Marimba instrumentkonstruktion fra kayu malam træ (Diospyros maingayi)

Hamdan, S., Abdul Vahid, H., Musoddik, I. og Yohanes, N. (2018). “Marimba instrumentkonstruktion fra kayu malam træ (Diospyros maingayi),” BioRes. 13(1), 43-52.

abstrakt

dette arbejde undersøgte muligheden for at bruge en lokal træ Kayu malam (Diospyros maingayi) til at konstruere en marimba, et musikinstrument. Marimba blev konstrueret så ligner den kommercielle palisander marimba som muligt. Lyden og etablerede frekvenser blev sammenlignet med en kommerciel palisander marimba. Resultaterne viste, at selvom spidsværdien af spektret fra prototypen marimba adskiller sig fra tonehøjde til tonehøjde, er det nyttigt at bemærke, at prototypen marimba blev indstillet i henhold til klaverstandard. Den kommercielle marimba har kun toppe i den nedre ende af spektret, mens prototypen marimba indeholdt toppe indtil den højere ende af sit spektrum. Marimba lavet af Kayu malam (D. maingayi) producerede den samme tonehøjde som marimba lavet af palisander.

Hent PDF

Fuld artikel

Marimba Instrumentkonstruktion fra Kayu Malam træ (Diospyros maingayi)

Sinin Hamdan,a,* Hasnisam Abdul,a Iran Amri Musoddik,b og Yohanes Nyavai a

dette arbejde undersøgte muligheden for at bruge en lokal træ Kayu malam (diospyros maingayi) at konstruere en Marimba, et musikinstrument. Marimba blev konstrueret så ligner den kommercielle palisander marimba som muligt. Lyden og etablerede frekvenser blev sammenlignet med en kommerciel palisander marimba. Resultaterne viste, at selvom spidsværdien af spektret fra prototypen marimba adskiller sig fra tonehøjde til tonehøjde, er det nyttigt at bemærke, at prototypen marimba blev indstillet i henhold til klaverstandard. Den kommercielle marimba har kun toppe i den nedre ende af spektret, mens prototypen marimba indeholdt toppe indtil den højere ende af sit spektrum. Marimba lavet af Kayu malam (D. maingayi) producerede den samme tonehøjde som marimba lavet af palisander.

nøgleord: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; frekvens og tonehøjde

kontaktoplysninger: a: Institut for Design & Innovation, Universiti Malaysia, Kota Samarahan, Malaysia; b: Fakultet for Anvendt og kreativ kunst, Universiti Malaysia, Kota Samarahan, Malaysia; * tilsvarende forfatter: [email protected]

introduktion

en marimba er et træ musikinstrument, der har et antal stænger med forskellige længder, der svarer til en anden tonehøjde med et andet frekvensspektrum. Instrumentet er kommercielt fremstillet af palisander, fordi træet er et tæt hårdttræ, selvom det er meget dyrt og vanskeligt at skære (dragter 2001). Palisanderens resonanskvaliteter (dvs.lav dæmpningsfaktor) får den til at ringe meget længere, når den rammes. En ren, knudefri del af et stort bræt skal vælges, fordi alle søjlerne skal være lavet af det samme bræt, så tonekvaliteten og udseendet bliver ensartet (Flynt 2009). Kayu malam med en densitet på 605 kg / m3 vælges ud fra dets fysiske og mekaniske aspekter, såsom henfaldsbestandighed (træet er modstandsdygtigt over for forfald og ingen forbehandlinger er involveret), dimensionsstabilitet, let forarbejdning og udseende, der består af struktur, kornmønster og farve. Lydabsorptionskoefficienterne ved 125 HS, 250 HS, 500 HS, 1000 HS, 2000 HS og 4000 HS oktavfrekvenser er 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, og 0,92 (Mohammad et al. 2010). Kayu malam er fordelagtig i sin komparative overflod og er relativt let at forme med enkle værktøjer. Det unikke og ønskelige spektrum af kayu malams fysiske og mekaniske egenskaber gør det til valget for musikinstrumenter, der matcher de menneskeskabte materialer som plast eller metal. Kayu malam er videnskabeligt kendt som Diospyros maingayi fra familien Ebenaceae, der findes i Borneo, halvøen Malaysia og Sumatra. Træet er opkaldt efter den britiske botaniker A. C. Maingay.

