一种古琴雁足声学边界控制结构及其使用方法与流程

本发明涉及民族乐器配件，尤其涉及一种古琴雁足声学边界控制结构及其使用方法。

背景技术：

1、古琴演奏时，雁足与琴桌直接接触。传统雁足底部为硬质木材或玉石，与木质琴桌形成刚性面接触，接触面声阻抗接近，导致琴体振动能量（特别是中高频泛音）大量泄漏至琴桌，造成音色干瘪、余韵不足。

2、现有技术中，古琴与琴桌之间的垫设物均以防滑为目的。中国实用新型专利cn202120895165.5（扬州金韵乐器御工坊有限公司，2021年）公开了一种古琴硅胶防滑垫，包括呈长方形的硅胶垫本体，垫本体两面分别与桌面和古琴底面接触，通过表面防滑处理增大摩擦力。该防滑垫的设计目的在于防滑及避免古琴磨损、粘黏，未涉及声学性能，亦未限定硅胶的硬度、尺寸等参数。

3、音响工程领域存在半球形硅胶隔离脚垫产品，例如hudson hifi platinumsilicone feet（直径约31.75mm，高度约31.75mm，邵氏a硬度20，用于2.3-8.2kg音响设备）等。此类产品的直径通常为20-50mm、高度通常为20-40mm，设计目标为振动隔离，即通过阻尼耗能减少设备振动向支撑面的传递，其硬度、尺寸及载荷量级均与古琴雁足工况不符。经实测，此类产品直接转用于古琴雁足后，古琴的声学性能反而劣化（详见本说明书实施例2）。

4、弦乐器领域亦存在以改善音色为目的的支撑界面技术，例如美国专利us 6,927,328公开的小提琴下颌托垫片系统，其设计目标为最小化对振动的阻尼；大提琴尾柱止滑器产品（如”sound anchor”）宣称具有改善音色的声学设计。上述方案的作用界面为人体-琴体或尾柱-地板界面，其思路为通过减少接触或减小阻尼来被动降低振动损耗，均未对支撑界面的材料硬度、几何尺寸、压缩率及声阻抗进行参数化限定，未建立频域选择性反射的设计规范，其应用对象与载荷工况亦与古琴雁足-琴桌界面存在实质差异。

5、综上，现有技术均未能针对古琴雁足-琴桌支撑界面提供一种通过参数化设计的低刚度弹性体构建阻抗失配界面、从而减少中高频泛音泄漏的技术方案。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种古琴雁足声学边界控制结构及其使用方法，通过在雁足底部设置具有特定硬度、几何尺寸与压缩率的球冠状硅胶弹性接触部，利用其低刚度界面阻抗失配效应，使琴体2-8khz中高频泛音在支撑界面处部分反射回琴体，减少泛音能量向琴桌的泄漏，改善琴体共鸣品质。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种古琴雁足声学边界控制结构，包括雁足本体和设置于雁足本体底部的硅胶弹性接触部，所述硅胶弹性接触部呈朝向琴桌方向的球冠状凸起，其邵氏a硬度为40-60，球冠底面直径为15-20mm，凸起高度为3-5mm；所述硅胶弹性接触部在承受5-10n法向静载荷时的压缩率为20%-30%；所述硅胶弹性接触部的声阻抗为1.5-3.0mrayl。

4、优选地，所述硅胶材质为加成型液体硅橡胶（lsr）或高温硫化硅橡胶（htv），回弹率不小于60%。

5、优选地，所述雁足本体材质为紫檀木、红木或玉石。

6、优选地，所述雁足本体底部设有圆形嵌套槽，所述硅胶弹性接触部通过硅胶胶粘剂粘接于嵌套槽内，或机械嵌套固定于嵌套槽内；所述嵌套槽的内径与球冠底面直径相适配。

7、优选地，所述硅胶弹性接触部的球冠凸起外表面设有放射状微沟槽，沟槽深度为0.2-0.5mm，宽度为0.3-0.8mm，用于增强摩擦与排湿。

8、相应地，本发明还提供一种古琴雁足声学边界控制方法，包括以下步骤：s1：根据古琴重量2-3kg、琴桌材质及目标频段2-8khz，选择邵氏a硬度40-60、球冠底面直径15-20mm、凸起高度3-5mm的硅胶弹性接触部，使其在古琴单足载荷5-10n条件下压缩率为20%-30%；s2：将硅胶弹性接触部以0.5-1.5mm预压缩量固定于雁足本体底部；s3：将古琴置于琴桌上，使硅胶弹性接触部与琴桌表面形成弹性接触；s4：在演奏过程中，利用硅胶弹性接触部与雁足本体、琴桌之间的声阻抗失配，使2-8khz中高频泛音在界面处部分反射回琴体，减少泛音能量向琴桌的泄漏。

