專利名稱：自由振動(dòng)式完全共鳴型樂(lè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種樂(lè)器，特別是涉及一種發(fā)音元件依靠本身自由振動(dòng)頻率產(chǎn)生樂(lè)音的樂(lè)器。
在現(xiàn)有的各種樂(lè)器中，弦樂(lè)器均依靠弦的被動(dòng)振動(dòng)產(chǎn)生一定頻率，該頻率與弦的質(zhì)量、粗細(xì)、長(zhǎng)度和拉緊程度有關(guān)，并將此振動(dòng)傳遞給一個(gè)薄的振動(dòng)面，強(qiáng)制其發(fā)生相同頻率的振動(dòng)，從而發(fā)出樂(lè)音，該樂(lè)音的頻率和音質(zhì)均根據(jù)上述原件狀態(tài)的改變而發(fā)生變化，因此極不穩(wěn)定；簧樂(lè)器則依靠簧片在氣流沖擊下強(qiáng)制振動(dòng)發(fā)音，其頻率依靠簧片的厚度及長(zhǎng)度而變化，屬于穩(wěn)定型的一種，但簧片必須很薄，因此容易損壞，且其音量由于樂(lè)器的構(gòu)造而受到較大限制；管樂(lè)器則通過(guò)氣流按特定方式進(jìn)入管口小孔，使管內(nèi)空氣產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)音，其頻率與管長(zhǎng)相關(guān)，當(dāng)氣流進(jìn)入管孔的方式不當(dāng)時(shí)，則不能發(fā)音；打擊樂(lè)器依靠敲擊樂(lè)器平面使其振動(dòng)而發(fā)音，演奏較簡(jiǎn)單，但其振動(dòng)不是某一單純的頻率，而是多種頻率的混合振動(dòng)，而各種頻率間不存在稱為“和音”的和諧關(guān)系，因此發(fā)出的只能是一種噪聲，而不是樂(lè)音，而且一般只能發(fā)出一種固定的撞擊聲，因此不能用來(lái)表現(xiàn)旋律，只能表現(xiàn)節(jié)奏。以上樂(lè)器的共同特點(diǎn)是共鳴不是完全的，共鳴作用沒(méi)有充分得到發(fā)揮。另外一類樂(lè)器是依靠發(fā)音元件的本身固有頻率自由振動(dòng)而發(fā)音，因此其頻率相當(dāng)穩(wěn)定，如鋁板琴、木琴等。這類樂(lè)器具有打擊樂(lè)器演奏簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又具有其它樂(lè)器能演奏各種旋律的功能，其音色優(yōu)美獨(dú)特，不同于其它樂(lè)器，但其設(shè)計(jì)和制造工藝全憑樂(lè)器制造師的經(jīng)驗(yàn)，其發(fā)音元件——音板均剜成特定形狀，使其發(fā)出較宏亮而具有一定頻率的樂(lè)音。這種樂(lè)器的音調(diào)是否準(zhǔn)確，完全依賴樂(lè)器制造者的經(jīng)驗(yàn)和水平來(lái)決定，而不是依靠科學(xué)計(jì)算；其中一些高檔的樂(lè)器均備有共鳴管，但其共鳴管也沒(méi)有經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算，因此也屬于一種不完全共鳴，因此共鳴效果不理想，甚至完全未發(fā)生共鳴，共鳴管在某種程度上僅起到裝飾作用。為了使其有足夠的音量，一般均將音板尺寸加大，使整臺(tái)樂(lè)器顯得很笨重。
本實(shí)用新型的目的是提供一種完全依靠科學(xué)計(jì)算的發(fā)音元件，共鳴管也經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算，使其產(chǎn)生完全而充分的共鳴，由此設(shè)計(jì)制造的樂(lè)器，能達(dá)到音質(zhì)優(yōu)美柔和，發(fā)音宏亮悠揚(yáng)，且元件尺寸小、重量輕，用任何硬質(zhì)材料均可制造。
本實(shí)用新型提出的目的，是按照下述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的發(fā)音元件由硬質(zhì)矩形截面的長(zhǎng)條形平板構(gòu)成，該平板用兩個(gè)柔性支撐支持在載體上，支撐點(diǎn)位于振動(dòng)的兩節(jié)點(diǎn)處，其下方是一共鳴管，以保證產(chǎn)生完全的共鳴。
首先選定一種材料(一般使用鋼板即可)，將該板材裁成一定長(zhǎng)度的矩形長(zhǎng)條，由于其寬度與發(fā)音頻率無(wú)關(guān)，因此可根據(jù)實(shí)際情況決定適當(dāng)寬度即可，兩面均為平面，不需制成特殊形狀，其厚度和長(zhǎng)度與頻率密切相關(guān)，各參數(shù)間存在如下關(guān)系自然振動(dòng)周期T=2πWFg............(1)]]>式中T為振動(dòng)周期W為振動(dòng)系之重量F為使物體產(chǎn)生單位變形時(shí)所需之力g為重力加速度由于頻率等于周期之倒數(shù)，故f=1T=12πFgW............