Marimba instrument construction from kayu malam wood (Diospyros maingayi)

Hamdan, s., Abdul Wahid, h., Musoddiq, I., and Yohanes, N. (2018). “Marimba nástroj konstrukce z kayu malam dřeva (Diospyros maingayi),” BioRes. 13(1), 43-52.

Abstrakt

tato práce zkoumala možnost použití místního dřeva Kayu malam (Diospyros maingayi) ke konstrukci marimby, hudebního nástroje. Marimba byla postavena co nejpodobněji komerční marimbě z růžového dřeva. Zvuk a zavedené frekvence byly porovnány s komerční palisandrovou marimbou. Zjištění ukázala, že ačkoli se špičková hodnota spektra z prototypu marimby liší od hřiště k hřišti, je užitečné poznamenat, že prototyp marimby byl naladěn podle klavírního standardu. Komerční marimba má vrcholy pouze na spodním konci spektra, zatímco prototypová marimba obsahovala vrcholy až do vyššího konce svého spektra. Marimba z Kayu malam (D. maingayi) vyrobil stejné hřiště jako marimba z palisandru.

Stáhnout PDF

celý článek

konstrukce nástrojů Marimba z Kayu Malam Wood (Diospyros maingayi)

Sinin Hamdan,a,* Hasnizam Abdul Wahid,a Iran Amri Musoddiq,b a Yohanes Nyawai a

tato práce zkoumala možnost použití místního dřeva Kayu malam (Diospyros maingayi) ke konstrukci marimby, a hudební nástroj. Marimba byla postavena co nejpodobněji komerční marimbě z růžového dřeva. Zvuk a zavedené frekvence byly porovnány s komerční palisandrovou marimbou. Zjištění ukázala, že ačkoli se špičková hodnota spektra z prototypu marimby liší od hřiště k hřišti, je užitečné poznamenat, že prototyp marimby byl naladěn podle klavírního standardu. Komerční marimba má vrcholy pouze na spodním konci spektra, zatímco prototypová marimba obsahovala vrcholy až do vyššího konce svého spektra. Marimba vyrobená z Kayu malam (D.maingayi) vytvořila stejné hřiště jako marimba vyrobená z palisandru.

klíčová slova: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; frekvence a stoupání

kontaktní informace: a: Institut designu & inovace, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malajsie; b: Fakulta aplikovaného a tvůrčího umění, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malajsie; * odpovídající autor: [email protected]

Úvod

marimba je dřevěný hudební nástroj, který má řadu tyčí různých délek, které odpovídají odlišnému rozteči s různým frekvenčním spektrem. Nástroj je komerčně vyroben z palisandru, protože dřevo je husté tvrdé dřevo, i když je velmi drahé a obtížně řezatelné (obleky 2001). Rezonanční vlastnosti rosewoodu (tj. nízký tlumící faktor) způsobují, že při nárazu zazvoní mnohem déle. Musí být vybrána čistá část velké desky bez uzlů, protože všechny tyče by měly být vyrobeny ze stejné desky tak,aby kvalita a vzhled tónu byly jednotné (Flynt 2009). Kayu malam s hustotou 605 kg/m3 je vybrán na základě jeho fyzikálních a mechanických aspektů, jako je odolnost proti rozpadu (dřevo je odolné proti rozpadu a nejsou zahrnuty žádné předběžné úpravy), rozměrová stabilita, snadné zpracování a vzhled, který se skládá z textury, vzoru zrna a barvy. Koeficienty absorpce zvuku při frekvencích oktávy 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz a 4000 Hz jsou 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, a 0,92, resp. (Mohammad et al. 2010). Kayu malam je výhodný ve své srovnávací hojnosti a je relativně snadno tvarovatelný pomocí jednoduchých nástrojů. Jedinečné a žádoucí spektrum fyzikálních a mechanických vlastností kayu malam z něj činí volbu pro hudební nástroje, které odpovídají umělým materiálům, jako je plast nebo kov. Kayu malam je vědecky známý jako Diospyros maingayi z čeledi Ebenaceae, která se nachází na Borneu, poloostrovní Malajsii a Sumatře. Strom je pojmenován po britském botanikovi A. C. Maingay.

