小提琴声功率级测试_齐咏雪.pdf

2022年第46卷第12期6声 学 基 础声 学 基 础coustics FoundationA文献引用格式：齐咏雪，赵越喆.小提琴声功率级测试 J.电声技术，2022，46（12）：6-8，13.QI Y X，ZHAO Y Z.Measurement on the sound power levels of violinJ.Audio Engineering，2022，46（12）：6-8，13.中图分类号：TB52 文献标识码：A DOI：10.16311/j.audioe.2022.12.002小提琴声功率级测试齐咏雪，赵越喆（华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510640）摘要：小提琴是具有悠久历史的西洋弓弦乐器之一。但是 MEYER 关于小提琴声功率级的测量实验年代久远，如今小提琴的制作工艺与材料已发生了变化，声学测量技术也在进步，在这种情况下，小提琴的声功率还未予以重新测定。为此，介绍在消声室内参照相关国际标准和国家标准对小提琴声功率的测量研究工作。由两位乐师用两把不同的小提琴在消声室中分别以 pp，mp，f，ff 四种力度演奏五个单音 a，#c1，#c2，a2与 a3，琶音，音阶和乐曲，测量小提琴 1/3 倍频带声压级，通过平均、计算，获得小提琴在不同演奏力度下演奏不同内容时的典型平均声功率级和动态范围，并与 MEYER 的测量结果进行比较分析。关键词：声功率级；小提琴；消声室Measurement on the Sound Power Levels of ViolinQI Yongxue,ZHAO Yuezhe(State Key Laboratory of Subtropical Building Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)Abstract:The violin is a western bowed string instrument with a rich history.However,MEYERs measurements of the violins sound power level are outdated.The craftsmanship and materials used in violin-making have evolved,and acoustic measurement technology has advanced.As a result,the sound power of the violin has not been re-measured.This article discusses research on measuring the sound power of violins in an anechoic chamber,following relevant international and national standards.Two musicians played five single tones(a,#c1,#c2,a2 and a3),arpeggios,scales and music fragments on two different violins at pp,mp,f and ff intensities in the anechoic chamber.The sound pressure level of the violins 1/3 octave band was measured.By averaging and calculating these measurements we obtained the typical average sound power level and dynamic range of the violin when playing different content at different intensities.These results were then compared with MEYERs measurements.Keywords:sound power level,violin,anechoic chamber0 引 言关于西洋乐器平均声功率级、动态范围和频谱特性的研究早在 20 世纪中期就已经陆续开展。MEYER 将相关测量结果进行了综合考量整理，出版了 Acoustics and the performance of music 一书1。近些年，国内陆续展开对民族乐器声学特性的研究，对于乐器平均声功率和动态范围的测量采用了不同于 MEYER 的测试方法2-5。小提琴的制作工艺和琴弦材料发生了变化，这可能导致部分声学参数发生变化。本文基于以上测试环境、测试内容对小提琴工艺和材料变化是否会引起小提琴声功率变化进行探究。乐器声功率级提供了关于乐器所能产生的声能强度和动态范围的基本信息。这些数据在厅堂音质设计以及科学制作乐器方面具有重要意义。在对多种中国民族乐器声功率级的测量中发现，乐器在 f 力度下的演奏可重复性很高，因此本文认为西洋弓弦乐器的平均声功率级可通过直接测量的方式得到。本文在消声室内测试了 4种力度下小提琴演奏不同内容时的声功率级，并与MEYER 的结果进行比较。1 测试方法及测试内容此次测试在华南理工大学消声室内进行，按照ISO 3745（2012）和 声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 消声室和半消声室精密法（GB/T 2022年第46卷第12期7Acoustics FoundatioN声 学 基 础声 学 基 础68822016）标准，参照 粤剧演员发声特性及其演出厅堂响度主观优选研究 布置测量仪器。为便于与 MEYER 的测试结果进行比对，本次测试的部分演奏内容、演奏力度、速度及弓位参考MEYER 的实验。