專利名稱：用于播放聲音和音樂的聲板以及用于制造該板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于播放聲音和音樂的聲板(sound panel)以及用于制造該板的方法。更具體地，本發(fā)明涉及由木材制造的聲板，為了能夠播放由音源產(chǎn)生的聲音和音樂，它可以連接到該音源，該音源可以是任何類型的，例如CD播放器、收音機(jī)、磁帶播放器或者混頻器。
眾所周知可以用揚(yáng)聲器重現(xiàn)和播放音樂。揚(yáng)聲器通常包括薄的圓錐狀振動(dòng)膜，該振動(dòng)膜安裝在回音室內(nèi)部，并且為了產(chǎn)生沿著振動(dòng)膜表面的聲波，它在中央部分被連接到線圈型電磁換能器。
但是，這些揚(yáng)聲器有缺點(diǎn)，就是它們只能在有限的頻率范圍內(nèi)工作，并且為了加強(qiáng)某組頻率，例如低頻、中頻和高頻，有必要在同一揚(yáng)聲器或多個(gè)揚(yáng)聲器中使用一定數(shù)量的振動(dòng)膜。
此外，為了避免由振動(dòng)膜所產(chǎn)生聲音的有害干涉性效應(yīng)，需要使用回音室。
本發(fā)明的目的是通過提出一種能夠播放由任何電子聲源所產(chǎn)生的聲音和音樂的揚(yáng)聲器，以此來避免上述的缺點(diǎn)。
在該目的中，本發(fā)明的目的是提供一種聲板，它能夠真實(shí)地播放聲音和音樂，就像樂器一樣。
本發(fā)明的另一目的是提供一種聲板，它不會(huì)受到損害其正常操作的過量應(yīng)力。
此外，本發(fā)明的目的是最小化聲板的聲學(xué)機(jī)械阻抗。
本發(fā)明的另一目的是創(chuàng)造出一種具有審美愉悅感并且可以適應(yīng)任何環(huán)境的聲板。
本發(fā)明的又一目的是提供一種高度可靠、制造簡便并且成本較低的聲板。
在下文中將會(huì)更加明顯的這些以及其它的目的可以由根據(jù)本發(fā)明用于播放聲音和音樂的聲板來實(shí)現(xiàn)，該聲板的特征在于，它包括由木材制成的共鳴板(soundboard)；固定到該共鳴板上以對(duì)該共鳴板施加機(jī)械張力的至少一個(gè)系件；安裝到共鳴板的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)、并且連接到電音源以將來自于電音源的電信號(hào)形式的音頻信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板的后續(xù)振動(dòng)的電能機(jī)械能換能器；所述共鳴板包括具有彼此不同厚度的區(qū)域，這是為了在一定聲學(xué)頻率范圍內(nèi)將來自于共鳴板的能量均勻分布地傳輸至空中。
有利地，在較佳實(shí)施例中有一種聲音和音樂回放裝置，它包括所述聲板，以及連接到安裝在板中的換能器、并且可連接到一個(gè)或多個(gè)電子聲源揚(yáng)聲器輸出的轉(zhuǎn)換電路，以便將來自于電音源電信號(hào)形式的音頻或音樂信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板后續(xù)振動(dòng)。
本發(fā)明的目的還可以通過用于制造播放聲音和音樂的聲板的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法的特征它包括如下步驟-構(gòu)建由木材制成的共鳴板，它基本平整，并且具有預(yù)定的形狀；-確定共鳴板的固有振動(dòng)頻率；-確定共鳴板的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；-為了確定沿著板面上一定音頻范圍的峰值強(qiáng)度，繪制共鳴板表面的頻率分布圖。
-改變根據(jù)不同頻率下獲得的不同峰值強(qiáng)度而選擇的不同共鳴板區(qū)域的厚度；-將至少一個(gè)系件(tie)用在共鳴板上以對(duì)該共鳴板施加機(jī)械張力；-為了將來自于電音源電信號(hào)形式的音頻或音樂信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板后續(xù)振動(dòng)，在確定的節(jié)點(diǎn)設(shè)置電能機(jī)械能換能器，最好是雙態(tài)壓電陶瓷類型的。
從下面根據(jù)本發(fā)明的聲板以及制造方法的較佳、但并非唯一實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明顯，這些特征和優(yōu)點(diǎn)在附圖中以非限制性示例的方式示出，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的聲板全視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聲板全視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的聲板全視圖。
