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）。

kingpin 发表于 2019-10-25 17:37
感谢前辈支持。建模已经有了，都是用人家现成的开源文件。传统琴的3D建模文件也有下载的。无论是UG，犀牛 ...

可查阅国内外相关研究的论文，虽不完善但可以帮助少走些弯路，先思而后行，趁年轻加油！

liudaiyi 发表于 2019-10-25 14:59
同样期待你和你后面的机构尽快出成果。

第一步是3Ｄ建模，什么时候建起来一定要在这个贴子下面告诉大家 ...

感谢前辈支持。建模已经有了，都是用人家现成的开源文件。传统琴的3D建模文件也有下载的。无论是UG，犀牛，还是CAD格式文件都是可导入兼容的。



内外形状，结构的事都不难，现在卡在还没学会用UG插件做声学模拟测试。。。需要数据库和材料参数支持。

kingpin 发表于 2019-10-24 12:48
感谢各位老师前辈之前的信息，客观评价系统是一个源头性问题。如果不能以科学的测量手段获取有参考价值的数 ...

同样期待你和你后面的机构尽快出成果。

第一步是3Ｄ建模，什么时候建起来一定要在这个贴子下面告诉大家，仅这项成果也可能是世界第一的，加油。

kingpin 发表于 2019-10-24 12:48
感谢各位老师前辈之前的信息，客观评价系统是一个源头性问题。如果不能以科学的测量手段获取有参考价值的数 ...

期待看到你的研究成果。

感谢各位老师前辈之前的信息，客观评价系统是一个源头性问题。如果不能以科学的测量手段获取有参考价值的数据，单凭主观评价做好琴的话，结果就是需要百年以上成千上万次的手工试验与试错。在论坛上有中央音乐学院郑荃教授2018年的讲座视频，其中最后一部分讲的评价系统中和各位讨论的基本是一致的。摘录其中相关部分加上自己的理解如下：
1，频谱分析法的好处是：目前广泛使用有一定普遍性，现已积累千把古琴声学特征数据库，好声音的声音指纹客观存在。缺点在于：试验时仍需要物体接触琴身并有一定应力施加改变琴身自然受力状态；声学指纹看某个音的峰值频率，但现有频谱图只有几个音的峰值，没有小提琴全部几十个以上的音峰值。
2， 激光全息摄影法，使用声学喇叭对着琴放指定音引起琴身震动不需要物理接触。比过去的试验好一些，但郑教授本人对此仍觉得不靠谱。
3，就是楼主前辈提到的这个方法。并且从数据拟态软件的界面看可能要比德国发表论文时的方案要先进不少。央院也积累了足够多的古董琴声学特征数据库。实验中将琴身分布1900个测试单元，使用的是军工级仪器测试每个单元在所有有效高低频率。这个试验是在北航做的。
我的研发思路是使用3D建模软件进行数字化建模。让一把数字化的虚拟琴在虚拟环境下测试声学性能。然后制作反而是最简单的一个流程，3D打印成型后再进行实际的物理测试。好处其实就是比较省钱。现有的建模软件例如UG完成建模的同时，可以使用插件在软件内进行测试。在软件内不光可以进行结构应力测试，还可以输入材料的性能和材料内部结构参数。可进行的虚拟环境测试现在已经有了测试目标的表面流体，渗透率，应力，目前缺振动频率的数据库导入但可行性已通过论证。
当虚拟测试结果符合声学特征后，是否使用3D打印不重要，根据测试结果决定材料再看是打印还是碳纤维热压模还是五轴CNC挖一个。

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。

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 2019-3-25 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。

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。

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

谢谢你的支持！

赵老师所言很有道理

谢谢admin加精本帖！

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。

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。

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.

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。

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！

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。