Marimba instrument construction from kayu malam wood (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.

Abstract

este trabalho investigou a possibilidade de utilizar uma madeira local Kayu malam (Diospyros maingayi) para construir um marimba, um instrumento musical. O marimba foi construído o mais semelhante possível ao jacarandá comercial marimba. O som e as frequências estabelecidas foram comparados com um comercial jacarandá marimba. Os resultados mostraram que, embora o valor máximo do espectro do protótipo marimba difere de tom para tom, é útil notar que o protótipo marimba foi ajustado de acordo com o padrão do piano. O Marimba comercial tem apenas Picos na extremidade inferior do espectro, enquanto o protótipo Marimba continha picos até a extremidade superior de seu espectro. O marimba feito de Kayu malam (D. maingayi) produziu o mesmo tom que o marimba feito de pau-rosa.

Download PDF

Artigo Completo

Marimba de Construção de Instrumentos a partir de Kayu Malam Madeira (Diospyros maingayi)

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

Este trabalho investigou a possibilidade de utilizar um local de madeira Kayu malam (Diospyros maingayi) para a construção de uma marimba, instrumento musical. O marimba foi construído o mais semelhante possível ao jacarandá comercial marimba. O som e as frequências estabelecidas foram comparados com um comercial jacarandá marimba. Os resultados mostraram que, embora o valor máximo do espectro do protótipo marimba difere de tom para tom, é útil notar que o protótipo marimba foi ajustado de acordo com o padrão do piano. O Marimba comercial tem apenas Picos na extremidade inferior do espectro, enquanto o protótipo Marimba continha picos até a extremidade superior de seu espectro. O marimba feito de Kayu malam (D. maingayi) produziu o mesmo tom que o marimba feito de pau-rosa.

palavras-chave: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; Freqüência e densidade

informações de Contato: um: Instituto de Design & Inovação, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malásia; b: Faculdade de Aplicadas e Artes Criativas, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malásia; *autor Correspondente: [email protected]

INTRODUÇÃO

UMA marimba é um piso de madeira, instrumento musical que tem um número de barras com comprimentos diferentes que correspondem a um passo diferente com um diferente espectro de frequência. O instrumento é feito comercialmente de pau-rosa porque a madeira é uma madeira densa, embora seja muito cara e difícil de cortar (Ternos 2001). As qualidades ressonantes de Rosewood (ou seja, baixo fator de amortecimento) fazem com que ele toque muito mais quando atingido. Uma porção limpa e livre de nó de uma placa grande deve ser selecionada porque todas as barras devem ser feitas da mesma placa para que a qualidade e a aparência do tom sejam uniformes (Flynt 2009). Kayu malam com densidade de 605 kg/m3 é escolhido com base em seus aspectos físicos e mecânicos, como resistência à decomposição (a madeira é resistente à decomposição e nenhum pré-tratamento está envolvido), estabilidade dimensional, facilidade de processamento e aparência, que consiste em textura, padrão de grão e cor. Os coeficientes de absorção sonora em 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz e 4000 Hz frequências de oitava são 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, e 0,92, respectivamente (Mohammad et al. 2010). Kayu malam é vantajoso em sua abundância comparativa e é relativamente fácil de moldar com ferramentas simples. O espectro único e desejável das propriedades físicas e mecânicas de kayu malam faz com que seja a escolha de instrumentos musicais que correspondam aos materiais artificiais, como plástico ou metal. Kayu malam é cientificamente conhecido como Diospyros maingayi da família Ebenaceae encontrada em Bornéu, Malásia Peninsular e Sumatra. A árvore tem o nome do botânico britânico A. C. Maingay.