參照附圖，通常由標(biāo)號(hào)1所指代的根據(jù)本發(fā)明的聲板，包括由木材制成的共鳴板2，它最好是由杉木，由其是Val di Fiemme杉木制成的。
當(dāng)然，共鳴板可以是任何材料或任何木材制成的，只要它們是可以用在撥弦樂器制作師luthier工作室或者是通常制造樂器的共鳴板的工作室。
共鳴板2包括多個(gè)木制長條，它們被粘合在一起以形成具有預(yù)設(shè)形狀的基本平整結(jié)構(gòu)。
木制長條最好是按照一定的排列方式，從而它們的木纖維基本朝向共鳴板形體的長邊或長對(duì)角方向，例如沿其主方向或主對(duì)角線，例如沿著圖2所示的方向25。
此外，通過切割與杉木樹干徑向基本平行的平面，從而其紋理基本垂直于長條的主表面，以獲得不會(huì)由于潮濕而扭曲的共鳴板。
共鳴板2安裝在基座20上，并且包括的至少一個(gè)、最好是兩個(gè)系件3和4，它們粘合在共鳴板上，并且相對(duì)于木材纖維的方向基本是沿著徑向或橫向方向排列。該系件最好也是由杉木制成，具有一定的尺寸和曲率半徑，以對(duì)共鳴板2施加一定的機(jī)械張力。當(dāng)然系件的數(shù)量也可以超過兩個(gè)，這取決于具體要求和共鳴板的尺寸。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，具有兩個(gè)系件23和24的聲板26適于通過裝備有減震器的夾具21和22(為了使得懸掛的聲板與壁保持大約8-10厘米)而懸掛在壁(wall)上。當(dāng)然可以不同的方式來懸掛聲板，只要將板固定在壁或天花板上的方式能夠減震并且防止振動(dòng)從板中傳出或傳入板中即可。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的聲板10包括，除了共鳴板12以及系件13和14之外，還有在共鳴板中形成以增加其附加音質(zhì)屬性的開口17。
現(xiàn)在回到圖1所示的聲板，共鳴板2具有底座5，底座處于共鳴板振動(dòng)模式的節(jié)點(diǎn)上，下文對(duì)確定該節(jié)點(diǎn)的情形做出描述。底座5所處的節(jié)點(diǎn)可以基本安排在共鳴板的中央位置上，如圖1所示，但是可以根據(jù)板的尺寸和形狀對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整。例如，節(jié)點(diǎn)可以處于共鳴板邊緣的附近，如圖2所示的情形。
電能機(jī)械能換能器9(在圖2中是29)插入到底座5中，并且在合適的電聲信號(hào)對(duì)其供以能量時(shí)，能夠?qū)缠Q板2施加機(jī)械振動(dòng)，重現(xiàn)來自于音源的聲音。
在較佳實(shí)施例中，換能器9是雙態(tài)壓電陶瓷彎機(jī)(bimorphic piezoceramicbender)，例如由日本富士公司和大阪有限公司(http://fuji-piezo.com)投放到市場的一種彎機(jī)，它通過直徑大約為50mm的雙態(tài)壓電陶瓷盤，能夠在大約60到16000Hz的頻率范圍、大約6N到20N范圍的阻滯力(可以通過單個(gè)的致動(dòng)器來產(chǎn)生最大力，即將最大移動(dòng)減小為零所需的阻滯力)、以及從大約70V到100V范圍的電源電壓下，產(chǎn)生基本大于200μ的機(jī)械移動(dòng)。
換能器9通過纜線6的方式連接到音頻轉(zhuǎn)換電路，而該電路又連接到音源的音頻輸出，諸如例如未在圖中示出的音樂CD播放器的模擬音頻輸出。
轉(zhuǎn)換電路最好是與聲板1相隔開，并且適于將來自于所述電音源以電信號(hào)形式的聲學(xué)或音樂信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板后續(xù)振動(dòng)。
具體地，該電路包括用于轉(zhuǎn)換和適應(yīng)市電電壓的級(jí)(stage)，它由具有極低電壓的三組次級(jí)繞組的具有晶粒取向性硅鋼片鐵芯的變壓器、保險(xiǎn)絲元件、電源開關(guān)以及用于連接到市電電源的纜線所構(gòu)成。
