這個單元來看的主題：甚麼是「響鈴板」？而這個「響鈴板」可以製作為打擊樂器嗎？這個單元是「響鈴板」系列的第1篇。
首先，由破題來看，甚麼是「響鈴板」(bell plate)？可以參考圖示中央的照片，來自2003年的論文：Lavan, D., Hogg, S. and Wolfe, J., “Why
do bell plate ring?,” Acoustics Australia, 31, No. 2–1, (2003)。
圖示的「響鈴板」看起來是有握柄，當搖晃握柄，會帶動打擊槌敲擊在「響鈴板」上，進而發出「響鈴板」的敲擊聲音，該篇論文有呈現說明「響鈴板」為什麼會發出聲音的物理機制。
知道了甚麼是「響鈴板」(bell plate)？在此的構想是，如何應用此像是本壘板、五角形的「響鈴板」來製作出打擊樂器？事實上，屏科大機械系振動噪音實驗室已經完成了整組的「響鈴板」打擊樂器：Wang, B. T., Chen, P. C., Tsai,
Y. G., and Wu Y. H., 2019, ”Development of Pentagonal Plates
with Harmonic Sound as Percussion Instrument,” 26th International Congress on Sound & Vibration, Montreal,
Canada, Paper No.: 458。
本單元以及後續的「響鈴板」系列，將介紹整個「響鈴板」打擊樂器的發展歷程，並介紹所需要的振動聲音分析與實驗技術，以及對應的應用步驟。
那麼要如何製作整組的「響鈴板」打擊樂器呢？接續有兩個問題，需要討論：
1. 如何設計分析(design
analysis)：會採用「有限元素分析」(Finite Element Analysis, FEA)，建構參閱圖示右二的「響鈴板」之「有限元素分析模型」，以進行「模態分析」(modal analysis)，可以得到「響鈴板」的「自然頻率」和「模態振型」，據以完成設計評估。
2. 如何實驗驗證(experimental
verification)：就算完成了前項的設計分析與評估，確認可行，仍然需要實驗驗證。參閱圖示右一是完成的「C6響鈴板」實體結構照片，在此步驟，當然就是要以實驗方式，求得「響鈴板」實體結構的「自然頻率」和「模態振型」，並與設計分析的結果，作比較評估。最終，當然就是「響鈴板」打擊聲音評估的「設計認證」(Design Validation)。若是觀看影片，可以聽到對應「C6響鈴板」的敲擊聲音，同時，參閱圖示右下方是敲擊「C6響鈴板」的聲音頻譜，其中，可以看到第一個峰值是1049 Hz，和圖示顯示的C6音階的標準頻率
C6 = 1046.5 Hz，只有0.24%的頻率差異，所以，達到了精準的「基音頻率」(fundamental frequency)之設計目標。
當完成了一個「C6響鈴板」的設計分析，以及對應的實驗驗證，其次，就是要訂定「響鈴板」打擊樂器之設計目標，說明如下：
1. 要類似鐵琴、木琴打擊樂器：參閱圖示左側中央圖片，是一部典型的鐵琴(vibraphone)，可以看到有上下排列的全音和半音的鐵琴片，大約涵蓋了三個八度音的音階範圍。
2. 設計發展具有兩個八度音階的「響鈴板」打擊樂器組：音階範圍是F5 …F6…F7，最低是F5、最高是F7，還要包括：全音及半音。全音就是Do、Re、Mi、Fa…等，而半音就是升音#、或降音b。為什麼會選擇音階範圍F5 …F6…F7？因為，有這樣的兩個八度音階，大概就可以演奏大部分的歌曲。
接下來，參閱圖示左下方，展示的是屏科大機械系振動噪音實驗室已經完成的整組「響鈴板」打擊樂器，如果觀看影片，可以聽到所有全音F5 …F6…F7的剪輯合併之敲擊聲音，也可以看到設計的雛型，以及包含了上下排列的全音及半音的「響鈴板」，不同於原始的握柄方式，而是以3點懸吊方式，架設了每一個「響鈴板」。
在這個「響鈴板」系列的科普專欄，將會討論幾個有興趣的議題：
如何進行整組「響鈴板」打擊樂器的設計分析？
以及如何進行實際「響鈴板」的實驗驗證？
也需要瞭解甚麼是「響鈴板」結構的「振動模態」(modes of vibration)？
以及為什麼要進行「響鈴板」結構振動的「模態分析」？
如何進行「響鈴板」結構振動的數值理論分析，以及對應的實驗方法？
如何確認「響鈴板」打擊樂器設計的可行性？
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2021.12.01
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