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分析卡林巴制作的一些经验

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我觉得要说制作卡林巴,那么打破现有设计的框架很有必要,因为重复发明轮子是没有意义的,各位理解上的制作,我觉得只能说得上是组装。但就算是组装,也不是那么简单,但是通过组装学习到的各种经验,可以很大地帮助日后全数的设计制作。了解了现有的量产型号设计上各种利与弊,将帮助得到自己的设计思路。总之,乐器制作是更多的工程问题之于科学原理,知道你想要的乐器效果后,通过10种不同手段达到同一个目的,对结果进行评价和比较,才能让你学得一丝经验。而其中细节的东西可以数不胜数,好在卡林巴比较小,有关的经验还是可以在有限的篇幅里记录下来。
在这里要推荐一本书,Bart Hopkin 的 Music Instrument Design,本书对于乐器DIY爱好者的好处是,它不一定告诉你一个乐器要按照怎样怎样的规范去做,而是提供了原理和思路,让你知道某种调整会在哪些方面向哪些方向影响乐器的性能。
首先,选择组装的琴身的话,一定要找没打孔的琴身自己去打导孔,这样就可以知道打孔这一步骤有哪些可能的错误。首先,孔的位置不准,不垂直的话,螺丝打进去,受力是不均的,不均的话意味着有可能压条下面某些地方跟琴身接触就不好,震动的传导就受阻,出现杂音。要保证打孔的高质量,台式工具最好,手钻的话,一定要打点定位,然后隔着一个已经打好的垂直的孔去钻。不然的话徒手用一个固定了把手的钻头也很快,实时修正更是不可能打歪。打孔的钻头直径怎么选,我们用的螺丝一般是镀锌的M5的,长度大多是1.6cm,一般人家打孔都是用3mm的钻。孔的话,当然是能让螺丝进去的条件下越小越好,这样螺丝进去后能给压条和琴身之间施加更大的力,保证更紧密的接触。因为不同的木头质密程度不一,Janka硬度指数在1500磅以上的可能才需要3mm的钻,但在国内搞木材又不怎么讲Janka硬度指数,就需要自己对木材有点经验了。一般做好的琴身用的后方支撑木头硬度都只有500磅左右,这种的完全可以用2.5mm的钻头,钻好孔以后螺丝涂了肥皂拧起来会有点费力,我一般拧两次,先拧进去制造出沟槽,退出来螺丝都是热的,第二次放上压条时再拧时就很省力了,这样的好处是第二次不需要跟摩擦力对抗,就能清楚知道自己要拧到多紧,很好控制以接近木材极限又不剐丝。拧螺丝不要用电动工具,准备两件工具,一个是一般的十字起子,一个是利用横向杠杆的扳手,前者更快,后者能拧得更紧用来拧最后的一丁丁,不要买Z型扳手,钢材硬度不够十字接触面一下就坏了,要买好一点的可更换头的扳手。用一般的十字起子再短的螺丝拧到木头里我不信你可以拧到剐丝,当然也就触及不到木材的力学极限,横向的扳手就要小心了,特别是2厘米以内的螺丝你又加里肥皂润滑的话,拧的时候要很注意阻力,到头了阻力增大以后就要依据经验适可而止了,当然其中最重要的因素就是你的木头了,硬度高的木头螺丝抹再多肥皂都只会拧到拧不动,但买来做好的琴身后面木头基本上都很容易剐丝,有经验了的手指从音孔里伸进去用指甲掐一下那块木头就可以大概有个数。琴身面板及后面木头的硬度及其接合紧密度对音特别是高音的延展性很有影响,所以,会搞的话,自己做怎么也不会比卖的差。怎么最大限度利用已有的现成做好的琴身?那就是必须用尽量长的螺丝,仔细观察螺丝,你会发现提供固定的拉力的主要在中部到头部,那里的螺纹最宽,到尖端螺纹变窄直到没有了,所以假如尖端还在木头里,那一段的螺丝的螺纹就没有提供拉力,木头的厚度就浪费了,不穿透木头的螺丝就是浪费了木头本身。板式琴身的话,想要让每毫米厚度的木板都对弹片的固定有贡献的话又不想要螺丝从一端钻出来,虽然有些较真,你可以计算好长度,在螺丝尖快到板的另一端时把螺丝退出来,磨掉对力学贡献少的部分,再拧进去。其实硬度1000磅的木材,也就是北美黑胡桃的水平,2到2.5厘米厚的板式吧,组装好的话,现有音阶最高音也就是E6已经绰绰有余了,而更好的木材,高音极限只会越来越多地被组装和连接的瓶颈限制住。但你想制作挑战高音极限的卡林巴的话,硬度更高的木材给你更高的可能性,加工难度随之提升,拧螺丝也变得更困难,就必须考虑螺纹更浅自身内部及表面硬度更高的螺丝,这两项都降低拧的时候遭遇的摩擦力。还有就是螺丝的润滑,永远用肥皂,我试过一种分子较小会逐渐自己挥发的油,想着油挥发后接触会更紧密,但是用在有的质密木头的时候摩擦力甚至会增大,而肥皂永远没问题。
