关于小提琴声学研究成果小议

    近来有人把提琴声学研究归于内部科学（inside science）其实属于物理学范畴。德国物理学家制琴师马丁·施莱斯克（Martin Schleske），七岁开始学小提琴，十七岁开始学制琴。二十五岁考入慕尼黑工业大学物理系，从本科读到硕士毕业，毕业论文题目是，小提琴创作中的振动本征模式。他是世界著名科学制琴师和物理声学家。施莱斯克曾预言今后声学将成为制琴师的有力工具，每个制琴师的工作室都应建立声学实验室。他已经实现了自己的预言。发表了许多小提琴声学方面研究论文，提出了测试小提琴声学“指纹”概念，应用测试提琴声学“指纹”仪器测出思氏古琴的“指纹”后，用自己制作的琴与思氏古琴“指纹”拟合，制作出声学品质与古琴相似的作品。见斯特拉迪瓦里1712年琴 (白色)和[size=21.3333px]施莱斯克（Schleske）1999 Op.37琴 (黑色)拟合曲线图：

这是他把声学与提琴制作相结合取得的成果。具体实验操作是很复杂的。要测每块自由音板刷漆前后的密度和振动频率，以及测试琴板厚度、拱形变化对本征共振频率的影响，组装成小提琴后的本征共振频率及各项振动频率参数等等。建立经验值文本库，供设计、材料选择和成品琴制作参考。见他发表的论文：当代小提琴制作的经验工具：第一部分设计、材料、清漆和正常模式的分析；第二部分心理学分析和声学工具的应用（见CASJ Vol. 4, No.5- 6 (Series II), November2002）。这篇论文对制琴界和声学界很有影响，基本上奠定了科学制琴方法基础。

        2018年有一则报道说，台大研究团队解开史特拉第瓦里琴天籁之谜。乐史学家长期以来怀疑小提琴制琴师可能在模仿人的声音。台湾大学化学系副教授戴桓青率领的研究团队，回答了这个问题，解开了意大利16世纪到18世纪制琴师是如何做到模仿人声音的秘密。研究团队在台南奇美博物馆请一名专业小提琴家演奏15把名琴并录音；再来录制年龄介于16到30岁、各8名男女，他们唱诵英语元音的声音。根据报告，他们发现1570年阿玛蒂小提琴和1560年达萨罗小提琴的声音，与男低音及男中音相似。史特拉第瓦里小提琴的共振峰较高，近似男高音及女低音。这是小提琴声学研究的又一研究成果，发表在台湾科学院学报2018年115卷23期（PNAS June 5, 2018 vol. 115 no. 23）。

声学指纹其实就是频谱图，我在本坛发过很好用的音乐频谱测试工具。

控制小提琴的频谱要考虑的因素很多，测试方法也有很多变数，我想想过去未来小提琴频谱加工是交给微型机器人，能在小提琴肚子里自动加工。

当前的技术要靠工艺尺寸把握音色是很难的，因为即使是同一棵树的同一段切出来的材料，都不见得能有统一的声学物理性质，加上加工精度和不同的应力合琴，压根就不可能靠什么音板定音来实现预设的音色，也就是实现预定的频谱特征。唯有合琴后的修配才能靠近预设的音色。但是能否兼顾四弦均衡，我也是持怀疑态度。只能说好的制琴师出好音色的概率要比一般的作坊要高得多。

可能言词有偏颇之处，还望朋友们海涵，抛砖引玉而已……

ba5rw 发表于 2019-3-1 17:32
声学指纹其实就是频谱图，我在本坛发过很好用的音乐频谱测试工具。

控制小提琴的频谱要考虑的因素很多，测 ...

感觉可以建立足够的数学模型，仔细测定木料的各自特性，就能计算出最佳各点尺寸。

明月山人 发表于 2019-3-2 06:39
感觉可以建立足够的数学模型，仔细测定木料的各自特性，就能计算出最佳各点尺寸。
...