při konstrukci hudebních stupnic je měřítko postaveno na plánu mít co nejvíce párů tónů, což je příjemné slyšet, když zazní společně. Standardní klávesnice se skládá z bílé, sedm notové diatonické stupnice, C-D-E-F-G-A-B-(C), opakovaná přes sedm oktáv, do které je subverted 5 black-note pentatonic scale, C#-D#-F#-G#-A# – (C#). Technika solfege zahrnuje přiřazení poznámek stupnice konkrétní slabice. Sedm slabik běžně používaných pro tuto praxi je do, re, mi, fa, sol, la a ti. Měřítko je nejlépe definováno jako posloupnost poznámek. Měřítko převádí umístění hřiště do prostorového umístění na grafu. Každá nota odpovídá slyšitelnému rozdělení oktávového prostoru (Olson 1967). Poznámky jsou odděleny intervaly, některé větší než jiné. Ucho vnímá určité intervaly jako regulační souhlásky, ale bývají to větší intervaly: oktáva, pátý a čtvrtý, přičemž menší intervaly jsou nejednoznačné. Protože menší intervaly půltónu, tónu a třetin jsou méně snadno kvantifikovatelné uchem, vyvstává otázka, zda by hřiště měla být považována za přesná frekvenční umístění. V každodenní tvorbě hudby, písemná poznámka se nepovažuje za odpovídající pevnému bodu ve spektru tónu, ale do oblasti přijatelné variace tónu.

definice středního C je například to, co ucho přijímá jako nižší než C ostré a vyšší než B přirozené a tak dále. Je možné, že režimy a stupnice jsou jednoduše oktávové rozdělení pohodlí, určeno směsí dohadů a hudební funkce. Oktáva je rozdělena na pět pro pentatonickou stupnici nebo sedm pro diatonickou stupnici nebo režim. Malá korekce se provádí laděním jednotlivých not, přehráváním a poslechem, dokud výsledný průběh tónů není příjemný a nevyjadřuje dobře definovaný charakter. Frekvence čistého zvuku určovala výšku tónu. F ostrý je o něco vyšší než F, zatímco e plochý je o něco nižší než e.

tuhost dřeva je faktorem, který určuje rozteč. Ačkoli dřevo má řadu podtextů, tyto podtexty nejsou harmonické. Hřiště vyrobená z těchto podtextů nejsou integrálním násobkem jejich základního hřiště. Tato neharmonicita ve dřevě dává výrazný tón. Pro rovnoměrný průřez střední lišty C bez podříznutí odpovídá rozteč podtextu přibližně F sharp (Flynt 2009). Tyč s rovnoměrným průřezem bude vibrovat s frekvencí přímo úměrnou její tloušťce, ale nepřímo ke čtverci její délky. Proto tyč s polovinou své původní tloušťky bude produkovat polovinu původní rozteč, zatímco tyč s polovinou své původní délky bude produkovat čtyřnásobek původní rozteč.

Chcete-li naostřit nebo zploštit rozteč, lze lištu naladit broušením na jejím konci nebo v její tloušťce. Odstraněním přibližně 3% z jeho délky může být rozteč zvýšena o jeden půltón. První podtext jednotného pruhu se přirozeně vyskytne asi 18 půltónů (nebo asi 1,5 oktávy) nad základním roztečí. Tento konkrétní interval je při hraní v akordech s jinými nástroji poněkud nesourodý, ale dává marimbě jeho charakteristický typ zvuku, a je obvykle uspokojivý. Cílem této práce je vyrobit prototyp marimby z kayu malam co nejvíce podobný komerční palisandrové marimbě.

experimentální

při konstrukci tohoto nástroje byla jako průvodce upravena technika diskutovaná Flyntem (2009). Technika zůstává stejná, i když při konstrukci marimby byl použit jiný materiál. Místní dřevo d. maingayi nebo místně známý jako kayu malam, byl použit pro konstrukci hudebního nástroje marimba. Akustické vlastnosti, jako je specifický dynamický Youngův modul (Ed/γ), vnitřní tření (Q-1) a účinnost akustické konverze (ACE), byly zkoumány pomocí Free-free flexural vibration. Bělové části stromu byly rozřezány na délku 120 cm a tloušťku 4 cm. Poté byly 3 měsíce před testováním upraveny do sucha na vzduchu v místnosti s relativní vlhkostí 60% a okolní teplotou 25 C. Čirá prkna bez vad byla opracována do rozměrů 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R) pro bezplatnou vibrační zkoušku.