在测试音符的记录上，选取音符的国际通用记法，以便整理。测试选用两位乐师用两把不同的小提琴进行演奏。小提琴演奏的五个单音及对应弦位如表 1所示。表 1 小提琴演奏的五个单音及对应弦位音高琴弦aG#c1G#c2ADGa2EADa3EA2 测试结果及分析2.1 总声功率级及其动态范围本实验部分测试结果如表 2 所示。音阶相比于琶音，更能代表小提琴演奏乐曲时的动态范围。此外，两把小提琴还各自演奏了两首不同曲子的部分乐章，声功率级分别为 89.7 dB、89.0 dB 和 82.7 dB、83.7 dB，与两把琴各自以 f 力度演奏音阶时的声功率级最接近。所以可以将 87 dB 作为小提琴的平均声功率级。本实验与 MEYER 测试的小提琴单音平均声功率对比如表 3 所示。表 3 中，Q 表示本文实验测试结果，M 表示 MEYER 的测试结果。本文以pp，ff 力度演奏 5 个单音的声功率级及其动态范围均小于 MEYER 的测试结果。另外，不同琴弦在演奏相同单音时的声功率级相差较大。MEYER 仅测试了同音高下振动弦长最长的一组数据。本实验对此做了补充后，给出了小提琴演奏单音时的动态范围及平均声功率级，如表 4 所示，其中，f 力度下的平均声功率级为 5 个单音在不同弦上演奏时的平均值，本文实际测得的小提琴以 pp 力度和 ff 力表 2 本实验两把小提琴演奏琶音和音阶时的声功率级（单位：dB）演奏力度琶音音阶乐曲/小步舞曲AB平均AB平均AB平均pp75.174.674.877.675.776.679.475.177.3mp81.380.680.984.281.382.785.181.283.1f87.685.686.688.485.587.089.284.786.9ff90.292.991.690.989.690.293.387.490.4动态范围15.218.316.713.313.913.614.012.213.1表 3 本实验与 MEYER 测试的小提琴单音平均声功率对比（单位：dB）演奏力度a#c1#c2a2a3G 弦G 弦A 弦E 弦E 弦QMQMQMQMQMpp59.861.464.865.362.363.662.561.859.463.3mp70.074.671.371.1 68.0f84.790.787.484.279.4ff87.793.594.398.390.296.188.195.084.893.0动态范围27.932.129.533.027.932.525.633.225.329.7表 4 小提琴演奏单音、琶音和音阶的平均声功率对比演奏力度单音琶音音阶QMQMQMpp61.663.074.874.076.673.0f84.288.086.689.087.089.0ff89.195.091.693.590.294.3动态范围27.532.016.719.513.621.32022年第46卷第12期8声 学 基 础声 学 基 础coustics FoundationA度演奏单音、琶音和音阶时的平均声功率级小于MEYER 测试结果。2.2 1/3 倍频带声功率级在两个测试中，小提琴演奏相同内容所表现出的功率级差异在各测试频率上有所不同，如图 1 所示。pp 与 f 力度下演奏音阶时，本实验的测试结果在部分低频带高于 MEYER 的测试结果，其余频带均低于 MEYER 的测试结果。三种力度下，差值均在中心频率为 1 000 Hz 的倍频带达到峰值。频率/Hz2002503154005006308001 0001 2501 6002 0002 5003 1504 0005 0006 3008 00050-5-10Lw(Q)-Lw(M)/dB（a）pp 力度频率/Hz2002503154005006308001 0001 2501 6002 0002 5003 1504 0005 0006 3008 00050-5-10Lw(Q)-Lw(M)/dB（b）f 力度频率/Hz2002503154005006308001 0001 2501 6002 0002 5003 1504 0005 0006 3008 00050-5-10Lw(Q)-Lw(M)/dB（c）ff 力度图 1 本实验与 MEYER 测试中小提琴在不同力度下的 1/3倍频带声功率级差别图 2 对比了部分单音的声功率级谱。可以看出，MEYER 绘制的使用 ff 力度演奏单音时的声谱图中去除了谷值以及单音#c1，a2，a3的低频部分，这不利于观察小提琴发音的一些声学特性。仅从剩余数据来看，本文测得的小提琴以 ff 力度演奏单音时在所有频带的声功率级均低于 MEYER 的测试结果。频率/Hz2004001 600MQ8003 1506 30010090807060504030Lw/dB（a）#c1-G 弦频率/Hz2004001 6008003 1506 30010090807060504030Lw/dB（b）a2-E 弦图 2 MEYER 和本文实验以 ff 力度演奏单音时的 1/3 倍频带声功率级对比3 结 语鉴于 MEYER 的小提琴测试结果年代久远，小提琴琴弦等部件的材料与制作工艺发生变化，本文建议使用 87 dB 作为小提琴演奏乐曲时的平均声功率级。MEYER 给出的小提琴动态范围为 21.1 dB，但考虑到乐曲是实际厅堂演奏内容的主要内容，可将本实验测得的演奏音阶时的动态范围 13.3 dB（70.1 96.6 dB）作为厅堂音质设计依据。造成小提琴声功率测试结果差异的原因是多样的，包括如下可能。（1）测试环境会对乐器声功率的测量结果产生一定影响，但对不同乐器、不同力度、不同演奏内容的影响程度不同。本实验中，测试环境对于实验结果的具体影响仍需进一步验证。（2）演奏乐器时的力度变化与演奏者施加在琴弓的压力大小和在琴弦上运弓的速度有关。其（下转第 13 页）2022年第46卷第12期13Acoustics FoundatioN声 学 基 础声 学 基 础果的 R2均高于 0.93，Se 最大为 0.035，略超过 STI的 1 个 JND。