na construção de escalas musicais, a escala é construída sobre o plano de ter tantos pares de tons quanto possível, o que é agradável de ouvir quando soados juntos. O teclado padrão consiste em uma escala diatônica branca de sete notas, C-D-E-F-G-A-B-(C), repetida em sete oitavas, nas quais 5 escala pentatônica de nota preta, C#-D#-F#-G#-A#-(C#), é subvertido. A técnica de solfege envolve atribuir as notas de uma escala a uma sílaba específica. As sete sílabas comumente usadas para esta prática são do, re, mi, fa, sol, la e ti. Uma escala é melhor definida como uma sequência de notas. A escala traduz a localização do tom em uma localização espacial em um gráfico. Cada nota corresponde a uma divisão audível do espaço da oitava (Olson 1967). As notas são separadas por intervalos, com alguns maiores que outros. O ouvido percebe certos intervalos como consonâncias regulatórias, mas estes tendem a ser os intervalos maiores: oitava, quinto e quarto, com os intervalos menores sendo ambíguos. Como os intervalos menores de semitom, tom e terços são menos fáceis de quantificar de ouvido, surge a questão de saber se os arremessos devem ser considerados como locais de frequência precisos. Na produção musical cotidiana, uma nota escrita é considerada como não correspondendo a um ponto fixo no espectro de pitch, mas a uma região de variação de pitch aceitável.

a definição de C médio, por exemplo, é o que a orelha aceita como inferior A C afiada e superior a b natural, e assim por diante. Pode ser possível que modos e escalas sejam simplesmente divisões de oitava de conveniência, determinadas por uma mistura de adivinhação e função musical. A oitava é subdividida em cinco para uma escala pentatônica, ou sete para uma escala ou modo diatônico. Uma pequena correção é aplicada ajustando notas individuais, tocando e ouvindo até que a progressão resultante de arremessos seja agradável de ouvir e expresse um personagem bem definido. A frequência de um som puro determinou o tom. Um F afiado é ligeiramente superior a um F, enquanto um e plano é ligeiramente inferior a um E.

a rigidez da madeira é um fator que determina o passo. Embora a madeira tenha uma série de conotações, essas conotações não são harmônicas. Os arremessos produzidos a partir desses tons não são um múltiplo integral de seu tom fundamental. Esta não harmonicidade na madeira produz um tom distinto. Para uma barra c média de seção transversal uniforme sem corte inferior, o tom do tom corresponde aproximadamente a F sharp (Flynt 2009). Uma barra com uma seção transversal uniforme vibrará com frequência diretamente proporcional à sua espessura, mas inversamente ao quadrado de seu comprimento. Portanto, uma barra com metade de sua espessura original produzirá metade do tom original, enquanto uma barra com metade de seu comprimento original produzirá quadruplicar o tom original.

para afiar ou achatar o passo, uma barra pode ser ajustada moendo em sua extremidade ou em sua espessura. Ao remover aproximadamente 3% de seu comprimento, um tom pode ser aumentado em um semitom. O primeiro tom de uma barra uniforme ocorrerá naturalmente em cerca de 18 semitons (ou cerca de 1,5 oitavas) acima do tom fundamental. Esse intervalo particular é um tanto dissonante quando tocado em acordes com outros instrumentos, mas dá ao marimba seu tipo característico de som e geralmente é satisfatório. O objetivo deste trabalho é produzir um protótipo marimba de kayu malam o mais semelhante possível ao comercial rosewood marimba.

EXPERIMENTAL

na construção deste instrumento, uma técnica discutida por Flynt (2009), foi adaptada como guia. A técnica permanece a mesma, embora um material diferente tenha sido usado na construção do marimba. Uma madeira local D. maingayi ou localmente conhecido como kayu malam, foi usado para construir o instrumento musical marimba. As propriedades acústicas, como módulo dinâmico específico de Young (Ed/γ), fricção interna (Q-1) e eficiência de conversão acústica (ACE) foram examinadas usando vibração flexural livre. As porções de alburno da árvore foram cortadas em 120 cm de comprimento e 4 cm de espessura. Em seguida, foram condicionados a condições de ar seco em uma sala com umidade relativa de 60% e temperatura ambiente de 25 ° C por 3 meses antes do teste. As pranchas claras e sem defeitos foram usinadas em dimensões de 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R) para teste de vibração livre.