experimentální nastavení pro Free-free flexural test je znázorněno na obr. 1. Vzorek byl držen se závitem podle prvního režimu vibrací. Železná deska spojená na jednom konci vzorku je nastavena směrem k elektromagnetickému ovladači, a mikrofon byl umístěn ve středu pod vzorkem. Frekvence se měnila od 1 Hz do 1000 Hz, aby se dosáhlo rezonanční nebo přirozené frekvence. Dynamický Youngův modul (Ed) byl vypočítán z rezonanční frekvence pomocí Eq. 1,

??=4?2?2?4A/I(?n)4 (1)

kde, ?=??3/12, d je hloubka paprsku, b je šířka paprsku, l je délka paprsku, f je přirozená frekvence vzorku, n je režim vibrací, ρ je hustota,a je plocha průřezu a m1 = 4.73.

obr. 1. Schematický diagram free-free flexural system

Q-1 byl vypočítán z rezonančních, dolních a horních frekvencí (Eq. 2). Horní frekvence f2 a nižší frekvence f1 byly získány snížením amplitudy na 0,5 (6,02 dB) pod amplitudou rezonanční frekvence f0,

Q-1 = tan (δ) (2)

kde δ = πΔf / f0√3 & Δf = f2-f1

ACE bylo vyhodnoceno pomocí Eq. 3,

???=√??/? ytane ? (3)

kde byla měrná hmotnost (γ) ve stavu sucha na vzduchu stanovena pomocí Eq. 4,

měrná hmotnost (γ) = m / mw (4)

kde m je sušicí hmotnost vzorku (hmotnost vzorku v suchém stavu na vzduchu) a mw je hmotnost vytlačené vody.

byla provedena srovnávací studie se sadou komerční a snadno dostupné marimby vyrobené z růžového dřeva (Kawai, Japonsko). Dřevo bylo řezáno podle přesných specifikací komerční marimby z hlediska její délky (24,5 až 37,5 cm), šířky (4,5 cm) a tloušťky (2,25 cm). Různé délky a tloušťky vytvářejí různá hřiště; jak se délka zkracuje, vytvoří vyšší rozteč a naopak.

jakmile bylo dřevo rozřezáno na tyče, další fází konstrukce nástroje bylo vyladit jej podle standardního ladění, jak je praktikováno v běžné notaci. Počáteční proces vyžadoval, aby crafter během procesu rašploval tyče; chromatický tuner CA-30 (Korg, Japonsko) byl použit jako odkaz na rozteč pro standardní ladění, dokud nebylo dosaženo požadované frekvence. Proces rašple byl zaměřen na spodní stranu tyče, což mělo za následek tvar oblouku (obr. 2). Zde je třeba poznamenat, že proces rašple na spodní straně tyče byl proveden pouze experimentálně. Je také třeba poznamenat, že obsah vlhkosti má také znatelný účinek na dřevěné tyče. Známým řešením je nanášení laku nebo laku, jakmile je dosaženo ladění na požadovanou frekvenci. Marimba byla navržena se dvěma oktávami v diatonickém klíči. Měření frekvenčního spektra bylo prováděno v době, dokud nebyla získána požadovaná hodnota frekvence. Marimba se skládá ze dvou sedmi notových diatonických klíčů a dvou pentatonických klíčů. Na konci obou kláves je klávesa “C”. Pentatonické klíče byly zvednuty nad diatonickými klíči.

základní a podtónový vzestup stoupání odstraněním materiálu z konců tyče (Flynt 2009). Základní se zploští, když je materiál odstraněn ze středu (obr. 2). Podtón se zplošťuje pouze tehdy, když je materiál odstraněn pouze v blízkosti uzlů (přibližně 25% dovnitř z každého konce). Základní a podtón lze ladit Samostatně. To je důležité při ladění, aby se materiál odstranil ze správných oblastí, aby se dosáhlo požadovaného výsledku.

