本文關(guān)鍵詞：立式鋼琴音板的振動(dòng)模態(tài)與輻射

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【摘要】：當(dāng)把一部鋼琴描述為一個(gè)聲學(xué)系統(tǒng)時(shí),鋼琴的琴弦等效于濾波器,音板等效于功率放大器和輻射單元,其固有振動(dòng)模態(tài)等效于該功率放大器和輻射單元的傳遞函數(shù)和輻射特性。本文的主要研究?jī)?nèi)容為立式鋼琴音板的振動(dòng)模態(tài)以及鋼琴的輻射聲功率級(jí),對(duì)了解鋼琴聲學(xué)系統(tǒng)具有重要意義。 本文首先構(gòu)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ModalVIEW模態(tài)分析儀,采用單點(diǎn)參考法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了詳細(xì)的測(cè)試條件和實(shí)驗(yàn)過(guò)程,以及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理的方法。 其次,測(cè)量了鋼琴音板的模態(tài)參數(shù),對(duì)比各種不同結(jié)構(gòu)音板(或光板)的模態(tài)特性。音板模態(tài)分析的結(jié)果表明,立式鋼琴音板在100 Hz以下只有一個(gè)模態(tài)頻率且第二階模態(tài)頻率與第一階模態(tài)頻率相距較遠(yuǎn),造成立式鋼琴低音不飽滿(mǎn)。不同音板的模態(tài)對(duì)比結(jié)果表明：就樹(shù)種而言,泡桐木光板的表現(xiàn)優(yōu)于云杉光板和楸木光板；就厚度而言,7mm厚光板的的表現(xiàn)要優(yōu)于12mm厚光板和17 mm厚光板的表現(xiàn)；就肋木密集程度而言,可以認(rèn)為,稀疏肋木(5根肋木)音板的總體表現(xiàn)要優(yōu)于密集肋木(19根肋木)音板的表現(xiàn)。 然后,計(jì)算了鋼琴音板在0 Hz-4 kHz頻率范圍內(nèi)的聲輻射效率。結(jié)合測(cè)量的音板振動(dòng)數(shù)據(jù),利用有限元與邊界元分析軟件SYSNOISE從輻射效率這一角度討論鋼琴音板的聲輻射特性。結(jié)果表明：在100 Hz以下的頻率范圍內(nèi),音板的輻射效率很低；在100Hz至800 Hz的頻率范圍內(nèi),鋼琴音板輻射效率一般；在800 Hz至4 kHz的頻率范圍內(nèi),鋼琴音板的輻射效率較高,最大輻射效率出現(xiàn)在2 kHz左右。 最后,分析了三款國(guó)內(nèi)外立式鋼琴的輻射聲功率級(jí)�？偮暪β始�(jí)分析結(jié)果表明：同一力度彈奏不同鋼琴的聲功率級(jí)差別較大；不同鋼琴單音聲功率級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍差異較大,鋼琴A(德國(guó)Schimmel,125DN)的動(dòng)態(tài)范圍要大于鋼琴B(珠江鋼琴,UP118)和C(日本Yamaha, YU118C)的動(dòng)態(tài)范圍；不同彈奏內(nèi)容的聲功率動(dòng)態(tài)范圍也存在差異,與單音對(duì)比,演奏音階的聲功率級(jí)動(dòng)態(tài)范圍明顯更小。然后,在不同頻段范圍(按1/3倍頻帶劃分)進(jìn)行分析的結(jié)果表明：彈奏音階時(shí),三架鋼琴的音域范圍都較為寬廣,其中以鋼琴A的音域最寬；鋼琴聲功率級(jí)在頻率630 Hz處出現(xiàn)最大值,并隨著頻率的升高或降低逐漸衰減；在63 Hz至4 kHz的頻率范圍內(nèi),鋼琴聲輻射功率級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍隨著頻率的增加而逐漸增加。彈奏單音時(shí),若單音基頻低于100 Hz,其聲功率的輻射主要依靠2次以上諧波頻率；當(dāng)單音基頻高于100 Hz時(shí),聲輻射功率峰值都出現(xiàn)在該基頻所在1/3倍頻帶的中心頻率處。最后可以得到,不同鋼琴輻射聲功率的能力差異較大,在f力度下彈奏鋼琴音階時(shí),鋼琴A的輻射聲功率的能力最好,鋼琴B的輻射聲功率級(jí)的能力最差。簡(jiǎn)而言之：三部鋼琴的基本聲功率級(jí)特征一致；以鋼琴A(德國(guó),Schimmel125DN)為參考,則鋼琴B(珠江鋼琴,UP118)在動(dòng)態(tài)范圍、音域?qū)挾群洼椛淠芰ι隙加写倪M(jìn)。