i konstruktionen af musikalske skalaer er skalaen bygget på planen om at have så mange par toner som muligt, hvilket er behageligt at høre, når det lyder sammen. Standardtastaturet består af en hvid, syv note diatonisk skala, C-D-E-F-G-A-B-(C), gentaget over syv oktaver, i hvilken 5 sort-note pentatonisk skala, C#-D#-F#-G#-A#-(C#), er undergravet. Solfege-teknikken indebærer at tildele noterne af en skala til en bestemt stavelse. De syv stavelser, der ofte bruges til denne praksis, er do, re, mi, fa, sol, la og ti. En skala defineres bedst som en sekvens af noter. Skalaen oversætter tonehøjdeplaceringen til en rumlig placering på en graf. Hver note svarer til en hørbar opdeling af oktavrummet (Olson 1967). Noterne er adskilt af intervaller, med nogle større end andre. Øret opfatter visse intervaller som regulatoriske konsonanser, men disse har tendens til at være de større intervaller: oktav, femte og fjerde, hvor de mindre intervaller er tvetydige. Fordi de mindre intervaller mellem halvtone, tone og tredjedele er mindre lette at kvantificere ved øre, opstår spørgsmålet, om tonehøjder skal betragtes som præcise frekvensplaceringer. I hverdagens musikfremstilling betragtes en skriftlig note som ikke svarende til et fast punkt i tonehøjdespektret, men til et område med acceptabel tonehøjdevariation.

definitionen af Mellem C er for eksempel, hvad øret accepterer som lavere end C skarpt og højere end B naturligt og så videre. Det kunne være muligt, at tilstande og skalaer simpelthen er oktavopdelinger af bekvemmelighed, bestemt af en blanding af gætteri og musikalsk funktion. Oktaven er opdelt i fem for en pentatonisk skala eller syv for en diatonisk skala eller tilstand. En lille korrektion anvendes ved at indstille individuelle toner, spille og lytte, indtil den resulterende progression af tonehøjder er behagelig at høre og udtrykker en veldefineret karakter. Frekvensen af en ren lyd bestemte tonehøjden. En F-skarp er lidt højere end en F, mens en e-flad er lidt lavere end en E.

træets stivhed er en faktor, der bestemmer tonehøjden. Selvom træ har en række overtoner, er disse overtoner ikke harmoniske. Pladserne produceret af disse overtoner er ikke et integreret multiplum af deres grundlæggende tonehøjde. Denne ikke-harmonicitet i træ giver en karakteristisk tone. For en ensartet tværsnit midterste C bar uden underskæring, tonehøjden af overtonen svarer omtrent til F skarp (Flynt 2009). En stang med et ensartet tværsnit vil vibrere med frekvens direkte proportional med dens tykkelse, men omvendt til kvadratet af dens længde. Derfor vil en bar med halvdelen af dens oprindelige tykkelse producere halvdelen af den oprindelige tonehøjde, mens en bar med halvdelen af dens oprindelige længde vil producere firdoblet den oprindelige tonehøjde.

for at skærpe eller flade banen kan en stang indstilles ved at slibe på dens ende eller i dens tykkelse. 3% fra dens længde, kan en tonehøjde hæves med en halvtone. Den første overtone af en ensartet bar vil naturligt forekomme omkring 18 halvtoner (eller omkring 1,5 oktaver) over den grundlæggende tonehøjde. Dette særlige interval er tilfældigvis noget dissonant, når det spilles i akkorder med andre instrumenter, men det giver marimba sin karakteristiske lydtype og er normalt tilfredsstillende. Formålet med dette arbejde er at fremstille en prototype marimba fra kayu malam, der ligner den kommercielle palisander marimba som muligt.

eksperimentel

ved konstruktion af dette instrument blev en teknik diskuteret af Flynt (2009) tilpasset som vejledning. Teknikken forbliver den samme, selvom der blev brugt et andet materiale til konstruktion af marimba. En lokal træ D. maingayi eller lokalt kendt som kayu malam, blev brugt til konstruktion af marimba musikinstrument. De akustiske egenskaber, såsom specifik dynamisk Youngs modul (Ed/Kurt), intern friktion (K-1) og akustisk konverteringseffektivitet (ACE) blev undersøgt ved hjælp af Frifri bøjningsvibration. Splintveddelene af træet blev skåret i 120 cm længde og 4 cm tykkelse. Derefter blev de konditioneret til lufttørre tilstand i et rum med relativ fugtighed på 60% og omgivelsestemperatur på 25 C i 3 måneder før test. De klare, fejlfrie planker blev bearbejdet i dimensioner på 340 mm (L) 20 mm (T) 10 mm (R) til Frifri vibrationstest.

