Marimba instrument construction from kayu malam wood (Diospyros maingayi)

Hamdan, S., Abdul Wahid, H., Musoddiq, I., and Yohanes, N. (2018). “Marimba instrument bouw van kayu malam hout (Diospyros maingayi),” BioRes. 13(1), 43-52.

Abstract

dit werk onderzocht de mogelijkheid om een lokaal hout Kayu malam (Diospyros maingayi) te gebruiken om een marimba, een muziekinstrument, te bouwen. De marimba werd gebouwd zo gelijk mogelijk aan de commerciële rosewood marimba. Het geluid en gevestigde frequenties werden vergeleken met een commerciële rosewood marimba. De bevindingen toonden aan dat, hoewel de piekwaarde van het spectrum van het prototype marimba verschilt van toonhoogte tot toonhoogte, het nuttig is om op te merken dat het prototype marimba was afgestemd op piano standaard. De commerciële marimba heeft alleen pieken aan de onderkant van het spectrum, terwijl het prototype marimba pieken bevatte tot aan het hogere einde van het spectrum. De marimba gemaakt van Kayu malam (D. maingayi) produceerde dezelfde toonhoogte als de marimba gemaakt van palissander.

Download PDF

volledig artikel

Marimba Instrumentconstructie van Kayu Malam hout (Diospyros maingayi)

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

dit werk onderzocht de mogelijkheid om een lokaal hout Kayu malam (Diospyros maingayi) te gebruiken om een marimba, een musical instrument. De marimba werd gebouwd zo gelijk mogelijk aan de commerciële rosewood marimba. Het geluid en gevestigde frequenties werden vergeleken met een commerciële rosewood marimba. De bevindingen toonden aan dat, hoewel de piekwaarde van het spectrum van het prototype marimba verschilt van toonhoogte tot toonhoogte, het nuttig is om op te merken dat het prototype marimba was afgestemd op piano standaard. De commerciële marimba heeft alleen pieken aan de onderkant van het spectrum, terwijl het prototype marimba pieken bevatte tot aan het hogere einde van het spectrum. De marimba gemaakt van Kayu malam (D. maingayi) produceerde dezelfde toonhoogte als de marimba gemaakt van palissander.

trefwoorden: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; Frequentie en toonhoogte

Contact informatie: a: Instituut voor Design & Innovatie, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Maleisië; b: Faculteit technische en Creatieve Kunsten, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Maleisië; *Corresponderende auteur: [email protected]

INLEIDING

EEN marimba is een houten muziekinstrument dat heeft een aantal bars met verschillende lengtes komen overeen met een andere toonhoogte met een verschillende frequentie spectrum. Het instrument is commercieel gemaakt van palissander omdat het hout een dicht hardhout is, hoewel het erg duur en moeilijk te snijden is (past bij 2001). Palissander resonante kwaliteiten (dat wil zeggen, lage demping factor) zorgen ervoor dat het veel langer bellen wanneer geslagen. Een schoon, knoopvrij gedeelte van een groot bord moet worden geselecteerd omdat alle balken van hetzelfde bord moeten worden gemaakt, zodat de toonkwaliteit en het uiterlijk uniform zijn (Flynt 2009). Kayu malam met een dichtheid van 605 kg / m3 wordt gekozen op basis van de fysieke en mechanische aspecten, zoals vervalbestendigheid (het hout is bestand tegen verval en geen voorbehandelingen zijn betrokken), dimensionale stabiliteit, het gemak van de verwerking, en het uiterlijk, die bestaat uit textuur, korrelpatroon en kleur. De geluidsabsorptiecoëfficiënten bij 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz en 4000 Hz octaaffrequenties zijn 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, en 0,92, respectievelijk (Mohammad et al . 2010). Kayu malam is voordelig in zijn comparatieve overvloed en is relatief eenvoudig te vormen met eenvoudige gereedschappen. Het unieke en wenselijke spectrum van de fysische en mechanische eigenschappen van kayu malam maakt het de keuze voor muziekinstrumenten die overeenkomen met de door de mens gemaakte materialen zoals plastic of metaal. Kayu malam is wetenschappelijk bekend als Diospyros maingayi uit de ebenaceae familie gevonden in Borneo, schiereiland Maleisië en Sumatra. De boom is vernoemd naar de Britse botanicus A. C. Maingay.