9、优选地，根据琴桌材质选择硅胶硬度：硬质红木琴桌选用邵氏a 50-60；软质杉木琴桌选用邵氏a 40-50；漆面琴桌选用邵氏a 55-60。

10、优选地，所述硅胶弹性接触部使用6-12个月后更换，以保持弹性模量稳定。

11、关于邵氏a硬度40-60的限定依据：硬度低于40时，硅胶储能模量g’低于0.3mpa，在古琴单足载荷5-10n、接触面积约2-4cm²条件下（对应接触面压应力约12.5-50kpa），压缩率超过50%，进入大应变密实化区，等效刚度急剧上升，失去低阻抗特性，且支撑稳定性不足；硬度升高时，硅胶储能模量与特征阻抗随之上升，与木材的阻抗失配度下降，反射系数随之降低，当硬度达到70时，特征阻抗ρc上升至0.18×106以上，与木材（1.5×106）的阻抗失配度m从10降至8以下，反射系数|r|²从0.67降至0.58，声学边界效应显著衰减。综合效应幅值与工程裕度，将硬度上限确定为60。因此，邵氏a 40-60为声学边界效应的优选窗口：低于40时稳定性失效，接近70时声学效应显著衰减。

12、关于球冠底面直径15-20mm的限定依据：直径小于15mm导致应力集中系数过大，硅胶易撕裂；直径大于20mm导致等效刚度过高，动态响应受限，且可能超出雁足底部安装空间。关于凸起高度3-5mm的限定依据：高度小于3mm导致等效刚度过高，硅胶层趋近于刚性垫片；高度大于5mm导致琴体抬高过多，影响演奏者按弦姿态，且硅胶层内部耗散增加，能量效率下降。

13、经实测，采用本发明结构后，古琴2-4khz频段声压级提升2.1db，4-8khz频段声压级提升3.4db，2-8khz混响时间延长20%，雁足振动加速度降低8.5db（详见实施例2）。

1.一种古琴雁足声学边界控制结构，包括雁足本体（1）和设置于所述雁足本体（1）底部的硅胶弹性接触部（2），其特征在于：所述硅胶弹性接触部（2）呈朝向琴桌（5）方向的球冠状凸起，所述硅胶弹性接触部（2）的邵氏a硬度为40-60，球冠底面直径为15-20mm，球冠凸起高度为3-5mm；所述硅胶弹性接触部（2）在承受5-10n法向静载荷时的压缩率为20%-30%；所述硅胶弹性接触部（2）的声阻抗为1.5-3.0mrayl。

2.根据权利要求1所述的古琴雁足声学边界控制结构，其特征在于：所述硅胶弹性接触部（2）的材质为加成型液体硅橡胶或高温硫化硅橡胶，回弹率不小于60%。

3.根据权利要求1所述的古琴雁足声学边界控制结构，其特征在于：所述雁足本体（1）的材质为紫檀木、红木或玉石。

4.根据权利要求1所述的古琴雁足声学边界控制结构，其特征在于：所述雁足本体（1）底部设有圆形嵌套槽（3），所述硅胶弹性接触部（2）通过硅胶胶粘剂粘接于所述嵌套槽（3）内，或机械嵌套固定于所述嵌套槽（3）内；所述嵌套槽（3）的内径与所述球冠底面直径相适配。

5.根据权利要求1所述的古琴雁足声学边界控制结构，其特征在于：所述硅胶弹性接触部（2）的球冠凸起外表面设有放射状微沟槽（4），所述微沟槽（4）的深度为0.2-0.5mm，宽度为0.3-0.8mm。

6.一种古琴雁足声学边界控制方法，采用权利要求1-5任一项所述的古琴雁足声学边界控制结构，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的古琴雁足声学边界控制方法，其特征在于：步骤s1中根据琴桌（5）材质选择所述硅胶弹性接触部（2）的邵氏a硬度：硬质红木琴桌选用邵氏a 50-60；软质杉木琴桌选用邵氏a 40-50；漆面琴桌选用邵氏a 55-60。

8.根据权利要求6所述的古琴雁足声学边界控制方法，其特征在于：所述硅胶弹性接触部（2）的声阻抗为1.5-3.0mrayl，回弹率不小于60%。

9.根据权利要求6所述的古琴雁足声学边界控制方法，其特征在于：所述硅胶弹性接触部（2）使用6-12个月后进行更换，以保持其弹性模量稳定。