Marimba instrument construction from kayu malam wood (Diospyros maingayi)

Hamdan, S., Abdul Wahid, H., Musoddiq, I. e Yohanes, N. (2018). “Marimba instrument construction from kayu malam wood (Diospyros maingayi),” BioRes. 13(1), 43-52.

Abstract

Questo lavoro ha studiato la possibilità di utilizzare un legno locale Kayu malam (Diospyros maingayi) per costruire una marimba, uno strumento musicale. La marimba è stata costruita il più simile possibile alla marimba commerciale in palissandro. Il suono e le frequenze stabilite sono stati confrontati con un marimba in palissandro commerciale. I risultati hanno mostrato che sebbene il valore di picco dello spettro dal prototipo marimba differisca da altezza a altezza, è utile notare che il prototipo marimba è stato sintonizzato secondo lo standard del pianoforte. Il marimba commerciale ha solo picchi all’estremità inferiore dello spettro, mentre il prototipo marimba conteneva picchi fino all’estremità superiore del suo spettro. La marimba fatta di Kayu malam (D. maingayi) ha prodotto lo stesso passo della marimba in legno di palissandro.

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Articolo Completo

Marimba, Strumento di Costruzione da Kayu Malam Legno (Diospyros maingayi)

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

Questo lavoro ha studiato la possibilità di utilizzare un locale in legno Kayu malam (Diospyros maingayi) per la costruzione di una marimba, strumento musicale. La marimba è stata costruita il più simile possibile alla marimba commerciale in palissandro. Il suono e le frequenze stabilite sono stati confrontati con un marimba in palissandro commerciale. I risultati hanno mostrato che sebbene il valore di picco dello spettro dal prototipo marimba differisca da altezza a altezza, è utile notare che il prototipo marimba è stato sintonizzato secondo lo standard del pianoforte. Il marimba commerciale ha solo picchi all’estremità inferiore dello spettro, mentre il prototipo marimba conteneva picchi fino all’estremità superiore del suo spettro. La marimba fatta di Kayu malam (D. maingayi) ha prodotto lo stesso passo della marimba fatta di palissandro.

Parole chiave: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; Frequenza e passo

informazioni di Contatto: a: Istituto di Design & l’Innovazione, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malesia; b: Facoltà di Applicare e Arti Creative, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malesia; *autore Corrispondente: [email protected]

INTRODUZIONE

marimba è in legno, strumento musicale che ha un certo numero di bar con lunghezze diverse che corrispondono a un diverso campo con un diverso spettro di frequenza. Lo strumento è commercialmente realizzato in palissandro perché il legno è un legno duro denso, anche se è molto costoso e difficile da tagliare (Suits 2001). Le qualità risonanti del palissandro (cioè il basso fattore di smorzamento) lo fanno suonare molto più a lungo quando viene colpito. Una porzione pulita e priva di nodi di una tavola grande deve essere selezionata perché tutte le barre devono essere fatte dalla stessa tavola in modo che la qualità del tono e l’aspetto siano uniformi (Flynt 2009). Kayu malam con una densità di 605 kg / m3 viene scelto in base ai suoi aspetti fisici e meccanici, come la resistenza al decadimento (il legno è resistente alla decomposizione e non sono coinvolti pretrattamenti), la stabilità dimensionale, la facilità di lavorazione e l’aspetto, che consiste in trama, motivo a grana e colore. I coefficienti di assorbimento acustico a 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz e 4000 Hz frequenze di ottava sono 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, e 0,92, rispettivamente (Mohammad et al. 2010). Kayu malam è vantaggioso nella sua abbondanza comparativa ed è relativamente facile da modellare con strumenti semplici. Lo spettro unico e desiderabile delle proprietà fisiche e meccaniche di kayu malam lo rende la scelta per gli strumenti musicali che corrispondono ai materiali artificiali come la plastica o il metallo. Kayu malam è scientificamente conosciuto come Diospyros maingayi dalla famiglia Ebenaceae trovato nel Borneo, Malesia peninsulare e Sumatra. L’albero prende il nome dal botanico britannico A. C. Maingay.

