konstrukcja instrumentów Marimba z drewna kayu malam (Diospyros maingayi)

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

Streszczenie

praca ta badała możliwość wykorzystania lokalnego drewna Kayu malam (Diospyros maingayi) do skonstruowania marimby, instrumentu muzycznego. Marimba została skonstruowana jak najbardziej podobnie do komercyjnej marimby palisandrowej. Dźwięk i ustalone częstotliwości zostały porównane z komercyjną marimbą palisandrową. Wyniki badań wykazały, że chociaż szczytowa wartość Widma z prototypowej marimby różni się w zależności od tonu, warto zauważyć, że prototypowa marimba została dostrojona zgodnie ze standardem piano. Marimba komercyjna ma tylko szczyty na dolnym końcu spektrum, podczas gdy prototypowa Marimba zawierała szczyty aż do wyższego końca spektrum. Marimba wykonana z Kayu malam (D. maingayi) wyprodukował ten sam pitch co marimba z palisandru.

Pobierz PDF

cały artykuł

konstrukcja instrumentu Marimba z drewna Kayu Malam (Diospyros maingayi)

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

ta praca badała możliwość użycia lokalnego drewna Kayu malam (Kayu malam) diospyros maingayi) do skonstruowania marimby, instrumentu muzycznego. Marimba została skonstruowana jak najbardziej podobnie do komercyjnej marimby palisandrowej. Dźwięk i ustalone częstotliwości zostały porównane z komercyjną marimbą palisandrową. Wyniki badań wykazały, że chociaż szczytowa wartość Widma z prototypowej marimby różni się w zależności od tonu, warto zauważyć, że prototypowa marimba została dostrojona zgodnie ze standardem piano. Marimba komercyjna ma tylko szczyty na dolnym końcu spektrum, podczas gdy prototypowa Marimba zawierała szczyty aż do wyższego końca spektrum. Marimba wykonana z Kayu malam (D. maingayi) wytwarzała taki sam pitch jak marimba wykonana z palisandru.

słowa kluczowe: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; częstotliwość i pitch

dane kontaktowe: a: Institute of Design & Innovation, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malezja; b: Faculty of Applied and Creative Arts, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malezja; *Autor korespondencyjny: [email protected]

wprowadzenie

marimba jest drewnianym instrumentem muzycznym, który ma liczbę taktów o różnych długościach, które odpowiadają różnej wysokości i innym spektrum częstotliwości. Instrument jest komercyjnie wykonany z palisandru, ponieważ drewno jest gęstym twardym drewnem, chociaż jest bardzo drogie i trudne do cięcia (Suits 2001). Właściwości rezonansowe Rosewood (tj. niski współczynnik tłumienia) powodują, że dzwoni znacznie dłużej po uderzeniu. Należy wybrać czystą, wolną od węzłów część dużej płyty, ponieważ wszystkie pręty powinny być wykonane z tej samej płyty, aby jakość dźwięku i wygląd były jednolite (Flynt 2009). Kayu malam o gęstości 605 kg / m3 jest wybierany ze względu na jego fizyczne i mechaniczne aspekty, takie jak odporność na próchnicę (drewno jest odporne na próchnicę i nie ma wstępnej obróbki), stabilność wymiarową, łatwość obróbki i wygląd, który składa się z faktury, wzoru ziarna i koloru. Współczynniki pochłaniania dźwięku przy częstotliwościach oktawowych 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz i 4000 Hz to 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, i 0,92, odpowiednio (Mohammad et al. 2010). Kayu malam jest korzystny w swojej porównywalnej obfitości i jest stosunkowo łatwy do kształtowania za pomocą prostych narzędzi. Unikalne i pożądane spektrum fizycznych i mechanicznych właściwości kayu malam sprawia, że jest to wybór dla instrumentów muzycznych, które pasują do materiałów stworzonych przez człowieka, takich jak plastik lub metal. Kayu malam jest naukowo znany jako Diospyros maingayi z rodziny Ebenaceae znalezionej na Borneo, Półwyspie Malajskim i Sumatrze. Nazwa drzewa pochodzi od nazwiska brytyjskiego botanika A. C. Maingaya.