bij de constructie van toonladders is de toonladder gebaseerd op het plan om zoveel mogelijk tonen te hebben, wat prettig is om samen te horen. Het standaard toetsenbord bestaat uit een witte, zeven noten diatonische schaal, C-D-E-F-G-A-B-(C), herhaald over zeven octaven, waarin 5 zwart-noten pentatonische schaal, C#-D#-F#-G#-A#-(C#), wordt subverteerd. De techniek van solfege omvat het toewijzen van de noten van een schaal aan een bepaalde lettergreep. De zeven lettergrepen die gewoonlijk worden gebruikt voor deze praktijk zijn do, re, mi, fa, sol, la en ti. Een toonladder kan het best worden gedefinieerd als een reeks noten. De schaal vertaalt de toonhoogte locatie in een ruimtelijke locatie op een grafiek. Elke noot komt overeen met een hoorbare verdeling van de octaafruimte (Olson 1967). De noten worden gescheiden door intervallen, waarvan sommige groter zijn dan andere. Het oor ziet bepaalde intervallen als regulerende consonanties, maar deze hebben de neiging om de grotere intervallen: octaaf, vijfde, en vierde, met de kleinere intervallen zijn dubbelzinnig. Omdat de kleinere intervallen van halve toon, toon en derde minder gemakkelijk te kwantificeren zijn door het oor, rijst de vraag of toonhoogtes moeten worden beschouwd als precieze frequentielocaties. Bij het maken van alledaagse muziek wordt een geschreven noot beschouwd als niet overeenkomend met een vast punt in het toonhoogtespectrum, maar met een gebied met aanvaardbare toonhoogtevariatie.

de definitie van Midden C, bijvoorbeeld, is wat het oor accepteert als lager dan C scherp en hoger dan B natuurlijk, enzovoort. Het zou mogelijk kunnen zijn dat modi en schalen zijn gewoon octaaf divisies van gemak, bepaald door een mengsel van giswerk en muzikale functie. Het octaaf is onderverdeeld in vijf voor een pentatonische schaal, of zeven voor een diatonische schaal of modus. Een kleine correctie wordt toegepast door het afstemmen van individuele noten, Spelen en luisteren tot de resulterende progressie van de toonhoogtes is aangenaam om te horen, en drukt een duidelijk gedefinieerd karakter. De frequentie van een zuiver geluid bepaalde de toonhoogte. Een F-punt is iets hoger dan een F, terwijl een e-vlak iets lager is dan een E.

de stijfheid van het hout is een factor die de toonhoogte bepaalt. Hoewel hout een reeks boventonen heeft, zijn deze boventonen geen harmonischen. De staanplaatsen die uit deze boventonen worden geproduceerd, vormen geen integraal veelvoud van hun fundamentele toonhoogte. Deze niet-harmoniciteit in hout levert een onderscheidende toon. Voor een gelijkmatige doorsnede midden C bar Zonder ondersnijding komt de toonhoogte van de boventoon ongeveer overeen met F scherp (Flynt 2009). Een staaf met een gelijkmatige dwarsdoorsnede zal trillen met de frequentie recht evenredig aan zijn dikte, maar omgekeerd aan het kwadraat van zijn lengte. Daarom zal een bar met de helft van de oorspronkelijke dikte de helft van de oorspronkelijke toonhoogte produceren, terwijl een bar met de helft van de oorspronkelijke lengte de oorspronkelijke toonhoogte viervoudig zal produceren.

om de toonhoogte te scherpen of af te vlakken, kan een staaf worden afgesteld door aan het uiteinde of in de dikte ervan te slijpen. Door ongeveer 3% van zijn lengte te verwijderen, kan een toonhoogte met één halve toon worden verhoogd. De eerste boventoon van een uniforme balk zal natuurlijk optreden op ongeveer 18 halve tonen (of ongeveer 1,5 octaven) boven de fundamentele toonhoogte. Dit interval is wat dissonant wanneer het met andere instrumenten in akkoorden wordt gespeeld, maar het geeft de marimba zijn karakteristieke klank, en is meestal bevredigend. Het doel van dit werk is om een prototype marimba van kayu malam zo vergelijkbaar mogelijk te produceren als de commerciële rosewood marimba.

experimenteel

in de constructie van dit instrument, een techniek besproken door Flynt (2009), werd aangepast als een gids. De techniek blijft hetzelfde, hoewel een ander materiaal werd gebruikt bij de bouw van de marimba. Een lokale hout D. maingayi of lokaal bekend als kayu malam, werd gebruikt voor de bouw van de marimba muziekinstrument. De akoestische eigenschappen zoals specifieke dynamic Young ‘ s modulus (Ed/γ), interne wrijving (Q-1) en akoestische conversie efficiëntie (ACE) werden onderzocht met behulp van vrije-vrije buigtrillingen. De spinthout delen van de boom werden gesneden in 120 cm lengte en 4 cm dikte. Vervolgens werden ze gedurende 3 maanden voorafgaand aan de test in een ruimte met een relatieve luchtvochtigheid van 60% en een omgevingstemperatuur van 25 ° C tot luchtdroging geconditioneerd. De heldere, foutloze planken werden gefreesd in afmetingen van 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R) voor vrij-vrije trillingstest.