【關(guān)鍵詞】：立式鋼琴 音板 模態(tài) 輻射效率 聲功率級(jí)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：J624.1;O422.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 存在的不足15
• 1.3 本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)15-17
• 第二章 模態(tài)分析的基本原理17-27
• 2.1 單自由度系統(tǒng)17-19
• 2.1.1 系統(tǒng)方程及傳遞函數(shù)17-18
• 2.1.2 單自由度系統(tǒng)的基本概念18-19
• 2.2 多自由度系統(tǒng)19-21
• 2.2.1 系統(tǒng)方程及傳遞函數(shù)20
• 2.2.2 多自由度系統(tǒng)的基本概念20-21
• 2.3 模態(tài)參數(shù)估計(jì)21-25
• 2.3.1 模態(tài)估計(jì)的概念22-24
• 2.3.2 模態(tài)參數(shù)估計(jì)方法的分類(lèi)24-25
• 2.4 模態(tài)參數(shù)的應(yīng)用25-26
• 2.4.1 模態(tài)參數(shù)在聲學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用25
• 2.4.2 模態(tài)參數(shù)在本文的應(yīng)用25
• 2.4.3 模態(tài)參數(shù)的其他應(yīng)用25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 鋼琴音板模態(tài)分析27-42
• 3.1 測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建27-32
• 3.1.1 測(cè)量系統(tǒng)框圖27-28
• 3.1.2 測(cè)量方法28-29
• 3.1.3 系統(tǒng)設(shè)備的選擇29-32
• 3.2 數(shù)據(jù)采集與頻率響應(yīng)計(jì)算32-36
• 3.2.1 數(shù)據(jù)采集32-34
• 3.2.2 頻率響應(yīng)函數(shù)的計(jì)算34-36
• 3.3 模態(tài)參數(shù)估計(jì)36-39
• 3.3.1 最小二乘復(fù)頻域(LSCF)法36-37
• 3.3.2 模態(tài)交疊因子和頻率上限37-38
• 3.3.3 模態(tài)參數(shù)估計(jì)結(jié)果38-39
• 3.4 模態(tài)參數(shù)結(jié)果討論39-41
• 3.4.1 模態(tài)頻率分析39-40
• 3.4.2 模態(tài)阻尼系數(shù)分析40
• 3.4.3 模態(tài)振型分析40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 音板結(jié)構(gòu)對(duì)模態(tài)的影響42-55
• 4.1 同一款音板的模態(tài)結(jié)果對(duì)比42-45
• 4.2 多因素對(duì)比45-54
• 4.2.1 光板與音板的測(cè)量結(jié)果對(duì)比45-47
• 4.2.2 肋木密集程度的影響47-49
• 4.2.3 板厚的影響49-51
• 4.2.4 樹(shù)種的影響51-53
• 4.2.5 結(jié)論53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 第五章 立式鋼琴及其音板聲輻射55-74
• 5.1 聲輻射功率理論55-57
• 5.1.1 相關(guān)聲學(xué)量55-56
• 5.1.2 聲功率級(jí)測(cè)量56-57
• 5.2 鋼琴音板輻射效率57-58
• 5.2.1 輻射效率計(jì)算57
• 5.2.2 輻射效率結(jié)果討論57-58
• 5.3 鋼琴聲功率級(jí)58-72
• 5.3.1 測(cè)量方法58-60
• 5.3.2 測(cè)量過(guò)程60-61
• 5.3.3 聲功率級(jí)計(jì)算方法61
• 5.3.4 混響時(shí)間的測(cè)量與結(jié)果61-62
• 5.3.5 總聲功率級(jí)測(cè)量結(jié)果及分析62-66
• 5.3.6 頻帶聲功率級(jí)結(jié)果分析66-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論與展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果79-80
• 致謝80-81
• 附件81

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本文編號(hào)：903527