바이올린의 목제 주요부품의 진동거동에 미치는 물리적 성질 및 가공인자의 영향 Effects of physical properties and processing factors on the vibrational behavior of main wooden parts of violin원문보기
과거 수세기부터 지금까지 바이올린 제작자들은 그들 나름대로의 감각과 경험을 바탕으로 부품들을 조율하면서 악기 완제품을 제작해 오고 있다. 그러나 이러한 조율 및 제작 방법은 목재가 고유의 물성 및 제질 변이를 갖는 상황에서 제작자들의 오랜 경험에 의해서만이 이해 될 수 있는 부분이므로 목재의 물성 및 재질에 따른 품질관리 및 가공정보를 제시하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 바이올린 줄받침의 주요부위(Heart, Eye 및 Leg)의 형상의 변화(무게의 변화)와 前板 및 背板의 주요부위의 형상변화, 즉 무게, 두께 및 아치의 ...
과거 수세기부터 지금까지 바이올린 제작자들은 그들 나름대로의 감각과 경험을 바탕으로 부품들을 조율하면서 악기 완제품을 제작해 오고 있다. 그러나 이러한 조율 및 제작 방법은 목재가 고유의 물성 및 제질 변이를 갖는 상황에서 제작자들의 오랜 경험에 의해서만이 이해 될 수 있는 부분이므로 목재의 물성 및 재질에 따른 품질관리 및 가공정보를 제시하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 바이올린 줄받침의 주요부위(Heart, Eye 및 Leg)의 형상의 변화(무게의 변화)와 前板 및 背板의 주요부위의 형상변화, 즉 무게, 두께 및 아치의 곡률 등의 변화에 따른 모드형상 및 공진주파수 분석을 유한요소해석을 통해 분석하였다. 아울러 前板 및 背板의 시뮬레이션 결과에 대한 실험적 검증을 위해 前板 및 背板에 관한 기본적인 진동실험을 수행하였다. 바이올린 주요 부재에 대한 진동역학적 해석은 물성의 변이로 인한 진동특성의 가변성을 가공인자를 조정을 통해 극복할 수 있다는 가설을 검증하고자 한 시도로써, 물성 및 재질 특성이 다양하여 가능성 용재로서 이용의 제약을 받던 국산재에 대한 새로운 용도 개발의 가능성을 타진하기 위한 재료 과학적 접근이었다. 줄받침과 前板 및 背板 소재의 밀도증가에 따라 모든 모드에서 공진주파수가 상승하였는바, 이로써 질량(mass)증가 효과보다 강성(stiffness)증대 효과가 더 큼을 알 수 있었다. 줄받침의 주요모드는 面內振動을 하는 3번(上部單純回轉), 5번(平行移動) 및 8번(全體回轉) 모드인데 이 모드의 경우 줄받침 형태 변화에 따라 각각 Eye, Leg 및 Leg가 공진주파수의 영향이 가장 큰 부분으로 나타났으며, 줄받침 blank의 두께를 얇게하여 최종 줄받침으로 가공한 경우 무게가 감소하였음에도 3번 및 5번 모드의 공진주파수가 상승함으로써 面內振動(in-plane stiffness)이 유지됨을 알 수 있었다. 前板의 부위별 두께에 따른 공진주파수의 영향은 유한요소해석과 실험 결과 공히 A region과 B region이 높은 것으로 나타났지만 背板은 유한요소해석의 경우 A region이 높을 것으로 나타났지만 실험결과는 일정치 않게 나타난바, 前板의 경우 두께 가공시 A region과 B region이 주위를 기울여야 할 영역으로 판단되지만 背板의 경우는 시뮬레이션 결과의 적용시 주의해야 할 것으로 판단된다.[Fig. 5 및 6 참조]. 또한 前板 및 背板의 위치별 아치 높이에 따른 공진주파수의 영향은 중앙부가 다른 위치에 비해 높게 나타난바, 前板 및 背板 가공시 중앙부 아치 높이에 특히 주의를 기울여야 할 것으로 사료된다. 한편 前板의 경우 아치 높이 변화에 따라 공진주파수가 거의 상승하는 경향을 보이는 반면 背板은 공진주파수가 낮아지는 경향을 보이는바, 이는 가문비나무가 단풍나무에 비해 동적탄성비가 좋기 때문으로 판단된다. 본 연구를 통해 줄받침의 형상과 前板 및 背板의 부위별 두께 및 아치별 아치 높이를 적절히 조합시킴으로써 물성 및 재질이 다른 소재를 이용하여 가공 인자에 따라 공진주파수 조절 가능성을 확인함으로써 바이올린 주요 부재의 대체재로서 국산재의 이용을 위한 구체적 방법론을 획득하였다.
