Investigations into the Acoustical Properties of the Violin

As there exists no simple and reliable method to determine the acoustical properties of the violin, the PTB, KTH and Dünnwald systems, and in addition the impulse response method, were tested. Impulse response measurements showed that the test holdings somewhat influenced the violin properties, but that the variations in playing are larger. The excitation probes of the KTH and the PTB systems are somewhat difficult to apply and their masses are not negligible. The excitation direction should be horizontal if only one direction is used but a vertical direction may be necessary to include special effects.

The PTB system gives the highest sound level and is therefore the best suited for sound level measurements. Measurements are possible without tracking filter. The Diinnwald system is the best in principle. It has negligible mass but gives too low a level for sound level measurements without a filter. Both systems require an anechoic chamber. The KTH system for measuring the input admittance gives the most detailed records of the violin and of string-body interaction. The measurements are easily carried out in an ordinary room. The sound radiation properties are, however, not included. The impulse response with an impact hammer and a two-channel FFT analyser seems to give fast and sufficiently detailed measurement results for most applications except sound radiation.

Furthermore, some results obtained by modal analysis have been included in order to compare the advantages and the disadvantage of the different measuring systems.

Zusammenfassung

Da es für die Bestimmung der akustischen Eigenschaften von Geigen keine einfachen und trotzdem zuverlässigen Meßmethoden gibt, wurden die in der PTB, in der KTH und von Diinnwald verwendeten Verfahren sowie die Impuls-Antwortmethode einem kritischen Vergleich unterzogen. Messungen nach der letzteren Methode ergaben, daß die bei den Messungen üblichen Halterungen zwar die Resonanzeigenschaften beeinflussen, daß aber die Veränderungen beim Spiel größer sind. Die in der PTB und der KTH verwendeten Anregungssysteme besitzen eine nicht zu vernachlässigende Masse, die ihre Anwendbarkeit beeinträchtigt. Die Richtung der Anregung sollte parallel zur Decke orientiert sein; allerdings lassen sich einige spezielle Effekte nur senkrecht zur Decke anregen.

Das PTB-System erzeugt den höchsten Schallpegel und ist deshalb am besten für Schallpegelmessungen geeignet; es kann ohne Mitlauffilter eingesetzt werden. Das Dünnwald-System ist von der Grundkonzeption her das Beste, es hat eine vernachlässigbare Masse, liefert jedoch einen zu geringen Schallpegel, um auf ein Mitlauffilter verzichten zu können. Beide Systeme sind auf einen reflexionsarmen Raum angewiesen. Das KTH-System zur Messung der Eingangsadmittanz ergibt die detailliertesten Kurven für die Geige und für die Wechselwirkung von Saiten und Korpus; die Messungen lassen sich auch in einem normalen Raum ausführen, die Schallabstrahlungseigenschaften werden allerdings nicht wiedergeben. Das Verfahren der Impuls-Antwort mit Hammeranregung und 2-Kanal-FFT-Analysator scheint für die meisten Anwendungen mit Ausnahme der Schallabstrahlung hinreichend detaillierte Ergebnisse bei geringem Zeitaufwand zu liefern.

Zum Vergleich der Vor- und Nachteile der verschiedenen Meßanordnungen wurden einige mit der Modalanalyse gewonnene Ergebnisse in die Betrachtungen einbezogen.

Sommaire

Comme il n'existe pas de méthode unique, simple et fiable pour déterminer l'ensemble des propriétés acoustiques du violon, nous avons entrepris une étude comparative des diverses méthodes pouvant être prises en considération: la technique du PTB, celle du KTH, celle de Dünnwald ainsi que diverses méthodes utilisant les réponses impulsionnelles. Les mesures provenant de ces dernières ont montré que les systèmes de fixation nécessaires pour effectuer les tests modifient toujours quelque peu les propriétés du violon testé, mais qu'elles ont, dans le cas des techniques de réponses impulsionnelles, I'intérêt de permettre de plus grandes variations dans la façon de jouer. Les sondes excitatrices utilisées dans les techniques PTB et KTH sont parfois d'utilisation difficile et introduisent des masses perturbatrices non négligeables. La direction d'excitation devrait être en principe horizontale si une seule direction est à considérer, mais, pour rendre compte de certains effets spéciaux, il sera parfois nécessaire d'envisager également une direction d'excitation verticale.

Notre étude comparative a fourni les résultats suivants:

Le système PTB fournit le niveau sonore le plus éléve et conviendra done pour des mesures de niveaux sonores, sans exiger l'introduction d'un filtre suiveur.

La technique de Dünnwald est en principe la meilleure. Elle utilise des sondes de masses négligeables. Mais le niveau sonore fourni est si faible que l'intervention d'un filtre suiveur est indispensable. Comme la technique PTB, elle exige d'opérer dans une chambre anéchoïque.

Le système KTH a été prévu pour mesurer une impédance d'entrée. II est en état de fournir un maximum de détails dans les enregistrements du son d'un violon et des interactions entre les cordes et le corps de l'instrument. De plus les mesures peuvent se faire dans un local ordinaire. Toutefois il ne donne pas accès aux propriétés de rayonnement de l'instrument.

La méthode de réponse impulsionnelle avec marteau percuteur et analyseur FFT à deux canaux semble être en etat de fournir des mesures rapides et détaillées convenant à la plupart des applications, sauf celles qui touchent au rayonnement.

On rend compte également de certains résultats obtenus par analyse modale, car ils constituent des éléments dont il faut tenir compte dans la comparaison des avantages et des inconvénients des diverses méthodes examinées.