专利名称：自由振动式完全共鸣型乐器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种乐器，特别是涉及一种发音元件依靠本身自由振动频率产生乐音的乐器。
在现有的各种乐器中，弦乐器均依靠弦的被动振动产生一定频率，该频率与弦的质量、粗细、长度和拉紧程度有关，并将此振动传递给一个薄的振动面，强制其发生相同频率的振动，从而发出乐音，该乐音的频率和音质均根据上述原件状态的改变而发生变化，因此极不稳定；簧乐器则依靠簧片在气流冲击下强制振动发音，其频率依靠簧片的厚度及长度而变化，属于稳定型的一种，但簧片必须很薄，因此容易损坏，且其音量由于乐器的构造而受到较大限制；管乐器则通过气流按特定方式进入管口小孔，使管内空气产生振动而发音，其频率与管长相关，当气流进入管孔的方式不当时，则不能发音；打击乐器依靠敲击乐器平面使其振动而发音，演奏较简单，但其振动不是某一单纯的频率，而是多种频率的混合振动，而各种频率间不存在称为“和音”的和谐关系，因此发出的只能是一种噪声，而不是乐音，而且一般只能发出一种固定的撞击声，因此不能用来表现旋律，只能表现节奏。以上乐器的共同特点是共鸣不是完全的，共鸣作用没有充分得到发挥。另外一类乐器是依靠发音元件的本身固有频率自由振动而发音，因此其频率相当稳定，如铝板琴、木琴等。这类乐器具有打击乐器演奏简单的特点，又具有其它乐器能演奏各种旋律的功能，其音色优美独特，不同于其它乐器，但其设计和制造工艺全凭乐器制造师的经验，其发音元件——音板均剜成特定形状，使其发出较宏亮而具有一定频率的乐音。这种乐器的音调是否准确，完全依赖乐器制造者的经验和水平来决定，而不是依靠科学计算；其中一些高档的乐器均备有共鸣管，但其共鸣管也没有经过科学计算，因此也属于一种不完全共鸣，因此共鸣效果不理想，甚至完全未发生共鸣，共鸣管在某种程度上仅起到装饰作用。为了使其有足够的音量，一般均将音板尺寸加大，使整台乐器显得很笨重。
本实用新型的目的是提供一种完全依靠科学计算的发音元件，共鸣管也经过科学计算，使其产生完全而充分的共鸣，由此设计制造的乐器，能达到音质优美柔和，发音宏亮悠扬，且元件尺寸小、重量轻，用任何硬质材料均可制造。
本实用新型提出的目的，是按照下述方法来实现的本实用新型的发音元件由硬质矩形截面的长条形平板构成，该平板用两个柔性支撑支持在载体上，支撑点位于振动的两节点处，其下方是一共鸣管，以保证产生完全的共鸣。
首先选定一种材料(一般使用钢板即可)，将该板材裁成一定长度的矩形长条，由于其宽度与发音频率无关，因此可根据实际情况决定适当宽度即可，两面均为平面，不需制成特殊形状，其厚度和长度与频率密切相关，各参数间存在如下关系自然振动周期T=2πWFg............(1)]]>式中T为振动周期W为振动系之重量F为使物体产生单位变形时所需之力g为重力加速度由于频率等于周期之倒数，故f=1T=12πFgW............(2)]]>以上公式中的变量与发音元件的尺寸，密度、弹性模量相关，当发音元件为一具有矩形截面的长条形平板，并自由支撑在两支点上时，可将其视为一简支梁，当其产生自然振动时，会形成两个节点，而两个支点则应位于节点上，在这种情况下，经过推导化简后的频率与发音元件尺寸的关系式为f=c·Eρ·SL2............(3)]]>式中f为音阶频率，单位为赫兹E为弹性摸量，单位为千克/厘米2ρ为材料密度，单位为克/厘米3L为板长，S为板厚，单位为毫米c为综合化简后之系数c之值约在10000至11000之间，其值与材质，热处理状态，轧制和加工状态有关，详值可根据板材状况通过初步计算后，由实验确定。
在板的下方设置共鸣管，共鸣管的长度与音波的波长相关，亦即与音速v和频率f相关，而与管的直径无关。当共鸣管为无底的通管时，管长为l=500vf-d............(4)]]>当共鸣管为一端有底的不通管时，管长为l=250vf-d............(5)]]>式中，l为共鸣管长，单位为毫米v为音速，单位为米/秒f为频率，单位为赫兹d为管口与音源之距离，单位为毫米在计算时，音阶频率按国际标准为音阶A＝440赫兹，音速根据国际最新测定并经公认的速度为，在0℃及海平面标准气压下，声音在干燥空气中的速度为Vo＝331.29米/秒。
在其它温度之声速为Vt＝Vo+0.54t………………………(6)式中Vt为在温度为t时之音速Vo为在温度为0℃时之音速t为计算条件下的气温(℃)按照以上方法设计的乐器，在任何频率下均可获得完全的共鸣，使发音元件的音量扩大数十倍以上，用柔性琴锤敲击，即可发出准确、悠扬、洪亮而且优美柔和的乐音，具有一种梦幻般的特殊效果。
附图为一实施例，
图1为乐器的正视图，图2为乐器的俯视图，图中1为发音元件，2为柔性支撑，3为共鸣管，4为乐器载体，该载体可用各种适当方式固定在支架上，以便形成一架便于弹奏的乐器整体。
权利要求1.一种自由振动式完全共鸣型乐器，该乐器用柔性琴锤敲击发音，其特征在于发音元件由硬质矩形截面的长条形平板构成，该平板用两个柔性支撑支持在载体上，支撑点位于振动的两节点处，其下方置一共鸣管，以保证产生完全的共鸣，发音元件及共鸣管尺寸均经科学计算确定。
2.按权利要求1所述乐器，其特征在于发音元件尺寸按f=c·Eρ·SL2]]>计算，当f单位为赫兹，S及L单位为毫米时，系数c之值在10000至11000之间。
3.按权利要求1、2所述乐器，其特征在于当共鸣管无底时，其长度按l=500vf-d]]>计算。
4.按权利要求1、2所述乐器，其特征在于当共鸣管有底时，其长度按l=250vf-d]]>计算。
专利摘要本实用新型提供了一种自由振动式完全共鸣型乐器，其发音元件由硬质矩形截面的长条形平板构成，该平板用两个柔性支撑支持在载体上，支撑点位于振动的两节点处，其下方置一共鸣管，发音元件及共鸣管的尺寸完全依靠科学计算确定，因此其音调准确，音质洪亮悠扬，音色优美柔和，具有一种梦幻般的特殊效果。
文档编号G10D13/08GK2245797SQ9521960
公开日1997年1月22日 申请日期1995年8月3日 优先权日1995年8月3日
发明者杨天博 申请人:杨天博