為了濾波并穩(wěn)定信號(hào)，同時(shí)使用包括有Graetz電橋整流器、電平調(diào)節(jié)電容以及用于雙電壓的單片線性電壓穩(wěn)定器的一級(jí)以及用于手動(dòng)設(shè)置輸出電壓的器件。轉(zhuǎn)換電路還包括用于匹配和平衡輸入音頻信號(hào)的級(jí)，它包括無源自適應(yīng)性輸入網(wǎng)絡(luò)以及具有個(gè)手動(dòng)調(diào)整功能的五波段模擬集成電路。
此外，提供有低頻固態(tài)放大器級(jí)，它由具有MOSFET末級(jí)晶體管的AB類單片線性放大器電路、數(shù)字抑制噪聲電路以及SOA保護(hù)電路所組成。
最后，最好是通過抑制噪聲和備用功能控制邏輯系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換電路，該系統(tǒng)具有雙穩(wěn)態(tài)CMOS存儲(chǔ)電路以及指示“備用”狀態(tài)的LED。
電能機(jī)械能換能器9用于以振動(dòng)形式將能量傳送至共鳴板，將代表由音頻或音樂源發(fā)射出的所述音頻信息的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械脈沖。
為了最優(yōu)化在板1木材內(nèi)部的能量傳送，共鳴板2包括一個(gè)或多個(gè)具有不均勻厚度或彼此不同厚度的一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)區(qū)域，它們的厚度可以在1.2到6.3mm內(nèi)波動(dòng)，以在一定的音頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)從共鳴板到空中的更均勻的能量傳送。圖1通過示例的方式示出了厚度減小的區(qū)域7以及厚度增加的區(qū)域8。
根據(jù)經(jīng)典的撥弦樂器制作師luthier技術(shù)，并且最好按照下列列出的操作來安排和設(shè)置各區(qū)域的厚度。
對(duì)板的形狀和尺寸進(jìn)行選擇，首先開始的主題是記下要?jiǎng)?chuàng)建的紙模，該模的長邊或長對(duì)角線方向與木纖維的方向基本一致。共鳴板實(shí)際上可沿著這些方向彎曲。
在創(chuàng)建紙模之后，通過按照單層來排列選定的木制(較好是杉木，最好是Fiemme杉木)的長條來構(gòu)建共鳴板，使得纖維與長條的較大表面基本垂直或其它相對(duì)情形，總之不是平行，如上所述。每個(gè)長條的寬度(僅僅是示例性的)為7-8毫米，厚度為7-9毫米，在纖維方向上的長度大約為120厘米。
這樣所獲得的聲板的粗略形體被膠粘住，并且其厚度被調(diào)整為大約8.5毫米，以使得在制造樂器共鳴板過程中常用的木制嵌片嵌入在邊緣上或隨后插入到其它部分。
在嵌入和鑲片操作之后，將共鳴板的厚度再次調(diào)整為大約4.5到6.5mm的范圍內(nèi)，因此它最好是平整的。
隨后，通過音頻讀取工具的手段以及撞擊共鳴板的方式，執(zhí)行測試，以確定具有預(yù)設(shè)形狀的共鳴板的固有振動(dòng)頻率。然后在共鳴板的表面繪制頻率分布圖，以確定沿著共鳴板表面的各種音頻振動(dòng)的峰值強(qiáng)度。
或者，如同在經(jīng)典lute琴制作技術(shù)中所發(fā)生的那樣，通過在不同點(diǎn)來撞擊共鳴板可以實(shí)現(xiàn)共鳴板的頻率分布圖繪制。該方法對(duì)于每一個(gè)點(diǎn)都放置一個(gè)音叉，以測量其響應(yīng)并且標(biāo)記板上執(zhí)行測量的點(diǎn)。
如本領(lǐng)域一般技術(shù)人員易于理解的那樣，也可以使用另一種繪制技術(shù)。
執(zhí)行繪制還可以確定需要使用電能機(jī)械能換能器的激發(fā)點(diǎn)，還可以制備換能器所要插入的底座。在能夠?qū)崿F(xiàn)到共鳴板的最優(yōu)能量傳送的共鳴板振動(dòng)節(jié)點(diǎn)中選定一位置。
依照繪制的結(jié)果，在被測區(qū)域中設(shè)計(jì)共鳴板的厚度，以平衡各頻率下的聲音強(qiáng)度，并且最小化共鳴板的聲學(xué)機(jī)械阻抗。厚度減小使得低頻音調(diào)加強(qiáng)，而使用系件可以加強(qiáng)高頻。
通過使用小系件(此處稱為次級(jí)系件)，就有可能按照定聲音頻率波段的振動(dòng)強(qiáng)度將振動(dòng)能量有利地從共鳴板(尤其是)富聲區(qū)傳送至貧聲區(qū)。
然后雕刻板的背面，其中厚度必須減小，同時(shí)系件需要整型。隨后將系件粘合到模板上，對(duì)單個(gè)的共鳴板執(zhí)行該過程，并且對(duì)所有的表面執(zhí)行拋光。
