试论民族乐器古筝的结构振动声学特性

陈邵岚

(内蒙古赤峰市元宝山区文化广电体育局 内蒙古 赤峰 024076)

试论民族乐器古筝的结构振动声学特性

陈邵岚

(内蒙古赤峰市元宝山区文化广电体育局 内蒙古 赤峰 024076)

在我国，古筝是一个古老的民族乐器，已经有着非常悠久的发展历史，其不但有着清亮的音色，还有着宽广的音域以及丰富的表现力，是难得一见的能够同钢琴相媲美的乐器。为了能够更加详细的对其进行解释，方便看众理解，笔者将从古筝结构的振动声学方面的特性进行分析阐述。

民族乐器;古筝;结构振动声学

1 研究背景

古筝作为我国最具民族特色的一大民族乐器，其音韵可以委婉、古朴，也可以典雅、华丽，能够表现情感的气势磅礴、营造行云流水的意境还可以展现出情调的婉转细腻，可以说是雅俗共赏之艺术的代表，因而在国内有着非常庞大的群众根基。

2 关于古筝的结构模型简化分析

2.1 笔者主要是从乐器的声学系统方面进行分析，对乐曲部件的组成将其作用划分为五个子系统，分别有调控系统，如：调弦装置，用于控制乐器的发声性能；振动系统，如：琴弦，是指振动产生的物体；共鸣装置，如：琴箱，能够对振动体内的振动能量起到扩散作用的结构体；激励系统，如：弹奏着拨动的手指，能够对物体起到激发振动的作用；传导系统，如：琴码，将产生于振动系统中的振动传导到共鸣的系统装置中。

2.2 对于传统的古筝来讲，其声学和结构振动之间产生的作用主要是表现在主结构的共鸣箱也就是共鸣系统中，为了将古筝仿真的计算过程进行简化，就需要单独的对琴码传递的作用和琴弦振动的作用进行分析，从而将古筝振动简化的模型铸就条件形成，以便能够有效的运用在共鸣系统中，以此来分析振动的声学特性(如：图一，简化的模型结构)。

3 关于古筝结构振动响应的仿真特性分析

3.1 笔者主要是通过对有限元法对古筝主结构的分析利用，将振动响应的特性阐述了出来。其中包括有建立古筝实体，对古筝模型进行简化，将有限元的网络模型的三维结构设置出来，以便能够对古筝制造所用到的木材结构等材料参数进行确定，其中还包括了古筝的饰件、油漆以及镂花等附加的质量。在对古筝的弦张力对结构预应力的效应分析以后，将古筝的主结构振动源的阻尼系数和载荷确定了出来，并对给定频率激励之下的古筝结构的振动响应进行了计算。

3.2 关于古筝主结构的尺寸。简化后的古筝面板呈现出规则的拱面，在将主结构中的纵向拱度忽略以后，其主要的几何参数分别有：1.610米和0.300米的总长度和宽度、10毫米的上下板面厚度、60毫米的侧板高度、20毫米的侧板厚度以及从左到右隔板间距为595/300/300/240/160毫米，还有15毫米的隔板厚度。

在实体建模软件ProE的利用下，将古筝实体的模型建立了出来，随后在PATRAN软件中导入，通过四面体三维实体软件的作用将Tet单元划分为网格状，总共划分成了九万多个单元网格，两万多个节点(如：图二，古筝结构有限元的模型)。

3.3 关于古筝结构材料性能的参数分析。现阶段，主要有两种材料用于传统古筝的制造，如：上下面板的材料使用的是泡桐，隔板和侧板的材料使用的是松木。同时，还有一些油漆、修饰件和调音柱等可以当做是附加的质量进行考虑。

3.4 关于古筝结构振动仿真的实验验证的结果。在将三维有限元的古筝结构模型建立完成后，需要将其材料性能的参数确定出来，这样有助于分析其频响和模态。首先需要做的是约束条件的施加，在古筝振动实验和演奏过程的影响下，施加三个位移的自由度约束在古筝底板两端表面的节点中；随后在对模态的和谐响应分析以后，分别可以得到古筝结构的频响特性、模态频率以及振型。

4 分析古筝主结构中的声学特性

4.1 分析声学有限元模型原理。在计算声学有限元的过程中，有关于声学介质声压需要同Helmholtz的方程式相一致：

其中，波数是k0=ω/c0，角频率是ω，声速在空气中的表示是c0，声压是通过插值函数来表示的。

4.2 关于古筝三卫声学中有限元模型的建立。在ACTRAN软件的利用下，对结构振动的声学特性进行仿真实验，分别有三部分的三维声学有限元的模型被输入，如：声辐射介质的有限声场和无限声场之间的耦合面、声辐射介质和结构之间的耦合面以及声辐射介质的有限声场。

5 总结

综上所述，在西方文化的强烈冲击下，我们作为中国传统文化的传承者，必须使用科学、合理的方法将民族的文化瑰宝保留下来。但就古筝这一民族乐器而言，首先需要做的是对其性能进行分析，在进行古筝结构振动有限元的模型构建，笔者在对一些列的实验结果进行分析以后，在保持其参数合理的情况下简化了古筝结构，并验证了其结构振动中声学特性的可行性。

[1] 邓小伟. 民族乐器古筝的结构振动声学特性分析[D].上海交通大学,2015.

[2] 邓小伟,余征跃,姚卫平,陈民杰. 传统古筝的振动声学特性仿真分析[J]. 上海交通大学学报,2016,02:300-305.

[3] 王仲林,樊文博,蔡旻宇,郝博涵,葛青,蒋丹. 古筝的结构、原理及设计建模[J]. 东华大学学报(自然科学版),2012,05:564-571.

[4] 黄英来. 几种典型民族乐器木质共鸣体的声学振动性能检测与分析[D].东北林业大学,2013.

[5] 郑乾曦. 中国民族弹拨乐器声功率级及指向性指数研究[D].华南理工大学,2010.

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1672-5832(2016)08-0192-01