声学构型提琴及其制作方法

摘要

一种具有与古典提琴不同的声学构型的提琴及其制作力法。该提琴包括:构成提琴腔体的背板、而板和侧板，腔体的一端为首端，另一端为尾端，在腔体的侧边有c形区，在面板上开有f孔;在提琴首端、尾端的纵向中截面上，由首端或尾端至C形区所在位置附近，面板和背板内曲面之间的垂直距离是逐渐增加的，并且距离C形区越远该垂直距离的上升坡度越小，距离C形区越近该垂直距离的上升坡度越大。

权利要求

1.一种声学构型提琴，包括构成提琴腔体的背板、面板和侧板，腔体的一端为首端，另一端为尾端，在腔体的侧边有C形区，在面板上开有f孔，其特征在于：在提琴腔体首、尾端的纵向中截面上，由首端或尾端至C形区所在位置附近，面板和背板内曲面之间的垂直距离是逐渐增加的，并且距离C形区越远该垂直距离的上升坡度越小，距离C形区越近该垂直距离的上升坡度越大。

2.根据权利要求1所述的声学构型提琴，其特征在于：其中，首端至C形区之间的距离分为12等份，每一等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离如下：在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音，该12个音分别与12个等分点一一对应，各音的波长即是该等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离；尾端至C形区之间的距离分为12等份，每一等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离如下：在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音，该12个音分别与12个等分点一一对应，各音的波长即是该等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的声学构型提琴，其特征在于：所述的提琴是小提琴。

4.根据权利要求1所述的声学构型提琴，其特征在于：所述的提琴是中提琴或大提琴。

5.根据权利要求1至4之一所述的声学构型提琴，其特征在于：首端至C形区选取的

12个音与尾端至C形区选取的12个音不同。

6.根据权利要求1至4之一所述的声学构型提琴，其特征在于：在提琴腔体内部设有低频反射面，该低频反射面位于腔体内的中部，并避开f孔的位置，且距离面板内曲面的距离小于0.4cm。

7.根据权利要求6所述的声学构型提琴，其特征在于：所述低频反射面安装在提琴低音梁的内侧。

8.一种制造权利要求1所述的声学构型提琴的方法，包括如下步骤：在提琴腔体中，首、尾端的纵向中截面上，将首端至C形区之间的距离等间距地划分12等份，在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音的波长数据与各等分点一一对应，以各标准音的波长作为该点背板、面板内曲面的间距，以连续的曲线连接12个点，加工成为提琴腔体内部曲线；将尾端至C形区之间的距离等间距地划分12等份，在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音的波长数据与各等分点一一对应，以各标准音的波长作为该点背板、面板内曲面的间距，以连续的曲线连接12个点，加工成为提琴腔体内部曲线。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在提琴腔体两端，以最靠近C形区的第12等分点为原点，在纵向中截面内以通过原点的垂直轴为转动轴，以该转动轴为旋转轴截取若干个与纵向中截面不同倾角的等分辐射截面，在辐射截面内作12等分垂线，在纵向截面和各辐射截面的所有等分垂线上，使这些等分垂线所在的面板和背板内曲面之间的距离，与所选12个音的波长一一对应，构成光滑连续的内部曲面。

说明书

声学构型提琴及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及对提琴构型的改进和制造这种提琴的方法。本专利中涉及的提琴包括小提琴、中提琴和大提琴。

背景技术

[0002] 当今的提琴是沿用了古意大利名制琴师的琴型，至今已经三百余年。其琴型如图1所示。

[0003] 传统的提琴主要由琴头、琴弦、琴码、音柱、低音梁、指板、面板、背板、侧板、首木、尾木和角木、琴弓组成。现代人模仿它制出的提琴，在音量和音色上，常常不能让人满意。