den eksperimentelle opsætning til fri-fri bøjningstest er vist i Fig. 1. Prøven blev holdt med en tråd i henhold til den første vibrationstilstand. En jernplade bundet i den ene ende af prøven er indstillet mod den elektromagnetiske driver, og en mikrofon blev placeret i midten under prøven. Frekvensen blev varieret fra 1 HS til 1000 HS for at opnå en resonant eller naturlig frekvens. Den dynamiske Youngs modul (Ed) blev beregnet ud fra resonansfrekvensen ved hjælp af EKV. 1,

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

hvor, ?=??3/12, d er stråledybde, b er strålebredde, l er strålelængde, f er den naturlige frekvens af prøven, n er vibrationstilstand, Lars er densitet, A er tværsnitsareal og m1 = 4,73.

Fig. 1. Skematisk diagram over frit-frit bøjningssystem

K-1, blev beregnet ud fra resonansfrekvenserne, nedre og øvre frekvenser. 2). Den øvre frekvens f2 og lavere frekvens f1 blev opnået ved at reducere amplituden til 0,5 (6.02 dB) under amplituden af resonant frekvens f0,

Q-1 = tan (δ) (2)

hvor δ = πΔf/f0√3 & Δf = f2 – f1

ACE blev evalueret ved hjælp af Eq. 3,

???=√??/?/ ytan ? (3)

hvor, massefylde (liter) i lufttørre tilstand blev bestemt ved anvendelse af EKV. 4,

specifik gravitation (liter) = m/mv (4)

hvor, m er ovnens tørre masse af prøve (masse af prøve i lufttørre tilstand) og mv er massen af fordrevet vand.

en sammenlignende undersøgelse blev foretaget med et sæt kommercielle og let tilgængelige marimba lavet af palisander. Træet blev skåret i henhold til de nøjagtige specifikationer for den kommercielle marimba med hensyn til dets længde (24,5 til 37,5 cm), bredde (4,5 cm) og tykkelse (2,25 cm). Forskellige længder og tykkelser producerer forskellige tonehøjder; når længden bliver kortere, vil den producere en højere tonehøjde og omvendt.

når træet blev skåret i stænger, var den næste fase af konstruktionen af instrumentet at indstille det i henhold til standardindstillingen som praktiseret i almindelig notation. Den indledende proces krævede, at crafter rasp Stængerne gennem hele processen; en kromatisk tuner CA-30 (Korg, Japan) blev brugt som reference til tonehøjden til standardindstilling, indtil den ønskede frekvens blev opnået. Raspingsprocessen var fokuseret på undersiden af stangen, hvilket resulterede i en form af en bue (Fig. 2). Det skal her bemærkes, at raspingsprocessen på undersiden af stangen kun blev udført på eksperimentel basis. Det bemærkes også, at fugtindholdet også har en mærkbar effekt på træstængerne. Den kendte løsning til dette er at anvende en lak eller lak, når tuning til den ønskede frekvens er opnået. Marimba blev designet med to oktaver i diatonisk nøgle. Måling af frekvensspektret blev udført til tider, indtil den ønskede frekvensværdi blev opnået. Marimba består af to syv tone diatoniske nøgler og to pentatoniske nøgler. En’ C ‘ – nøgle er til stede i slutningen af de to nøgler. De pentatoniske nøgler blev hævet over de diatoniske nøgler.

den grundlæggende og overtone stigning i tonehøjde ved at fjerne materiale fra enderne af stangen (Flynt 2009). Det grundlæggende vil flade, når materialet fjernes fra midten (Fig. 2). Overtonen vil kun flade ud, når materialet kun fjernes nær knudepunkterne (ca.25% indad fra hver ende). Den grundlæggende og overtone kan indstilles separat. Dette er vigtigt, når du indstiller for at fjerne materialet fra de rigtige områder for at opnå det ønskede resultat.