系件的尺寸最好是從大約120毫米到780毫米的范圍內(nèi)，同時(shí)厚度在4.5毫米到8毫米的范圍內(nèi)，并且高度在4到13毫米的范圍內(nèi)。從而對(duì)于橫向室來說，對(duì)共鳴板給予一定負(fù)載的曲率半徑從1到9毫米。
然后再次執(zhí)行至少一次附加聲學(xué)測試。并且通過手動(dòng)修正厚度和/或整型系件來改進(jìn)共鳴板的響應(yīng)，直到取得最好的聲學(xué)機(jī)械阻抗(必須最小化)以及木材內(nèi)最好的能量傳送為止。確定系件的尺寸，從而它們可以對(duì)共鳴板提供適度的張力，并且有助于能量在木制纖維的徑向方向傳送。
最后，對(duì)聲板涂上油漆，進(jìn)行拋光處理，和表面精修，壓電陶瓷彎機(jī)9永久性插入到它的底座5中，并且纜線6的導(dǎo)線焊接在彎機(jī)9上，通過將彎機(jī)黏附到共鳴板2的底座上來將其固定，并且由木塞保護(hù)。
較佳地，隨后在聲板上執(zhí)行附加的最終測試，并且記錄下其頻率響應(yīng)的特征頻譜。
一旦通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法制成了聲板，則可以制成并輕易復(fù)制具有相同形狀和尺寸的聲板，雖然獲得了作為每一單個(gè)板特征的聲學(xué)品質(zhì)，如同在相同的樂器中出現(xiàn)的一樣，這樣就可以減少要執(zhí)行的測試次數(shù)。
在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)和目的。
這樣設(shè)計(jì)的設(shè)備易于做出各種修改和變化，這些修改和變化都落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)。所有的細(xì)節(jié)都可以由其它技術(shù)性等效部分所替代。
在實(shí)際應(yīng)用中，所用到的材料、還有尺寸都可以根據(jù)需要和工藝水平來進(jìn)行具體設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于播放聲音和音樂的聲板，其特征在于，它包括由木材制成的共鳴板；配合到所述共鳴板以對(duì)所述共鳴板施加機(jī)械張力的至少一個(gè)系件；電能機(jī)械能換能器，安裝到所述共鳴板上的共鳴板振動(dòng)節(jié)點(diǎn)處，并且可以連接到電子聲源，以將來自所述電子聲源以電信號(hào)形式到達(dá)的音頻信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板后續(xù)振動(dòng)，所述共鳴板包括彼此具有不同厚度的多個(gè)聲學(xué)區(qū)域，以便在一聲頻范圍上均勻分布從共鳴板到空中的能量傳送。
2.如權(quán)利要求1所述的聲板，其特征在于，將所述聲板的具有不同厚度的所述聲學(xué)區(qū)域的大小定成具有較小的厚度，以便于增強(qiáng)低聲頻。
3.如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的聲板，其特征在于，它包括次級(jí)系件，它被配合成相對(duì)于所述聲板的木材纖維以徑向的方式來傳送振動(dòng)能量，以減少所述共鳴板的聲學(xué)機(jī)械阻抗。
4.如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的聲板，其特征在于，所述共鳴板通過多個(gè)木制長條形成，它們相互粘合、并被排列成所述木材的纖維基本沿著所述共鳴板的長邊或長對(duì)角方向。
5.如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的聲板，其特征在于，所述電能機(jī)械能換能器是雙態(tài)壓電陶瓷類型的，在從大約60到大約16000Hz的頻率范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生基本大于200μ的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所述換能器具有在大約6N到大約20N范圍內(nèi)的阻力，以及在大約70V到大約100V范圍內(nèi)的電源電壓。
6.如任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的聲板，其特征在于，所述電能機(jī)械能換能器可以通過轉(zhuǎn)換電路連接到所述電子音源，以便將所述電子音源的模擬音頻輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述電信號(hào)。
