Construction d’instruments de Marimba en bois de kayu malam (Diospyros maingayi)

Hamdan, S., Abdul Wahid, H., Musoddiq, I. et Yohanes, N. (2018). “Construction d’instruments de Marimba en bois de kayu malam (Diospyros maingayi)”, BioRes. 13(1), 43-52.

Résumé

Ce travail a étudié la possibilité d’utiliser un bois local Kayu malam (Diospyros maingayi) pour construire un marimba, un instrument de musique. Le marimba a été construit aussi semblable que possible au marimba commercial en bois de rose. Le son et les fréquences établies ont été comparés à un marimba commercial en palissandre. Les résultats ont montré que bien que la valeur de crête du spectre du marimba prototype diffère d’une hauteur à l’autre, il est utile de noter que le marimba prototype a été accordé selon la norme du piano. Le marimba commercial n’a que des pics à l’extrémité inférieure du spectre alors que le marimba prototype contenait des pics jusqu’à l’extrémité supérieure de son spectre. Le marimba fait de Kayu malam (D. maingayi) produisait la même hauteur que le marimba en bois de rose.

Télécharger le PDF

Article complet

Construction d’instruments de Marimba en bois de Kayu Malam (Diospyros maingayi)

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

Ce travail a étudié la possibilité d’utiliser un bois local Kayu malam ( Diospyros maingayi) pour construire un marimba, un instrument de musique. Le marimba a été construit aussi semblable que possible au marimba commercial en bois de rose. Le son et les fréquences établies ont été comparés à un marimba commercial en palissandre. Les résultats ont montré que bien que la valeur de crête du spectre du marimba prototype diffère d’une hauteur à l’autre, il est utile de noter que le marimba prototype a été accordé selon la norme du piano. Le marimba commercial n’a que des pics à l’extrémité inférieure du spectre alors que le marimba prototype contenait des pics jusqu’à l’extrémité supérieure de son spectre. Le marimba en Kayu malam (D. maingayi) produisait la même hauteur que le marimba en bois de rose.

Mots clés: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; Fréquence et hauteur

Coordonnées: a: Institut de Design & Innovation, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malaisie; b: Faculté des Arts Appliqués et Créatifs, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malaisie; * Auteur correspondant: [email protected]

INTRODUCTION

Un marimba est un instrument de musique en bois qui a un certain nombre de barres de différentes longueurs qui correspondent à une hauteur différente avec un spectre de fréquence différent. L’instrument est fabriqué commercialement à partir de bois de rose car le bois est un bois dur dense, bien qu’il soit très coûteux et difficile à couper (Suits 2001). Les qualités de résonance du bois de rose (c’est-à-dire un faible facteur d’amortissement) le font sonner beaucoup plus longtemps lorsqu’il est frappé. Une partie propre et sans nœuds d’une grande planche doit être sélectionnée car toutes les barres doivent être fabriquées à partir de la même planche afin que la qualité du son et l’apparence soient uniformes (Flynt 2009). Kayu malam avec une densité de 605 kg / m3 est choisi en fonction de ses aspects physiques et mécaniques, tels que la résistance à la pourriture (le bois résiste à la pourriture et aucun prétraitement n’est impliqué), la stabilité dimensionnelle, la facilité de traitement et l’apparence, qui se compose de texture, de motif de grain et de couleur. Les coefficients d’absorption acoustique aux fréquences d’octave de 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz et 4000 Hz sont les suivants 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, et 0,92, respectivement (Mohammad et al. 2010). Le Kayu malam est avantageux par son abondance comparative et est relativement facile à façonner avec des outils simples. Le spectre unique et souhaitable des propriétés physiques et mécaniques du kayu malam en fait le choix pour les instruments de musique qui correspondent aux matériaux fabriqués par l’homme tels que le plastique ou le métal. Kayu malam est scientifiquement connu sous le nom de Diospyros maingayi de la famille des Ebenaceae que l’on trouve à Bornéo, en Malaisie péninsulaire et à Sumatra. L’arbre porte le nom du botaniste britannique A. C. Maingay.