Fig. 2. Tværsnit af en typisk marimba-bjælke (Flynt 2009)

den grundlæggende vibrerende tilstand har to punkter kaldet noder langs længden af stangen, hvor der ikke er nogen bevægelse (stangen skal understøttes fysisk på disse punkter). Stængerne blev understøttet på en ledning, der løber langs instrumentets længde. Hver stang blev boret vandret ved sine to knudepunkter for at rumme den bærende ledning. Hullet blev boret ved knuden for at undgå, at den musikalske tone dæmpes eller falmer hurtigt væk. Hullet blev boret inden den endelige trimning til tonehøjde. Under tuning til den endelige tonehøjde blev en elektronisk tuner brugt til at indstille til tonehøjden på et klaver. Det grundlæggende er begejstret ved omhyggeligt at slå baren i midten. Tabel 1 viser barlængden af prototypen marimba. Oktaven til denne prototype er kun C2 og C3 (slutter ved C4). Bemærk, at tallet repræsenterer oktaven af prototypen marimba. Den kommercielle marimba har fire oktaver (C1, C2, C3, C4 og C5), som slutter ved C5.

Pico Scope computerprogrammet (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK) blev brugt til at se og analysere tidssignaler fra Pico Scope oscilloscopes (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK)) og dataloggere til realtidssignalopsamling. Pico Scope muliggør analyse ved hjælp af Fast Fourier transform (FFT), en spektrumanalysator, spændingsbaserede udløsere og evnen til at gemme/indlæse bølgeformer på en disk. Figur 3 viser det skematiske diagram over den eksperimentelle opsætning. Marimba blev placeret, hvor lyden kunne fanges med minimal interferens. Forstærkeren sikrede, at den optagne lyd var høj nok til at blive detekteret af signalomformeren. Figur 4 viser rasping, test og den færdige prototype marimba.

Fig. 3. Skematisk diagram over den eksperimentelle opsætning

Fig. 4. Rasping, testproces og den færdige prototype marimba

tabel 1. Bar længde af Prototype Marimba

fordi både prototypen marimba og kommerciel marimba har forskellige frekvenser tildelt deres respektive tonehøjde, vælges standardklaveret til sammenligning.

resultater og diskussion

træets akustiske egenskaber kan udtrykkes i tre hovedegenskaber: den specifikke dynamiske Youngs modul (Ed/), intern friktion (K-1) og akustisk konverteringseffektivitet (ACE). Den første vibrationstilstand blev anset for at evaluere de akustiske egenskaber ved hjælp af Frifri bøjningsvibrationsteknik (Ono og Norimoto 1984; Yano et al. 1993). Ed / og K-1 eller tan er relateret til henholdsvis lydhastighed og lydabsorption eller dæmpning i træet. Esset er relateret til forholdet mellem akustisk energi udstrålet fra musikinstrumentet og energien givet af strengen (Akitsu et al. 1993). I denne undersøgelse var specifik dynamisk Youngs modul (Ed/), intern friktion (K-1) og akustisk konverteringseffektivitet (ess) af kayu malam-træ 18 GPA, 0,0045 og 5 til 107. Dette resultat er i overensstemmelse med tidligere fund på Sysygium, Dialium, Gymnostomaog Sindora træ (Hamdan et al. 2016).

notepositionen (C2, C2#, C3, C3#, C4) af prototypen marimba blev bestemt ud fra notepositionen for den kommercielle marimba. På grund af den forskellige tonehøjde for begge marimbas blev banen fra standardklaveret valgt til sammenligning.

dette forklarer, hvorfor C2 af både prototype og kommerciel marimba i tabel 2 har samme frekvens som klaverets C4. Tabel 2 opsummerer frekvenserne fra prototypen marimba, kommerciel marimba og standard klaver.

spektret mellem den kommercielle og prototype marimba blev sammenlignet. Selvom spidsværdien af spektret adskiller sig fra tonehøjde til tonehøjde, var det nyttigt at bemærke, at prototypen marimba blev indstillet i henhold til en klaverstandard. Forskellen mellem den kommercielle marimba og prototypen Marimba rumlige frekvens giver indtryk af, at hver producent af musikinstrumenter definerer deres egen rigtige tonehøjde. Konstruktionen og eksperimentet bekræftede de variabler, der bestemmer, hvordan en marimba-bar lyder. Marimba barer er impulsivt spændte instrumenter.

tabel 2. Note og frekvens forholdet mellem Prototype Marimba, Kommerciel Marimba, og Standard klaver (Bemærk: midten C = C4)