a configuração experimental para teste de flexão livre é mostrada na Fig. 1. O espécime foi mantido com um fio de acordo com o primeiro modo de vibração. Uma placa de ferro ligada em uma extremidade da amostra é ajustada de frente para o driver eletromagnético, e um microfone foi colocado no centro abaixo da amostra. A frequência foi variada de 1 Hz a 1000 Hz para atingir uma frequência ressonante ou natural. O módulo de Young dinâmico (Ed) foi calculado a partir da frequência ressonante usando Eq. 1,

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

onde ?=??3/12, d é Profundidade do feixe, b é Largura do feixe, l é comprimento do feixe, f É frequência natural do espécime, n É modo de vibração, ρ É densidade, A é área de seção transversal e m1 = 4,73.

Fig. 1. Diagrama esquemático do sistema de flexão livre

o Q-1, foi calculado a partir das frequências ressonante, inferior e superior (Eq. 2). O superior frequência de f2 e menor frequência de f1 foram obtidos por meio de reduzir a amplitude de 0,5 (6.02 dB) abaixo, a amplitude da freqüência de ressonância f0

Q-1 = tan (δ) (2)

onde, δ = πΔf/f0√3 & Δf = f2 – f1

O ACE foi avaliada usando a Eq. 3,

???=√??/?/ ytan ? (3)

onde, a gravidade específica (γ) no estado seco do ar foi determinada usando Eq. 4,

gravidade específica ( γ) = m/mw (4)

onde, m é a massa seca do forno da amostra (massa da amostra no estado seco do ar) e mw é a massa de água deslocada.

um estudo comparativo foi feito com um conjunto de Marimba comercial e prontamente disponível feito de pau-rosa (Kawai, Japão). A madeira foi cortada de acordo com as especificações exatas do Marimba comercial em termos de comprimento (24,5 a 37,5 cm), largura (4,5 cm) e espessura (2,25 cm). Diferentes comprimentos e espessuras produzem diferentes arremessos; à medida que o comprimento se torna mais curto, ele produzirá um passo mais alto e vice-versa.

uma vez que a madeira foi cortada em barras, a próxima fase de construção do instrumento era ajustá-lo de acordo com a afinação padrão praticada em notação comum. O processo inicial exigia que o crafter raspasse as barras ao longo do processo; um afinador cromático CA-30 (Korg, Japão) foi usado como referência ao tom para ajuste padrão até que a frequência desejada fosse alcançada. O processo de raspagem foi focado na parte inferior da barra, o que resultou em uma forma de arco (Fig. 2). Deve-se notar aqui que o processo de raspagem na parte inferior da Barra foi feito apenas em uma base experimental. Note-se também que o teor de umidade também tem um efeito perceptível nas barras de madeira. A solução conhecida para isso é aplicar uma laca ou verniz assim que o ajuste à frequência desejada for alcançado. O marimba foi projetado com duas oitavas em chave diatônica. A medição do espectro de frequência foi feita às vezes até que o valor de frequência desejado fosse obtido. O marimba consiste em duas chaves diatônicas de sete notas e duas chaves pentatônicas. Uma chave’ C ‘ está presente no final das duas chaves. As chaves pentatônicas foram levantadas acima das chaves diatônicas.

o aumento fundamental e overtone no passo, removendo o material das extremidades da barra (Flynt 2009). O fundamental achatará quando o material for removido do centro (Fig. 2). O overtone achatará apenas quando o material for removido apenas perto dos nós (aproximadamente 25% para dentro de cada extremidade). O fundamental e o overtone são ajustáveis separadamente. Isso é importante ao ajustar para remover o material das áreas adequadas para obter o resultado desejado.

