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研究生:陳品豪
研究生(外文):Pin-Hao Chen
論文名稱:鑼臍型式銅鑼之聲音及振動特性的探討與設計分析
論文名稱(外文):Sound and Vibration Correlation Study and Design Analysis of the Copper Gong with Oval Navel
指導教授:王栢村
指導教授(外文):Bor-Tsuen Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:機械工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:銅鑼有限元素分析自然頻率振動模態聲音頻譜
外文關鍵詞:GongFinite Element AnalysisNatural FrequenciesVibration ModeSound Spectrum
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本文主要針對具鑼臍型式銅鑼之聲音與振動特性作關連性的探討。首先運用有限元素分析,將銅鑼以殼元素建構其有限元素模型,並設定為自由邊界,以進行理論模態分析,求得該銅鑼之模態參數,包括自然頻率及所對應之模態振型;同時也利用麥克風作為感測器,並進行銅鑼敲擊之聲音量測分析,再透過頻譜分析儀,求得其銅鑼之聲音頻譜及峰值頻率,將實測所求得之峰值頻率亦即銅鑼之自然頻率作為有限元素模型之修正基準,再經由有限元素分析運算所得之結果顯示,其理論有限元素分析與實測分析所得之模態參數均相當吻合,故成功地驗證有限元素模型的正確性。此外,本文也運用有限元素分析方法,對該銅鑼進行理論之簡諧響應分析,以獲得銅鑼之聲音頻率響應函數;同時也利用簡易的錄音工具,加以錄製該銅鑼經敲擊後所發出的聲音,並透過自製的聲音分析軟體,以求得其銅鑼之聲音頻譜,其所的之峰值頻率與實驗及理論分析之結果均相當吻合;最後再運用有限元素分析方法,將鑼臍型式銅鑼進行外觀幾何形狀之變更,並再經由自製的聲音模擬分析軟體,以瞭解鑼臍型式銅鑼之幾何形狀對聲音的影響。本文建立之分析與量測方法有助於銅鑼聲音特性之瞭解,也可應用於其他打擊樂器之分析。
This work aims to discuss the sound characteristics correlated to the structural vibration modes of the copper gong with oval navel. First, the finite element (FE) model of the copper gong in free boundary is constructed to perform theoretical modal analysis so as to determine the modal parameters, including natural frequencies and corresponding mode shapes. Also, the microphone is used to measure the percussion sound response of the copper gong. The sound frequency spectrum can then be obtained and revealed peak frequencies that are related to structural vibration modal frequencies for certain types of structural modes. Base on the identified measured peak frequencies the FE model can be adjusted to fit the structural modal frequencies with the experimental measurement. Furthermore, the harmonic response analysis of the copper gong is also performed to obtain the frequency response function (FRF) similar to the practical percussion process.
By the use of recording tools in computor,the percussion sound of the gong can be recorded and analyzed by the developed analysis program.The sound spectra between theoretical analysis and experimental measurement reveal similar characteristics .Finally,the geometry modification of copper gong is carried out by finite element analysis to determine the dominant modal frequencies. The sound simulation program is adoptedmto study the sound response of different geometries of copper gongs.This week develops the analytical and experimental approaches to realize the sound characteristics of the gong. The methodology can also be applied to other percussion instruments.
摘 要 I
Abstract II
謝 誌 IV
目 錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第1章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 全文概述 6
第2章 鑼臍型式銅鑼之模型驗證 10
2.1 鑼臍型銅鑼之有限元素模型 10
2.2 實驗驗證分析 12
2.3 模型驗證結果與討論 13
2.3.1 鑼臍型銅鑼的振動模態的振型 13
2.3.2 鑼臍型銅鑼之頻率響應函數 15
2.3.3 鑼臍型銅鑼之聲音功率頻譜密度函數 15
2.4 結論 17
第3章 鑼臍型式銅鑼之聲音特性與振動模態關連性分析 18
3.1 信號之頻率域分析 18
3.1.1 傅立葉級數 18
3.1.2 傅立葉轉換 20
3.1.3 離散傅立葉轉換及快速傅立葉轉換 22
3.1.4 功率頻譜密度函數 23
3.2 聲音頻譜分析程式 24
3.2.1 聲音頻譜分析程式 24
3.2.2 聲音頻譜分析程式的建立 26
3.3 聲音模擬程式 27
3.3.1 聲音模擬程式之理論基礎 27
3.3.2 聲音模擬程式的建立 28
3.4 銅鑼聲音之量測與頻譜分析 29
3.4.1 鑼臍型式銅鑼聲音量測之頻譜分析 29
3.4.2 鑼臍型式銅鑼之聲音模擬分析 41
3.4.3 運用各種敲擊工具 44
3.5 結論 51
第4章 變更設計之結構聲音預測分析 52
4.1 基於聲音特性之銅鑼結構變更設計 52
4.1.1 鑼臍尺寸大小N對銅鑼模態特性之影響 53
4.1.2 鑼弧面之半徑大小R對銅鑼模態特性之影響 64
4.1.3 半凸圓之數量增加C對銅鑼模態特性之影響 75
4.1.4 鑼邊導角之半徑大小r對銅鑼模態特性之影響 86
4.2 銅鑼聲音預測模擬分析 97
4.2.1 聲音模擬程式的應用 97
4.2.2 聲音模擬程式之結果與討論 99
4.3 結論 105
第5章 結論與建議 106
5.1 結論 106
5.2 未來建議 108
參考文獻 109
作者簡介 112
1. 張藝生,2004,「林午銅鑼的製作與調查」,佛光大學人文社會學院藝術研究所。
2. http://www.ctnet.com.tw/copper/page1.htm
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