1120Hz范围内的最高响应级指定为25db。亥姆霍兹曲线峰值取决于此刻度,代表第一质量参数的数值。高附加值与好的乐器有相关性。
3.2单音符与其它参数分析
由于听小提琴的演奏并不能分别听到所有频率,分别检查每个音符的反应曲线就变得十分合理。
4表明计算每个音符回应的过程:首先,从反应曲线中提取传感器的反应、然后通过电脑计算每个组成音符的频率和尺度选择和决定琴弦激振力的测量声谱。图4底部的曲线便是此计算方法的范例。频率越高声谱的振幅越小原因在于bowed string的振幅。声谱的最高峰反应出这个特殊音符的反应曲线。声谱代表的是某一特殊音节在某一特殊小提琴在一个没有回响的房间听众可以听到的声音,而听众所在的位置正好位于测量时扩音器所在的位置。当然,每个音符的声谱都不尽相同。为了完整的测出小提琴的质量必须选择足够大量的音符作为代表。在本研究中,每个小提琴从190Hz650Hz的每四分音都被提取。每个四分音的震颤都被包含在46个音调的计算当中。(每一个完整震荡过程中的震颤产生的声谱都被看作是同时发生的,换句话说,输出是被整合在震颤的时段中)
   找到质量参数的下一步就是寻找声谱和声音质量的相互关系,这种关联较为复杂。最好的方法就是模仿听者用耳朵听的方式,也就是说,理解的过程也需要包括耳朵的特征。Zwiceker使用的方法被称作“Lautheit(意为大体的、大声的)”。这种计算方法能够帮助修饰无理声谱成为对于声谱相对于听者的心理表达。在判断声音质量时通过计算每个声谱的“Lautheit”很有帮助。之前定义的声音范围中的第三类可以被分为三个部分,如下表所示
范围
A
B
C
D
E
F
频率分段HZ
190--650
650--1300
1300--1640
1640--2580
2580--4200
4200--6400

5展示计算“Lautheit”的最后一步。经过听者声波修饰的声谱表现的曲线的顶部。每个频率带的“Lautheit”都由相应的被修饰过的声谱。
----如果在B范围段Lautheit的平均值比总和的平均值大很多,小提琴声音的鼻音则很重。
----如果在B范围段Lautheit的平均值比(A+C+D)总和的平均值小很多,小提琴声音的鼻音则很轻。
----如果在F范围段Lautheit的平均值比(D+E)总和的平均值大很多,小提琴声音则粗糙刺耳。
----如果在F范围段Lautheit的平均值比(D+E)总和的平均值小很多,小提琴声音会则干净清晰。
每个小提琴中的任何音符如果低于以上极限的平均值则十分正常。以上条件可以许多细节相差很大的不同音符完成。这就意味着声音质量的品味并没有严格的限制(例如低沉的或响亮的声音)
乐器质量计算的最后判断是由46个独立声调声谱的以上情形的存在决定的。标准在于每个声调声谱在以上条件中所占的比例。
因此,小提琴的声音质量有以下五大质量参数:
1.             Helmholtz回响的相对水平;
2.             鼻音声音的百分比;
3.             非鼻音声音的百分比;
4.             刺耳声音的百分比;
5.             清音的百分比;
3.3所有小提琴的检测结果
本次实验测试了约700架小提琴,其中包括53架古意大利琴、75old masters(如Hopf, Klotz, Stainer…)和3001800后大师制造,180架工厂制造,42架爱好者制造,及其他。图6展示所有提琴的测试结果。图形上方的黑点表示每个小提琴鼻音和刺耳音的数量。古意大利琴用星号表示。星号和黑点代表高质量小提琴对两个参数的质较低。这就说明高质量的小提琴并没有很多的鼻音或刺耳音。
   
其联合参数可以从图6中连接与坐标轴垂直的个点的曲线得出,曲线延伸至与Y轴相交处。因此,联合参数可以从Y轴的百分数得出,但是由于百分数并不代表百分含义,我们可以理解为自然数。图6中间此参数与亥姆霍兹回响水平作出对比。好的乐器联合参数值小于46,相应的亥姆霍兹回响值高于18DB(数值随即抽取)。能够满足以上两个标准的小提琴在图6的底部展示出非鼻音和刺耳音的数量。参数值较低的小提琴同样是高质量的,只是并不能引起兴趣。
   
7显示能够满足相应参数和亥姆霍兹回响值这两个条件的乐器的百分比,其比值分别为:
工厂琴
8.4%
1800年以后的大师作品
19.1%
1800年以前的大师作品
30.7%
小提琴爱好者制作的提琴
26.5%
古老的意大利小提琴
92.5%

古意大利提琴的好处不仅在于它历史悠久,还有很多乐器年代长久质量却不理想,还有很多新乐器质量上乘。原因可能在于古意大利工匠了解一些特殊的知识,而这些知识在那个年代被传给欧洲的一些小提琴工匠,这也就解释了为什么1800年前其它地区也制造出了音质较高的提琴。
4.结论
已经证明,小提琴的质量特点是可以通过客观的质量参数来衡量的,测量方法必须能够在保证方法本身不应影响乐器声音特点的条件下进行。一个特制的传感器就可以满足此任务。测量出的频率反应曲线包含所有有关乐器声音质量的必要信息。有必要检查耳朵的特点才能够找出人类判断的标准。最终结果表明:所有乐器类别(工厂琴、大师琴、爱好者制作的琴、古老的意大利小提琴)都包含音质高的小提琴,但是每组的数量相对不同。其中工厂制造和现代大师制造的乐器数量是随意的,而古意大利小提琴却并非如此。
   了解诀窍是制造小提琴的一种方式,但更好的方式是了解制作过程中的反馈,了解如何测量声音质量至关重要,本文为如何测量提供了很好的方式,小提琴制造者也可以通过聆听和监督小提琴复杂声音的各个细节来完成此项任务。


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如同给美女测量参数一样,无聊的东西。。。。。。
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