然后就是两个枕木,原理上来说,越靠近震动部分的部件,对声音影响越大,也就是说同样程度的不完美,在前端枕木上更致命。枕木与琴身连接靠胶粘接,主要选择有树脂类和木工用的水溶性胶两种,性能上本质区别就是一种能防水一种不能,但这不是我们考虑的要素,我们需要的是传导震动上不增加损耗,也即是说胶干后硬度要好。这样的条件下,并不能说两类胶哪类就必然更好,还是要看具体产品。我觉得ELMER的木工胶很不错了,树脂类胶混合比例出现偏差时最终强度会有很大差别,是一个潜在隐患。还有移除,木工胶泡水就溶解了,环氧树脂需要强力的有机溶剂,不现实,所以粘上去就没得后悔。
不光胶有影响,更重要的是枕木和琴身在粘接前的缝隙,假如缝隙越小,之间所需要的胶就越少,胶的力学性能的影响就小了。记住,部件连接对于整体震动能量传导要用减法计算,就是说你某部件用料再好,也就少减点分,不会给你加分的,部件越少,连接处越少,整体传导效率就越高。要保证枕木和琴身间间隙更小,最好的方法就是两边的接触面都保证绝对平,怎样打磨就不加以赘述了。我想要指出的是,在难以保证很平的情况下哪种方向的偏差不那么糟糕,答案是两端突起中间凹,相比中间凸,相同程度的中间凹被压平需要的力更小,粘接后内部应力也更小。
前端枕木上还有金属棒,这就是设计的缺陷,本来可以一个部件解决的,硬要用上两个,传导效率在本质上就被遏制住一个量级。当然,设计不光是理论的考虑,还有工程和成本的考量,但我对现有设计的批判和评价,先是从原理入手。金属棒,又需要跟枕木契合,量产产品里时而会出现要么金属棒不直要么枕木凹槽不平,这就需要认真检视,金属棒不直只能换掉,枕木凹糟小规模不平可以用跟金属棒类似直径的圆柱形锉刀加以修正。然后,金属棒跟枕木之间可以选择粘接或不粘接,粘接的好处就是保证接触面完美的情况下,粘住就不会移动了,不粘接的话,后期发现又问题还可以调整。很多滋滋滋的杂音的情况就是枕木和金属条之间存在空隙。想像一下弹片震动的慢动作:在慢动作下所有材料都变成像布丁一样弹力十足的存在,不同的材料只是其受力后被压缩的程度不同。金属棒跟枕木之间存在空隙时,上方弹片震动时金属棒需要位移至空隙的另一端才能将震动传导给下方的枕木,而由于其在微小的时间尺度下的布丁性质,震动带来局部形变使金属棒弯向下部空隙时上方于弹片接触部位又出现新的空隙,这就导致金属棒跟弹片的接触是周期性的,这就是杂音的源头。解决的方案,没粘接的当然就方便一些,拆了,检查金属条,打磨枕木凹槽,装上重试。粘接的就只能抱着死马当活马医的觉悟靠暴力解决了,在还装着弹片的时候,用调音锤子从各方向击打金属棒,由轻到重,不解决问题的话就下重手,用力敲击出现杂音的弹片的两边,企图带来枕木自身永久性的形变消除空隙,这样的风险就是杂音也可能越变越多,多到一发不可收拾,就只能更换枕木了。当然,我要提醒滋滋滋杂音又暂时和永久两种,前者特别容易出现刚组装的琴上面,通过左右调整弹片,背后拍打琴身,甚至放着不动,都会消失,而怎么都不会消失的杂音就是在弹片都组装在位的特定状态下内部应力分布导致金属条下面永远有空隙,这就只能从根本上才能解决问题了。没组装完成的琴有的弹片有杂音先不急,因为目前的内部应力环境还不是最终的,把所有弹片装上,调至大概准确的音高再试,没准杂音就消失了。还有一种可能就是弹片跟金属条之间夹了你的鼻屎,清除鼻屎就能手到病除。
组装的话就大概这么些,然后就是反思现有设计的缺陷的时候,首先,部件太多,连接部太多,大大阻碍传导效率。在三点式固定弹片的框架里,目前量产卡林巴的三点也不是力学稳定最好的布置,最简单的,一块木头上,两头两点是两根金属棒,中间压条一根棍压住所有弹片的布局,就比量产型更优越,但显而易见的就是调音更麻烦:压条拧下去以后弹片就动不了了,大概是这个原因,这样的布局现在还只存在于DIY和定制领域,比如大多数国外的DIY卡林巴还有梦弦工房的产品。
