前言：
有位小编的老师曾说过，在声学测量中软件的重要性和硬件是一样重要的。在常见的情况下，一款声学测量分析软件的价格一般都要高于硬件。虽然最理想的情况一定是软件与硬件的结合，为了某种测量目标进行专门的整合设计。但由于众所周知的原因，小编也一直在寻求是否存在低成本的测量方案。
在提琴声学测量领域中，目前国际上使用最多专门用于测量提琴的方案来自于Oberlinworkshop。由Joseph Curtin先生设计的物理架设装置和硬件的选型与测试；George Stoppani先生自行研发的软件为核心；2020年这套方案进行了全方位的升级，由Chris Roberts教授在整套方案的基础上使用Labwiew平台进行了二次开发。硬件部分都是由我大TB上都可以买到的设备构成，任何人都可以像当年配电脑那样攒一套。2020年最新版本的软件是免费的，集成了基本频谱测量分析之外的更多功能（图形化振型模态分析等）。至今经历了十几年的研发，很不容易。免费使用者如果觉得真的有用，可以通过不限额度的捐助形式表达对其工作的认可与进一步支持。
然，这套的测量系统并不便宜。就算软件免费了，但公布的推荐配置整体下来大概需要人民币70000元左右。这个价格对于研究专家们来说可能连他们实验室的仪器零头都不够，可对于美其名曰独立研究者的小编和感兴趣的制琴师来说并不是一个合理的价格。此外，校准与实际测量操作的难度也是个问题。对于没有经历过实验室规范的同学们来说，使用这种准专业级的测量设备有可能出现一些细节上的操作失误而导致结果出现较大问题。是否有成本不高，易于操作，结果又不至于误差太多的办法？不用那么多高大上的功能哪怕做点基础的数据分析就行？小编以此为目标进行了一些尝试，希望能与感兴趣的同学分享。更希望能有老师们给到一些建议。
一个字：测，就完了。不要怂就是测，输了也是个结论节省大家时间。赢了会所继续测试。。。
测试方案
- 目标：低成本测量方案是否靠谱，是否可以得到有意义的测量结果；
- 硬件：搭载win10的五手成色笔记本一台及其自带的集成声卡；熊孩子学而思网课赠送的3成品相耳麦一个；采购自晨光文具店的HB铅笔一根。
- 软件：Audacity（免费）；Spectrum analyzer（免费）；ObieApp（免费）；SpectraPlus-SC（30天试用期）；
- 测量方法：Jonathan Rowe的敲击大法。（请参考测量板块的视频演示）
- 测量环境：后半夜家中客厅茶几上
- 测量人员：小编及助理研究员大橘
- 样本提琴编号：CY
评测现场合影留念：
软件介绍
- Audacity：是小编使用的第一个测量提琴频谱的软件，得益于Jonathan Rowe先生网站上的介绍。开源免费绿色软件，功能比较全面测点别的什么其实也可以。测琴的操作很简便，几个参数和窗口设置按照那个视频上两下子调好就可以开敲了。在最近一次的提琴声学在线会议中，小编发现有两位来自于Cremona的小哥用的也是这个。可以用来对提琴进行最基本的声学性能频谱特征的测量与分析。大部分情况下我们只需要那么一个FFT算法其实就够了。
- Spectrum analyzer：同名的频谱分析软件有很多，但这个是George Stoppanni使用几年时间一个人完成研发的软件。所以大家在搜索和命名数据文件夹时可以加一个GS前缀以区分。对于一个非专业声学研究者和软件开发者来说这很了不起，工作量也是可以想像得到的巨大。这款软件是可以在他的个人网站上免费下载的，这更了不起。软件中对于测量提琴需要的激励方案进行了设计，对于视觉界面也做了对应提琴特征频谱频段的优化设计。全套软件有5个，除了频谱分析之外还有硬件仪器校准和振型数据图形化的强大功能。（将频谱数据转化为多普勒测振仪那种图形化的功能）
- SpectraPlus-SC：这是一款商业软件，严格意义上并不算免费软件。由Pioneer Hill Software公司研发，在美国声学学会（VSA）网站上这款软件被推荐为乐器声学测量软件。基础功能版本的价格200多刀，其他功能模块全都买带数模转换功能的版本要3000多刀了。软硬件结合，整套测量方案可以有他们自己的硬件搭建。频谱软件千千万，但设计上适合测量乐器的并不多。这款软件显然是更适合测量乐器，网站的案例中有一个是使用这套测量方案进行吉他面板调试的，很有意思安利大家有空可以去看一下。喜大普奔的是，所有版本都有30天的免费试用。这岂不是怪不好意思的。
- ObieApp：OberlinWorkshop在2020年推出的免费软件。在原有GS软件的基础上重新设计和优化。可能是目前用于测量提琴最专业的测量软件，所有的功能都是专门为提琴测量方案设计。软件的二次开发中实现了与硬件结合和预设好各种常用参数和校准功能。可以进行提琴基础频谱测量与分析，12个可调角度的声辐射测量与分析，也整合了振型图形化的功能。小编觉得最有意思一个功能是这款软件的测量过程是向导式的。如果你某一个环节操作不对了会有提示提醒你重新再敲一遍，然后在进入下一个环节。其实相当于改善了产品的用户体验的同时也在操作时做了一次数据清洗，防止错误的数据进入分析流程。
