試論民族樂器古箏的結構振動聲學特性

陳邵嵐

(內蒙古赤峰市元寶山區文化廣電體育局 內蒙古 赤峰 024076)

試論民族樂器古箏的結構振動聲學特性

陳邵嵐

(內蒙古赤峰市元寶山區文化廣電體育局 內蒙古 赤峰 024076)

在我國，古箏是一個古老的民族樂器，已經有著非常悠久的發展歷史，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。為了能夠更加詳細的對其進行解釋，方便看眾理解，筆者將從古箏結構的振動聲學方面的特性進行分析闡述。

民族樂器;古箏;結構振動聲學

1 研究背景

古箏作為我國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，能夠表現情感的氣勢磅礴、營造行云流水的意境還可以展現出情調的婉轉細膩，可以說是雅俗共賞之藝術的代表，因而在國內有著非常龐大的群眾根基。

2 關于古箏的結構模型簡化分析

2.1 筆者主要是從樂器的聲學系統方面進行分析，對樂曲部件的組成將其作用劃分為五個子系統，分別有調控系統，如：調弦裝置，用于控制樂器的發聲性能；振動系統，如：琴弦，是指振動產生的物體；共鳴裝置，如：琴箱，能夠對振動體內的振動能量起到擴散作用的結構體；激勵系統，如：彈奏著撥動的手指，能夠對物體起到激發振動的作用；傳導系統，如：琴碼，將產生于振動系統中的振動傳導到共鳴的系統裝置中。

2.2 對于傳統的古箏來講，其聲學和結構振動之間產生的作用主要是表現在主結構的共鳴箱也就是共鳴系統中，為了將古箏仿真的計算過程進行簡化，就需要單獨的對琴碼傳遞的作用和琴弦振動的作用進行分析，從而將古箏振動簡化的模型鑄就條件形成，以便能夠有效的運用在共鳴系統中，以此來分析振動的聲學特性(如：圖一，簡化的模型結構)。

3 關于古箏結構振動響應的仿真特性分析

3.1 筆者主要是通過對有限元法對古箏主結構的分析利用，將振動響應的特性闡述了出來。其中包括有建立古箏實體，對古箏模型進行簡化，將有限元的網絡模型的三維結構設置出來，以便能夠對古箏制造所用到的木材結構等材料參數進行確定，其中還包括了古箏的飾件、油漆以及鏤花等附加的質量。在對古箏的弦張力對結構預應力的效應分析以后，將古箏的主結構振動源的阻尼系數和載荷確定了出來，并對給定頻率激勵之下的古箏結構的振動響應進行了計算。

3.2 關于古箏主結構的尺寸。簡化后的古箏面板呈現出規則的拱面，在將主結構中的縱向拱度忽略以后，其主要的幾何參數分別有：1.610米和0.300米的總長度和寬度、10毫米的上下板面厚度、60毫米的側板高度、20毫米的側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。

在實體建模軟件ProE的利用下，將古箏實體的模型建立了出來，隨后在PATRAN軟件中導入，通過四面體三維實體軟件的作用將Tet單元劃分為網格狀，總共劃分成了九萬多個單元網格，兩萬多個節點(如：圖二，古箏結構有限元的模型)。

3.3 關于古箏結構材料性能的參數分析。現階段，主要有兩種材料用于傳統古箏的制造，如：上下面板的材料使用的是泡桐，隔板和側板的材料使用的是松木。同時，還有一些油漆、修飾件和調音柱等可以當做是附加的質量進行考慮。

3.4 關于古箏結構振動仿真的實驗驗證的結果。在將三維有限元的古箏結構模型建立完成后，需要將其材料性能的參數確定出來，這樣有助于分析其頻響和模態。首先需要做的是約束條件的施加，在古箏振動實驗和演奏過程的影響下，施加三個位移的自由度約束在古箏底板兩端表面的節點中；隨后在對模態的和諧響應分析以后，分別可以得到古箏結構的頻響特性、模態頻率以及振型。

4 分析古箏主結構中的聲學特性

4.1 分析聲學有限元模型原理。在計算聲學有限元的過程中，有關于聲學介質聲壓需要同Helmholtz的方程式相一致：

其中，波數是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來表示的。

4.2 關于古箏三衛聲學中有限元模型的建立。在ACTRAN軟件的利用下，對結構振動的聲學特性進行仿真實驗，分別有三部分的三維聲學有限元的模型被輸入，如：聲輻射介質的有限聲場和無限聲場之間的耦合面、聲輻射介質和結構之間的耦合面以及聲輻射介質的有限聲場。

5 總結

綜上所述，在西方文化的強烈沖擊下，我們作為中國傳統文化的傳承者，必須使用科學、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，首先需要做的是對其性能進行分析，在進行古箏結構振動有限元的模型構建，筆者在對一些列的實驗結果進行分析以后，在保持其參數合理的情況下簡化了古箏結構，并驗證了其結構振動中聲學特性的可行性。

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1672-5832(2016)08-0192-01