一种网壳结构音板及具有网壳结构音板的弦乐器的制作方法

1.本实用新型涉及乐器中的弦乐器，具体地说，尤其涉及一种网壳结构音板及具有网壳结构音板的弦乐器。


背景技术：

2.弦乐器是乐器家族中的一个重要组成部分，历经数千年的发展形成了今天丰富多彩的格局。其发声原理是通过拨、擦、击等动作使琴弦产生振动并通过码桥将振动的能量传递给音板，由音板(或共鸣箱)将弦振动的声音放大发出，产生优美的乐音。可以将乐器理解为制造乐音的机械，但是同一尺寸、同一棵树、甚至同一块木板制作的两把乐器其声音却又有一定的差别，又不能认为它是机械，这也许就是乐器制作的魅力所在。认为乐器的制作主要围绕着两条线索展开，并由始至终一直伴随着乐器生命的结束。其一是能量的有效利用，尤其是拨弦乐器，受手指力量的限制，所产生的能量较小，如果该能量不能被有效的利用，则这款乐器就不能称为合格的乐器；其二是力的平衡，不同的弦乐器可产生数十牛至近二十万牛的拉力，如此巨大的拉力对乐器是一个严峻的考验，如果乐器的结构不合理，一旦胶水老化，你心爱的乐器就会在瞬间灰飞烟灭。所以乐器的制作可以理解为一场能量和力的游戏。
3.音板是乐器的主要部件，它掌握着乐器好坏的话语权，本实用新型所述音板是由面板(一般为云杉薄板)及其上一体制作的音梁等装置组成。振动的原理告诉，硬度高、重量轻、柔性好的材料是制作音板的理想材料，但自然的法则告诉的是硬度高则其密度就大重量就重，所以只能在矛和盾之间寻找一个最佳的解决方案。为了获得充分的振动提高能量的利用率，现行的做法是将面板做薄，但面板过薄又无法抵抗琴弦的拉力，所以通过增加音梁音柱来增强音板的强度达到力的平衡，例如吉他中的音梁、小提琴中的音柱、古琴中的天柱地柱等等，这些装置虽然有效的抵御了琴弦的拉力，但也限制了音板的自由振动。如果在吉他中支一根音柱，声音就会变的一塌糊涂，手指的拨弦力量已经无法驱动音板的有效振动了。