과거 수세기부터 지금까지 바이올린 제작자들은 그들 나름대로의 감각과 경험을 바탕으로 부품들을 조율하면서 악기 완제품을 제작해 오고 있다. 그러나 이러한 조율 및 제작 방법은 목재가 고유의 물성 및 제질 변이를 갖는 상황에서 제작자들의 오랜 경험에 의해서만이 이해 될 수 있는 부분이므로 목재의 물성 및 재질에 따른 품질관리 및 가공정보를 제시하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 바이올린 줄받침의 주요부위(Heart, Eye 및 Leg)의 형상의 변화(무게의 변화)와 前板 및 背板의 주요부위의 형상변화, 즉 무게, 두께 및 아치의 곡률 등의 변화에 따른 모드형상 및 공진주파수 분석을 유한요소해석을 통해 분석하였다. 아울러 前板 및 背板의 시뮬레이션 결과에 대한 실험적 검증을 위해 前板 및 背板에 관한 기본적인 진동실험을 수행하였다. 바이올린 주요 부재에 대한 진동역학적 해석은 물성의 변이로 인한 진동특성의 가변성을 가공인자를 조정을 통해 극복할 수 있다는 가설을 검증하고자 한 시도로써, 물성 및 재질 특성이 다양하여 가능성 용재로서 이용의 제약을 받던 국산재에 대한 새로운 용도 개발의 가능성을 타진하기 위한 재료 과학적 접근이었다. 줄받침과 前板 및 背板 소재의 밀도증가에 따라 모든 모드에서 공진주파수가 상승하였는바, 이로써 질량(mass)증가 효과보다 강성(stiffness)증대 효과가 더 큼을 알 수 있었다. 줄받침의 주요모드는 面內振動을 하는 3번(上部單純回轉), 5번(平行移動) 및 8번(全體回轉) 모드인데 이 모드의 경우 줄받침 형태 변화에 따라 각각 Eye, Leg 및 Leg가 공진주파수의 영향이 가장 큰 부분으로 나타났으며, 줄받침 blank의 두께를 얇게하여 최종 줄받침으로 가공한 경우 무게가 감소하였음에도 3번 및 5번 모드의 공진주파수가 상승함으로써 面內振動(in-plane stiffness)이 유지됨을 알 수 있었다. 前板의 부위별 두께에 따른 공진주파수의 영향은 유한요소해석과 실험 결과 공히 A region과 B region이 높은 것으로 나타났지만 背板은 유한요소해석의 경우 A region이 높을 것으로 나타났지만 실험결과는 일정치 않게 나타난바, 前板의 경우 두께 가공시 A region과 B region이 주위를 기울여야 할 영역으로 판단되지만 背板의 경우는 시뮬레이션 결과의 적용시 주의해야 할 것으로 판단된다.[Fig. 5 및 6 참조]. 또한 前板 및 背板의 위치별 아치 높이에 따른 공진주파수의 영향은 중앙부가 다른 위치에 비해 높게 나타난바, 前板 및 背板 가공시 중앙부 아치 높이에 특히 주의를 기울여야 할 것으로 사료된다. 한편 前板의 경우 아치 높이 변화에 따라 공진주파수가 거의 상승하는 경향을 보이는 반면 背板은 공진주파수가 낮아지는 경향을 보이는바, 이는 가문비나무가 단풍나무에 비해 동적탄성비가 좋기 때문으로 판단된다. 본 연구를 통해 줄받침의 형상과 前板 및 背板의 부위별 두께 및 아치별 아치 높이를 적절히 조합시킴으로써 물성 및 재질이 다른 소재를 이용하여 가공 인자에 따라 공진주파수 조절 가능성을 확인함으로써 바이올린 주요 부재의 대체재로서 국산재의 이용을 위한 구체적 방법론을 획득하였다.
Violins have been traditionally manufactured by tuning wooden parts on the basis of manufacturers' accumulated experience and sense of feeling since so many centuries in the past. In spite of inherent variations of wood properties and quality, however, the manufacturing and tuning method understand ...