de experimentele opstelling voor vrije buigtest is weergegeven in Fig. 1. Het exemplaar werd gehouden met een draad volgens de eerste trillingswijze. Een ijzeren plaat gebonden aan een uiteinde van het monster is geplaatst naar de elektromagnetische driver, en een microfoon werd geplaatst in het midden onder het monster. De frequentie varieerde van 1 Hz tot 1000 Hz om een resonante of natuurlijke frequentie te bereiken. De dynamic Young ‘ s Modulus (Ed) werd berekend op basis van de resonantiefrequentie met behulp van Eq. 1,

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

waar, ?=??3/12, d is bundeldiepte, b is bundelbreedte, l is bundellengte, f is natuurlijke frequentie van het monster, n is trillingswijze, ρ is dichtheid, A is dwarsdoorsnede, en m1 = 4,73.

Fig. 1. Schematisch schema van Vrij-Vrij buigsysteem

de Q-1, werd berekend op basis van de resonante, lagere en hogere frequenties (Eq. 2). De bovenste frequentie f2 en de onderste frequentie f1 werden verkregen door de amplitude te verminderen tot 0,5 (6,02 dB) onder de amplitude van de resonantiefrequentie f0,

Q-1 = tan (δ) (2)

waarbij δ = πΔf / f0√3 & Δf = f2-f1

het ACE werd geëvalueerd met behulp van Eq. 3,

???=√??/? ytan ? (3)

waarbij het soortelijk gewicht (γ) in droge lucht werd bepaald met behulp van Eq. 4,

soortelijk gewicht ( γ) = m/mw (4)

waarbij m het drooggewicht van de oven van het monster is (massa van het monster bij droge lucht) en mw de massa van het verplaatste water.

een vergelijkende studie werd uitgevoerd met een reeks commerciële en gemakkelijk verkrijgbare marimba gemaakt van palissander (Kawai, Japan). Het hout werd gesneden volgens de exacte specificaties van de commerciële marimba in termen van lengte (24,5 tot 37,5 cm), breedte (4,5 cm) en dikte (2,25 cm). Verschillende lengtes en diktes produceren verschillende pitches; naarmate de lengte korter wordt, zal het een hogere pitch produceren en vice versa.

toen het hout in staven werd gesneden, was de volgende fase van de constructie van het instrument om het af te stemmen volgens de standaardstemming zoals die in gewone notatie wordt beoefend. Het eerste proces vereist de crafter om rasp de bars gedurende het proces; een chromatische tuner CA-30 (Korg, Japan) werd gebruikt als een verwijzing naar de toonhoogte voor standaard tuning totdat de gewenste frequentie werd bereikt. Het raspproces was gericht op de onderzijde van de staaf, wat resulteerde in een vorm van een boog (Fig. 2). Hierbij moet worden opgemerkt dat het raspproces aan de onderzijde van de bar slechts op experimentele basis werd uitgevoerd. Er wordt ook opgemerkt dat het vochtgehalte ook een merkbaar effect heeft op de houten staven. De bekende oplossing hiervoor is om een lak of vernis aan te brengen zodra het afstemmen op de gewenste frequentie is bereikt. De marimba werd ontworpen met twee octaven in diatonische toonaard. Het frequentiespectrum werd soms gemeten totdat de gewenste frequentiewaarde werd verkregen. De marimba bestaat uit twee zeven noten diatonische toetsen, en twee pentatonische toetsen. Een ‘ C ‘ – toets is aanwezig aan het einde van de twee sleutels. De pentatonische toetsen werden boven de diatonische toetsen verheven.

de fundamentele en boventoonstijging van de toonhoogte door het verwijderen van materiaal van de uiteinden van de staaf (Flynt 2009). De fundamentele zal plat wanneer materiaal wordt verwijderd uit het centrum (vijg. 2). De boventoon zal alleen plat wanneer materiaal wordt verwijderd in de buurt van de knooppunten alleen (ongeveer 25% naar binnen van elk uiteinde). De fundamentele en boventoon zijn afzonderlijk afstembaar. Dit is belangrijk bij het afstemmen om het materiaal uit de juiste gebieden te verwijderen om het gewenste resultaat te verkrijgen.