选择弹片
弹片可以自己制作或使用量产的,可以先从选择已有产品起,了解不同规格和要素的影响。一般市场上的弹片宽度都在4mm+-0.2mm范围,差别不大,厚度则有0.9-1.1mm,一般都在0.9几,厚度影响很大,首先更厚的弹片发出同样频率震动的长度要更长,琴身布局就必须考虑进去。然后,发出相同频率下,更厚的弹片在被弹拨瞬间内部弹性势能储存得更多,因为震动部分质量更大。这就带来理论上的可以得到的更长的声音延展性,但注意这只是理论上更高的极限,实际中要接近这个理论值更厚的弹片反而更难实现,因为更高的能量需要更紧密的连接传导,琴身达不到要求的话很容易出现响而短促的音,详细原理见Bart Hopkin 的 Music Instrument Design第二章最后关于impedance的部分。当然,响而短促的音的另一原因是琴身的自身震动频率曲线图中有一个低谷与弹片频率重合,假如是这种情况哪个位置的弹片调到这一频率都会重现这个问题,产生现象的原因是驻波干涉,而在设计层面追究的话问题根源是琴身共鸣箱尺寸过于规整,像吉他小提琴等乐器的融入多个曲面的共鸣箱自身震动频率曲线就更为平滑一些,不容易出现“wolf tone”,详见Bart Hopkin 的 Music Instrument Design第二章Resonance部分。从另一个角度讲,能使用更厚弹片的琴身安装薄一点的弹片声音绝对没问题。然而,4mm宽的情况下琴键超过1mm厚不是很好,因为加工精度的原因,无法保证所有地方厚度的均匀,于是容易出现某些琴键震动方式不优先“第一模式”, 详见Bart Hopkin书中关于卡林巴章节,也就是典型的“金属声”,简单解释就是泛音喧宾夺主了,但由于棒状震动体泛音跟主音都是不和谐的,突出泛音只会更不悦耳,而且无法跟其它琴键的音色做到一致。更薄的弹片由于其同等横截面积相当于更长,就更易于优先第一模式的震动,加工精度带来的厚薄不均就可忽略不计了。对于如何对已有的弹片改变其泛音侧重,书中有详细记载,要突出第一模式的话就要在弹片震动部分靠近金属棒的位置磨薄。
高音因其高频的震动尤其需要对震动反应快的紧密结构传导,琴身达不到要求的话更只会有很“死”的声音出来,这时磨薄弹片或替换更薄的弹片减少震动能量有可能带来更好的音质,但可能性不是很高,弹片安装部位紧密度太差的话可能物理上能够实用的任何厚度都不能弹出需要的音高。这就需要用经验了判断现有厚度弹片离实现理想音质有多远?这就要在不同条件下测试音质,假如一成不变估计就希望不大了,假如时好时坏,敲两下好一点,弹了别的音在弹高音高音又不行了的话,琴身顶住坚实的体积大的物体又可以弹出来了,就说明高音琴键下方的紧密度还是有希望的。首先试下螺丝能不能更紧,然后可以不断磨薄弹片企图得到更好的音质,当然磨薄的程度没有保证,最好自己备好几种厚度的E6的弹片,不太行的琴随时可以换上,换上最薄的弹片还不行的就是琴身本身太没救了。更薄的弹片换上去会更短,但在最末端弹片其实无所谓。磨薄要不一定要保证所有部分均匀但要足够平滑,优先上端靠近接触金属棒的地方,一旦出现上部泛音(upper partials)占主导,只要单独打薄震动部分接触金属棒的地方就可以缓解。
想要各个琴键拥有更为一致的声音延展性,就需要低音的琴键更厚,高音的更薄,这样低音琴键会更长,高音的更短,就需要分离各个琴键固定部分了来让弹拨位置不要相差太远,音乃羽卡林巴的制作者就这样尝试过,并反映效果出众,这些都记录在其博客的试制器日志中,作为DIY爱好者很值得研读作为参考。不过我们也可以接受某些不完美并利用于演奏方式中,如更长的低音用于伴奏,而更短的高音用于更快频率弹拨的主旋律,这也是大多数演奏者所做的。
参考文献:
Bart Hopkin 的 Music Instrument Design
https://mycourses.aalto.fi/pluginfile.php/1134262/mod_resource/content/3/Bart%20Hopkin-Music%20Instrument%20Design.pdf
音乃羽卡林巴:
https://kalimba.neostaff.org/report.html