[0004] 为了改善提琴的音色和音量，人们对提琴的各部件进行了改进。其中提琴的腔体是提琴发声、共鸣的主要部分。对腔体结构的改进会直接影响提琴的音量和音色。

[0005] 著名提琴制作家，安东尼奥·斯特拉迪瓦里几乎一生，从一六九0年到一七一三年都在改变自己的作品，追求一种最好的琴型。

[0006] 提琴是一个发声器，又是一个共鸣箱。声音在腔体内的上下和谐振荡，主要靠面板和背板的反射面对声波的上下反射来完成。要产生和谐振荡是有条件的。反射面应该极富弹性、均匀、连续而光滑。各种声音对反射面的位置、面积分布和相对距离有特定要求。这就与面板和背板的内曲面走形有密切关系。要制作音量音色最好的提琴，有一个更合理的科学构型看来是至关重要的。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为提琴提供一种更为合理的科学构型以及制造方法。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 一种声学构型提琴，包括构成提琴腔体的背板、面板和侧板。腔体的一端为首端，另一端为尾端。在腔体的侧边有C形区，在面板上开有f孔。其特征在于：在提琴腔体首、尾端的纵向中截面上，由首端或尾端至C形区所在位置附近，面板和背板内曲面之间的垂直距离是逐渐增加的。并且距离C形区越远该垂直距离的上升坡度越小，距离C形区越近该垂直距离的上升坡度越大。

[0010] 本发明的附加技术方案如下：

[0011] 优选地，其中，首端至C形区之间的距离分为12等份，每一等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离如下：在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音，该12个音分别与12个等分点一一对应，各音的波长即是该等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离。尾端至C形区之间的距离分为12等份，每一等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离如下：在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音，该12个音分别与12个等分点一一对应，各音的波长即是该等分点背板内曲面和面板内曲面之间的距离。

[0012] 优选地，所述的提琴是小提琴。

[0013] 优选地，所述的提琴是中提琴或大提琴。

[0014] 优选地，首端至C形区选取的12个音与尾端至C形区选取的12个音不同。

[0015] 优选地，在提琴腔体内部设有低频反射面，该低频反射面位于腔体内的中部，并避开f孔的位置，且距离面板内曲面的距离小于0.4cm。该低频反射面是为了优化低频音反射的位置。例如小提琴的G空弦音，G35的波长是1140.419毫米，他只能在1/32的波长上反射，振荡能量损失较大。增加低频反射面后，反射面位于近似于声波的0波长位置，对反射低频声波具有良好的效果。

[0016] 优选地，所述低频反射面安装在提琴低音梁的内侧。

[0017] 一种制造上述声学构型提琴的方法，包括如下步骤：在提琴腔体中，首、尾端之间的纵向中截面上，将首端至C形区之间的距离等间距地划分12等份。在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音的波长数据与各等分点一一对应，以各标准音的波长作为该点背板、面板内曲面的间距，以连续的曲线连接12个点，构成为提琴腔体的内部模线。将尾端至C形区之间的距离等间距地划分12等份。在美国标准协会Z24.1-1936年标准音高频率表中按排列顺序选12个音的波长数据与各等分点一一对应。以各标准音的波长作为该点背板、面板内曲面的间距。以连续的曲线连接12个点，构成提琴腔体的内部模线。

[0018] 优选地，在提琴腔体两端，以最靠近C形区的第12等分点为原点。在纵向中截面内通过原点的垂直轴(面板和背板的制作基准面为牛顿参考系的水平面，其垂线和垂直轴方向为自由落体方向)为转动轴。以该转动轴为轴截取若干个通过该转动轴与纵向中截面不同倾角的等分辐射截面。在纵向截面和各辐射截面的所有等分垂线上，使这些等分垂线所在的面板和背板内曲面之间的距离，与所选12个音的波长一一对应，构成光滑连续的内部曲面。

[0019] 在上述技术方案中，本发明根据声学规律和美国音乐协会(American National Standards institute)Z24.1-1936年规定的标准音高的频率数据，计算了提琴的声波波长。具体的频率和波长如下。