谢谢上述两位琴友的参与！是的，正如两位指出的有实现的难度，但也存在实现的可能性。Schleske借助实测琴板的物理及声学数据和文本库的声学参数，建立了各种小提琴声学模型。掌握了自由琴板和组装后声学参数的变化规律。从他以自己建立的方法制作出的作品测试结果看，达到与古琴频谱拟合的效果。证明他建立的方法是可行的。至于如何掌握这门技艺，不是研读论文能解决的，要有大量科学实验基础，要建立小提琴声学文本库。我想只要付出努力，就可以攀登上去。

明月山人 发表于 2019-3-2 06:39
感觉可以建立足够的数学模型，仔细测定木料的各自特性，就能计算出最佳各点尺寸。
...

你说的我都做过了，技术上没有问题，就是无比麻烦。

zhao668811 发表于 2019-3-2 08:34
谢谢上述两位琴友的参与！是的，正如两位指出的有实现的难度，但也存在实现的可能性。Schleske借助实测琴 ...

赵老师所言很有道理。

liudaiyi 发表于 2019-3-2 18:10
赵老师所言很有道理。

谢谢你的参与！你是一位有实践经验的专家，我知道你正在作这方面的研究。借此机会，谈谈Schleske对小提琴“指纹”的测定。他采用的是实验模态分析方法。这是一种研究多因数变量对观察体系影响结果的方法。首先是有实验模态分析软件，被测样品小提琴的测试点装上微型麦克与计算机联机。在测试时将振动及声音信号同步传递给计算机，计算机软件处理后，以三维动画形式与声音及本征模式振动频率同步显示出来。很直观。三维动画图形象成为每把特定小提琴个体的“指纹”。他们首次测得斯式琴25幅本征模式振动频率图，传给大家看看。


这是我的理解，对否请你指正。

liudaiyi 发表于 2019-3-2 18:08
你说的我都做过了，技术上没有问题，就是无比麻烦。我在几年的时间内做了几百个数学模型，做了近千次试验 ...

祝愿你取得更大成果！

zhao668811 发表于 2019-3-3 09:09
祝愿你取得更大成果！

赵老师介绍的Schleke先生是做实证实验的。通俗讲，就是先有提琴，后有测数据，抽离出提琴的普遍规律来。Schleke先生的这种实验是国际上最主流的方法，他本人也是这方面研究的先行者，而且他的提琴音质品质非常高。我的实验大多数标准也来自于这种实证性的研究成果。

树斌老师对小提琴的诠释令人感到对小提琴的了解又上了一个层次,谢谢.

liudaiyi 发表于 2019-3-3 11:28
赵老师介绍的Schleke先生是做实证实验的。通俗讲，就是先有提琴，后有测数据，抽离出提琴的普遍规律来。[/ ...

谢谢你关于数字提琴的简介。数字提琴研究是与当今智能工具结合的产物，它可以做单因数研究，也可以做多因数研究，取决于应用的软件。有个软件包（matlab），数学实验室，是很好的软件。希望你在这方面取得更大的进展，何时有论文发表，可详细介绍一下。

huangzp1946 发表于 2019-3-4 07:17
树斌老师对小提琴的诠释令人感到对小提琴的了解又上了一个层次,谢谢.

老兄好，谢谢你的鼓励。

谢谢admin加精本帖！

赵老师所言很有道理

1043596798 发表于 2019-3-6 17:24
赵老师所言很有道理

谢谢你的支持！

赵老师，您发的25幅本征模式振动频率图，其中第3行的频率看不见，能否给一个可以看见频率的图？先谢谢了。520-800hz的5幅频率图很重要，但是没有具体频率，没有图-频率的对应，还是不清楚。

tszyy 发表于 2019-3-25 13:20
赵老师，您发的25幅本征模式振动频率图，其中第3行的频率看不见，能否给一个可以看见频率的图 ...

待我查查，然后再发。

谢谢，谢谢！只是713hz图形，我感觉不对。应该是200hz一下的图形，属于左右对角线大面积扭动！振动频率越高应该振动区域越多，振动面积越小。

tszyy 发表于 2019-3-26 17:38
谢谢，谢谢！只是713hz图形，我感觉不对。应该是200hz一下的图形，属于左右对角线大面积扭动！振动频率越高 ...

这是原图，你是专家，作参考吧。