Nella costruzione di scale musicali, la scala è costruita sul piano di avere il maggior numero possibile di coppie di toni, che è piacevole da ascoltare quando suonato insieme. La tastiera standard è costituita da una scala diatonica bianca a sette note, C-D-E-F-G-A-B-(C), ripetuta su sette ottave, in cui viene sovvertita la scala pentatonica a 5 note nere, C#-D#-F#-G#-A#-(C#). La tecnica del solfeggio comporta l’assegnazione delle note di una scala a una particolare sillaba. Le sette sillabe comunemente usate per questa pratica sono do, re, mi, fa, sol, la e ti. Una scala è meglio definita come una sequenza di note. La scala traduce la posizione del passo in una posizione spaziale su un grafico. Ogni nota corrisponde ad una divisione udibile dello spazio di ottava (Olson 1967). Le note sono separate da intervalli, con alcuni più grandi di altri. L’orecchio percepisce certi intervalli come consonanze regolatorie, ma questi tendono ad essere gli intervalli più grandi: ottava, quinta e quarta, con gli intervalli più piccoli che sono ambigui. Poiché gli intervalli più piccoli di semitono, tono e terzi sono meno facili da quantificare a orecchio, sorge la domanda se le altezze debbano essere considerate come posizioni di frequenza precise. Nel fare musica di tutti i giorni, una nota scritta è considerata non corrispondente a un punto fisso nello spettro di intonazione, ma a una regione di variazione di intonazione accettabile.

La definizione di C medio, ad esempio, è ciò che l’orecchio accetta come inferiore a C acuto e superiore a B naturale, e così via. Potrebbe essere possibile che i modi e le scale siano semplicemente divisioni di ottava di convenienza, determinate da una miscela di congetture e funzioni musicali. L’ottava è suddivisa in cinque per una scala pentatonica, o sette per una scala o modalità diatonica. Una piccola correzione viene applicata accordando le singole note, suonando e ascoltando fino a quando la progressione risultante delle altezze è piacevole da ascoltare ed esprime un carattere ben definito. La frequenza di un suono puro ha determinato l’altezza. Un fa acuto è leggermente superiore a un F mentre un Mi bemolle è leggermente inferiore a un E.

La rigidità del legno è un fattore che determina il passo. Sebbene il legno abbia una serie di sfumature, queste sfumature non sono armoniche. Le altezze prodotte da questi toni non sono un multiplo integrale del loro passo fondamentale. Questa non armonicità nel legno produce un tono distintivo. Per una barra di C centrale a sezione uniforme senza sottosquadro, il passo dell’overtone corrisponde approssimativamente a fa diesis (Flynt 2009). Una barra con una sezione trasversale uniforme vibrerà con frequenza direttamente proporzionale al suo spessore ma inversamente al quadrato della sua lunghezza. Pertanto una barra con metà del suo spessore originale produrrà metà del passo originale mentre una barra con metà della sua lunghezza originale produrrà quadruplicare il passo originale.

Per affilare o appiattire il passo, una barra può essere sintonizzata macinando sulla sua estremità o nel suo spessore. Rimuovendo circa il 3% dalla sua lunghezza, un passo può essere sollevato di un semitono. Il primo tono di una barra uniforme si verificherà naturalmente a circa 18 semitoni (o circa 1,5 ottave) sopra l’altezza fondamentale. Questo particolare intervallo sembra essere un po ‘ dissonante quando suonato in accordi con altri strumenti, ma dà alla marimba il suo caratteristico tipo di suono, ed è solitamente soddisfacente. L’obiettivo di questo lavoro è quello di produrre un prototipo di marimba da kayu malam il più simile possibile alla marimba commerciale in palissandro.

SPERIMENTALE

Nella costruzione di questo strumento, una tecnica discussa da Flynt (2009), è stata adattata come guida. La tecnica rimane la stessa anche se un materiale diverso è stato utilizzato nella costruzione della marimba. Un legno locale D. maingayi o localmente conosciuto come kayu malam, è stato utilizzato per la costruzione dello strumento musicale marimba. Le proprietà acustiche come il modulo dinamico specifico di Young (Ed/γ), l’attrito interno (Q-1) e l’efficienza di conversione acustica (ACE) sono state esaminate utilizzando la vibrazione flessionale libera-libera. Le porzioni di alburno dell’albero sono state tagliate in 120 cm di lunghezza e 4 cm di spessore. Quindi sono stati condizionati a condizioni di aria secca in una stanza con umidità relativa del 60% e temperatura ambiente di 25 C per 3 mesi prima del test. Le tavole chiare e prive di difetti sono state lavorate in dimensioni di 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R) per la prova di vibrazione libera.