w konstrukcji skal muzycznych skala zbudowana jest na planie posiadania jak największej liczby par tonów, co jest przyjemne do usłyszenia, gdy brzmi razem. Standardowa klawiatura składa się z białej, siedmiodźwiękowej skali diatonicznej, C-D-E-F-G-A-B-(C), powtarzanej przez siedem oktaw, w którą przewraca się 5 czarno-dźwiękowych skali pentatonicznych, C#-D#-F#-G#-A#-(C#). Technika solfege ‘ a polega na przypisaniu nut skali do konkretnej sylaby. Siedem sylab powszechnie używanych w tej praktyce to do, re, mi, fa, sol, la i ti. Skala jest najlepiej zdefiniowana jako sekwencja nut. Skala przekłada lokalizację skoku na lokalizację przestrzenną na wykresie. Każdy dźwięk odpowiada dźwiękowemu podziałowi przestrzeni oktawowej (Olson 1967). Nuty są oddzielone interwałami, z których niektóre są większe od innych. Ucho postrzega pewne interwały jako spółgłoski regulacyjne, ale są to zwykle większe interwały: oktawę, piątą i czwartą, przy czym mniejsze interwały są niejednoznaczne. Ponieważ mniejsze interwały półtonu, tonu i tercji są mniej łatwe do oszacowania przez ucho, pojawia się pytanie, czy wysokości powinny być uważane za precyzyjne lokalizacje częstotliwości. W codziennym tworzeniu muzyki notatka pisemna jest uważana za nie odpowiadającą stałemu punktowi w widmie tonu, ale regionowi akceptowalnej zmienności tonu.

definicja środkowego C, na przykład, jest tym, co ucho akceptuje jako niższe niż C ostre i wyższe niż B naturalne i tak dalej. Możliwe, że tryby i skale są po prostu oktawowymi podziałami wygody, wyznaczonymi przez mieszankę zgadywania i funkcji muzycznej. Oktawa dzieli się na pięć dla skali pentatonicznej lub siedem dla skali diatonicznej lub trybu. Mała korekta jest stosowana przez strojenie poszczególnych nut, odtwarzanie i słuchanie, aż wynikająca z tego progresja dźwięków jest przyjemna dla słuchania i wyraża dobrze zdefiniowany charakter. Częstotliwość czystego dźwięku determinowała wysokość dźwięku. Ostrość F jest nieco wyższa niż F, podczas gdy płaska E jest nieco niższa niż E.

sztywność drewna jest czynnikiem, który decyduje o skoku. Chociaż drewno ma szereg wydźwięków, te wydźwięki nie są harmoniczne. Boiska produkowane z tych wydźwięków nie są integralną wielokrotnością ich podstawowego boiska. Ta brak harmoniczności w drewnie daje charakterystyczny dźwięk. Dla jednolitego przekroju poprzecznego środkowego pręta C bez podcięcia, skok wydźwięku odpowiada w przybliżeniu F sharp (Flynt 2009). Pręt o jednolitym przekroju będzie wibrował z częstotliwością wprost proporcjonalną do jego grubości, ale odwrotnie do kwadratu jego długości. Dlatego pasek o połowie jego pierwotnej grubości będzie produkować połowę oryginalnego skoku, podczas gdy pasek o połowie jego oryginalnej długości będzie produkować poczwórnie oryginalnego skoku.

aby wyostrzyć lub spłaszczyć skok, pręt może być dostrojony przez szlifowanie na jego końcu lub w jego grubości. Poprzez usunięcie około 3% z jego długości, skok może zostać podniesiony o jeden półton. Pierwszy dźwięk taktu jednolitego występuje naturalnie na wysokości około 18 półtonów (lub około 1,5 oktawy) powyżej podstawowego tonu. Ten konkretny interwał bywa nieco dysonansowy, gdy grany jest w akordach z innymi instrumentami, ale nadaje marimbie charakterystyczny rodzaj dźwięku i zazwyczaj jest zadowalający. Celem tych prac jest wyprodukowanie prototypowej marimby z kayu malam jak najbardziej zbliżonej do komercyjnej marimby palisandrowej.

eksperymentalna

przy konstruowaniu tego instrumentu, technika omówiona przez Flynta (2009), została zaadaptowana jako przewodnik. Technika pozostaje taka sama, mimo że do budowy marimby użyto innego materiału. Do budowy instrumentu muzycznego marimby użyto lokalnego drewna D. maingayi lub lokalnie znanego jako kayu malam. Właściwości akustyczne, takie jak specyficzny dynamiczny moduł Younga (Ed/γ), tarcie wewnętrzne (Q-1) i efektywność konwersji akustycznej (Ace) zostały zbadane za pomocą drgań zginających swobodnych. Porcje bieli drzew pocięto na 120 cm długości i 4 cm grubości. Następnie były kondycjonowane do stanu suchego powietrzem w pomieszczeniu o wilgotności względnej 60% i temperaturze otoczenia 25 ° C przez 3 miesiące przed badaniem. Przezroczyste, wolne od wad deski zostały obrobione na wymiar 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R)w celu przeprowadzenia swobodnego testu wibracyjnego.