(2)]]>以上公式中的變量與發(fā)音元件的尺寸，密度、彈性模量相關(guān)，當(dāng)發(fā)音元件為一具有矩形截面的長(zhǎng)條形平板，并自由支撐在兩支點(diǎn)上時(shí)，可將其視為一簡(jiǎn)支梁，當(dāng)其產(chǎn)生自然振動(dòng)時(shí)，會(huì)形成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，而兩個(gè)支點(diǎn)則應(yīng)位于節(jié)點(diǎn)上，在這種情況下，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)化簡(jiǎn)后的頻率與發(fā)音元件尺寸的關(guān)系式為f=c·Eρ·SL2............(3)]]>式中f為音階頻率，單位為赫茲E為彈性摸量，單位為千克/厘米2ρ為材料密度，單位為克/厘米3L為板長(zhǎng)，S為板厚，單位為毫米c為綜合化簡(jiǎn)后之系數(shù)c之值約在10000至11000之間，其值與材質(zhì)，熱處理狀態(tài)，軋制和加工狀態(tài)有關(guān)，詳值可根據(jù)板材狀況通過(guò)初步計(jì)算后，由實(shí)驗(yàn)確定。
在板的下方設(shè)置共鳴管，共鳴管的長(zhǎng)度與音波的波長(zhǎng)相關(guān)，亦即與音速v和頻率f相關(guān)，而與管的直徑無(wú)關(guān)。當(dāng)共鳴管為無(wú)底的通管時(shí)，管長(zhǎng)為l=500vf-d............(4)]]>當(dāng)共鳴管為一端有底的不通管時(shí)，管長(zhǎng)為l=250vf-d............(5)]]>式中，l為共鳴管長(zhǎng)，單位為毫米v為音速，單位為米/秒f為頻率，單位為赫茲d為管口與音源之距離，單位為毫米在計(jì)算時(shí)，音階頻率按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為音階A＝440赫茲，音速根據(jù)國(guó)際最新測(cè)定并經(jīng)公認(rèn)的速度為，在0℃及海平面標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，聲音在干燥空氣中的速度為Vo＝331.29米/秒。
在其它溫度之聲速為Vt＝Vo+0.54t………………………(6)式中Vt為在溫度為t時(shí)之音速Vo為在溫度為0℃時(shí)之音速t為計(jì)算條件下的氣溫(℃)按照以上方法設(shè)計(jì)的樂(lè)器，在任何頻率下均可獲得完全的共鳴，使發(fā)音元件的音量擴(kuò)大數(shù)十倍以上，用柔性琴錘敲擊，即可發(fā)出準(zhǔn)確、悠揚(yáng)、洪亮而且優(yōu)美柔和的樂(lè)音，具有一種夢(mèng)幻般的特殊效果。
附圖為一實(shí)施例，


圖1為樂(lè)器的正視圖，圖2為樂(lè)器的俯視圖，圖中1為發(fā)音元件，2為柔性支撐，3為共鳴管，4為樂(lè)器載體，該載體可用各種適當(dāng)方式固定在支架上，以便形成一架便于彈奏的樂(lè)器整體。
權(quán)利要求1.一種自由振動(dòng)式完全共鳴型樂(lè)器，該樂(lè)器用柔性琴錘敲擊發(fā)音，其特征在于發(fā)音元件由硬質(zhì)矩形截面的長(zhǎng)條形平板構(gòu)成，該平板用兩個(gè)柔性支撐支持在載體上，支撐點(diǎn)位于振動(dòng)的兩節(jié)點(diǎn)處，其下方置一共鳴管，以保證產(chǎn)生完全的共鳴，發(fā)音元件及共鳴管尺寸均經(jīng)科學(xué)計(jì)算確定。
2.按權(quán)利要求1所述樂(lè)器，其特征在于發(fā)音元件尺寸按f=c·Eρ·SL2]]>計(jì)算，當(dāng)f單位為赫茲，S及L單位為毫米時(shí)，系數(shù)c之值在10000至11000之間。
3.按權(quán)利要求1、2所述樂(lè)器，其特征在于當(dāng)共鳴管無(wú)底時(shí)，其長(zhǎng)度按l=500vf-d]]>計(jì)算。
4.按權(quán)利要求1、2所述樂(lè)器，其特征在于當(dāng)共鳴管有底時(shí)，其長(zhǎng)度按l=250vf-d]]>計(jì)算。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種自由振動(dòng)式完全共鳴型樂(lè)器，其發(fā)音元件由硬質(zhì)矩形截面的長(zhǎng)條形平板構(gòu)成，該平板用兩個(gè)柔性支撐支持在載體上，支撐點(diǎn)位于振動(dòng)的兩節(jié)點(diǎn)處，其下方置一共鳴管，發(fā)音元件及共鳴管的尺寸完全依靠科學(xué)計(jì)算確定，因此其音調(diào)準(zhǔn)確，音質(zhì)洪亮悠揚(yáng)，音色優(yōu)美柔和，具有一種夢(mèng)幻般的特殊效果。
文檔編號(hào)G10D13/08GK2245797SQ9521960
公開(kāi)日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1995年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月3日
發(fā)明者楊天博 申請(qǐng)人:楊天博