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研究生: 沈家慶
Shen, Jia-Qing
論文名稱: 低音樑對小提琴振動之影響
The Influence of Bassbar on the Vibration of Violin
指導教授: 褚晴暉
Chue, Ching-Hwei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 小提琴低音樑位置含水率振動模態驅動點導納
外文關鍵詞: violin, bassbar, position, moisture, vibration mode, input admittance
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  • 低音樑在小提琴的結構及聲學性質上皆有相當的重要性,它能使面板強度增加且傳遞振動提高自然頻率,並使小提琴低音部分充實優美。本文利用電腦有限元素軟體,從低音樑的必要性、位置以及含水率三個主題來探討低音樑對小提琴振動的影響。由振動模態及驅動點導納圖發現,無低音樑的小提琴導納值較高,會造成泛音的組成改變,甚至可能產生狼音;將低音樑的位置往中線移動6mm會使小提琴的品質下降;而低音樑含水率對高頻的影響大於低頻,但整體來看影響很小。

    Bassbar plays an important role in violin structures and acoustic properties. It will enhance strength of the top plate and increases the natural frequencies. Also it could make the bass part full and graceful. In this article, we use finite element analysis to simulate the vibration of violins. The natural modes and input admittances subjected to harmonic excitations are used to evaluate the performance of a violin. The necessity of bassbar in a violin structure is firstly studied. It shows that a violin without bassbar would have higher admittances and change the composition of Harmonics. Then, the position of the bassbar and the moisture content of the bassbar wood are taken into consideration. Shifting bassbar 6mm towards the center line may make the violin quality dropped. And the influence of bassbar moisture on higher frequencies is stronger than on lower frequencies, although as a whole it is not significant.

    摘要Ⅰ AbstractⅡ 誌謝Ⅲ 目錄Ⅳ 表目錄Ⅵ 圖目錄Ⅶ 符號說明XI 目錄 第一章 緒論1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧1 1.3 研究動機3 第二章 小提琴的音樂物理學與理論背景4 2.1 振動力學4 2.1.1 模態分析4 2.1.2 簡諧響應分析5 2.1.3 驅動點導納6 2.2 小提琴的音樂物理學7 2.2.1 小提琴的構造7 2.2.2 泛音與弦的振動10 2.2.3 琴體的振動13 第三章 有限元素模型及分析流程16 3.1 有限元素模型及單位系統16 3.2 模型的材料性質18 3.3 邊界條件設定20 3.4 模擬流程23 第四章 主題探討及結果分析24 4.1 探討低音樑的必要性24 4.2 改變低音樑位置的影響32 4.2.1 低音樑的位置32 4.2.2 改變低音樑的位置32 4.2.3 振動模態及導納值比較35 4.3 低音樑木材含水率的影響47 第五章 結論63 參考文獻65 附錄A67 表目錄 表3-1 雲杉及楓木的材料係數19 表4-1 兩案例的自然頻率比較28 表4-2 三種案例的自然頻率比較40 表4-3 三個案例的導納值比較44 表4-4 三個案例導納值的差異44 表4-5 三種含水率的雲杉材料係數48 表4-6 三個案例的自然頻率49 表4-7 三個案例的導納值比較55 表4-8 三個案例的導納值差異55 圖目錄 圖1.1 小提琴的有限元素模型2 圖2.1 小提琴實驗之驅動點導納值6 圖2.2 小提琴分解圖7 圖2.3 低音樑截面圖9 圖2.4 面板木材的切割方式9 圖2.5 背板木材的切割方式10 圖2.6 弦的運動11 圖2.7 弓奏弦在琴橋上產生的(A)力-時間圖(B)力-頻率圖12 圖2.8 G空弦的振動頻率與模態和樂理的關係12 圖2.9 琴體的前六個振動模態13 圖2.10 不同品質的小提琴導納圖14 圖3.1 琴橋與琴體之有限元素模型16 圖3.2 SOLID95元素17 圖3.3 木材剖面圖19 圖3.4 小提琴固定方式20 圖3.5 小提琴的邊界設定21 圖3.6(A) 小提琴的外力方向(G弦施力)22 圖3.6(B) 小提琴的外力方向(E弦施力)22 圖4.1(A) 小提琴(有低音樑)的T1模態25 圖4.1(B) 小提琴(無低音樑)的T1模態25 圖4.2(A) 小提琴(有低音樑)的C3模態26 圖4.2(B) 小提琴(無低音樑)的C3模態26 圖4.3(A) 小提琴(有低音樑)的C4模態27 圖4.3(B) 小提琴(無低音樑)的C4模態27 圖4.4(A) 驅動點導納值比較30 圖4.4(B) 驅動點導納值比較(低頻)30 圖4.4(C) 驅動點導納值比較(中頻)31 圖4.4(D) 驅動點導納值比較(高頻)31 圖4.5(A) 低音樑的位置33 圖4.5(B) 低音樑的位置33 圖4.6 低音樑的尺寸34 圖4.7 低音樑兩端截去15mm34 圖4.8(A) 小提琴的T1模態(original)36 圖4.8(B) 小提琴的T1模態(低音樑往中線移動6mm)36 圖4.8(C) 小提琴的T1模態(低音樑往中線移動11.5mm)37 圖4.9(A) 小提琴的C3模態(original)37 圖4.9(B) 小提琴的C3模態(低音樑往中線移動6mm)38 圖4.9(C) 小提琴的C3模態(低音樑往中線移動11.5mm)38 圖4.10(A) 小提琴的C4模態(original)39 圖4.10(B) 小提琴的C4模態(低音樑往中線移動6mm)39 圖4.10(C) 小提琴的C4模態(低音樑往中線移動11.5mm)40 圖4.11(A) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦)42 圖4.11(B) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦,低頻)42 圖4.11(C) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦,中頻)43 圖4.11(D) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦,高頻)43 圖4.12(A) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦) 45 圖4.12(B) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦,低頻)45 圖4.12(C) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦,中頻)46 圖4.12(D) 不同位置的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦,高頻)46 圖4.13 任意含水率的比重換算圖47 圖4.14 雲杉彈性係數與含水率的關係48 圖4.15(A) 小提琴的T1模態(7%)49 圖4.15(B) 小提琴的T1模態(17%)50 圖4.15(C) 小提琴的T1模態(27%)50 圖4.16(A) 小提琴的C3模態(7%)51 圖4.16(B) 小提琴的C3模態(17%)51 圖4.16(C) 小提琴的C3模態(27%)52 圖4.17(A) 小提琴的C4模態(7%)52 圖4.17(B) 小提琴的C4模態(17%)53 圖4.17(C) 小提琴的C4模態(27%)53 圖4.18(A) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦)56 圖4.18(B) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦,低頻)56 圖4.18(C) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦,中頻)57 圖4.18(D) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(G弦,高頻)57 圖4.19(A) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦)58 圖4.19(B) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦,低頻)58 圖4.19(C) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦,中頻)59 圖4.19(D) 不同含水率的低音樑小提琴驅動點導納值比較(E弦,高頻)59 圖4.20(A) 音柱含水率對驅動點導納值的影響61 圖4.20(B) 低音樑含水率對驅動點導納值的影響61 圖4.20(C) 面板水率對驅動點導納值的影響62

    參考文獻
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    8頁、271-292頁、340-342頁,1993。

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