eksperymentalny układ do bezpłatnego testu zginania przedstawiono na Fig. 1. Próbka była trzymana gwintem zgodnie z pierwszym trybem wibracji. Żelazna płytka połączona na jednym końcu próbki jest ustawiona naprzeciwko sterownika elektromagnetycznego, a mikrofon został umieszczony w środku poniżej próbki. Częstotliwość wahała się od 1 Hz do 1000 Hz w celu uzyskania częstotliwości rezonansowej lub naturalnej. Dynamiczny moduł Younga (Ed) obliczono na podstawie częstotliwości rezonansowej przy użyciu korektora. 1,

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

gdzie ?=??3/12, D to głębokość wiązki, b to szerokość wiązki, l to długość wiązki, f To naturalna częstotliwość próbki, n to tryb wibracji, ρ to gęstość, a to powierzchnia przekroju, a m1 = 4,73.

Fig. 1. Schemat układu zginania swobodnego

Q-1, obliczono na podstawie częstotliwości rezonansowej, dolnej i górnej (Korektor). 2). Górna częstotliwość F2 i dolna częstotliwość f1 uzyskano przez zmniejszenie amplitudy do 0,5 (6,02 dB) poniżej amplitudy częstotliwości rezonansowej F0,

Q-1 = Tan (δ) (2)

gdzie δ = πΔf / F0√3 & Δf = f2 – f1

Ace oceniono za pomocą Eq. 3,

???=√??/?/ ytan ? (3)

gdzie ciężar właściwy (γ) w stanie suchym na powietrzu oznaczono za pomocą równoważnika. 4,

ciężar właściwy (γ) = m/mw (4)

gdzie, M jest suchą masą próbki piekarnika (masa próbki w stanie suchym na powietrzu), a mw jest masą wysiedlonej wody.

przeprowadzono badanie porównawcze z zestawem komercyjnej i łatwo dostępnej marimby wykonanej z palisandru (Kawai, Japonia). Drewno zostało wycięte zgodnie z dokładnymi specyfikacjami marimby Handlowej pod względem długości (24,5-37,5 cm), szerokości (4,5 cm) i grubości (2,25 cm). Różne długości i grubości wytwarzają różne wysokości; ponieważ długość staje się krótsza, spowoduje to wyższy skok i odwrotnie.

po cięciu drewna na pręty kolejnym etapem budowy instrumentu było dostrojenie go zgodnie ze standardowym strojeniem, praktykowanym w notacji potocznej. Początkowy proces wymagał od rzemieślnika zgrzytania prętów przez cały proces; chromatyczny tuner CA-30 (Korg, Japonia) był używany jako odniesienie do skoku standardowego strojenia, aż do osiągnięcia pożądanej częstotliwości. Proces zgrzytania koncentrował się na spodzie pręta, co zaowocowało kształtem łuku (rys. 2). Należy tutaj zauważyć, że proces zgrzytania Na spodzie pręta był wykonywany jedynie na zasadzie eksperymentalnej. Należy również zauważyć, że zawartość wilgoci ma również zauważalny wpływ na drewniane pręty. Znanym rozwiązaniem jest nałożenie lakieru lub lakieru po osiągnięciu pożądanej częstotliwości. Marimba została zaprojektowana z dwiema oktawami w tonacji diatonicznej. Pomiar widma częstotliwości był wykonywany czasami, aż do uzyskania żądanej wartości częstotliwości. Marimba składa się z dwóch siedmiostrunowych klawiszy diatonicznych i dwóch klawiszy pentatonicznych. Na końcu tych dwóch klawiszy znajduje się Klawisz “C”. Klawisze pentatoniczne były uniesione ponad klawisze diatoniczne.

fundamentalny i wydźwiękowy wzrost wysokości poprzez usunięcie materiału z końców pręta (Flynt 2009). Podstawowy będzie spłaszczyć, gdy materiał jest usuwany ze środka (rys. 2). Wydźwięk będzie spłaszczyć tylko wtedy, gdy materiał jest usuwany w pobliżu węzłów tylko (około 25% wewnątrz z każdego końca). Fundamentalne i wydźwiękowe są strojone oddzielnie. Jest to ważne podczas strojenia, aby usunąć materiał z odpowiednich obszarów, aby uzyskać pożądany efekt.