7.一種用于制造播放聲音和音樂的聲板的方法，其特征在于，它包括如下步驟-構(gòu)建由木材制成的共鳴板，它基本平整并具有預(yù)定形狀；-確定所述共鳴板的固有振動(dòng)頻率；-確定所述共鳴板的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；-為了確定沿著共鳴板表面的音頻范圍內(nèi)的峰值強(qiáng)度，繪制共鳴板表面上的頻率分布圖；-根據(jù)不同頻率上所獲得的峰值強(qiáng)度值，更改所選定共鳴板的各個(gè)區(qū)域的厚度；-將至少一個(gè)系件加到所述共鳴板上以對(duì)所述共鳴板施加機(jī)械張力；-為了將來自電音源的電信號(hào)形式的音頻或音樂信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板后續(xù)振動(dòng)，在確定的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置電能機(jī)械能換能器，最好是雙態(tài)壓電陶瓷類型的電能機(jī)械能換能器。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，構(gòu)建共鳴板的步驟包括如下步驟-繪制形狀；-將多個(gè)木制長條粘合在一起，將它們排列成基本形成所繪形狀且所述木材纖維基本沿著所繪形狀的長邊或長對(duì)角線方向。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，它包括在所述粘合步驟之后的如下步驟-將所述共鳴板校準(zhǔn)成第一厚度；-嵌入所述共鳴板的邊緣，并且將木制嵌片沿著所述共鳴板的邊緣插入；-將所述共鳴板校準(zhǔn)成比第一厚度要小的第二統(tǒng)一厚度。
10.如權(quán)利要求7-9任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述頻率分布圖繪制的步驟包括如下步驟-在所述范圍的音頻下振動(dòng)所述共鳴板；-對(duì)于每一所述頻率在所述多個(gè)區(qū)域上分別測量振動(dòng)的強(qiáng)度。
11.如權(quán)利要求7-10任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，它還包括對(duì)所述系件整型的步驟。
12.如權(quán)利要求7-11任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，它對(duì)厚度已更改的共鳴板的各個(gè)區(qū)域重復(fù)確定強(qiáng)度峰值的步驟。
13.如權(quán)利要求7-12任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述選定區(qū)域的厚度被選為使從所述聲板到空中的能量傳送最優(yōu)化。
14.一種用于播放聲音和音樂的裝置，其特征在于，它包括根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的聲板，以及連接到配合在所述板中的換能器、且能連接到電音源的一個(gè)或多個(gè)音頻輸出的轉(zhuǎn)換電路，以便于將來自所述電音源的電信號(hào)形式的音頻或音樂信息換能為機(jī)械脈沖和共鳴板后續(xù)振動(dòng)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換電路包括對(duì)所述電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)的級(jí)，濾波和穩(wěn)壓級(jí)，所述輸入音頻信號(hào)的適配器和均衡器級(jí)，具有靜噪或備用功能的控制邏輯，以及低頻放大器級(jí)。
全文摘要
一種用于播放聲音和音樂的聲板(1)，它包括由木材制成的基本平整的共鳴板(2)，固定到所述共鳴板以對(duì)所述共鳴板施加機(jī)械張力的至少一個(gè)系件(3，4)，電能機(jī)械能換能器(9)，安裝到所述共鳴板上的共鳴板振動(dòng)節(jié)點(diǎn)處，并且可以連接到電音源，以將來自于所述電音源以電信號(hào)形式的共鳴板音頻信息換能為機(jī)械脈沖和后續(xù)振動(dòng)，所述共鳴板包括聲學(xué)區(qū)域，它們具有彼此不同厚度，以使得在一定范圍音頻內(nèi)從共鳴板到空中的能量傳送有均勻分布。
文檔編號(hào)G10K11/172GK1882196SQ20061009134
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日
發(fā)明者F·奧尼貝尼 申請(qǐng)人:恩里科奇雷薩有限公司