技术实现要素：

4.为了克服现行乐器制造中音板附加装置(音梁及音柱等)对面板振动的影响，本实用新型提出一种网壳结构音板及具有网壳结构音板的弦乐器，该网壳结构音板能够使面板振动的更充分自由又能够完全抵御琴弦所产生的拉力，使乐器的声音效果得到极大的改善和提升。
5.进一步地，一种网壳结构音板，所述音板包括音板主体及网壳结构音梁，所述音板主体和网壳结构音梁由整块木板或拼接而成的整块木板一体制成，所述网壳结构音梁为平板网架类的空间杆系结构，所述网壳结构音梁由网壳结构部分和音梁结构部分组成；
6.进一步地，所述网壳结构音梁的网壳结构为三向型网壳结构，所述三向型网壳结构包括第一音梁、第二音梁和第三音梁，所述第一音梁和第三音梁关于第一音梁轴对称设
置，第一音梁、第二音梁和第三音梁相交于三向结点；
7.进一步地，所述网壳结构音梁的网壳结构为两向型网壳结构，所述两向型网壳结构包括第四音梁和第五音梁，所述第四音梁和第五音梁相交于二向结点；
8.进一步地，所述网壳结构音梁的网壳结构由两向型网壳结构和三向型网壳结构共同组成；
9.进一步地，所述网壳结构音梁的音梁结构包括单层结构和双层结构，所述单层结构由一层音梁构成，所述双层结构包括上弦音梁、下弦音梁和垂向音梁，所述上弦音梁和下弦音梁平行设置，所述垂向音梁同时垂直并连接上弦音梁和下弦音梁；
10.进一步地，所述音板主体包括面板和侧板，所述垂向音梁垂直于面板，所述侧板连接于面板周侧并与面板共同形成一半密闭空间，所述网壳结构音梁设置在半密闭空间内；
11.进一步地，所述整块木板为自然形成的一块木板或由多块木板拼接固定形成的一块木板；
12.进一步地，一种具有网壳结构音板的弦乐器，包括音板和琴弦部分，所述琴弦部分设置在音板外部的面板上，所述弦乐器包括但不限于吉他、小提琴和古琴；
13.本实用新型的有益效果是：通过将面板、音梁及侧板使用整块木板制作，减少音梁对面板的束缚，整块音板的胶水使用量甚少，使音板振动的更充分，使乐器的结构强度得到增强、发音质量得到提升，使用寿命得到提高。
14.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1是本实用新型实施例1提供的以中阮为例的单层三向型网壳结构音板示意图；
17.图2是本实用新型实施例1提供的以箜篌为例的双层三向型网壳结构音板示意图；
18.图中：1000
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音板，0100
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面板，0200
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音梁，0210
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上弦音梁，0220
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下弦音梁，0230
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垂向音梁，0300
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侧板，0400
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三向型结点，0500
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二向型结点，0600
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音孔。
具体实施方式
19.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对网壳结构音板进行更全面的描述。附图中给出了中阮及箜篌的优选实施例。但是，网壳结构音板可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对网壳结构音板的公开内容更加透彻全面。
20.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在网壳结构音板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
21.本实用新型提供一种网壳结构音板及具有网壳结构音板的弦乐器，所述音板包括音板主体及网壳结构音梁，所述音板主体和网壳结构音梁由整块木板一体制成，所述网壳结构音梁为平板网架类的空间杆系结构，
22.所述网壳结构音梁的网壳结构为三向型网壳结构或两向型网壳结构，所述三向型网壳结构包括第一音梁、第二音梁和第三音梁，所述第一音梁和第三音梁关于第一音梁轴对称设置，第一音梁、第二音梁和第三音梁相交于三向结点，所述两向型网壳结构包括第四音梁和第五音梁，所述第四音梁和第五音梁相交于二向结点。通过不同的三向型网壳结构或两向型网壳结构的组合，可以完整地将网壳机构覆盖到音板的所有部位。二向结点和三向结点为音梁的一个交叉点，此处由于材料变多，支撑力会更强。所述网壳结构音梁的音梁结构包括单层结构和双层结构，琴弦少拉力小的乐器例如古琴、中阮、提琴等采用单层网壳结构，琴弦多拉力大的乐器如钢琴、竖琴、箜篌等采用双层网壳结构。所述单层结构由一层音梁构成，所述双层结构包括上弦音梁、下弦音梁和垂向音梁，所述上弦音梁和下弦音梁平行设置，所述垂向音梁同时垂直并连接上弦音梁和下弦音梁。
23.所述音板主体包括面板和侧板，所述垂向音梁垂直于面板，所述侧板连接于面板周侧并与面板共同形成一半密闭空间，所述网壳结构音梁设置在半密闭空间内，所述网壳结构音梁的两端连接在侧板上，所述面板上还设有音孔，所述整块木板为自然形成的一块木板或由多块木板拼接固定形成的一块木板，所述网壳结构音梁的网壳结构单元的划分，音梁的尺寸以及面板的厚度由乐器自身特点及所使用材料的特性确定，所述上弦梁和下弦梁之间的镂空部分可通过钻孔方法进行加工，以减少制作难度。
24.一种具有网壳结构音板的弦乐器，所述弦乐器在进行网壳结构音板设计时，以乐器自身的特点确定网壳结构的网壳结构类型和音梁结构类型，所述弦乐器包括但不限于吉他、小提琴和古琴。
25.本实用新型提出的网壳结构音板及具有网壳结构音板的弦乐器，网壳结构音板能够使面板振动的更充分自由又能够完全抵御琴弦所产生的拉力，使乐器的声音效果得到极大的改善和提升。
26.网壳结构在建筑上是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。在此基础上，依据木材的特性，通过大量的计算和实验，改变了杆系和壳体的连接方式，将网壳结构应用到乐器音板的制作中，提出了本实用新型。以吉他为例，通俗的理解为杆系即是面板上粘接的音梁，壳体即是面板(一般为云杉薄板)。根据乐器音板的实际情况，采用网壳结构中力学性能较好的三向型网壳结构制作音板，当然亦可使用其它类型的网壳结构。本实用新型中将杆件定义为音梁，壳体定义为面板，将三根音梁的交叉点定义为三向结点，两根音梁的交叉点定义为二向结点。对于双层网壳结构将上面的音梁定义为上弦音梁，下面的音梁定义为下弦音梁，上下弦音梁的中间支撑梁定义为垂向音梁。
27.面板上音梁的布置原则：
①
琴弦少拉力小的乐器例如古琴、中阮、提琴等采用单层网壳结构，琴弦多拉力大的乐器如钢琴、竖琴、箜篌等采用双层网壳结构。
②
三向结点及二向结点尽量布置在音板应力集中区域。
③
网壳单元的大小，音梁的尺寸根据乐器自身特点并通过有限元分析后采用最佳方案进行设计。如图1中阮音板采用单层网壳结构，如图2箜篌音板采用双层网壳结构。
28.本实用新型公布的三向型网壳结构音板的制作不论是单层结构还是双层结构均是由一定厚度的整块木板或拼接而成的整块木板将面板与音梁一体制作完成。
29.本实用新型的制作方法是采用整块木板或拼接而成的整块木板一体制作而成，所使用木板厚度由面板及音梁的厚度决定。音梁结构有两种类型：琴弦少拉力小的乐器采用单层三向型网壳结构(如图1中阮音板)；琴弦较多拉力较大的乐器采用双层网壳结构进行设计以增强音板的力学稳定性(如图2箜篌音板)。具有共鸣箱的乐器其背板的制作与面板的制作相同，其不同点仅是由于背板受力较小其音梁尺寸较小而已。无共鸣箱的乐器像钢琴等仅为音板。
30.实施例1
31.请结合参阅图1与图2，以古琴中的箜篌为例，网壳结构音板1000包括面板0100、音梁0200及侧板0300，其中：
32.单层结构音板由一层音梁构成，双层结构音板由两层音梁构成，即上弦音梁0210和下弦音梁0220，较长的上下弦音梁之间按一定间隔留有垂向音梁0230。
33.具体而言，面板0100与音梁0200及侧板0300由同一块基材经去除材料一体成型，无需胶水粘接。三者的连接部应力分布均匀、变化连续，不会出现传统制作中使用胶水粘接出现应力集中的问题。音梁0200与面板、侧板内壁面之间连接圆滑、过渡自然，避免尖锐部的出现。
34.在这种结构下，面板0100的厚度可大幅降低，最大处亦可小于3mm，又避免了粘接结构的应力集中问题，而一体成型的三向型音梁0200也利于发挥较佳的力学性能，使面板0100具有良好的结构强度。面板0100的灵敏度与频响较佳，且一体成型的面板0100与音梁0200之间的声音传导迅速自然，进一步增强乐器灵敏度与频响范围。
35.对于有共鸣箱的乐器，其背板的结构设计与面板相同，其不同处仅在于音梁的高度及宽度较小。具体而言，背板及其音梁的制作亦是由同一块基材经去除材料一体成型。
36.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
37.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
38.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。