一种古琴雁足的位置测定系统与方法

本发明涉及乐器制作、声学测量与音色评价，特别涉及一种古琴配件即雁足位置的测定系统与方法。

背景技术：

1、古琴，又称“琴”“瑶琴”“七弦琴”，是中国千百年来传统文化与精神追求的物质载体，“八音之中，惟弦为最，而琴为之首。”其以独特的音声音韵承载着中华民族一脉相承的文化情趣与审美内核，为我国传统乐器中弹拨乐器的典型代表。古琴自汉唐定型七弦十三徽以来，主要以外观形态与槽腹挖制加以区别，部件配置则大同小异，主要包括面板、底板、琴弦、徽位、凤额、承露、岳山、龙龈、龈托、龙池、凤沼、雁足、琴轸、轸池、护轸等部件。今天，随着人类对于力学、声学以及乐器学等科学认知水平的提高，诸多研究者表现出对古琴组成部件的科学兴趣，其中雁足位于琴腰，既是用于支撑琴体的重要固件，也是用于固定琴弦之必要部件，其双重受力对琴体振动有何影响？质言之，雁足的双重受力会不会对琴体的振动产生影响？若产生影响，应该怎样消除，并使之协调振动？

2、关于古琴雁足振动测定的分析与研究，有助于调整各部件之间的斫制比例，规范古琴的斫制标准，降低琴体振动阻尼，解决雁足与底板乃至琴体之间的耦合振动问题，进而改善古琴整体声振动，获得较好音质和较佳听感。

3、从国家知识产权局公布的现有专利数据来看，古琴雁足相关的中国专利申请共有11篇。分别为：200920351304.7《古琴雁足式装弦调音装置》；201210069776.x《便于装弦和调音的古琴雁足》；201620364017.x《可调式古琴雁足》；201621096169.2《新型古琴雁足及古琴》；202120236991.9《古琴雁足及古琴》；202221454385.5《一种便于调节的古琴雁足及古琴》；202221923138.5《一种可独立调弦的古琴雁足》；201830129952.2《古琴雁足(1)》；201830131000.4《古琴雁足(2)》；201830129951.8《古琴雁足(3)》；202130823256.3《古琴雁足(云柱款)》。综合分析上述专利的具体内容，不难发现关于古琴雁足的研究多立足于琴弦调音、装弦与雁足的关系问题，或雁足的外观设计专利申请，而未关注到雁足位置测定及其对琴体振动的影响。

4、斫琴师在斫制古琴的过程中常采用师徒间口口相传的“老方法”来确定雁足的具体位置，其多用方法有二，一是取古琴有效弦长十分之七的位置，二是取琴之九徽与十徽二分之一处。细究发现，这两种方法均非确定古琴雁足位置的最佳方式。

5、验证方法一：雁足的取位依据黄金分割点理论，即把古琴有效弦长分割为两个部分，使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比，其比值是一个无理数，取其小数点后三位约等于0.618。以普通琴长为120cm的仲尼式古琴举例说明，其琴体的黄金分割点位于九徽附近，其有效弦长的黄金分割点位于八徽三分附近，质言之，无论取其琴体还是琴弦的总长的黄金分割点，都不是所谓的“十分之七”。

6、验证方法二：该雁足取位，则完全是经验之谈，古琴自古就是工匠手工亲斫，不同工匠的琴体比例设计与槽腹挖制方法多有不同，十徽与九徽之间的雁足取位仅适用于特殊槽腹，如仲尼式、绿绮式、正合式等适用，而混沌式、蕉叶式、师旷式等就不适用，一概而论则会导致不适用样式的古琴“塌腰”或“拱背”，进而影响其音质。

7、由此可见，这两种经验性的“老方法”缺乏科学的印证，加之古琴斫制过程的复杂性，需经历数月、数十道工序，雁足几乎为安装工序之最后，更不可贸然确定雁足之位置，否则前期的槽腹挖制、面板、刮灰、披麻、合琴、上漆、装弦等工序也会受其影响。遂亟待通过一种科学方法来规避此类问题，以精准测定古琴雁足的位置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种精准测定古琴雁足位置的系统和方法，使其在支撑琴体重量和固定琴弦拉力的双重外力作用下，与琴体振动相协调，从而提高古琴的声音品质。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种古琴雁足位置测定的系统，包括固定支架、激振设备、光学测量系统、计算机分析系统；

