基于EMI与ANN技术的吉他共鸣箱评价系统

摘要

本文在通过EMI技术对结构进行无损检测的研究中发现，目前使用EMI技术所做的研究均是对同一物件不同状态下阻抗特性的研究，包括:梁的裂纹损伤程度、工件的锈蚀程度、混凝土块的破裂程度等等，对于同一状态、同一属性下不同物件阻抗特性的研究基本没有。因此考虑以物件动态特性下的固有频率作为识别结构的基本参数，为此本文以吉他共鸣箱为研究对象说明从阻抗角度识别结构动态特性的可能性，根据本文的安排做了以下工作:
　　1)分析了压电材料在正、逆压电效应下的压电方程，圆形PZT与吉他耦合电阻抗、耦合机械阻抗和吉他机械阻抗之间的关系，给出了吉他共鸣箱二自由度模型以及共鸣箱的运动方程，从运动方程中得到了影响吉他共鸣箱结构固有频率的主要参数。
　　2)对吉他弦进行了谐响应分析，得到了1弦的倍频及相对应振幅，对吉他共鸣箱进行模态分析，得到了结构的固有频率，以吉他共鸣箱材料、前面板音孔大小为变量进行了模态分析，得到吉他结构参数对共鸣箱固有频率的影响。
　　3)使用INV5633A声级计和NI高速采集卡搭建简单的声音分析系统，对吉他进行单音演奏及声音分析得到由琴弦振动激发吉他共鸣箱共振最终所发出的声音的频率。使用WK6500B精密阻抗分析仪对吉他共鸣箱按照低音区、中音区、高音一区、高音二区的频率范围对吉他共鸣箱进行阻抗分析。
　　4)提出使用神经网络技术对测量得到的阻抗数据进行量化分析，以动态特性数字化后的阻抗数据作为评价同型号吉他共鸣箱的标准，按照低音区、中音区、高音一区、高音二区的频率范围分别对吉他共鸣箱放大效果进行评价。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源、研究背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景及意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 压电阻抗技术研究现状

1．2．2 弦乐器振动研究现状

1．2．3 神经网络技术研究现状

1．3 本文的研究计划

1．4 本章小结

2 吉他弦的振动理论及压电阻抗理论

2．1 吉他弦的振动理论

2．2 吉他共鸣箱的振动理论

2．3 压电方程

2．3．1 正向压电效应

2．3．2 逆向压电效应

2．4 压电阻抗理论

2．4．1 厚度方向极化的压电陶瓷片压电方程

2．4．2 PZT的机电耦合方程

2．5 基于ANN技术的吉他共鸣箱评价系统

2．5．1 ANN技术

2．5．2 评价方式

2．6 本章小结

3 基于有限元的吉他共鸣箱分析

3．1 有限元思想

3．1．1 有限元软件

3．1．2 ANSYS前处理流程

3．2 吉他弦的谐响应分析

3．2．1 分析目的及过程

3．2．2 分析结果及结论

3．3 吉他共鸣箱的模态分析

3．3．1 分析目的及过程

3．3．2 分析结果及结论

3．4 结构对共鸣箱固有频率的影响

3．4．1 树种对共鸣箱固有频率的影响

3．4．2 音孔大小对共鸣箱固有频率的影响

3．5 本章小结

4 基于阻抗理论的吉他共鸣箱实验

4．1 实验准备

1 精密阻抗分析仪

4．1．2 压电陶瓷片

4．1．3 声级计

4．1．4 数据采集卡

4．1．5 其他器材

4．2 吉他琴弦各品单音采集系统

4．2．1 实验目的

4．2．2 实验步骤

4．2．3 实验结果及结论

4．3 吉他共鸣箱阻抗测量

4．3．1 实验目的

4．3．2 实验步骤

4．3．3 实验结果及结论

4．4 本章小结

5 基于ANN技术的吉他共鸣箱评价系统

5．1 人工神经网络

5．1．1 人工神经网络的特点

5．1．2 模式识别

5．2 BP神经网络

5．2．1 BP神经网络参数

5．2．2 BP神经网络设计过程

5．3 吉他共鸣箱评价系统

5．3．1 基于MATLAB的BP神经网络

5．3．2 吉他共鸣箱评价结果

5．4 本章小结

6 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

参考文献