Fig. 2. Przekrój typowego paska marimby (Flynt 2009)

podstawowy tryb wibracji ma dwa punkty zwane węzłami wzdłuż długości paska, w których nie ma ruchu (pasek musi być fizycznie obsługiwany w tych punktach). Pręty były wsparte na sznurku biegnącym wzdłuż długości instrumentu. Każdy pręt był wiercony poziomo w dwóch węzłach, aby pomieścić przewód podtrzymujący. Otwór został wywiercony na węźle, aby uniknąć tłumienia lub szybkiego zanikania dźwięku muzycznego. Otwór został wywiercony przed ostatecznym przycięciem do skoku. Podczas strojenia do ostatecznego tonu do strojenia fortepianu użyto stroiciela elektronicznego. Fundamental jest podekscytowany przez starannie uderzając w bar w jego centrum. Tabela 1 pokazuje długość paska prototypowej marimby. Oktawa dla tego prototypu to tylko C2 i C3 (kończy się na C4). Zauważ, że liczba reprezentuje oktawę prototypowej marimby. Komercyjna marimba ma cztery oktawy (C1, C2, C3, C4 I C5), które kończą się na C5.

Oprogramowanie Komputerowe Pico Scope (Pico Technology, seria 3000, Eaton Socon, Wielka Brytania) zostało wykorzystane do przeglądania i analizy sygnałów czasowych z oscyloskopów Pico Scope (Pico Technology, seria 3000, Eaton Socon, Wielka Brytania)) i rejestratorów danych do akwizycji sygnału w czasie rzeczywistym. Oprogramowanie Pico Scope umożliwia analizę przy użyciu szybkiej transformacji Fouriera (FFT), analizatora widma, wyzwalaczy opartych na napięciu i możliwości zapisywania/ładowania przebiegów na dysku. Rysunek 3 przedstawia schemat instalacji eksperymentalnej. Marimba została umieszczona tam, gdzie dźwięk można było uchwycić przy minimalnych zakłóceniach. Wzmacniacz (Behringer Powerplay Pro XL, Behringer, Chiny) zapewnił, że uchwycony dźwięk był wystarczająco głośny, aby mógł zostać wykryty przez przetwornik sygnału. Rysunek 4 przedstawia zgrzytanie, Testowanie i ukończony prototyp marimby.

Fig. 3. Schemat instalacji eksperymentalnej

Fig. 4. Zgrzytanie, proces testowania i ukończona prototypowa marimba

Tabela 1. Długość pręta prototypowej marimby

ponieważ zarówno Marimba prototypowa, jak i Marimba komercyjna mają różne częstotliwości przypisane do ich wysokości, do porównania wybiera się standardowe pianino.

wyniki i dyskusja

właściwości akustyczne drewna można wyrazić w kategoriach trzech głównych właściwości: specyficznego dynamicznego modułu Younga (Ed/), tarcia wewnętrznego (Q-1) i wydajności konwersji akustycznej (Ace). Pierwszy tryb wibracji został rozważony do oceny właściwości akustycznych przy użyciu techniki free-free flexural vibration (Ono and Norimoto 1984; Yano et al. 1993). Ed / i Q-1 lub tan są związane odpowiednio z prędkością dźwięku i pochłanianiem dźwięku lub tłumieniem w drewnie. ACE jest związane ze stosunkiem energii akustycznej wypromieniowanej z instrumentu muzycznego do energii podawanej przez strunę (Akitsu et al. 1993). W badaniu tym specyficzny dynamiczny moduł Younga (Ed/), tarcie wewnętrzne (Q-1) i efektywność konwersji akustycznej (Ace) drewna kayu malam wynosiły 18 GPa, 0,0045 i 5×107. Wynik ten jest zgodny z wcześniejszym odkryciem na Syzygium, Dialium, Gymnostoma i drewnie Sindora(Hamdan et al. 2016).

pozycja nuty (C2, C2#, C3, C3#, C4) prototypowej marimby została określona na podstawie pozycji nuty komercyjnej marimby. Ze względu na różny zakres tonacji obu marimb, do porównania wybrano tonację ze standardowego fortepianu.

to wyjaśnia, dlaczego C2 zarówno prototypowej, jak i komercyjnej marimby w tabeli 2 jest na tej samej częstotliwości co C4 fortepianu. Tabela 2 podsumowuje częstotliwości z prototypowej marimby, marimby komercyjnej i standardowego fortepianu.

porównano spektrum pomiędzy marimbą komercyjną a prototypową. Chociaż wartość szczytowa widma różniła się w zależności od wysokości dźwięku, warto zauważyć, że prototypowa marimba była strojona zgodnie ze standardem fortepianu. Różnica między marimbą komercyjną a prototypową marimbą przestrzenną sprawia wrażenie, że każdy producent instrumentów muzycznych definiuje swój własny ton. Konstrukcja i eksperyment potwierdziły zmienne, które określają, jak brzmi bar marimba. Bary marimby są impulsywnie pobudzanymi instrumentami.