Il setup sperimentale per free-free flexural test è mostrato in Fig. 1. Il campione è stato tenuto con un filo secondo la prima modalità di vibrazione. Una piastra di ferro legata ad un’estremità del campione è impostata di fronte al driver elettromagnetico e un microfono è stato posizionato al centro sotto il campione. La frequenza era variata da 1 Hz a 1000 Hz per ottenere una frequenza risonante o naturale. Il modulo dinamico di Young (Ed) è stato calcolato dalla frequenza di risonanza usando Eq. 1,

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

dove,?=??3/12, d è la profondità del fascio, b è la larghezza del fascio, l è la lunghezza del fascio, f è la frequenza naturale del campione, n è la modalità di vibrazione, ρ è la densità, A è l’area della sezione trasversale e m1 = 4,73.

Fig. 1. Diagramma schematico del sistema flessionale libero-libero

Il Q-1, è stato calcolato dalle frequenze risonanti, inferiori e superiori (Eq. 2). La frequenza superiore f2 e la frequenza inferiore f1 sono state ottenute riducendo l’ampiezza a 0,5 (6,02 dB) al di sotto dell’ampiezza della frequenza di risonanza f0,

Q-1 = tan (δ) (2)

dove, δ = πΔf / f0√3 & Δf = f2 – f1

L’ASSO è stato valutato utilizzando Eq. 3,

???=√??/?/ ytan ? (3)

dove, il peso specifico (γ) nello stato secco dell’aria è stato determinato facendo uso di Eq. 4,

Peso specifico (γ) = m/mw (4)

dove, m è la massa secca del campione (massa del campione allo stato secco dell’aria) e mw è la massa dell’acqua spostata.

Uno studio comparativo è stato fatto con una serie di marimba commerciali e prontamente disponibili in legno di palissandro (Kawai, Giappone). Il legno è stato tagliato secondo le specifiche esatte della marimba commerciale in termini di lunghezza (da 24,5 a 37,5 cm), larghezza (4,5 cm) e spessore (2,25 cm). Lunghezze e spessori diversi producono passi diversi; man mano che la lunghezza diventa più corta, produrrà un passo più alto e viceversa.

Una volta che il legno è stato tagliato in barre, la fase successiva della costruzione dello strumento è stata quella di accordarlo secondo l’accordatura standard praticata nella notazione comune. Il processo iniziale ha richiesto al crafter di rasare le barre durante tutto il processo; un accordatore cromatico CA-30 (Korg, Giappone) è stato utilizzato come riferimento al passo per la sintonizzazione standard fino a raggiungere la frequenza desiderata. Il processo di raspatura era focalizzato sul lato inferiore della barra, che risultava in una forma di arco(Fig. 2). Va notato qui che il processo di raspatura sul lato inferiore della barra è stato fatto solo su base sperimentale. Si noti inoltre che il contenuto di umidità ha anche un effetto notevole sulle barre di legno. La soluzione nota per questo è applicare una lacca o una vernice una volta raggiunta la sintonizzazione alla frequenza desiderata. La marimba è stata progettata con due ottave in chiave diatonica. La misurazione dello spettro di frequenza è stata eseguita a volte fino a ottenere il valore di frequenza desiderato. La marimba è composta da due tasti diatonici a sette note e due tasti pentatonici. Un tasto ‘ C ‘ è presente alla fine dei due tasti. Le chiavi pentatoniche sono state sollevate sopra le chiavi diatoniche.

L’aumento fondamentale e armonico del passo rimuovendo materiale dalle estremità della barra (Flynt 2009). Il fondamentale si appiattisce quando il materiale viene rimosso dal centro (Fig. 2). L’overtone si appiattisce solo quando il materiale viene rimosso solo vicino ai nodi (circa il 25% verso l’interno da ciascuna estremità). Il fondamentale e l’overtone sono sintonizzabili separatamente. Questo è importante quando si sintonizza per rimuovere il materiale dalle aree appropriate per ottenere il risultato desiderato.

