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研究生:陳駿銘
研究生(外文):Chun-Min Chen
論文名稱:竹管打擊樂器振動特性之探討
論文名稱(外文):Vibration Characteristics of Bamboo Percussion Instrument
指導教授:吳四印卓志隆
指導教授(外文):Shih-Yin WuChih-Lung Cho
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:自然資源學系碩士班
學門:農業科學學門
學類:林業學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:南島民族竹管馬林巴琴竹管木琴自然頻率振動特性
外文關鍵詞:AustronesianBamboo marimbaBamboo xylophoneNatural frequencyVibration characteristics
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本文首先採用塑膠管模擬竹管木琴與竹管馬林巴琴,運用頻譜分析檢測管長鋸製後之筒長頻率,再進行孟宗竹、桂竹管長鋸製比對其筒音及實際琴鍵調音,統計分析各音名之筒長及音頻,據以創作竹管琴調音參考表。經檢測分析獲得以下結論︰ANOVA變異數分析管徑10.79cm、管徑5.50cm及管徑3.02cm 之塑膠管模擬竹管馬林巴琴與竹管木琴結果,在95% 信心水準下三徑級間之頻率有顯著差異。但以T檢定分析同徑級內三支樣本,在相同筒高下之筒音頻率則無差異,故本研究後續實驗採用單枝樣本進行筒高變化對頻率影響之分析。研究結果顯示相同筒高時之竹管馬林巴琴管徑10.79cm之筒音頻率值最小,管徑3.02cm之頻率值最大,而竹管木琴也有相同之現象。此外,檢測結果顯示竹管木琴在徑級、筒高相同時之同音頻率值略大於竹管馬林巴琴,推估原因為竹管馬林巴琴雙翼舌片會造成筒高之空氣柱長延伸,使頻率降低,而竹管則會因竹節打通,但修整未完全竹節突緣,使有效半徑變小,造成竹管筒音頻率較相同長度、徑級及琴型之塑膠管之筒音為高。管徑10.79cm、5.50cm及3.02cm之塑膠管之筒長與頻率迴歸乘冪關係之判定係數R2分別為0.976、0.993及0.998,均具高度相關性,其他管徑亦有相同之趨勢,表示使用塑膠管模擬調製竹管琴筒音之方法具可行性。因此採用TBLCURVE發展之方程式導出調音後之筒高,與實際調音後所得竹管筒高數值甚為相近。二種竹管琴模態分析結果,竹管木琴基頻振態波腹位於管舌下端與管口端間,而竹管馬林巴琴基頻振態波腹則位於管舌上端區域。基頻振態波腹及波節之確定,能提供竹管琴演奏及琴鍵調音之參考。
The objective of this study was to investigate the effects of tube length on the it’s air resonance frequency for plastic pipes and applied to the tunning of bamboo xylophone and bamboo marimba. Plastic pipes and Moso bamboo or Makino bamboo were used as expermental materials and Fast-Fourier-Transformation(FFT) spectrum analyiser was used to determined the air resonance frequency of tubes and the bamboo body vibration frequencies.
Tunning process criteria and chart were then established for bamboo xylophone and bamboo marimba maker for fine tunning. Research results showen that the air resonance frequencies from 10.79cm, 5.50cm, and 3.02cm plastic pipes were significantly different at 95% confidence level with respect to ANOVA statistical analysis. T test approach was applied to examined the difference of air resonance of plastic pipe in same diameter category and no significan difference was founded. Therefore, single test specimen with regard to different diameters was used to investigate the influence of tube height of pipe on it’s air resonance frequency. Resuts also showen that the air resonance frequency with 10.79cm in diameter of bamboo marimba type plastic pipe was the lowest among three. Similar result was founded in the bamboo xylophone type plastic pipe. When the tube height and diameter were same, the air resonance frequencies for the plastic pipe in bamboo xylophone shape was slightly higher than those pipes shaping based on of bamboo marimba. This probally bcaused the bamboo marimba had two tongue on both side but te bamboo xylophone had only one tongue on a single side. Due to the tongue on both side elongate the length of tube length decrease the air resonance frequency of bamboo marimba pipes. Due the knot edges in the bamboo pipe decrease the effective diameter ,
the air resonance frequencies of bamboo pipes were slightly higher than plastic pipes. High correlationship were found between air resonance frequencies and tube length. The determination coefficients of regression equation with regard to 10.79cm, 5.50cm, and 3.02cm in diameter were 0.976, 0.993, and 0.998, respectively. This suggested that tube length derived from plastic pipe study could be reasonably applied to predicted the tube length of bamboo pipe at certain air resonance frequency. Tube lenght determined by TBLCURVE software were close to those pipes by real tuning process. The locations of antinode of fundamental bending vibration mode of bamboo xylophone located at two ends, but located at the end of pipe-tongue for bamboo marimba. The verification of locations of antinode and node from modal analysis could be useful for the perfromance and tuning of bamboo instruments.
中文摘要 i
Abstract ii
謝誌 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
壹、前言 1
一、研究背景 1
二、研究動機與目的 4
貳、前人研究 8
一、台灣竹材基礎研究 8
二、竹材物理及強度之性質 8
三、竹管琴的發展歷史及現況 11
四、聲音振動 14
參、材料與方法 17
一、試驗材料 17
(一)試材規格 18
(二)試材之製取 19
二、試驗儀器及方法 21
(一)振動頻率檢測 21
(二)模態分析 30
肆、結果與討論 32
一、聲音振動分析 32
(一)塑膠管模擬竹管馬林巴琴及竹管木琴之頻率檢測 32
(二)塑膠管模擬竹管琴,各徑級筒長與頻率之關係 39
(三)塑膠管模擬竹管琴調音計算式 43
(四)竹管模擬竹管琴筒長與頻率之關係及調音計算式 47
(五)竹管與塑膠管模擬竹管琴型之比較 51
(六)竹管琴之單鍵調音比較 54
二、模態分析 74
(一)竹管木琴型自然頻率及其對應之模態振型 74
(二)竹管馬林巴琴型自然頻率及其對應之模態振型 80
三、創作竹管馬林巴琴型及竹管木琴型調音參考表 86
伍、結論 87
陸、參考文獻 88
附錄 94
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