Tabela 2. Relacja nuty i Częstotliwości między Marimbą prototypową, Marimbą komercyjną i standardowym fortepianem (Uwaga: środkowy C = C4)

Fig. 5. Widmo dźwiękowe pręta E3 uderzonego w środek

energia, która powoduje drganie pręta, jest na niego przekazywana w bardzo krótkim czasie w porównaniu do czasu tłumienia drgań pręta. Według Wegst (2006) efekt ten wynika z częstotliwości wzbudzanych po uderzeniu. Wyjaśnia to różnice w strukturze widma pomiędzy marimbą komercyjną a marimbą prototypową. Komercyjna marimba ma tylko piki na dolnym końcu spektrum, podczas gdy prototyp zawiera piki aż do wyższego końca spektrum. Widmo dźwiękowe paska E3 uderzonego w centrum pokazano na Fig. 5. Tabela 3 pokazuje szczytową częstotliwość z widma dźwięku paska E3 uderzonego w centrum, wraz z danymi z paska marimby E3 z Rossing (2000).

Tabela 3. Szczytowa Częstotliwość ze spektrum dźwiękowego paska E3 uderzonego w środek

wnioski

1. instrument muzyczny jest precyzyjnym instrumentem, w którym dźwięk jest wytwarzany przez wibracje. Nawet jeśli solidny materiał (jak drewno) wydaje się sztywny, wykazuje elastyczne zachowanie na poziomie minuty, gdzie może wibrować. Każdy dźwięk ma swoją częstotliwość, dlatego różne materiały wydają różne dźwięki.
2. w przypadku inżynierii dźwięku, nawet jeśli istnieją wytyczne dotyczące wartości częstotliwości potrzebnej do wytworzenia określonego tonu, to nadal od ucha zależy, czy dźwięk jest prawidłowy, czy nie. Marimba wykonana z kayu malam (D. maingayi) może wytwarzać taki sam pitch jak marimba wykonana z palisandru. Dlatego D. maingayi był realnym materiałem do budowy instrumentu muzycznego.
3. od doświadczenia po to dochodzenie, należy zachować szczególną ostrożność na etapie produkcji. Wartość handlowa tej marimby jest możliwa. Uzyskanie źródła z tańszej alternatywy w dużej mierze pomogłoby obniżyć koszty. Dlatego też, ponieważ D. maingayi jest lokalnym drewnem uprawianym w regionie Malezji i Sumatry, można go nazwać wyjątkowym i stać się punktem sprzedaży, Jeśli produkcja marimby na poziomie handlowym zostanie rozpoczęta w tym regionie.
4. dźwięk można zaprojektować poprzez zmianę częstotliwości, A D. maingayi to lokalne drewno, które można wykorzystać do produkcji instrumentów muzycznych (marimby).

podziękowania

autorzy chcą potwierdzić wsparcie finansowe od University Malaysia Sarawak i Ministerstwa Szkolnictwa Wyższego (MOHE) w ramach programu grantów na badania podstawowe FRGS02(01)/1085/2013(31), Malezja.

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T., and Rowell, R. W. (1993). “Wpływ wilgotności na właściwości wibracyjne drewna modyfikowanego chemicznie” Włókno drzewne Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W. E. (2009). Budowa i strojenie drążków wibracyjnych, Mechanical Music Digest, Santee, CA, USA.

Hamdan, S., Jusoh, I., Rahman, M. R., and de Juan, M. Q. (2016). “Właściwości akustyczne

Syzygium Sp. z o. o., Dialium Sp. z o. o., Gymnostoma Sp. z o. o., oraz Sindora Sp. z o. o. wood, ” BioResources 11 (3), 5941-5948. DOI: 10.15376 / 11.3.5941-5948.

“Numerical investigation on the sound absorption coefficients of Malaysian wood,” Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, Sydney, Australia.

Muzyka, Fizyka i Inżynieria, Wyd.2, 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.

Science of Percussion Instruments, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapur, S. 64-67.

“Basic physics of ksylofone 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., and Rowell, R. M. (1993). “Stabilizacja właściwości akustycznych drewnianych instrumentów muzycznych przez acetylację”, drewno i włókna Sci. 25(4), 395-403.

artykuł przesłany: 15 sierpnia 2017 r.; Recenzja zakończona: 22 października 2017 r.; wersja poprawiona odebrana: 29 października 2017 r.; zaakceptowana: 30 października 2017 r.; opublikowana: 2 listopada 2017 r.