Dans la construction des gammes musicales, la gamme est construite sur le plan d’avoir autant de paires de tons que possible, ce qui est agréable à entendre lorsqu’on sonne ensemble. Le clavier standard se compose d’une gamme diatonique blanche à sept notes, Do-Ré-Mi-Fa-Sol-La-Si- (Do), répétée sur sept octaves, dans laquelle 5 gammes pentatoniques à notes noires, Do #-Ré#-Fa#-Sol#-La#- (Do#), sont inversées. La technique du solfège consiste à attribuer les notes d’une gamme à une syllabe particulière. Les sept syllabes couramment utilisées pour cette pratique sont do, re, mi, fa, sol, la et ti. Une échelle est mieux définie comme une séquence de notes. L’échelle traduit l’emplacement de la hauteur en un emplacement spatial sur un graphique. Chaque note correspond à une division audible de l’espace d’octave (Olson 1967). Les notes sont séparées par des intervalles, certains plus grands que d’autres. L’oreille perçoit certains intervalles comme des consonances régulatrices, mais ceux-ci ont tendance à être les plus grands intervalles: octave, quinte et quarte, les intervalles plus petits étant ambigus. Étant donné que les intervalles plus petits des demi-tons, des tons et des tiers sont moins faciles à quantifier à l’oreille, la question se pose de savoir si les hauteurs doivent être considérées comme des emplacements de fréquences précis. Dans la création musicale de tous les jours, une note écrite est considérée comme ne correspondant pas à un point fixe du spectre de hauteur, mais à une région de variation de hauteur acceptable.

La définition de do moyen, par exemple, est ce que l’oreille accepte comme inférieur à Do dièse et supérieur à B naturel, et ainsi de suite. Il pourrait être possible que les modes et les gammes soient simplement des divisions d’octave de commodité, déterminées par un mélange de conjectures et de fonctions musicales. L’octave est subdivisée en cinq pour une échelle pentatonique, ou sept pour une échelle ou un mode diatonique. Une petite correction est appliquée en accordant des notes individuelles, en jouant et en écoutant jusqu’à ce que la progression des hauteurs qui en résulte soit agréable à entendre et exprime un caractère bien défini. La fréquence d’un son pur a déterminé la hauteur. Un Fa dièse est légèrement supérieur à un Fa tandis qu’un Mi bémol est légèrement inférieur à un Mi.

La rigidité du bois est un facteur qui détermine la hauteur. Bien que le bois ait une série d’harmoniques, ces harmoniques ne sont pas des harmoniques. Les hauteurs produites à partir de ces harmoniques ne sont pas un multiple intégral de leur hauteur fondamentale. Cette non-harmonicité dans le bois donne un ton distinctif. Pour une barre médiane de do de section uniforme sans contre-dépouille, la hauteur de l’harmonique correspond approximativement à Fa dièse (Flynt 2009). Une barre de section uniforme vibrera avec une fréquence directement proportionnelle à son épaisseur mais inversement au carré de sa longueur. Par conséquent, une barre avec la moitié de son épaisseur d’origine produira la moitié du pas d’origine tandis qu’une barre avec la moitié de sa longueur d’origine produira le quadruple du pas d’origine.

Pour aiguiser ou aplatir le pas, une barre peut être accordée par meulage sur son extrémité ou dans son épaisseur. En retirant environ 3% de sa longueur, une hauteur peut être augmentée d’un demi-ton. La première tonalité d’une mesure uniforme se produira naturellement à environ 18 demi-tons (ou environ 1,5 octave) au-dessus de la hauteur fondamentale. Cet intervalle particulier se trouve être quelque peu dissonant lorsqu’il est joué en accords avec d’autres instruments, mais il donne au marimba son type de son caractéristique et est généralement satisfaisant. L’objectif de ce travail est de produire un prototype de marimba de kayu malam aussi similaire que possible au marimba commercial en bois de rose.

EXPÉRIMENTAL

Lors de la construction de cet instrument, une technique discutée par Flynt (2009) a été adaptée comme guide. La technique reste la même même si un matériau différent a été utilisé dans la construction du marimba. Un bois local D. maingayi ou localement connu sous le nom de kayu malam, a été utilisé pour la construction de l’instrument de musique marimba. Les propriétés acoustiques telles que le module de Young dynamique spécifique (Ed /γ), le frottement interne (Q-1) et l’efficacité de conversion acoustique (ACE) ont été examinées à l’aide de vibrations de flexion libres. Les parties d’aubier de l’arbre ont été coupées en 120 cm de longueur et 4 cm d’épaisseur. Ensuite, ils ont été conditionnés à l’air sec dans une pièce avec une humidité relative de 60% et une température ambiante de 25 C pendant 3 mois avant les tests. Les planches claires et exemptes de défauts ont été usinées dans des dimensions de 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R) pour un test de vibration libre.

