臺灣博碩士論文加值系統

拇指琴是一種具有特色的民俗樂器，將椰殼曬乾後加工製作為音箱，配合適當之長短鐵琴片便能以拇指撥動琴片彈出簡單的音階。為探討拇指琴結構振動與發聲機制，本文針對具7個音階的拇指琴樂器於演奏時的作用力傳導路徑，進行結構振動特性和聲音特性之解析，並得知拇指琴發聲與振動的關聯性及彈奏時之聲音特性。首先，應用聲音量測程式以量測拇指琴演奏之聲音，量測每一琴片其時間域響應，以獲得聲音頻譜，並探討其音準、音色、持續度。利用有限元素分析對琴片結構進行模態分析及簡諧分析，得到模態參數及頻率響應函數，並以聲音量測實驗所得之自然頻率為基準，修正琴片結構有限元素模型，達到等效於實際結構之分析模型。接著對音箱結構進行聲振耦合分析，由音箱之結構模態與空氣結構耦合之模態特性，進而了解音箱結構振動模態與空氣結構耦合之聲場模態之關聯性，並發現獨特的音箱腔體模態會對整體聲音有放大的影響特徵，也利用修改音箱模型之音孔大小，以實驗與分析驗證其腔體模態對於聲音特性的關聯性。本文透過聲音量測，琴片與音箱結構振動模態分析，以及音箱結構與空氣結構耦合之音場分析，分別由實驗及分析方法解析拇指琴之振動與聲音機制，所建立之方法也能應用於其他樂器之研究。

Kalimba, also known as the thumb piano, is a kind of musical instrument. The coconut shell is dried and processed as the sound box for the speaker. The appropriate length of several steel sheets can be made and attached onto the top of the speaker. When one pulls a piece of steel sheet by thumbs, the kalimba can produce the sound amplified by the sound box. This work uses the kalmba with seven pieces of steel sheets for studying the sound generation mechanism and steel sheet vibration. The sound generation of kalimba can be postulated from the steel sheet vibration to the structure-borne sound interacted with the sound box. This work aims to investigate the kalimba play sound that may correlate to the steel sheet and sound box vibration characteristics. First, Sound Measurement (SM) program is used to capture the kalimba play sound for each steel sheet, respectively. The time response of sound can be obtained and processed to get sound spectrum. The fundamental frequency, overtone frequencies and continuity of kalimba play sound can then be determined. Finite element analysis (FEA) is also adopted to perform modal analysis and harmonic response analysis on the steel sheets, so as to get modal parameters and frequency response function (FRF). Base on the sound measurement data, the steel sheet FE model can be calibrated by adjusting material properties and equivalent to the real structure. The sound box with the air and structure interaction effect is considered and performed vibro-acoustic coupling analysis. From the modal characteristics of sound box as well as its interaction with air, one can distinguish the structural vibration modes and air-structure coupling modes. In particular, the air cavity mode will largely affect the kalimba play sound. The size of open hole of sound box is modified to show the effect of air cavity mode by FEA and verified by experiment observation. This work presents the sound measurement, steel sheet and sound box structural modal analysis, and sound box with air coupling sound field analysis as well as experimental approaches in sound and vibration measurement to study the kalimba play sound. The developed numerical and experimental methodology can also be applied to other musical instruments.

摘要I
AbstractII
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1
1.2文獻回顧2
1.3全文概述5
第2章 拇指琴之聲音特性分析9
2.1拇指琴之聲音量測9
2.1.1拇指琴構造及演奏探討9
2.1.2拇指琴之量測方式11
2.2 拇指琴單一琴片之聲音特性13
2.2.1 音準、音色及持續度介紹13
2.2.2 第04號拇指琴片之聲音特性分析15
2.3不同結構拇指琴片之聲音特性探討16
2.4 結論22
第3章拇指琴琴片之模型驗證及振動特性24
3.1指琴琴片結構之模態分析25
3.2拇指琴琴片結構之簡諧分析30
3.3拇指琴聲音與琴片振動之關係32
3.4結論35
第4章拇指琴聲音與其音箱之耦合效應36
4.1拇指琴音箱之結構振動特性探討36
4.1.1實驗量測分法與步驟37
4.1.2拇指琴彈奏與敲擊音箱之音箱振動特性探討50
4.2拇指琴音箱與空氣耦合分析之探討58
4.2.1拇指琴音箱之有限元素分析58
4.2.2音箱結構系統與空氣結構系統耦合分析之差異性探討58
4.2.3拇指琴聲音與結構振動之關聯性63
4.3拇指琴音箱腔體模態預測及驗證65
4.3.1有限元素模型修改之差異探討65
4.3.2實際音箱結構之音孔修改之差異探討69
4.4結論73
第5章 結論與未來建議74
5.1 結論74
5.2 未來建議75
參考文獻76
附錄A: 第01號~第07號琴片理論與實驗之模態參數總表78
作者簡介85

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3.徐茂濱，劉耿豪，林昱廷，2011，「甜美的二胡所具備之特性」，中華民國音響學會第二十四屆學術研討會，新北市，論文編號:C12。
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6.王栢村，林怡馨，2007，「以加速度計與麥克風為感測器之鐵琴片實驗模態分析」，中華民國力學學會第三十一屆全國力學會議，高雄，論文編號H31。
7.王栢村，蔡有倫，2012，「平鑼聲音特性與振動分析之探討」，中華民國力學學會第三十六屆全國力學會議，桃園，論文編號：F-002。
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18.王栢村，蔡俊郎，黃崇閔，黃家賢，吳盈輝，2016，「銅鐘聲振耦合分析之模態特性與聲音頻譜」，台灣聲學學會第29屆學術研討會，雲林，論文編號：A1。
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20.王栢村，謝明憲，2009，「和弦鐵琴片之聲音特性與設計分析」，中華民國音響學會九十八年會員大會暨第二十二屆學術研討會，台北，論文編號：A006，第26-34頁。
21.王栢村，謝明憲，趙天麟，2008，「基於聲音特性之鐵琴片型狀設計」，中華民國音響學會第二十一屆學術研討會，台中，論文編號:A1-3。
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