Fig. 2. Dwarsdoorsnede van een typische marimba-Balk (Flynt 2009)

de fundamentele trillingsmodus heeft twee punten die knooppunten worden genoemd over de lengte van de balk waar geen beweging is (de balk moet fysiek worden ondersteund op deze punten). De staven werden ondersteund op een snoer dat over de lengte van het instrument loopt. Elke balk werd horizontaal op de twee knooppunten geboord om het ondersteunende koord te accommoderen. Het gat werd geboord op het knooppunt om te voorkomen dat de muzikale toon van demping of vervagen snel weg. Het gat werd geboord voor het laatste trimmen naar pitch. Tijdens de stemming op de laatste toonhoogte werd een elektronische tuner gebruikt om af te stemmen op de toonhoogte van een piano. De fundamentele is opgewonden door voorzichtig slaan de bar in het midden. Tabel 1 toont de lengte van de staaf van het prototype marimba. Het octaaf voor dit prototype is alleen C2 en C3 (eindigt op C4). Merk op dat het getal het octaaf van het prototype marimba vertegenwoordigt. De commerciële marimba heeft vier octaven (C1, C2, C3, C4 en C5), die eindigen op C5.

de Pico Scope computer software (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK) werd gebruikt voor het bekijken en analyseren van de tijdsignalen van Pico Scope oscilloscopen (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK) en dataloggers voor real time signaalverwerving. Pico Scope-software maakt analyse mogelijk met behulp van Fast Fourier transform( FFT), een spectrumanalysator, spanningsgebaseerde triggers en de mogelijkheid om golfvormen op een schijf op te slaan/te laden. Figuur 3 toont het schematische schema van de experimentele opstelling. De marimba werd geplaatst waar het geluid met minimale interferentie kon worden vastgelegd. De versterker (Behringer Powerplay Pro XL, Behringer, China) zorgde ervoor dat het geluid dat werd vastgelegd luid genoeg was om te worden gedetecteerd door de signaalomvormer. Figuur 4 toont het raspen, testen, en het voltooide prototype marimba.

Fig. 3. Schematisch schema van de experimentele opstelling

Fig. 4. Rasping, testproces en het voltooide prototype marimba

Tabel 1. Staaflengte van Prototype Marimba

omdat zowel het prototype marimba als de commerciële marimba verschillende frequenties hebben toegewezen aan hun respectievelijke toonhoogte, wordt de standaard piano gekozen voor vergelijking.

resultaten en discussie

de akoestische eigenschappen van hout kunnen worden uitgedrukt in drie belangrijke eigenschappen: de specifieke dynamic Young ‘ s modulus (Ed/), interne wrijving (Q-1) en akoestische omzettingsefficiëntie (ACE). De eerste trillingswijze werd overwogen om de akoestische eigenschappen te evalueren met behulp van vrije-vrije buigtrillingstechniek (Ono en Norimoto 1984; Yano et al. 1993). De Ed / en Q-1 of tan zijn gerelateerd aan geluidssnelheid en geluidsabsorptie of demping in het hout, respectievelijk. De ACE is gerelateerd aan de verhouding van de akoestische energie uitgestraald van het muziekinstrument aan de energie gegeven door de snaar (Akitsu et al. 1993). In deze studie waren de specifieke dynamic Young ‘ s modulus (Ed/), interne wrijving (Q-1) en akoestische omzettingsefficiëntie (ACE) van kayu malam wood 18 GPa, 0,0045 en 5×107. Dit resultaat is consistent met eerdere bevindingen op Syzygium, Dialium, Gymnostoma en sindora hout (Hamdan et al. 2016).

de positie van de noot (C2, C2#, C3, C3#, C4) van het prototype marimba werd bepaald op basis van de positie van de noot van de commerciële marimba. Vanwege de verschillende toonhoogtes van beide marimba ‘ s werd de toonhoogte van de standaard piano gekozen voor vergelijking.

dit verklaart waarom C2 van zowel prototype als commerciële marimba in Tabel 2 dezelfde frequentie heeft als C4 van de piano. Tabel 2 geeft een overzicht van de frequenties van het prototype marimba, commerciële marimba en standaard piano.

het spectrum tussen de commerciële en prototype marimba werd vergeleken. Hoewel de piekwaarde van het spectrum van toonhoogte tot toonhoogte verschilde, was het nuttig om op te merken dat het prototype marimba volgens een pianostandaard werd gestemd. Het verschil tussen de commerciële marimba en het prototype marimba ruimtelijke frequentie geeft de indruk dat elke muziekinstrumentenfabrikant zijn eigen toonhoogte bepaalt. De constructie en het experiment bevestigden de variabelen die bepalen hoe een marimba bar klinkt. Marimba bars zijn impulsief opgewonden instrumenten.