测量数据结果
| A0 | B1+ | B1- | A1 | |
| Audacity | 269 | 458/521 | 440 | 469 |
| GS | 266 | 452/522 | 436 | 468 |
| SpectraPlus | 269 | 453/520 | 447 | 469 |
最终，得到了三个软件的三组数据。最感兴趣的ObieApp没有得到有效结果，只得到了一些幅值过小的无效频谱图。大概率是手敲不出来，那里面默认的都是有脉冲锤的设置参数或者使用了和推荐差距过大的麦克需要调节增益之类的。但这三组数据还是有点出乎小编意料之外，其一致性在用于提琴低频段的特征频谱方面来看，还挺高的。例如由于实验琴用的是一把非标准提琴，所以小编在B1+的峰值上判定并没有把握，出现了两个疑似峰值。重点是，三个软件连这个也是差不多的。
结论：
差不多的数据到底行不行，有用吗？小编觉得由于测量的目的和目标不一样，所以如果只是做一些基础的频谱测量时其实差不多的数据和居家硬件设备就可以了。评价一把琴的声学基本特征并不需要很精确的数据。以上述数据为例，我们可以做如下解读：
- 通过不同软件获取的音频数据中，整体包络结构与全频段频谱数据趋势一致。可以作为每一把提琴特有的声学指纹作为其唯一且无法被仿造的识别ID。
- “对于含水量和木材模量相近拱高一致的标准琴型新琴来说，高于290hz的A0声音会过于尖燥，富有侵略性；低于261hz的A0会带来发闷不透彻类似于中提琴的声音。”——Kreitpatrick《 THE SOUND OF STRADIVARI》（在这本书中还给到了通过调整提琴侧板改变腔体内空气体积和调整F孔来改变A0的公式，这部分的内容已经过验证没什么争议。但B1+和B1-差值的部分并不靠谱。）
- “B1−A1频率差小于40hz的小提琴易于演奏，声辐射性能较小，在室内乐中更受青睐；独奏者更喜欢40-70hz之间的琴；55-70hz范围内的小提琴在投射方面更强大；高于100赫兹的乐器“刺耳”比较“噪”，难以演奏。”—— Hutchins夫人
- “B1+如果低于510hz声音柔和，敏感度高，音色暗。B1+高于550hz主观听感刺耳，灵敏度低不易于演奏，音色明亮。”——Martin Schleske
综上，CY号琴音量适中不刺耳，整体音色会偏暗发闷。符合曾经参加过的主观评测者给到的评价。
提琴声学的测量基本分为两类：基础频谱特征测量和模态分析测量。两者的用途不一样，其中前者只是为了了解一把提琴的基本情况。应用场景为缺少丰富演奏经验的爱好者与制琴师，当我们面对一把琴心里没底的时候可以借助这种简便且几乎是零成本的测量方案去给到一个客观参考。专业演奏者与演奏经验丰富的制琴师并不需要这种方式也可以更简便的了解一把提琴声音的基本情况，上手拉两下就都有了。
而后者模态分析所需要的测量，在家中和制琴工作室环境难以完成。这部分需要测量和录制的哪怕是统一类数据也需要精确度更高的测量方案支持。简单说图形化的模态分析测量是用来制琴的。当制琴师制作提琴进入到了最后精细调试的白板整琴阶段时，借助这种测量结构可以知道在哪里下刀打磨，再借助于频谱调试公式就可以在完成整琴制作后达到预先制定好的频谱数据分布。同样，技艺精湛的制琴师可以通过传统工艺与丰富的经验达到这一目标，但如果有兴趣尝试更多的琴型和原创设计这样的方案可以节省更多制琴师的宝贵时间，减少由于开发新琴型而带来的大量浪费，开发中一旦部分参数超出可调式范围一把琴就废了。
关于专业测量系统的昂贵价格，需要比较来看。毕竟这比激光多普雷测振仪器要便宜的多而且不需要专业的操作培训，按照oberlinworkshop和George Stoppanni先生公开的教程，没有试验经验的普通人都可以在两三天内的短期实地培训中掌握操作流程。需要注意的是，虽然专业测量方案有一个较高价格，但这是一个美国价格。在中国搭建这样一套测量系统的实际价格有机会做的更低。例如价值1200刀的那个固定装置中，显然在美国买一个四维短距微距仪的价格要远高于中国。而一些商用级的声卡除了做频谱测量平时还可以给自己做一些专业录音一举两得。对于小编这种二手咸鱼爱好者来说，在进一步降低成本之后还发现了其他好玩的用途未来会和大家汇报分享。也希望在有机会协助我们中国制琴师使用准专业的可视提琴调试测量方案制造出一把预设频谱数据的提琴。
References
- Audacity软件下载地址：https://www.audacityteam.org/download/
- GS软件下载地址：http://www.stoppani.co.uk/Technical.htm
- SpectraPlus：https://www.spectraplus.com/Downloads.htm
- ObieAPP：https://sites.google.com/view/oberlinacoustics/software-setup/downloading-software