（4）语音干扰级 SIL 在混响时间较短时（RT 为0.5 0.7 s）与 STI 偏差相对较小，SIL 与 STI 回归得到的 R2为 0.90，Se 为 0.057，接近 2 个 JND。在其他声学条件下 R2降低至 0.74 0.83 范围内，Se范围为 0.041 0.076，介于 1 3 个 JND。参考文献：1 International Electrotechnical Commission.Sound system equipment-Part 16：Objective rating of speech intelligibility by speech transmission indexEB/OL.2022-11-17.https:/standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/cde6be26-53dd-47e0-8788-350c6882a887/iec-60268-16-2020.2 祝培生，莫方朔，王季卿.汉语语言可懂度客观评价的STI 与 SII 方法实验对比研究 J.大连理工大学学报，2014（2）：189-196.3 BERANEK L L，SCHULTZ T J.Some recent experiences in the design and testing of concert halls with suspended panel arraysJ.Acta Acustica United with Acustica，1965，15（1）：307-316.4 THIELE R V.Richtungsverteilung und Zeitfolge der Schallruckwurfe in RaumenJ.Acustica，1953（13）：291-302.5 LOCHNER J，BURGER J F.The subjective masking of short time delayed echoes by their primary sounds and their contribution to the intelligibility of speechJ.Acustica，1958，8（1）：1-10.6 International Organization for Standardization.ErgonomicsAssessment of speech communication ISO 9921：2003EB/OL.2022-11-17.https:/www.iso.org/standard/33589.html.7 BRADLEY J S，REICH R，NORCROSS S G.A just noticeable di erence in C50 for speechJ.Applied Acoustics，1999，99（58）：99-108.8 SATO H，MORIMOTO M，SATO H，et al.Relationship between listening difficulty and acoustical objective measures in reverberant sound fieldsJ.Journal of the Acoustical Society of America，2008，123（4）：2087-2093.9 CHO Y.Comparison of two types of combined measures，STI and U50，for predicting speech intelligibility in classroomsJ.Archives of Acoustics，2017，42（3）：527-532.10 中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑隔声设计规范：GB 501182010S.北京：中国建筑工业出版社，2011.11 ESCOBAR V，MORILLAS J.Analysis of acoustical characteristics and some recommendations for different educational roomsJ.Archives of Acoustics，2011，36（4）：741-759.编辑：郭芳园中弓速是影响力度的最主要因素。（3）小提琴是复杂的乐器发声体。稍微改变小提琴的部分构件，就能对小提琴的输出功率产生较大影响。目前关于小提琴输出声能量的研究有限，且主要关注在响度方面。MEYER 测试使用的五把小提琴的 E，D，A 弦都是羊肠弦，G 弦为钢丝裸线；本实验测试所用两把琴的 E 弦为钢丝缠弦，A，D 和 G 弦和尼龙缠弦。琴弦材料的不同会引起张力和硬度等物理性质发生改变，目前已有研究尚不能确定琴弦材料如何影响输出的声功率。除此之外，面板边缘厚对小提琴音量影响较大，同时，背板、低音杆、琴桥及音柱等部件也 很关键。参考文献：1 MEYER J.Acoustics and the performance of music：Manual for acousticians，audio engineers，musicians，architects and musical instrument makersM.Berlin：Springer Science&Business Media，2009.2 吴硕贤，赵越喆，邱坚珍，等.中国传统弹奏乐器扬琴的声功率测试 J.华南理工大学学报（自然科学版），2007（10）：54-60.3 李楠.中国民族拉弦乐器声功率级的半消声室测试 D.广州：华南理工大学，2010.4 赵越喆，吴硕贤，邱坚珍，等.中国筝的声功率级测试 J.应用声学，2009，28（5）：330-335.5 郑乾曦.中国民族弹拨乐器声功率级及指向性指数研究 D.广州：华南理工大学，2010.编辑：郭芳园（上接第 8 页）