  • 杨婉岁月
  • 中尉
    7
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嗯,技术贴,卡林巴制作者的福音,楼主还有其他资料吗?


2025-06-09 21:05:21
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  • inovaX1
  • 少尉
    6
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可以不用枕木吗?直接在琴身上加工出形状
不知是否可行


  • x夜游x
  • 少尉
    6
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个人认为吧,拇指琴应该往钢片下手。
现在的钢片太细了,声音不够厚重。
可以考虑升级到更宽更厚的钢片。
另外,由于高音延音实在太短,其实高音可以用薄钢片,低音用厚钢片,中音用标准厚度钢片。
这样的话,低音不至于太长,以至于挡住颤音孔,高音不至于太短,根本没有延音。


  • pratincole
  • 上尉
    8
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(续)
卡林巴
卡林巴包含有一套调好音的叉齿,通常但不是总是是金属,安装在某种板面上。(这类乐器有很多名称,我选用卡林巴因为这时所有非洲名称里再西方最为人知的)弹奏方法通常是弹拨弹片的末端,但有的制作者也制作了用木槌演奏的卡林巴。发音的叉齿可以是任何有着能够经受住震动的刚性的材料,硬木和竹子常被使用,它们缺乏金属的延音,给一种轻而打击乐般的感觉。非洲卡林巴通常用柔软的钢来做弹片(确实比较柔软),来得到饱满,温暖的音色。弹簧料规格回火的钢,很硬,会得到更亮的声音。弹片通常是扁平的棒状,但圆柱状也可以。制作者也有选择在铁砧上把圆的部位打平。在Shona的传统里(津巴布韦姆比拉),把末端锤平做成拉长的扇子状是通常步骤。
后面图片跟图注展示了几种弹片固定方式,你也可以发明你自己的系统,只要能满足一下条件:1,固定结构必须紧结实耐用,正常演奏下这个部位会经受很大的压力,弹片会很容易被弄松发出杂音或丧失音准。2,弹片位置要能够调整,得以调音。卡林巴的调音通常是让弹片向外或内移动,以至伸出来的部分更多或更少,让震动部分更长或更短。
要涵盖很宽音域的乐器的设计上,低音的更长的弹片要比高音的更短的弹片更厚,保持某种长度厚度比是为了不让泛音在低音琴键里主导音色。(译者注,这样做另一个作用是让高低音的延音相对差别不那么大,D4一下的音的琴键还用同样厚度的话延音会长到妨碍演奏的地步,高音的延音也是,总是有一点余韵的好听一些)弹片末端弹拨部位的形状对音色也很重要,平缓圆滑的末端在被弹拨时更不容易激发泛音,音色将更圆润而非明亮,整个音色中的泛音将不那么突兀。为一个音域比较广的卡林巴,你可以通过掰弯将低音弹片的末端做得圆滑,而留着高音的不掰弯或稍许掰弯。注意,末端尖锐的弹片对演奏者很不友好。(译者完全不理解为何要区别对待高低音弹片的末端造型,对指尖的肌肉记忆很不友好!)
卡林巴可以有很广的音域,我曾制作过类似卡林巴的乐器,高达D6的音还有着清晰的音质。(虽然音质跟一般卡林巴的不太一样,而且高音很难调)(作者是在对比一般的非洲卡林巴,不是现在仿hughtracy造型的量产型)
