《振動噪音科普專欄》如何解析打擊樂器–顫音鐵琴的聲音特徵?需要甚麼樣的背景知識與工程技術能力?

這個單元要來探討的主題是:如何解析打擊樂器–「顫音鐵琴」的聲音特徵?這是這個顫音鐵琴系列的8,要來看的是:需要甚麼樣的「背景知識」與「工程技術能力」?

 

參閱圖示左上方是一部「顫音鐵琴」,是這個系列所探討的打擊樂器,譬如前單元:#255,【如何解析打擊樂器–顫音鐵琴的聲音特徵?三和弦音(Triad)演奏】,三和弦音(Triad)」的演奏聲音特徵解析,引用相關圖示如圖片上方,簡要說明其程序步驟,如下:

 

1.      進行「量測」:可以取得「時間波形」信號,可觀察時間域的特徵。

2.      進行「分析」:就是進行「頻譜分析」,可以取得「聲音頻譜」圖,可解析出主要貢獻度的峰值頻率」,包括:「基音頻率」和「泛音頻率」,以及組成「音色」的其他較小dB值的高頻率之「泛音頻率」。

3.      進行「診斷/評估」:可以透過 (1)音高」的「基音頻率」、(2)音色」的「泛音頻率」、以及 (3)持續度」的衰減率」,探討聲音的特徵。

 

要進行以上的三個步驟程序,需要哪些背景知識」呢?在【振動噪音科普專欄單元:#164產品振動噪音之量測、分析、診斷與對策 MADI for Product Noise and Vibration】,有提到了MADI」的理念,參閱圖片中央圖示,針對顫音鐵琴」的聲音特徵探討,就是:

 

1.          量測(Measurement):要能夠客觀的評價顫音鐵琴」的聲音特徵,當然就需要「量測」其聲音的時間波形」信號。所以,需要有「Know what」的設備使能進行。

2.          分析(Analysis):其次,針對「量測」的信號,須進行「分析」,最常使用的就是「頻譜分析」,可以取得「聲音頻譜」圖,可解析出主要貢獻度的峰值頻率」,包括:「基音頻率」和「泛音頻率」。

3.          診斷(Diagnosis):由「量測」及「分析」得到的訊息,接著就是要探討原因「Know why」,希望能夠瞭解形成顫音鐵琴」聲音特徵的原因。通常「分析」及「診斷」是個反覆循環的程序。

4.          對策(Improvement):如果能夠透過「診斷」知道「Know why」,瞭解了顫音鐵琴」聲音特徵的原因,當然就可以有很多的「發想」或「啟發」,提出改善對策,就是「Know how」。

 

事實上,振動噪音產學技術聯盟】也提供了「Know what」的工具軟體:【SM聲音量測系統】,可以進行「量測」及「分析」的工作,主要功能如下:

 

l   可進行聲音量測,使用了PC內建的麥克風。

l   可進行聲音頻率特性分析,也就是「頻譜分析」。

l   可進行聲音衰減率σ分析。

l   可進行聲音時頻圖分析。讀者可參考先前單元:#110甚麼是時頻圖?】。

 

歡迎台灣各級學校單位,包括:大專校院、高中職、國中、國小,免費索取使用SM聲音量測系統,詳如以下網址:https://aitanvh.blogspot.com/2017/10/sm.html,提供索取方式相關說明。

 

至於所需要的工程技術能力」,歸納起來,簡單說就是「MADI」的能力:

 

1.      量測:就是量測聲音,當然就需要適當的工具,包含軟硬體設備,如果有了設備,當然還要有應用軟硬體的能力。SM聲音量測系統】使用PC內建的麥克風,就可以直接量測聲音,甚至聲音檔案如*.wav,也可以直接應用SM軟體進行後續的分析。當然,最理想的是使用精密的麥克風和頻譜分析儀來量測聲音。

2.      分析:量測到了聲音,接著就是進行頻譜分析,也是需要工具軟體或硬體,以及軟體使用的應用能力。需要的背景知識」如:#27,【甚麼是頻譜分析?】,#55,【甚麼是dB】,#48,【音階標準頻率】,才能夠去分析探討聲音頻譜」圖的意義與內涵。SM軟體是可以進行頻譜分析」,取得聲音的頻率特性。

3.      診斷:完成量測和分析,再來,就是評估、解析。在打擊樂器聲音的解析,建議了三個評估指標(Index),由「聲音頻譜」,探討音高」的「基音頻率」、以及「音色」的「泛音頻率」。由時間波形」,探討持續度」的衰減率」。背景知識」如:#133,【什麼是聲音的衰減現象?】。SM軟體是有「衰減率」分析模組,也有「時頻圖分析模組,提供了很好的「診斷」工具。

4.      對策:就是改善對策,有甚麼發想啟發呢?例如:屏科大機械系【振動噪音實驗室】設計開發的和弦鐵琴片。一般的打擊樂器要演奏出「三和弦音(Triad)」,需要拿三支打擊棒,同時敲擊三個鐵琴片,才能夠打出如C和弦DoMiSo的聲音。我們的發想呢?是不是可以設計出一個鐵琴片,敲擊一個鐵琴片,就能夠發出DoMiSoC和弦聲音,如:#87,【應用【F-C-A-I-V_C-I】思維程序於和弦鐵琴片之開發設計分析與聲音特性】,就說明了如何開發設計這樣的和弦鐵琴片。

 

綜合一下這個單元的討論,要解析打擊樂器–「顫音鐵琴」的聲音特徵,需要甚麼樣的「背景知識」與「工程技術能力」?

 

1.      背景知識」:【振動噪音科普專欄】提供讀者們一個自主學習的園地。

2.      工程技術能力」:總結下來,就是「MADI」的能力,包括:「量測(Measurement)、「分析(Analysis)、「診斷(Diagnosis)、「對策(Improvement),是四個階段的工作。

3.      SM聲音量測系統】:【振動噪音產學技術聯盟】免費提供台灣各級學校「Know what」的工具軟體,可以進行「量測」及「分析」,當然就可以進行「診斷」。

4.      對策」:不只是改善對策,甚至會有新產品的開發,至於會有甚麼樣的創新思維,就看讀者們的「發想」和「啟發」了。

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2022.02.23











 

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