Fig. 2. Seção transversal de uma barra típica de marimba (Flynt 2009)

o modo vibratório fundamental tem dois pontos chamados nós ao longo do comprimento da Barra onde não há movimento (a barra deve ser fisicamente suportada nesses pontos). As barras eram apoiadas em um cordão que corre ao longo do comprimento do instrumento. Cada barra foi perfurada horizontalmente em seus dois nós para acomodar o cabo de suporte. O buraco foi perfurado no nó para evitar que o tom musical umedecesse ou desaparecesse rapidamente. O buraco foi perfurado antes do corte final para arremessar. Durante a afinação ao tom final, um sintonizador eletrônico foi usado para sintonizar o tom de um piano. O fundamental é animado por golpear cuidadosamente a barra em seu centro. A tabela 1 mostra o comprimento da Barra do protótipo marimba. A oitava para este protótipo é apenas C2 E C3 (termina em C4). Observe que o número representa a oitava do protótipo marimba. O Marimba comercial tem quatro oitavas (C1, C2, C3, C4 e C5), que terminam em C5.

o software de computador Pico Scope (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK) foi usado para visualizar e analisar os sinais de tempo dos osciloscópios Pico Scope (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK)) e registradores de dados para aquisição de sinal em tempo real. O software Pico Scope permite a análise usando Fast Fourier transform (FFT), um analisador de espectro, gatilhos baseados em tensão e a capacidade de salvar/carregar formas de onda em um disco. A figura 3 mostra o diagrama esquemático da configuração experimental. O marimba foi colocado para onde o som poderia ser capturado com interferência mínima. O amplificador (Behringer Powerplay PRO XL, Behringer, China) garantiu que o som capturado fosse alto o suficiente para ser detectado pelo conversor de sinal. A figura 4 mostra o rasping, o teste e o protótipo completo marimba.

Fig. 3. Diagrama esquemático da configuração experimental

Fig. 4. Rasping, processo de teste e o protótipo completo marimba

Tabela 1. Comprimento da Barra do protótipo Marimba

como o protótipo marimba e o comercial marimba têm frequências diferentes atribuídas ao seu respectivo tom, o piano padrão é escolhido para comparação.

resultados e discussão

as propriedades acústicas da madeira podem ser expressas em termos de três propriedades principais: o módulo dinâmico específico de Young (Ed/), fricção interna (Q-1) e eficiência de conversão acústica (ACE). O primeiro modo de vibração foi considerado para avaliar as propriedades acústicas usando a técnica de vibração flexural livre (Ono e Norimoto 1984; Yano et al. 1993). O Ed / e Q-1 ou tan estão relacionados à velocidade do som e absorção sonora ou amortecimento dentro da madeira, respectivamente. A ECA está relacionada à proporção de energia acústica irradiada do instrumento musical para a energia dada pela corda (Akitsu et al. 1993). Neste estudo, o módulo dinâmico específico de Young( Ed/), o atrito interno (Q-1) e a eficiência de conversão acústica (ECA) da madeira de kayu malam foram de 18 GPa, 0,0045 e 5×107. Este resultado é consistente com os achados anteriores em Syzygium, Dialium, Gymnostoma e Sindora wood (Hamdan et al. 2016).

a posição da nota (C2, C2#, C3, C3#, C4) do protótipo marimba foi determinada com base na posição da nota do Marimba comercial. Devido à faixa de afinação diferente de ambas as marimbas, o afinação do piano padrão foi escolhido para comparação.

isso explica por que C2 do protótipo e comercial marimba na Tabela 2 está na mesma frequência que C4 do piano. A tabela 2 resume as frequências do protótipo marimba, Marimba comercial e Piano padrão.

o espectro entre o comercial e o protótipo marimba foi comparado. Embora o valor máximo do espectro diferisse de tom para Tom, foi útil notar que o protótipo marimba foi ajustado de acordo com um padrão de piano. A diferença entre o comercial marimba e o protótipo marimba spatial frequency dá a impressão de que todo fabricante de instrumentos musicais define seu próprio tom correto. A construção e o experimento confirmaram as variáveis que determinam como uma barra de marimba soa. As barras de Marimba são instrumentos impulsivamente excitados.