在音域的另一个极端是在拉美和加勒比海地区时常出现的marimbulas 和 rumba boxes(伦巴盒子?)牙买加的rumba boxes是真正的低音乐器,其低音的气质跟低音弦乐一样让人满足,某种程度上更加让人满足,因为它们的效果更加贝斯和有韵律。虽然音量不是那么出众,但在乐器组合里绝对可以成为低音担当。我做过一个有着还可以的音域的最低音到A1的乐器,我要用一个很重的木制的弹拨器用力弹动,以得到更好的音量和清晰度。
卡林巴弹片最好多大?上面所述的最高音D6的弹片是一根直径1/32英寸(约0.79mm)的弹簧钢,不超过1/2英寸长(12.7mm)(译者觉得您老这手艺还不行)刚才说的我做的rumba box上最低的A1,我用了类似的弹簧钢,5/32英寸直径(约3.97mm)(译者:说直径大概是最初用的钢材是圆柱状钢条,最后加工成什么形状就没说),长度达到8英寸(203mm)(发声部分长度)(译者:相比,0.9-1mm厚的4mm宽弹片发出C4频率时发声部分长度约52mm)
任何中间的范围的音高的话,你可以依靠常识直觉和实验来决定需要的弹片厚度。这个过程中,你会发现重要的不是弹片自身多大,而是它们相对音板多大。相对支撑它的系统太大的弹片发出的声音不会被持续,震动将摇晃整个固定系统然后被消耗掉。结果,在极端情况下,是一个很沉闷的死音。相反,对于固定系统太小的弹片可以自己很好地震动,但不足以带动音板发出足够的音量。通常的卡林巴的琴键虽然看起来不是很大,但其基部的刚性远大于比如琴弦,所有,它能够比你想象的更有力地带动音板,所以就需要比同样音域弦乐乐器更厚重的固定和音板。更多细节在第八章共鸣器与放射器里。

图注:众多卡林巴琴键固定方式中的一些
A:最常见型,琴键被一根压条压在两段琴马/枕木上,这让琴键前后可以移动以便调音,压条必须够刚,紧紧压下,如果它向外弯曲,有的琴键就会松动,压条中段也可能需要固定点,而不是仅仅在两端。有时候后方枕木被拿掉,琴键后方直接压在音板上。
B:A型的双层结构
C:加勒比地区marimbulas 和 rumba boxes的常用结构,非常结实,尤其是在琴马下半部也是金属来固定上方螺栓的情况下。
D:每个弹片有各自的固定系统将减少很多隐患,D,E,F,G展示的都是不同的方式。D尤其适合可以弯曲的圆柱状弹片,而非扁平的弹片。D中螺丝直接拧进半边硬木做的枕木,反复的拧进拧出会破坏木头,所以E中金属枕木会好些。
E:与D类似,适合扁平又宽的弹片,琴马最好是钢质的,以固定上方的螺丝。
F:可调音的构造,类似E,但不用打了螺纹的钢条,缺点是你需要够得到音板的另一边来调音。
G:类似F,但适合的是圆柱状型弹片。
同时你要记住这个常识,要投射更低的频率时,你需要更大的乐器表面。对于专长于高音的卡林巴,音板也许一平方英尺不到就够了,但是像rumba box想要好的效果,表面起码要,就说20乘24英寸,来推动那些长的波长,以给出底部充实的低音。而且越大越好,想象一下低音弦乐器需要的相应大小。很多卡林巴利用共鸣箱,也就是一个闭合的音板上有音孔的结构,相当于吉他的琴身。内部空气的共鸣大大丰富了音色,特别是低音,更多细节在第八章共鸣器与放射器里。
在卡林巴上,制作者可以自由排列各个音高的琴键,传统的卡林巴运用的是从中间开始左右交互向上排列的方式,第三章有更详细讨论。线性的音阶排列也有使用,要有西方键盘熟悉感的话,可以使用双层的排列方式。
(卡林巴部分完)