obr. 2. Průřez typickou tyčí marimba (Flynt 2009)

základní vibrační režim má dva body nazývané uzly podél délky tyče, kde nedochází k žádnému pohybu (tyč musí být v těchto bodech fyzicky podepřena). Tyče byly podepřeny na šňůře, která vede po délce nástroje. Každá tyč byla vyvrtána vodorovně na svých dvou uzlech, aby se přizpůsobila nosné šňůře. Díra byla vyvrtána v uzlu, aby se zabránilo rychlému tlumení nebo vyblednutí hudebního tónu. Otvor byl vyvrtán před konečným ořezáváním na hřiště. Během ladění na konečné hřiště byl použit elektronický tuner k naladění na výšku klavíru. Zásadní je vzrušený pečlivým úderem do baru v jeho středu. Tabulka 1 ukazuje délku tyče prototypu marimby. Oktáva pro tento prototyp je pouze C2 a C3 (končí na C4). Všimněte si, že číslo představuje oktávu prototypu marimby. Komerční marimba má čtyři oktávy (C1, C2, C3, C4 a C5), které končí na C5.

počítačový software Pico Scope (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK) byl použit k prohlížení a analýze časových signálů z osciloskopů Pico Scope (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK)) a záznamníků dat pro získávání signálu v reálném čase. Software Pico Scope umožňuje analýzu pomocí rychlé Fourierovy transformace (FFT), spektrálního analyzátoru, spouštěčů založených na napětí a schopnosti ukládat/načítat průběhy na disk. Obrázek 3 ukazuje schematické schéma experimentálního nastavení. Marimba byla umístěna tam, kde bylo možné zachytit zvuk s minimálním rušením. Zesilovač (Behringer Powerplay Pro XL, Behringer, Čína) zajistil, že zachycený zvuk byl dostatečně hlasitý, aby byl detekován převodníkem signálu. Obrázek 4 ukazuje rašple, testování a dokončený prototyp marimby.

obr. 3. Schéma experimentálního uspořádání

obr. 4. Rasping, zkušební proces a dokončený prototyp marimba

Tabulka 1. Délka tyče prototypu marimby

protože prototyp marimby i komerční marimba mají různé frekvence přiřazené jejich příslušnému hřišti, je pro srovnání vybrán standardní klavír.

výsledky a diskuse

akustické vlastnosti dřeva lze vyjádřit třemi hlavními vlastnostmi: specifickým dynamickým Youngovým modulem (Ed/), vnitřním třením (Q-1) a akustickou konverzní účinností (ACE). První způsob vibrací byl zvažován pro vyhodnocení akustických vlastností pomocí techniky free-free flexural vibration (Ono a Norimoto 1984; Yano et al. 1993). Ed / a Q-1 nebo tan souvisí s rychlostí zvuku a absorpcí nebo tlumením zvuku uvnitř dřeva. Eso souvisí s poměrem akustické energie vyzařované z hudebního nástroje k energii dané řetězcem (Akitsu et al . 1993). V této studii byl specifický dynamický Youngův modul (Ed/), vnitřní tření (Q-1) a akustická účinnost konverze (ACE) dřeva kayu malam 18 GPa, 0,0045 a 5×107. Tento výsledek je v souladu s dřívějším nálezem na Syzygium, Dialium, Gymnostoma a sindora wood (Hamdan et al. 2016).

pozice noty (C2, C2#, C3, C3#, C4) prototypu marimby byla stanovena na základě pozice noty komerční marimby. Vzhledem k rozdílnému rozsahu roztečí obou marimb bylo pro srovnání vybráno hřiště od standardního klavíru.

to vysvětluje, proč je C2 prototypové i komerční marimby v tabulce 2 na stejné frekvenci jako C4 klavíru. Tabulka 2 shrnuje frekvence z prototypu marimby, komerční marimby a standardního klavíru.

bylo porovnáno spektrum mezi komerční a prototypovou marimbou. Ačkoli se špičková hodnota spektra lišila od hřiště k hřišti, bylo užitečné poznamenat, že prototyp marimby byl naladěn podle klavírního standardu. Rozdíl mezi komerční marimbou a prototypem prostorové frekvence marimby vyvolává dojem, že každý výrobce hudebních nástrojů definuje své vlastní správné hřiště. Konstrukce a experiment potvrdily proměnné, které určují, jak zní Marimba bar. Marimba bary jsou impulzivně vzrušené nástroje.