Fig. 5. Lydspektrum af E3-stangen ramt i midten

den energi, der får stangen til at vibrere, overføres til den på meget kort tid i forhold til dæmpningstiden for barens vibration. Ifølge Veg (2006) skyldes denne effekt frekvenserne spændt ved påvirkning. Dette forklarer forskellene i spektrummønsteret set mellem den kommercielle marimba og prototypen marimba. Den kommercielle marimba har kun toppe i den nedre ende af spektret, mens prototypen indeholder toppe indtil den højere ende af sit spektrum. Lydspektret for E3-stangen, der er ramt i midten, er vist i Fig. 5. Tabel 3 viser topfrekvensen fra lydspektret for E3-bjælken, der blev ramt i midten, sammen med dataene fra E3 marimba-bjælken fra Rossing (2000).

tabel 3. Peak frekvens fra lydspektret af E3 Bar slog i midten

konklusioner

1. et musikinstrument er et præcisionsinstrument, hvor lyd produceres gennem vibrationer. Selvom et solidt materiale (som træ) ser ud til at være stift, viser det en elastisk opførsel på et minutniveau, hvor det kan vibrere. Hver lyd har sin egen frekvens, hvorfor forskellige materialer giver forskellige lyde.
2. i tilfælde af lydteknik, selvom der er retningslinjer for den frekvensværdi, der er nødvendig for at producere en bestemt tonehøjde, er det stadig op til ens øre at afgøre, om lyden er rigtig eller ej. Marimba lavet af kayu malam (D. maingayi) kan producere den samme tonehøjde som marimba lavet af palisander. Derfor var D. maingayi et levedygtigt materiale til konstruktion af musikinstrumentet.
3. fra erfaringerne gennem denne undersøgelse skal der udvises ekstra omhu på fremstillingsstadiet. Den kommercielle værdi af denne marimba er mulig. At få kilden fra et billigere alternativ ville i høj grad bidrage til at reducere omkostningerne. Derfor, fordi D. maingayi er et lokalt træ dyrket i Malaysia-Sumatra-regionen, det kan betegnes som unikt og blive et salgsargument, hvis marimba-produktionen på kommercielt niveau indledes i denne region.
4. lyd kan konstrueres gennem ændring af frekvens, og D. maingayi er et lokalt træ, der kan bruges til fremstilling af musikinstrumenter (marimba).

anerkendelser

forfatterne ønsker at anerkende den økonomiske støtte fra University Malaysia og Ministeriet for videregående uddannelse (MOHE) under den grundlæggende Forskningsstipendieordning FRGS02(01)/1085/2013(31), Malaysia.

referencer Citeret

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T., og R. V. (1993). “Effekt af fugtighed på vibrationsegenskaber af kemisk modificeret træ,” træfiber Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, V. E. (2009). Konstruktion og Tuning af vibrerende stænger, Mechanical Music Digest, Santee, CA, USA.

Hamdan, S., Jusoh, I., Rahman, M. R. Og de Juan, M. K. (2016). “Akustiske egenskaber

af Sysygium sp., Dialium sp., Gymnostoma sp. og Sindora sp. træ, ” BioResources 11(3), 5941-5948. DOI: 10.15376 / biores.11.3.5941-5948.

Mohammad, J. I., Johari, N. og Fouladi, M. H. (2010). “Numerisk undersøgelse af Lydabsorptionskoefficienterne for Malaysisk træ,” Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, Sydney, Australien.

Olson, H. F. (1967). Musik, Fysik og teknik, 2. udgave., Courier Corporation, Dover, DE, USA.

Ono, T. og Norimoto, M. (1984). “På fysiske kriterier for udvælgelse af træ til soundboards af musikinstrumenter,” Rheologica Acta 23(6), 652-656.

Rossing, T. D. (2000). Videnskab af slaginstrumenter, verdens videnskabelige forlag, Inc., Singapore, s.64-67.

Dragter, B. H. (2001). “Grundlæggende fysik af Marimba barer,” Am. J. Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

Jørgensen (2006). “Træ til lyd,” er. J. Bot. 93(10), 1439-1447. DOI: 10.3732 / ajb.93.10.1439

Yano, H., Norimoto, M. Og R. M. (1993). “Stabilisering af akustiske egenskaber af træ musikinstrumenter ved acetylering,” træ og Fiber Sci. 25(4), 395-403.

artikel indsendt: 15.August 2017; fagfællebedømmelse afsluttet: 22. oktober 2017; revideret version modtaget: 29. Oktober 2017; accepteret: 30. oktober 2017; offentliggjort: 2. November 2017.