Tabel 2. Noot en frequentie relatie tussen Prototype Marimba, commerciële Marimba, en Standaard Piano (Noot: midden C = C4)

Fig. 5. Geluidsspectrum van de E3-bar die in het midden wordt geraakt

de energie die de bar doet trillen, wordt er in een zeer korte tijd op overgedragen in vergelijking met de dempingstijd van de trilling van de bar. Volgens Wegst (2006), is dit effect te wijten aan de frequenties opgewonden bij impact. Dit verklaart de verschillen in het spectrumpatroon tussen de commerciële marimba en het prototype marimba. De commerciële marimba heeft alleen pieken aan de onderkant van het spectrum, terwijl het prototype pieken bevat tot aan de bovenkant van het spectrum. Het geluidsspectrum van de in het midden geslagen E3-balk is weergegeven in Fig. 5. Tabel 3 toont de piekfrequentie van het geluidsspectrum van de E3 bar in het midden, samen met de gegevens van de E3 marimba bar van Rossing (2000).

Tabel 3. Piekfrequentie van het geluidsspectrum van de E3-staaf die in het midden wordt geraakt

conclusies

1. een muziekinstrument is een precisie-instrument waarbij geluid wordt geproduceerd door middel van trillingen. Hoewel een massief materiaal (zoals hout) stijf lijkt te zijn, vertoont het een elastisch gedrag op een minuscuul niveau, waar het kan trillen. Elk geluid heeft zijn eigen frequentie, dat is de reden waarom verschillende materialen maken verschillende geluiden.
2. in het geval van geluidstechniek, zelfs als er richtlijnen zijn over de frequentiewaarde die nodig is om een bepaalde toonhoogte te produceren, is het nog steeds aan het oor om te bepalen of het geluid juist is of niet. De marimba gemaakt van kayu malam (D. maingayi) kan dezelfde toonhoogte produceren als de marimba gemaakt van palissander. Daarom was D. maingayi een levensvatbaar materiaal voor de bouw van het muziekinstrument.
3. op grond van de ervaring die met dit onderzoek is opgedaan, moet in het fabricagestadium extra voorzichtigheid worden betracht. De commerciële waarde van deze marimba is mogelijk. Het verkrijgen van de bron van een goedkoper alternatief zou grotendeels helpen om de kosten te verlagen. Omdat D. maingayi een lokaal hout is dat in de regio Maleisië-Sumatra wordt geteeld, kan het daarom uniek worden genoemd en een verkooppunt worden als de marimba-productie op commercieel niveau in deze regio wordt geïnitieerd.
4. geluid kan worden geconstrueerd door wijziging van de frequentie, en D. maingayi is een lokaal hout dat kan worden gebruikt voor de productie van muziekinstrumenten (marimba).

dankbetuigingen

de auteurs willen de financiële steun van University Malaysia Sarawak en het Ministerie van Hoger Onderwijs (MOHE) in het kader van de regeling voor subsidies voor fundamenteel onderzoek erkennen.(01)/1085/2013(31), Maleisië.

REFERNCES Geciteerd

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T., en Rowell, R. W. (1993). “Effect van vochtigheid op trillingseigenschappen van chemisch gemodificeerd hout,” houtvezel Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W. E. (2009). De constructie en Tuning van vibrerende Bars, Mechanical Music Digest, Santee, CA, USA.

Hamdan, S., Jusoh, I., Rahman, M. R., En De Juan, M. Q. (2016). “Acoustic properties

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

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

Olson, H. F. (1967). Muziek, Natuurkunde en techniek, 2nd Ed., Courier Corporation, Dover, DE, USA.

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

Rossing, T. D. (2000). Wetenschap van percussie-instrumenten, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapore, PP. 64-67.

Suits, B. H. (2001). “Basic physics of xylofoon and marimba bars,” Am. J. Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

Wegst, U. G. (2006). “Wood for sound,” Am. J. Bot. 93(10), 1439-1447. DOI: 10.3732 / ajb.93.10.1439

Yano, H., Norimoto, M., en Rowell, R. M. (1993). “Stabilisatie van akoestische eigenschappen van houten Muziekinstrumenten door acetylering,” hout en vezels Sci. 25(4), 395-403.

artikel ingediend: 15 augustus 2017; collegiale toetsing voltooid: 22 oktober 2017; herziene versie ontvangen: 29 oktober 2017; aanvaard: 30 oktober 2017; Gepubliceerd: 2 November 2017.