La configuration expérimentale pour le test de flexion libre est illustrée à la Fig. 1. L’échantillon a été maintenu avec un fil selon le premier mode de vibration. Une plaque de fer collée à une extrémité de l’échantillon est placée face au pilote électromagnétique et un microphone a été placé au centre sous l’échantillon. La fréquence a été modifiée de 1 Hz à 1000 Hz afin d’obtenir une fréquence de résonance ou naturelle. Le module de Young dynamique (Ed) a été calculé à partir de la fréquence de résonance en utilisant Eq. 1,

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

où, ?=??3/12, d est la profondeur du faisceau, b est la largeur du faisceau, l est la longueur du faisceau, f est la fréquence naturelle de l’échantillon, n est le mode de vibration, ρ est la densité, A est la section transversale et m1 = 4,73.

Fig. 1. Schéma de principe du système de flexion libre

Le Q-1, a été calculé à partir des fréquences de résonance, inférieures et supérieures (Eq. 2). La fréquence supérieure f2 et la fréquence inférieure f1 ont été obtenues en réduisant l’amplitude à 0,5 (6,02 dB) en dessous de l’amplitude de la fréquence de résonance f0,

Q-1 = tan (δ) (2)

où, δ = πΔf / f0√3 & Δf = f2-f1

L’ACE a été évalué en utilisant Eq. 3,

???=√??/?/ ytan ? (3)

où, la densité (γ) à l’état sec à l’air a été déterminée en utilisant Eq. 4,

Densité (γ) = m / mw (4)

où, m est la masse sèche de l’échantillon au four (masse de l’échantillon à l’état sec à l’air) et mw est la masse d’eau déplacée.

Une étude comparative a été réalisée avec un ensemble de marimba commercial et facilement disponible en bois de rose (Kawai, Japon). Le bois a été coupé selon les spécifications exactes du marimba commercial en termes de longueur (24,5 à 37,5 cm), de largeur (4,5 cm) et d’épaisseur (2,25 cm). Différentes longueurs et épaisseurs produisent des pas différents; à mesure que la longueur devient plus courte, elle produira un pas plus élevé et vice versa.

Une fois le bois coupé en barres, la phase suivante de construction de l’instrument consistait à l’accorder selon l’accord standard tel que pratiqué dans la notation courante. Le processus initial nécessitait que l’artisan râpe les barres tout au long du processus; un accordeur chromatique CA-30 (Korg, Japon) a été utilisé comme référence à la hauteur pour l’accord standard jusqu’à ce que la fréquence souhaitée soit atteinte. Le processus de râpage a été concentré sur la face inférieure de la barre, ce qui a donné une forme d’arc (fig. 2). Il convient de noter ici que le procédé de râpage sur la face inférieure de la barre n’a été effectué que sur une base expérimentale. Il est également à noter que la teneur en humidité a également un effet notable sur les barres de bois. La solution connue pour cela consiste à appliquer une laque ou un vernis une fois que l’accord à la fréquence souhaitée est atteint. Le marimba a été conçu avec deux octaves en tonalité diatonique. La mesure du spectre de fréquences a été effectuée à certains moments jusqu’à l’obtention de la valeur de fréquence souhaitée. Le marimba se compose de deux touches diatoniques à sept notes et de deux touches pentatoniques. Une touche ” C ” est présente à la fin des deux touches. Les touches pentatoniques ont été surélevées au-dessus des touches diatoniques.

L’élévation fondamentale et harmonique de la hauteur en retirant la matière des extrémités de la barre (Flynt 2009). Le fondamental s’aplatira lorsque le matériau est retiré du centre (Fig. 2). L’harmonique ne s’aplatira que lorsque le matériau est retiré près des nœuds seulement (environ 25% vers l’intérieur de chaque extrémité). La fondamentale et l’harmonique sont accordables séparément. Ceci est important lors du réglage pour retirer le matériau des zones appropriées pour obtenir le résultat souhaité.