[0020] 美国标准协会

[0021] Z24.1-1936年标准音高频率表

[0022] 美国标准协会(表1)

[0023] Z24.1-1936标准音高频率表

[0024]

[0025] 上表中每八度音程，包括半音在内的十二个音为一组，后一组频率恰是前一组的两倍。由于声音在空气中传播的速度是可以知道的，所以我们根据频率计算了每个乐音的波长。

[0026] 提琴各音的计算波长(表2)

[0027]

[0028] 表2中波长和频率一样，也是十二个音为一组，后一组是前一组的二分之一倍。我们只要任意挑出一组，就代表了其他任何一组的变化规律，只是每一组的具体波长不同。在低音区，波长可以数米，在高音区波长只有几毫米。不同尺寸的提琴，可以从表中选出与提琴大小相匹配的数据。

[0029] 本发明的有益效果如下：提琴内部的声波反射面反映了声波波长的变化规律，该反射面的规律是由国际音高标准数据定义的。整个反射面均匀有序，减少了声音信息丢失的几率，形成的谐振效果好。音色饱满而柔和、高音明亮、低音厚实。降低了提琴对材质的要求。进一步的，在采用低频反射面的实施例中，在提琴低音梁的内侧安装的低频反射面和面板的内曲面保持较近的距离，使得低音可以在很短的距离内进行反射，同样减少了低音的损失，可以对低音的音量和音色有明显的提升。

附图说明

[0030] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0031] 图1是当今沿用的古典提琴。从外观上看它的面板和背板的纵向曲线上升的过程极短，很快二者的间距就达到最大值。

[0032] 图2是本发明实施例的小提琴的背板和面板内曲面的走向图，即按国际标准音高数据和均匀有序规则得到的按波长变化规律的声学构型的小提琴纵向走向。

[0033] 图3是按标准音高数据和均匀有序规则得到的按波长变化规律的声学构型的小提琴的构型图。从外观看其特点是面板和背板的曲面沿纵向的垂直高度变化呈缓慢单调增高的态势，这一趋势一直延续到C形区附近才结束。

[0034] 图4是低频反射板的示意图。

[0035] 图5是图4所示低频反射板的俯视图。

[0036] 图6至9是A型琴的E弦的空弦图谱。

[0037] 图10至13是B型琴的E弦的空弦图谱。

[0038] 图14至17是A型琴的A弦的空弦图谱。

[0039] 图18至21是B型琴的A弦的空弦图谱。

[0040] 图22至25是A型琴的D弦的空弦图谱。

[0041] 图26至29是B型琴的D弦的空弦图谱。

[0042] 图30至图33是A型琴的G弦的空弦图谱。

[0043] 图34至图37是B型琴的G弦的空弦图谱。

具体实施方式

[0044] 本发明的具体实施例，以声学构型小提琴为例。制造小提琴时传统使用的首木和尾木的高度为30.5毫米和32.5毫米。以此为参考，我们在制作声学构型的小提琴时从表2选择了两组数据。选取的数据如下。

[0045] 音名：#A98 A97 #G96 G95 #F94 F93 E92 #D91 D90 #C89 C88 B87[0046] 波长：29.968 33.638 37.757 42.381 47.775 53.397[0047] (毫米) 31.750 35.381 40.381 44.901 50.400 56.572[0048] 音名：A97 #G96 G95 #F94 F93 E92 #D91 D90 #C89 C88 B87 #A86[0049] 波长：31.750 35.381 40.002 44.901 50.400 56.572[0050] (毫米) 33.638 57.757 42.381 47.775 53.397 59.936[0051] 我们把这两组音叫做设计母音。

[0052] 小提琴的全部乐音，包括半音在内，有三组半共四十一个。由于小提琴的实体很小，我们只能在表中选出波长小的那一组，作为设计的母音。为了减少声音振荡的能量损失，我们应使面板和背板的反射距离与设计母音的数据相等。同时还要按照均匀有序的规则，去决定面板和背板的走形。