Fig. 2. Sezione trasversale di una tipica barra marimba (Flynt 2009)

La modalità vibrante fondamentale ha due punti chiamati nodi lungo la lunghezza della barra dove non c’è movimento (la barra deve essere supportata fisicamente in questi punti). Le barre erano supportate su un cavo che corre lungo la lunghezza dello strumento. Ogni barra è stata forata orizzontalmente ai suoi due nodi per ospitare il cavo di supporto. Il foro è stato praticato sul nodo per evitare che il tono musicale si smorzasse o svanisse rapidamente. Il foro è stato perforato prima del taglio finale al passo. Durante la messa a punto al passo finale un sintonizzatore elettronico è stato utilizzato per sintonizzare al passo di un pianoforte. Il fondamentale è eccitato colpendo con attenzione la barra nel suo centro. La tabella 1 mostra la lunghezza della barra del prototipo marimba. L’ottava per questo prototipo è solo C2 e C3 (termina a C4). Si noti che il numero rappresenta l’ottava del prototipo marimba. La marimba commerciale ha quattro ottave (C1, C2, C3, C4 e C5), che terminano in C5.

Il software per computer Pico Scope (Pico Technology, serie 3000, Eaton Socon, UK) è stato utilizzato per visualizzare e analizzare i segnali temporali provenienti dagli oscilloscopi Pico Scope (Pico Technology, serie 3000, Eaton Socon, UK) e dai data logger per l’acquisizione del segnale in tempo reale. Il software Pico Scope consente l’analisi utilizzando la trasformata di Fourier veloce (FFT), un analizzatore di spettro, trigger basati sulla tensione e la possibilità di salvare/caricare forme d’onda su un disco. La figura 3 mostra il diagramma schematico del setup sperimentale. Il marimba è stato posizionato dove il suono potrebbe essere catturato con interferenze minime. L’amplificatore (Behringer Powerplay Pro XL, Behringer, Cina) assicurava che il suono catturato fosse abbastanza forte da essere rilevato dal convertitore di segnale. Figura 4 mostra il rasping, test, e il prototipo completato marimba.

Fig. 3. Schema del setup sperimentale

Fig. 4. Rasping, processo di test, e il prototipo completato marimba

Tabella 1. Lunghezza della barra del prototipo Marimba

Poiché sia il marimba prototipo che il marimba commerciale hanno frequenze diverse assegnate al rispettivo passo, il piano standard viene scelto per il confronto.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Le proprietà acustiche del legno possono essere espresse in termini di tre proprietà principali: il modulo dinamico specifico di Young (Ed/), l’attrito interno (Q-1) e l’efficienza di conversione acustica (ACE). La prima modalità di vibrazione è stata considerata per valutare le proprietà acustiche usando la tecnica della vibrazione flessionale libera-libera (Nor e Norimoto 1984; Yano et al. 1993). L’Ed / e Q-1 o tan sono correlati alla velocità del suono e all’assorbimento acustico o allo smorzamento all’interno del legno, rispettivamente. L’ACE è correlato al rapporto tra l’energia acustica irradiata dallo strumento musicale e l’energia data dalla corda (Akitsu et al. 1993). In questo studio, il modulo dinamico specifico di Young (Ed/), l’attrito interno (Q-1) e l’efficienza di conversione acustica (ACE) di kayu malam wood erano 18 GPa, 0,0045 e 5×107. Questo risultato è coerente con precedenti scoperte su Syzygium, Dialium, Gymnostoma e Sindora wood (Hamdan et al. 2016).

La posizione della nota (C2, C2#, C3, C3#, C4) del prototipo marimba è stata determinata in base alla posizione della nota della marimba commerciale. A causa della diversa gamma di intonazione di entrambe le marimbas, il tono del piano standard è stato scelto per il confronto.

Questo spiega perché C2 sia del prototipo che della marimba commerciale nella Tabella 2 è alla stessa frequenza di C4 del pianoforte. La tabella 2 riassume le frequenze del prototipo marimba, marimba commerciale e piano standard.

Lo spettro tra il marimba commerciale e prototipo è stato confrontato. Anche se il valore di picco dello spettro differiva da tono a tono, è stato utile notare che il prototipo marimba è stato sintonizzato secondo uno standard di pianoforte. La differenza tra la frequenza spaziale marimba commerciale e il prototipo marimba dà l’impressione che ogni produttore di strumenti musicali definisca il proprio passo giusto. La costruzione e l’esperimento hanno confermato le variabili che determinano come suona una barra di marimba. Le barre Marimba sono strumenti impulsivamente eccitati.