  • pratincole
  • 上尉
    8
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第八章共鸣器与放射器
这是特别的一章。专门来讨论帮助音量不足的乐器投射声音的系统。第二章里共鸣,放射,相位关系和阻抗跟我们要讨论的也有紧密联系,读者可以考虑重新温习前面的内容。
声乐乐器的共鸣器与放射器是两大类:放射声音的表面和空气共鸣器,放射声音的表面包括例如吉他小提琴及大多数西方弦乐乐器的音板,还有薄膜,像班卓琴和大多数非洲及东方弦乐器上用的,它们的任务是从震动源头接受震动能量,例如琴弦或卡林巴弹片,然后让震动从更大的面积上传播到空气。这让它们比震动源更高效地带动周围空气震动。
空气共鸣器包括马林巴琴下面的空气共鸣管或鼓面下面的共鸣室,还有吉他小提琴之类所用的半封闭的共鸣箱。(注意,共鸣箱类乐器的音量从放射和空气共鸣两方面获利)共鸣器的工作是,从震动源得到震动,将其放大,再从音孔把震动传播到周围空气。在管乐器一章我们研究过了空气共鸣,马林巴琴跟鼓的章节也都分开讨论了其在各自乐器中的作用,这一章我们将着重在空气共鸣如何在共鸣箱乐器上作用上进行深入。
在进入细节一前,我们先顺带提到一下另一种声音加强装置,反射器。特别是对于不利于共振的悬挂震动体乐器,如马林巴琴,你可以在琴键下方放置一块实心的平面物体通过反射声波来增加音量和音色饱满度。这里关键的是琴键和反射表面间的距离,合适的距离会带来好处,错误的距离则会通过干涉效应减弱声音。
回到本章的两个主题,共鸣与放射,在实际中,这两个功能往往有部分重叠,但我们讨论中必须在定义上明确二者区别,放射,在我们的讨论中,指的是一个震动表面带动周围空气震动,得以传播声音。共鸣指的是一个物体被一个位于或近似该物体自然频率的震动带动震动时产生的增强的震动。所以,一个调校好的共鸣器在有适合的输入频率时可以十分慷慨地产生自己的震动,假如共鸣器又是很好的放射器时,声音的功率将被提升。
音板和音箱——背景与理论
一个好的声音放射表面必须满足两个要求,当它运动时必须能够推动大量空气,还有就是必须对震动源充足地反应(琴弦,卡林巴琴键等)。放射器有足够大面积时就满足了第一个条件,如何满足第二个条件更为复杂——我们之后会更详尽地讨论,但总的来说,放射器的重量要比震动发生器轻,且不是完全不可移动地被固定住。同时,为了让震动传遍整个放射器,而不是在输入位置就衰减,放射器自身要有一定的刚性和韧性。
放射表面积的要求
任意一种应用的放射器表面要有多大,这里有一些参考。
太小的表面不利于投射长的波长。一个好用的物理指标是,表面两边的长度,都要比需要投射的最低频率的一半波长要长。在实际乐器设计中,更多的因素会产生影响,所有也就没有死的规定。较小的音板可以投射低频率,但是音量不佳。有的时候声音听起来很响,但是就像小尺寸的音响,放射器投射的可能只是低频音复杂的音色里高频的部分。
为了在可控的尺寸里得到更好的低频率效果,像低音弦乐器,就把一个闭合的共鸣箱作为琴身的一部分在后面支撑音板。这样,通过把充足的低频空气共振也加入到混合的声音里面来,低频率就被增强了。闭合系统还能将音板后方相位错位的震动分离开(详情随后)。
因为难以用简短的定律概括,针对放射表面的面积,我最好的建议是去研究已知的乐器然后做比较。几个选出来的例子:低音弦乐器的最低音往往有超过8米的波长,然而音板一般只有一米多长,不到一米宽,这离满足“半波长法则”还差得远,但低音部分的低频被空气共鸣大大地提升了。就是如此,声学家还是会提出,在不考虑实际性的前提下,琴身大小应该再大很多。再来看三角钢琴,最低音是之前例子的一半,而音板大小是两倍还有多,但没有相同的空气共鸣系统。它的低音表现值得肯定,虽然音量上更多来自上部泛音,而非坚实的基音。与此同时,直立式钢琴尝试以一个小很多的音板投射那些同样的频率——以至于低音部分表现很差(也有更短的琴弦长度的原因)。而在情况的另一个极端,曼陀林上面小而轻的音板对高频率反应很好,能够投射清晰明亮的高频音色。
相位关系
我们现在知道音板前后面发出的声波相位是错开的,随着它们传播,是有可能一定程度上产生干涉现象。尤其对于有更广传播能力的低频声波更是如此。对于一个比较小又没有封闭结构的音板,这种现象很明显,很多情况下会导致很贫乏的声音。对于比较大的音板,这种现象有所减弱,因为两面产生的声波不那么会碰面。
一种消除干涉现象的方法是通过完全封闭音板后方来隔离后方产生的声波。做出一个整体密封的盒子,一面是我们的音板。很多音箱是这么设计的,为了消除音响从后方发出的相位错位的声波。而对乐器来说,问题是被关住的空气会妨碍音板的震动。结果是得不偿失。
一种折衷的办法是部分封闭盒子。例如小提琴的共鸣箱,处了F孔以外全部封闭。大量的空气得以从孔中出入,从结果上让相位错位的声波传播到前方,不管你是否喜欢。小提琴制作师提倡这样,因为他们喜欢共鸣箱里空气震动带来的音色。最终的声波干涉一定程度降低了,原因是共鸣箱空气共鸣的增强的频率也是该尺寸音板最能够投射的那些频率。二者的混合让音色比单一的音板震动或空气共鸣的音色更丰富。
我们的讨论聚焦在音板前后声波相位的错位,但现实中情况更为复杂。音板很少简简单单地前后震动,震动时它同时以多种方式弯曲,有的地方向前突出有的地方向后凹下去。结果就是单单是音板的前方,就有多个相位错开的声波,还别说后方。声学家们在得到越来越多的关于这些音板震动规律的复杂的理解,然而把这些理解运用在音板设计上是一个巨大的挑战。Catgut 声学协会的成员们就在这个领域研究的前端,更多详情请查找他们的期刊。