Fig. 2. Section d’une barre de marimba typique (Flynt 2009)

Le mode de vibration fondamental comporte deux points appelés nœuds le long de la barre où il n’y a pas de mouvement (la barre doit être physiquement supportée en ces points). Les barres étaient supportées sur un cordon qui court sur toute la longueur de l’instrument. Chaque barre a été percée horizontalement à ses deux nœuds pour accueillir le cordon de support. Le trou a été percé au niveau du nœud pour éviter que le ton musical ne s’atténue ou ne s’estompe rapidement. Le trou a été foré avant la coupe finale au tangage. Lors de l’accordage de la hauteur finale, un accordeur électronique a été utilisé pour accorder la hauteur d’un piano. Le fondamental est excité en frappant soigneusement la barre en son centre. Le tableau 1 montre la longueur de barre du prototype de marimba. L’octave pour ce prototype est C2 et C3 seulement (se termine à C4). Notez que le nombre représente l’octave du prototype de marimba. Le marimba commercial a quatre octaves (C1, C2, C3, C4 et C5), qui se terminent à C5.

Le logiciel informatique Pico Scope (Pico Technology, série 3000, Eaton Socon, Royaume-Uni) a été utilisé pour visualiser et analyser les signaux temporels des oscilloscopes Pico Scope (Pico Technology, série 3000, Eaton Socon, Royaume-Uni)) et des enregistreurs de données pour l’acquisition de signaux en temps réel. Le logiciel Pico Scope permet l’analyse à l’aide de la transformée de Fourier rapide (FFT), d’un analyseur de spectre, de déclencheurs basés sur la tension et de la possibilité de sauvegarder / charger des formes d’onde sur un disque. La figure 3 montre le schéma de la configuration expérimentale. Le marimba était placé à l’endroit où le son pouvait être capturé avec un minimum d’interférences. L’amplificateur (Behringer Powerplay Pro XL, Behringer, Chine) s’est assuré que le son capturé était suffisamment fort pour être détecté par le convertisseur de signal. La figure 4 montre le râpage, les essais et le prototype de marimba terminé.

Fig. 3. Schéma de la configuration expérimentale

Fig. 4. Râpage, processus de test et marimba prototype achevé

Tableau 1. Longueur de barre de Prototype Marimba

Parce que le marimba prototype et le marimba commercial ont des fréquences différentes attribuées à leur hauteur respective, le piano standard est choisi pour comparaison.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Les propriétés acoustiques du bois peuvent être exprimées en termes de trois propriétés principales : le module de Young dynamique spécifique (Ed /), le frottement interne (Q-1) et l’efficacité de conversion acoustique (ACE). Le premier mode de vibration a été considéré pour évaluer les propriétés acoustiques en utilisant la technique de vibration de flexion libre (Ono et Norimoto 1984; Yano et al. 1993). L’Ed / et Q-1 ou tan sont liés à la vitesse du son et à l’absorption ou à l’amortissement du son dans le bois, respectivement. L’ACE est lié au rapport de l’énergie acoustique rayonnée de l’instrument de musique à l’énergie donnée par la corde (Akitsu et al. 1993). Dans cette étude, le module de Young dynamique spécifique (Ed/), le frottement interne (Q-1) et l’efficacité de conversion acoustique (ACE) du bois de kayu malam étaient de 18 GPa, 0,0045 et 5×107. Ce résultat est cohérent avec les découvertes antérieures sur le bois de Syzygium, de Dialium, de Gymnostoma et de Sindora (Hamdan et al. 2016).

La position des notes (C2, C2#, C3, C3#, C4) du prototype de marimba a été déterminée sur la base de la position des notes du marimba commercial. En raison de la gamme de hauteurs différentes des deux marimbas, la hauteur du piano standard a été choisie pour comparaison.

Ceci explique pourquoi le C2 du marimba prototype et commercial du tableau 2 est à la même fréquence que le C4 du piano. Le tableau 2 résume les fréquences du marimba prototype, du marimba commercial et du piano standard.

Le spectre entre le marimba commercial et le prototype a été comparé. Bien que la valeur de crête du spectre diffère d’une hauteur à l’autre, il était utile de noter que le prototype de marimba était accordé selon un standard de piano. La différence entre le marimba commercial et la fréquence spatiale du marimba prototype donne l’impression que chaque fabricant d’instruments de musique définit sa propre hauteur. La construction et l’expérience ont confirmé les variables qui déterminent le son d’une barre de marimba. Les barres de Marimba sont des instruments excités impulsivement.