Tabella 2. Nota e rapporto di frequenza tra Marimba prototipo, Marimba commerciale e pianoforte standard (Nota: C centrale = C4)

Fig. 5. Spettro sonoro della barra E3 colpita al centro

L’energia che fa vibrare la barra viene trasferita ad essa in un tempo molto breve rispetto al tempo di smorzamento della vibrazione della barra. Secondo Wegst (2006), questo effetto è dovuto alle frequenze eccitate all’impatto. Questo spiega le differenze nel modello di spettro visto tra il marimba commerciale e il prototipo marimba. Il marimba commerciale ha solo picchi all’estremità inferiore dello spettro, mentre il prototipo contiene picchi fino all’estremità superiore del suo spettro. Lo spettro sonoro della barra E3 colpita al centro è mostrato in Fig. 5. La tabella 3 mostra la frequenza di picco dallo spettro sonoro della barra E3 colpita al centro, insieme ai dati della barra E3 marimba di Rossing (2000).

Tabella 3. Frequenza di picco dallo spettro sonoro della barra E3 Colpita al centro

CONCLUSIONI

1. Uno strumento musicale è uno strumento di precisione in cui il suono viene prodotto attraverso la vibrazione. Anche se un materiale solido (come il legno) sembra essere rigido, mostra un comportamento elastico a un livello minuto, dove può vibrare. Ogni suono ha la sua frequenza, motivo per cui materiali diversi producono suoni diversi.
2. Nel caso dell’ingegneria del suono, anche se ci sono linee guida sul valore di frequenza necessario per produrre un certo tono, spetta comunque all’orecchio determinare se il suono è giusto o meno. La marimba fatta di kayu malam (D. maingayi) può produrre lo stesso passo della marimba fatta di palissandro. Pertanto, D. maingayi era un materiale praticabile per la costruzione dello strumento musicale.
3. Dall’esperienza attraverso questa indagine, occorre prestare particolare attenzione nella fase di produzione. Il valore commerciale di questa marimba è possibile. Ottenere la fonte da un’alternativa più economica aiuterebbe in gran parte a ridurre i costi. Pertanto, poiché D. maingayi è un legno locale coltivato nella regione Malesia-Sumatra, può essere definito unico e diventare un punto di vendita se la produzione di marimba a livello commerciale viene avviata in questa regione.
4. Il suono può essere progettato attraverso l’alterazione della frequenza e D. maingayi è un legno locale che può essere utilizzato per la produzione di strumenti musicali (marimba).

RINGRAZIAMENTI

Gli autori desiderano riconoscere il sostegno finanziario dell’Università Malaysia Sarawak e del Ministero dell’Istruzione superiore (MOHE) nell’ambito del Fundamental Research Grant Scheme FRGS02(01)/1085/2013(31), Malesia.

RIFERIMENTI CITATI

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T. e Rowell, RW (1993). “Effetto dell’umidità sulle proprietà vibrazionali del legno modificato chimicamente”, Fibra di legno Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W. E. (2009). La costruzione e la messa a punto di barre vibranti, Mechanical Music Digest, Santee, CA, USA.

Hamdan, S., Jusoh, I., Rahman, M. R., e de Juan, M. Q. (2016). “Proprietà acustiche

di Syzygium sp., Dialium sp., Gymnostoma sp., e Sindora sp. legno, ” Biorisorse 11(3), 5941-5948. DOI: 10.15376 / biores.11.3.5941-5948.

Mohammad, J. I., Johari, N., e Fouladi, M. H. (2010). “Indagine numerica sui coefficienti di assorbimento acustico del legno malese”, Atti del 20 ° Congresso Internazionale di Acustica, Sydney, Australia.

Olson, H. F. (1967). Musica, Fisica e Ingegneria, 2a Ed., Courier Corporation, Dover, DE, Stati Uniti d’America.

On, T., e Norimoto, M. (1984). “On physical criteria for the selection of wood for soundboards of musical instruments,” Rheologica Acta 23 (6), 652-656.

Rossing, TD (2000). Scienza degli strumenti a percussione, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapore, pp. 64-67.

Suits, B. H. (2001). “Fisica di base di xilofono e marimba bars,” Am. J. Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

Wegst, U. G. (2006). “Legno per il suono”, Am. J. Bot. 93(10), 1439-1447. DOI: 10.3732 / ajb.93.10.1439

Yano, H., Norimoto, M., e Rowell, R. M. (1993). “Stabilization of acoustical properties of wood musical instruments by acetylation,” Legno e fibra Sci. 25(4), 395-403.

Articolo inviato: 15 agosto 2017; Peer review completata: 22 ottobre 2017; Versione riveduta ricevuta: 29 ottobre 2017; Accettata: 30 ottobre 2017; Pubblicata: 2 novembre 2017.