Tabulka 2. Poznámka a frekvenční vztah mezi prototypovou Marimbou, Komerční Marimbou a standardním klavírem (Poznámka: střední C = C4)

obr. 5. Zvukové spektrum lišty E3 zasažené ve středu

energie, která způsobuje vibraci lišty, se na ni přenáší ve velmi krátkém čase ve srovnání s dobou tlumení vibrací lišty. Podle Wegst (2006) je tento účinek způsoben frekvencemi vzrušenými při nárazu. To vysvětluje rozdíly ve spektrálním vzoru mezi komerční marimbou a prototypovou marimbou. Komerční marimba má vrcholy pouze na spodním konci spektra, zatímco prototyp obsahuje vrcholy až do vyššího konce svého spektra. Zvukové spektrum lišty E3 zasažené ve středu je znázorněno na obr. 5. Tabulka 3 ukazuje špičkovou frekvenci ze zvukového spektra lišty E3 zasažené ve středu spolu s údaji z lišty E3 marimba od Rossing (2000).

Tabulka 3. Špičková frekvence ze zvukového spektra tyče E3 zasažená ve středu

závěry

1. hudební nástroj je přesný nástroj, kde je zvuk vytvářen vibracemi. I když se pevný materiál (jako dřevo) zdá být tuhý, vykazuje elastické chování na minutové úrovni, kde může vibrovat. Každý zvuk má svou vlastní frekvenci, a proto různé materiály vydávají různé zvuky.
2. v případě zvukového inženýrství, i když existují pokyny týkající se hodnoty frekvence potřebné k vytvoření určité výšky, je stále na uchu, aby se zjistilo, zda je zvuk správný nebo ne. Marimba z kayu malam (D. maingayi) může produkovat stejné hřiště jako marimba z růžového dřeva. Proto byl D. maingayi životaschopným materiálem pro konstrukci hudebního nástroje.
3. ze zkušeností z tohoto šetření je třeba věnovat zvláštní pozornost ve fázi výroby. Komerční hodnota této marimby je možná. Získání zdroje z levnější alternativy by do značné míry pomohlo snížit náklady. Proto, protože d. maingayi je místní dřevo pěstované v oblasti Malajsie-Sumatra, lze jej nazvat jedinečným a stát se prodejním místem, pokud by byla v této oblasti zahájena výroba marimby na komerční úrovni.
4. zvuk může být navržen změnou frekvence a D. maingayi je místní dřevo, které lze použít pro výrobu hudebních nástrojů (marimba).

poděkování

autoři chtějí uznat finanční podporu od University Malaysia Sarawak a ministerstva vysokého školství (MOHE) v rámci grantového programu základního výzkumu FRGS02(01)/1085/2013(31), Malajsie.

citované odkazy

Akitsu, h., Norimoto, m., Morooka, T., and Rowell, r. w. (1993). “Vliv vlhkosti na vibrační vlastnosti chemicky modifikovaného dřeva,” wood Fiber Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W. E. (2009). Konstrukce a ladění vibračních tyčí, Mechanical Music Digest, Santee, CA, USA.

Hamdan, s., Jusoh, i., Rahman, M. R., and de Juan, M. Q. (2016). “Akustické vlastnosti

Syzygium sp., Dialium sp., Gymnostoma sp., a Sindora sp. wood, ” BioResources 11 (3), 5941-5948. Doi: 10.15376 / biores.11.3.5941-5948.

Mohammad, J. I., Johari, N., and Fouladi, M. H. (2010). “Numerické vyšetřování koeficientů absorpce zvuku Malajského dřeva,” Sborník 20. Mezinárodního kongresu o akustice, Sydney, Austrálie.

Olson, H. F. (1967). Hudba, Fyzika a inženýrství, 2.vydání., Courier Corporation, Dover, DE, USA.

Ono, T., and Norimoto, m. (1984). “O fyzikálních kritériích pro výběr dřeva pro zvukové desky hudebních nástrojů,” Rheologica Acta 23 (6), 652-656.

Rossing, T. D. (2000). Science of bicí nástroje, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapur, s. 64-67.

Suits, B. H. (2001). “Základní fyzika xylofonu a Marimba barů,” Am. J.Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

wegst, u.G. (2006). “Dřevo pro zvuk,” Am. J. Bot. 93(10), 1439-1447. Doi: 10.3732 / ajb.93.10.1439

Yano, h., Norimoto, M., and Rowell, R. M. (1993). “Stabilizace akustických vlastností dřevěných hudebních nástrojů acetylací,” Wood and Fiber Sci. 25(4), 395-403.

článek předložen: srpen 15, 2017; Peer review dokončeno: říjen 22, 2017; revidovaná verze přijata: říjen 29, 2017; přijato: Říjen 30, 2017; zveřejněno: listopad 2, 2017.