Quadro 2. Nota e relação de frequência entre protótipo Marimba, Marimba comercial e Piano padrão (Nota: médio C = C4)

Fig. 5. Espectro sonoro da barra E3 atingido no centro

a energia que faz com que a barra vibre é transferida para ela em um tempo muito curto em comparação com o tempo de amortecimento da vibração da barra. De acordo com Wegst (2006), esse efeito é devido às frequências excitadas com o impacto. Isso explica as diferenças no padrão de espectro visto entre o Marimba comercial e o protótipo marimba. O Marimba comercial tem apenas Picos na extremidade inferior do espectro, enquanto o protótipo contém picos até a extremidade superior de seu espectro. O espectro sonoro da barra E3 atingido no centro é mostrado na Fig. 5. A tabela 3 mostra a frequência de pico do espectro sonoro da barra E3 atingida no centro, juntamente com os dados da barra E3 marimba de Rossing (2000).

Quadro 3. Frequência de pico do Espectro de Som da E3 Barra Atingiu no Centro

CONCLUSÕES

1. UM instrumento musical é um instrumento de precisão, onde o som é produzido através da vibração. Mesmo que um material sólido (como a madeira) pareça rígido, ele exibe um comportamento elástico em um nível minúsculo, onde pode vibrar. Cada som tem sua própria frequência, razão pela qual diferentes materiais emitem sons diferentes.
2. no caso da engenharia de som, mesmo que haja diretrizes sobre o valor de frequência necessário para produzir um determinado tom, ainda cabe ao ouvido determinar se o som está certo ou não. O marimba feito de kayu malam (D. maingayi) pode produzir o mesmo tom que o marimba feito de pau-rosa. Portanto, D. maingayi era um material viável para a construção do instrumento musical.
3. a partir da experiência através desta investigação, é necessário um cuidado extra na fase de fabricação. O valor comercial deste marimba é possível. Obter a fonte de uma alternativa mais barata ajudaria em grande parte a reduzir o custo. Portanto, como D. maingayi é uma madeira local cultivada na região Malásia-Sumatra, ela pode ser denominada única e se tornar um ponto de venda caso a produção de marimba em nível comercial seja iniciada nesta região.
4. o som pode ser projetado através da alteração da frequência, e D. maingayi é uma madeira local que pode ser usada para a fabricação de instrumentos musicais (marimba).

agradecimentos

os autores desejam reconhecer o apoio financeiro da University Malaysia Sarawak e do Ministério do Ensino Superior (MOHE) no âmbito do esquema de bolsas de pesquisa Fundamental FRGS02(01)/1085/2013(31), Malásia.

referências citadas

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T., and Rowell, R. W. (1993). “Efeito da umidade nas propriedades vibracionais da madeira quimicamente modificada”, Wood Fiber Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W. E. (2009). A construção e afinação de barras Vibratórias, Mechanical Music Digest, Santee, CA, EUA.

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

de Syzygium sp., Dialium sp., Gymnostoma sp., e Sindora sp. madeira, ” BioResources 11(3), 5941-5948. DOI: 10.15376 / biores.11.3.5941-5948.

Mohammad, J. I., Johari, N., and Fouladi, M. H. (2010). “Investigação numérica sobre os coeficientes de absorção sonora da Madeira Da Malásia”, Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, Sydney, Austrália.

Olson, H. F. (1967). Música, física e Engenharia, 2ª Ed., Courier Corporation, Dover, DE, EUA.

Ono, T., and Norimoto, M. (1984). “Sobre critérios físicos para a seleção de madeira para soundboards de instrumentos musicais”, Rheologica Acta 23(6), 652-656.

Rossing, T. D. (2000). Ciência dos instrumentos de percussão, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapore, pp. 64-67.

Suits, B. H. (2001). “Física básica de barras de xilofone e marimba”, Am. J. Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

Wegst, U. G. (2006). “Madeira para som”, Sou. J. Bot. 93(10), 1439-1447. DOI: 10.3732 / ajb.93.10.1439

Yano, H., Norimoto, M., e Rowell, R. M. (1993). “Estabilização das propriedades acústicas dos instrumentos musicais de madeira por acetilação”, Wood and Fiber Sci. 25(4), 395-403.

artigo submetido: 15 de agosto de 2017; Revisão por pares concluída: 22 de outubro de 2017; Versão Revisada recebida: 29 de outubro de 2017; aceito: 30 de outubro de 2017; publicado: 2 de novembro de 2017.