[0053] 令Lp、Lm、Lb为小提琴的首部、中部、和尾部长度。(原则上C形区定为中部，其它才定为首部和尾部)。将首部和尾部均匀的分为十二等分。然后按设计母音的波长数据作出十二个矩形，并连接矩形的顶点，得到按波长变化规律的纵向走向图，如图2所示。

[0054] 也可以用类似的方法，得到横向走向图。在提琴腔体两端，以第12等分点为原点(最靠近C形区的点，也是波长最大点)，在纵向中截面内以通过原点的垂直轴(面板和背板的制作基准面为牛顿参考系的水平面，其垂线和垂直轴方向为自由落体方向)为转动轴，以该转动轴为旋转轴截取若干个与纵向中截面不同倾角的等分辐射截面。沿每一辐射截面，作出十二个等分垂线，使这些等分垂线所在的面板和背板内曲面之间的距离与波长表中所选12个音的波长一一对应，从而形成声学提琴腔体的内部连续曲面。在所有截取的截面上，面板和背板内曲面之间的垂直距离是逐渐增加的。并且距离原点越远，垂直距离的上升坡度越小；距离原点越近，该垂直距离的上升坡度越大。

[0055] 这样就要重新用设计母音数据来规化侧板、首木、尾木和角木的高度。

[0056] 用声学构型的面板、背板、侧板、首木、角木和尾木来组成小提琴的腔体，形成小提琴的声学构型，如图3所示。

[0057] 这种声学构型腔体特点是：

[0058] 1、提琴的结构元素和相互关系是由声学数据来决定的。

[0059] 2、它可选择不同或相同的十二母音组与当今各种提琴的大小量级匹配一致。

[0060] 3、它所构成的一系列声波反射面的走向，反映了声波波长的变化规律。

[0061] 4、它所构成的反射面均匀有序，可以使发声更趋和谐。

[0062] 5、从外观看，它的面板和背板(或其中之一)与传统的提琴有不同的走形。其特征是曲面沿纵向的高度变化呈缓慢单调增高的态势，这一趋势一直延续到C形区附进才结束。

[0063] 上述实施例所述的小提琴可以用一般的材料和工艺，制出了很好的小提琴。它在标准音高条件下，声音柔和色彩丰富，高音明亮、低音厚实，发音均匀、响应灵敏。

[0064] 此外为进一步知道两种构型的不同效果，尽量排除生产材料和工艺对效果的影响。我们用同一把琴，两种构型进行比较和考核。

[0065] A种琴型是选一把中等材料，按斯特拉底瓦里琴型制作的古典琴。

[0066] B种琴型是在A种琴型的基础上，只换面板。新面板的制作是以原古典琴的背板为基准，按声学数据决定腔体内部面板和背板间距和走形。用它代替声学构型的提琴，与A种琴形相比较。

[0067] 图谱记录是A琴和B琴的记录。

[0068] 图6至图37的图谱是A琴和B琴在E、A、D、G弦的空弦声谱(每根空弦音四次采样的记录)。

[0069] 比较的结果表明，B琴的声音和频谱显然优于A琴。证明了按声学数据制作的提琴，其声音和图谱都比传统提琴要好。

[0070] 在上述实施例的基础上，为了改善提琴的低音音色，在腔体合成之前，可以在低音梁的内侧，装低频反射面。如图4和图5所示，该反射面3是用固定木2连接在低音梁1上的弹性片，弹性片和面板内曲面平行，并保持较近的距离，但应避免在振荡中接触面板。弹性片在形状上要避开声音的反射通道，和不妨碍对音柱的安装。该低频反射面距离面板内曲面的距离应大于0.2cm并小于0.4cm，弹性片的厚度应以弹性好为佳。

[0071] 上述实施例的提琴构型和制作方法也适用于中提琴和大提琴。

[0072] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0073] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0074] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。