4、所述的固定支架可将古琴柔性固定(主要采用细尼龙绳将古琴悬挂于龙门架之上)，且各声学构件不被遮挡；

5、所述激振设备为扬声器，与计算机分析系统相连，并可发出声学扫频信号，其置于古琴面板二徽前方；

6、所述光学测量系统由激光扫描头、光信号放大器、光电信号转换器组成，所述激光扫描头置于待测古琴背板正前方；

7、所述计算机分析系统包含有与光学测量系统激光扫描头配套的分析软件；计算机分析系统与激振设备相连接，可控制激振设备发射扫频信号；计算机分析系统与光学测量系统相连接，可接收光学测量系统的信号以及生成古琴频响曲线与3d激光模态图。

8、进一步地，所述激光扫描头置于待测古琴背板正前方2-5m处，优选2.5-3.5m处；激光扫描设备带宽上限为20khz，振动速度不低于30m/s(峰值)。

9、所述激振设备，即扬声器置于古琴面板二徽前方8-20cm处，优选8-10cm处，为专业指向性音响，可发出20hz-20khz的扫频信号。

10、一种古琴雁足位置测定的方法，步骤包括：首先，由计算机分析系统控制激振设备(扬声器)发出20hz-20khz的扫频信号；其次，由激光扫描头聚焦后，输出激光照射到待测古琴体上，采集古琴固件振动的光学信号，光学信号经光信号放大器放大，再经信号转换器将放大后的光信号转换为电信号(即数字信号，经干涉产生正比与待测古琴琴体振动速度的多普勒频移信号)；再次，电信号经过计算机分析系统处理后形成频响曲线与3d激光模态图；最后，通过对频响曲线与3d激光模态图的分析，以及运用振动力学原理辩证(波节为模态振动禁止处，物理量幅值基本为零)，可直观地将古琴背板在125hz时振幅较大、频率最低，且琴下半部振动模态的波节处即红绿两种振动方向的黑白网格连接处，作为确定其最佳落“足”位置。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果：

12、(1)本发明通过对古琴雁足位置的精准测定，避免了以往雁足模糊定位对古琴声音品质的负面影响，并使之协调振动，有效地提高了古琴的声音品质。

13、(2)本发明通过光学测量系统对古琴进行整体声振动检测，有利于明确各固有频率与声学构件之间的对应关系，为古琴斫制提供了科学方法。

技术特征：

1.一种古琴雁足位置测定的系统，其特征在于，包括固定支架、激振设备、光学测量系统、计算机分析系统；

2.如权利要求1所述的一种古琴雁足位置测定的系统，其特征在于，所述激振设备置于古琴面板二徽前方8-20cm处。

3.如权利要求2所述的一种古琴雁足位置测定的系统，其特征在于，所述激振设备置于古琴面板二徽前方8-10cm处。

4.如权利要求1所述的一种古琴雁足位置测定的系统，其特征在于，所述激光扫描头置于待测古琴背板正前方2-5m处；激光扫描头带宽上限为20khz，振动速度不低于30m/s。

5.如权利要求4所述的一种古琴雁足位置测定的系统，其特征在于，所述激光扫描头置于待测古琴背板正前方2.5-3.5m处。

6.一种古琴雁足位置测定的方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一所述的系统，包括如下步骤：

技术总结
一种古琴雁足位置测定的系统与方法，系统包括固定支架、激振设备、光学测量系统、计算机分析系统；所述激振设备可发出扫频信号；所述光学测量系统由激光扫描头、光电信号转换器、光信号放大器组成；所述计算机分析系统，用于控制发射扫频信号、接收光电信号以及分析古琴频响曲线与3D激光模态图。测定方法：先由计算机控制激振设备发出扫频信号；再用激光扫描头激光照射到待测古琴体上，以采集古琴固件振动的光信号；光信号经放大转换为电信号，再经过计算机分析系统处理形成频谱图与3D激光模态图；对频谱图与3D激光模态图分析即可确定古琴最佳落“足”位置。本发明避免了以往雁足模糊定位对古琴声音品质的负面影响，有效地提高了古琴的声音品质。

技术研发人员：杨阳,郭明明,翟晓多
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17