图注:A相位关系和造成声波干涉的空气运动,在一个平板的音板在震动中弯曲时的例子。
当板向上弓起时,上方空气被压缩,下方则产生低压。但上方的高压很快传到板的周边,让两边的气压变得均等。这个效应降低了单独一块板作为放射器的有效性,特别是对于传播更广的低频声波来说。
B同样的现象在一个有音孔的音箱上时。
质量和刚性;阻抗
阻抗关系在放射器工作中也是一大要素。最初发生震动的震动物体,琴弦,弹片或者别的,通常在输出震动的位置上有很高的阻抗,大量震动能被集中在很小但很强的震动里。震动最终要被传导到的空气是个低阻抗媒介,运送传播广的低能级震动。音板的阻抗则位于二者之间,以完成传导的功能。
为了完成这个中间职责,音板不能太重或太刚以至于震动源无法有效地带动它。它也不能太轻太薄弱以至于震动过载发生,震动源的能量很快被消散。特别是比较重的震动源,可能不太容易找到足够重和足够刚的支撑系统,在制服住震动源的同时,对震动有很好的反应又有足够大的面积把震动传导到空气。在这种情况下,增加另一层中间的传导结构会有帮助:震动源可以被安装在够大够刚的支架上,再被装在相对更轻更薄的放射器上。
对于震动源物体对放射器的质量和刚性的关系,并没有明确的法则。我能给的最好的建议,又是观察学习已知乐器,以下的个案研究也许能提供思路:
卡林巴琴键通常不是很大,但一般都很刚,所以有着相对的高的阻抗,特别是在安装的接触点上。于是,它们需要相当重和刚的音板。大多数的卡林巴(这里讲的是箱式)使用1/8到1/4英尺(差不多是3-6mm)厚的硬木音板,而不是大多弦乐器上使用的更软更轻更弹的木料。卡林巴演奏者也经常使用一种三级结构,弹片被安装在一块相当重的音板上,大概是一整块厚木板。木板为弹片提供了较好的稳固的安装支撑,但作为放射器则很一般(太厚太重以至不能充分地动,且表面积有限)。而这个木板又被安装在一个半圆形的瓜或葫芦里面,让震动可以传导到瓜表面。瓜表面足够薄足够轻,刚性也符合放射器的经典范式,所以就能够成功地放大音量,并让低频率更好地被听到。
总结起来,轻的震动源,如较小的琴弦,直接把震动传导到一个较轻的放射表面就可以了,重一点的震动源需要重一点的支撑装置和放射器,很重的震动源最好有中间结构,比如装在一个很重的支架上再装在更轻面积更大的放射器上。
震动能的传导
在乐器里,共鸣和放射的结构都直接连接着震动源。长距离的震动传导在这里不是问题。但有趣的是,震动能的传导其实可以很容易且高效,只要传递媒介不造成太多震动的浪费。想象你在一处制造了一个高阻抗的震动——几乎听不见因为没有有效地传导到空气,——然后震动被传导进一系列相连的棍,最终传导到远处一个高效的放射表面,在一旁的一个收听者就能听到震动带来的声音了。
这里有几条关于远距离传导震动的指导方针:
传导介质内部必须尽量不浪费震动,不把震动转化为热能,不然震动能途中就会衰减。你会被木头在这方面的表现惊讶到,但硬度高的金属更好,特别是长距离,绷紧的线也可以做到很好。所有的连接很关节都要简单牢固,为了更高效的传导并防止在震动下松动的部件叮呤哐啷。被传播的震动必须是高阻抗,纵波震动。
本章后面还有多个具体案例的解析,没有对任何原理和框架的阐述,就不翻译了,前两章内容是更基础的,因为太多而且没人看我也懒得翻译了。对卡林巴制作应用性的信息都在以上翻译的部分,要完全理解里面的逻辑就需要部分前面的基础知识。
之后我会再分享一些我自己的从材料到设计到施工的卡林巴制作的经验。