Violins have been traditionally manufactured by tuning wooden parts on the basis of manufacturers' accumulated experience and sense of feeling since so many centuries in the past. In spite of inherent variations of wood properties and quality, however, the manufacturing and tuning method understand only by experiences manufacturers was not properly explained by the physical properties and quality of wood, and are lacking the information on how to control the quality and process of wooded parts in the making of violins. This study was undertaken to analyse vibration mode and resonant frequency according to the weight change of major parts of violin bridges such as Heart, Eye and Leg, and the changes of weight, thickness, and arching of the front and back plants of violin using finite method (FEM). An experimental work on the vibration behavior was also done to consolidate the simulation result of the front and back plates. In other words, this study attempted to verify the hypothesis that the manipulation of processing factors for the wooden parts of violin could overcome the variation of vibrational behavior due to wood quality variation through the interpretation of vibrational dynamics of the wooden parts. Thus, this study adopted a material science approach to detect a feasibility of expanding new applications of domestic woods that had limited uses due to a large variation of physical properties as well as wood quality. As the density of the front and back plates increased, the resonance frequency increased for all modes. This result indicated that an increase in stiffness was much greater than that in its mass. The modal analysis of bridges showed that the third sting, the fifth string, and the eightieth string had rotation, and complete rotation mode of in-plane vibration, respectively. The resonance frequency of the third string, the fifth string, and the eightieth string was greatly influenced by the configuration change of Eye, Leg and Leg, respectively. The third and fifth strings maintained in-plane stiffness due to their increased resonance frequency when the thickness of blank bridge was gradually reduced to the final thickness by sanding off the bridge surface. For the front plate, both the experimental and FEM results showed that the influence of resonance frequency was greater at A and B regions than that of the standard. However, the FEM result indicated a higher resonance frequency at A region, which was not consistent with experimental result. These results suggested that attention should be paid to both A and B regions of the front plate in the processing of thickness and a caution was needed applying the simulation result (Ref. : Fig. 5 and 6). The effect of resonance frequency was greater at the middle of both the front and back plates depending on the arch height. The result suggested that a particular attention should be paid to the arch height at the middle of the plates. With changing in the arch height, the resonance frequency increased for the front plate while it decreased for the back plate. The reason was attributed to larger dynamic elasticity of spruce wood than that of maple wood. The results of this study confirmed the possibility that the processing factors for wooden parts of violin could control the resonance frequency of their vibrational behavior. Consequently, the results provided a specific methodology with domestic woods that posses large variations in properties and qualities for violin parts through a proper combination of bridge configuration, regional thickness of the front and back plates, and arch height.
Violins have been traditionally manufactured by tuning wooden parts on the basis of manufacturers' accumulated experience and sense of feeling since so many centuries in the past. In spite of inherent variations of wood properties and quality, however, the manufacturing and tuning method understand only by experiences manufacturers was not properly explained by the physical properties and quality of wood, and are lacking the information on how to control the quality and process of wooded parts in the making of violins. This study was undertaken to analyse vibration mode and resonant frequency according to the weight change of major parts of violin bridges such as Heart, Eye and Leg, and the changes of weight, thickness, and arching of the front and back plants of violin using finite method (FEM). An experimental work on the vibration behavior was also done to consolidate the simulation result of the front and back plates. In other words, this study attempted to verify the hypothesis that the manipulation of processing factors for the wooden parts of violin could overcome the variation of vibrational behavior due to wood quality variation through the interpretation of vibrational dynamics of the wooden parts. Thus, this study adopted a material science approach to detect a feasibility of expanding new applications of domestic woods that had limited uses due to a large variation of physical properties as well as wood quality. As the density of the front and back plates increased, the resonance frequency increased for all modes. This result indicated that an increase in stiffness was much greater than that in its mass. The modal analysis of bridges showed that the third sting, the fifth string, and the eightieth string had rotation, and complete rotation mode of in-plane vibration, respectively. The resonance frequency of the third string, the fifth string, and the eightieth string was greatly influenced by the configuration change of Eye, Leg and Leg, respectively. The third and fifth strings maintained in-plane stiffness due to their increased resonance frequency when the thickness of blank bridge was gradually reduced to the final thickness by sanding off the bridge surface. For the front plate, both the experimental and FEM results showed that the influence of resonance frequency was greater at A and B regions than that of the standard. However, the FEM result indicated a higher resonance frequency at A region, which was not consistent with experimental result. These results suggested that attention should be paid to both A and B regions of the front plate in the processing of thickness and a caution was needed applying the simulation result (Ref. : Fig. 5 and 6). The effect of resonance frequency was greater at the middle of both the front and back plates depending on the arch height. The result suggested that a particular attention should be paid to the arch height at the middle of the plates. With changing in the arch height, the resonance frequency increased for the front plate while it decreased for the back plate. The reason was attributed to larger dynamic elasticity of spruce wood than that of maple wood. The results of this study confirmed the possibility that the processing factors for wooden parts of violin could control the resonance frequency of their vibrational behavior. Consequently, the results provided a specific methodology with domestic woods that posses large variations in properties and qualities for violin parts through a proper combination of bridge configuration, regional thickness of the front and back plates, and arch height.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.