Tableau 2. Relation de Note et de Fréquence Entre le Marimba Prototype, le Marimba Commercial et le Piano Standard (Note : Do moyen = C4)

Fig. 5. Spectre sonore de la barre E3 frappée au centre

L’énergie qui fait vibrer la barre lui est transférée en très peu de temps par rapport au temps d’amortissement de la vibration de la barre. Selon Wegst (2006), cet effet est dû aux fréquences excitées lors de l’impact. Ceci explique les différences dans le motif spectral observé entre le marimba commercial et le marimba prototype. Le marimba commercial n’a que des pics à l’extrémité inférieure du spectre, alors que le prototype contient des pics jusqu’à l’extrémité supérieure de son spectre. Le spectre sonore de la barre E3 frappée au centre est illustré à la Fig. 5. Le tableau 3 montre la fréquence de crête du spectre sonore de la barre E3 frappée au centre, ainsi que les données de la barre de marimba E3 de Rossing (2000).

Tableau 3. Fréquence de crête du Spectre sonore de la Barre E3 Frappée au Centre

CONCLUSIONS

1. Un instrument de musique est un instrument de précision où le son est produit par vibration. Même si un matériau solide (comme le bois) semble rigide, il affiche un comportement élastique à un niveau infime, où il peut vibrer. Chaque son a sa propre fréquence, c’est pourquoi différents matériaux produisent des sons différents.
2. Dans le cas de l’ingénierie du son, même s’il existe des directives sur la valeur de fréquence nécessaire pour produire une certaine hauteur, c’est toujours à l’oreille de déterminer si le son est juste ou non. Le marimba en kayu malam (D. maingayi) peut produire la même hauteur que le marimba en bois de rose. Par conséquent, D. maingayi était un matériau viable pour la construction de l’instrument de musique.
3. De l’expérience à cette enquête, des précautions supplémentaires doivent être prises au stade de la fabrication. La valeur commerciale de ce marimba est possible. Obtenir la source d’une alternative moins chère aiderait en grande partie à réduire les coûts. Par conséquent, parce que D. maingayi est un bois local cultivé dans la région de Malaisie-Sumatra, il peut être qualifié d’unique et devenir un argument de vente si la production de marimba à un niveau commercial était lancée dans cette région.
4. Le son peut être modifié par l’altération de la fréquence, et D. maingayi est un bois local qui peut être utilisé pour la fabrication d’instruments de musique (marimba).

REMERCIEMENTS

Les auteurs souhaitent souligner le soutien financier de University Malaysia Sarawak et du Ministère de l’Enseignement Supérieur (MOHE) dans le cadre du Programme de Bourses de Recherche Fondamentale FRGS02(01)/1085/2013(31), Malaisie.

RÉFÉRENCES CITÉES

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T., et Rowell, R.W. (1993). “Effet de l’humidité sur les propriétés vibratoires du bois chimiquement modifié”, Wood Fiber Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W.E. (2009). La Construction et l’accordage de Barres vibrantes, Mechanical Music Digest, Santee, CALIFORNIE, États-Unis.

Hamdan, S., Jusoh, I., Rahman, M. R. et de Juan, M. Q. (2016). “Propriétés acoustiques

de Syzygium sp., Dialium sp., Gymnostoma sp., et Sindora sp. bois, ” Bioressources 11 (3), 5941-5948. DOI: 10.15376 / biores.11.3.5941-5948.

Mohammad, J. I., Johari, N., et Fouladi, M. H. (2010). “Numerical investigation on the sound absorption coefficients of Malaysian wood”, Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, Sydney, Australie.

Olson, H. F. (1967). Musique, Physique et Ingénierie, 2e Éd., Courier Corporation, Douvres, DE, États-Unis.

Ono, T., et Norimoto, M. (1984). “Sur les critères physiques pour la sélection du bois pour les tables d’harmonie des instruments de musique”, Rheologica Acta 23 (6), 652-656.

Rossing, T.D. (2000). Science des Instruments de Percussion, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapour, p. 64 à 67.

Suits, B. H. (2001). “Physique de base des barres de xylophone et de marimba”, Am. J. Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

Wegst, U.G. (2006). “Du bois pour le son”, Am. J. Bot. 93(10), 1439-1447. DOI: 10.3732/ajb.93.10.1439

Yano, H., Norimoto, M. et Rowell, R. M. (1993). “Stabilisation des propriétés acoustiques des instruments de musique en bois par acétylation”, Bois et fibres Sci. 25(4), 395-403.

Article soumis : le 15 août 2017; Examen par les pairs terminé : le 22 octobre 2017; Version révisée reçue : le 29 octobre 2017; Acceptée : le 30 octobre 2017; Publiée : le 2 novembre 2017.