  • 在中花园
  • 中校
    11
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收藏了,好帖。


  • Agjehxhu47HEJ
  • 大尉
    9
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或者可不可以这样设计,就是琴枕和琴键之间垫一个滑轮,这样方便转调


2025-06-09 20:59:21
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  • 非常希腊的星空
  • 中士
    4
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枕木两端凸起中间凹的意思是两头向上微翘的意思是吗?不知道有没有理解错。。


  • pratincole
  • 上尉
    8
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是的


  • 非常希腊的星空
  • 中士
    4
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打孔一般打多深呀


  • pratincole
  • 上尉
    8
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在允许的范围尽量深一点


  • 非常希腊的星空
  • 中士
    4
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大佬我私信您了


  • 超级玛丽很好玩
  • 列兵
    2
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那本 Music Instrument Design 有下载吗?


2025-06-09 20:53:21
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  • pratincole
  • 上尉
    8
该楼层疑似违规已被系统折叠 隐藏此楼查看此楼
在我研究卡林巴制作满一年之时,在此对帖子里之前内容不太准确的地方做出说明,以免误导读者。第一是upper partial这个词的翻译,当时我以为没有中文对应,私自翻译成了"上部泛音",其实对应的中文是存在的,应该叫"倍音",由于一般只出现在学术文献不那么为我们所知。
第二是我当时对固定压条的螺丝松紧的过度强迫,其实只要压条不活动螺丝自己不变松就够了。
第三,木材上打自攻螺丝的导孔,我经过学习后了解一个木工的习语,6879,也就是说在软木里,也就是针叶木里,导孔的直径是螺丝主轴直径的60%-80%,在硬木里,也就是双子叶乔木里,导孔直径应该是螺丝直径的70%-90%,但这指的是一般做较大器具结构的通用木材,假如是硬度密度排前的热带硬木,导孔直径则应该等于螺丝直径。特别是密度大的木材,导孔是可以稍大于以上规律的,越硬的木材越怕孔不够大,不然过大的摩擦力很容易让螺丝被拧断。
对于我个人设计制作卡林巴的经验,现在也总结得差不多了,不久会在此分享一下。


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