Marimba instrumentkonstruktion från kayu malam wood (Diospyros maingayi)

Hamdan, S., Abdul Wahid, H., Musoddiq, I. och Yohanes, N. (2018). “Marimba instrumentkonstruktion från kayu malam Trä (Diospyros maingayi),” BioRes. 13(1), 43-52.

Abstract

detta arbete undersökte möjligheten att använda en lokal Trä Kayu malam (Diospyros maingayi) för att konstruera en marimba, ett musikinstrument. Marimba konstruerades så lika som möjligt till den kommersiella rosewood marimba. Ljudet och etablerade frekvenser jämfördes med en kommersiell rosewood marimba. Resultaten visade att även om toppvärdet för spektrumet från prototypen marimba skiljer sig från tonhöjd till tonhöjd, är det användbart att notera att prototypen marimba var inställd enligt pianostandard. Den kommersiella marimba har bara toppar i den nedre änden av spektrumet medan prototypen marimba innehöll toppar fram till den högre änden av sitt spektrum. Marimba gjord av Kayu malam (D. maingayi) producerade samma tonhöjd som marimba gjord av rosenträ.

ladda ner PDF

hela artikeln

Marimba Instrumentkonstruktion från Kayu Malam Wood (Diospyros maingayi)

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

detta arbete undersökte möjligheten att använda en lokal Trä Kayu malam (Diospyros maingayi) för att konstruera en marimba, ett musikinstrument. Marimba konstruerades så lika som möjligt till den kommersiella rosewood marimba. Ljudet och etablerade frekvenser jämfördes med en kommersiell rosewood marimba. Resultaten visade att även om toppvärdet för spektrumet från prototypen marimba skiljer sig från tonhöjd till tonhöjd, är det användbart att notera att prototypen marimba var inställd enligt pianostandard. Den kommersiella marimba har bara toppar i den nedre änden av spektrumet medan prototypen marimba innehöll toppar fram till den högre änden av sitt spektrum. Marimba gjord av Kayu malam (D. maingayi) producerade samma tonhöjd som marimba gjord av rosenträ.

nyckelord: Kayu malam (Diospyros maingayi); Marimba; frekvens och tonhöjd

kontaktinformation: a: Institute of Design & Innovation, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malaysia; b: fakulteten för tillämpad och kreativ konst, Universiti Malaysia Sarawak, Kota Samarahan, Malaysia; *motsvarande författare: [email protected]

introduktion

en marimba är ett trämusikinstrument som har ett antal staplar med olika längder som motsvarar en annan tonhöjd med ett annat frekvensspektrum. Instrumentet är kommersiellt tillverkat av rosenträ eftersom träet är ett tätt lövträ, även om det är mycket dyrt och svårt att skära (Suits 2001). Rosewoods resonansegenskaper (dvs. låg dämpningsfaktor) får den att ringa mycket längre när den slås. En ren, knutfri del av ett stort bräde måste väljas eftersom alla staplarna ska vara gjorda av samma bräda så att tonkvaliteten och utseendet blir enhetligt (Flynt 2009). Kayu malam med en densitet på 605 kg / m3 väljs utifrån dess fysiska och mekaniska aspekter, såsom sönderfallsbeständighet (träet är motståndskraftigt mot förfall och inga förbehandlingar är inblandade), dimensionell stabilitet, enkel bearbetning och utseende, som består av textur, kornmönster och färg. Ljudabsorptionskoefficienterna vid 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz och 4000 Hz oktavfrekvenser är 0.06, 0.17, 0.41, 0.72, 0.87, och 0,92, respektive (Mohammad et al. 2010). Kayu malam är fördelaktigt i sin jämförande överflöd och är relativt lätt att forma med enkla verktyg. Det unika och önskvärda spektrumet av de fysiska och mekaniska egenskaperna hos kayu malam gör det till valet för musikinstrument som matchar de konstgjorda materialen som plast eller metall. Kayu malam är vetenskapligt känd som Diospyros maingayi från familjen Ebenaceae som finns i Borneo, halvön Malaysia och Sumatra. Trädet är uppkallat efter den brittiska botanisten A. C. Maingay.

i konstruktionen av musikaliska skalor bygger skalan på planen att ha så många par toner som möjligt, vilket är glädjande att höra när de ljuder tillsammans. Standardtangentbordet består av en vit, sju ton diatonisk skala, C-D-E-F-G-A-B-(C), upprepad över sju oktaver, i vilken 5 svart-ton pentatonisk skala, C#-D#-F#-G#-A#-(C#), subverteras. Solfeges teknik innebär att man tilldelar anteckningarna i en skala till en viss stavelse. De sju stavelserna som vanligtvis används för denna praxis är do, re, mi, fa, sol, la och ti. En skala definieras bäst som en sekvens av anteckningar. Skalan översätter tonhöjden till en rumslig plats i en graf. Varje anteckning motsvarar en hörbar uppdelning av oktavutrymmet (Olson 1967). Anteckningarna separeras med intervaller, med några större än andra. Örat uppfattar vissa intervall som reglerande konsonanser, men dessa tenderar att vara de större intervallen: oktav, femte och fjärde, med de mindre intervallen tvetydiga. Eftersom de mindre intervallen mellan halvton, ton och tredjedelar är mindre lätta att kvantifiera för örat, uppstår frågan om tonhöjder bör betraktas som exakta frekvensplatser. I vardagligt musikskapande anses en skriftlig anteckning inte motsvara en fast punkt i tonhöjdspektrumet, utan till en region med acceptabel tonhöjdsvariation.

definitionen av mitten C är till exempel vad örat accepterar som lägre än C skarp och högre än B naturlig, och så vidare. Det kan vara möjligt att lägen och skalor helt enkelt är oktavdelningar av bekvämlighet, bestämda av en blandning av gissningar och musikalisk funktion. Oktaven är indelad i fem för en pentatonisk skala, eller sju för en diatonisk skala eller läge. En liten korrigering tillämpas genom att ställa in enskilda anteckningar, spela och lyssna tills den resulterande progressionen av tonhöjder är glädjande att höra och uttrycker en väldefinierad karaktär. Frekvensen för ett rent ljud bestämde tonhöjden. En F-skarp är något högre än en F medan en e-platta är något lägre än en E.

träets styvhet är en faktor som bestämmer tonhöjden. Även om trä har en serie övertoner, är dessa övertoner inte övertoner. Tonhöjderna som produceras från dessa övertoner är inte en integrerad multipel av deras grundläggande tonhöjd. Denna icke-harmonicitet i trä ger en distinkt ton. För en enhetlig tvärsnitts mitt C-bar utan underskärning motsvarar övertonens tonhöjd ungefär F-skarp (Flynt 2009). En stång med ett enhetligt tvärsnitt vibrerar med frekvens direkt proportionell mot dess tjocklek men omvänt till kvadraten av dess längd. Därför kommer en bar med hälften av sin ursprungliga tjocklek att producera hälften av den ursprungliga tonhöjden medan en bar med hälften av sin ursprungliga längd kommer att producera fyrdubbla den ursprungliga tonhöjden.

för att slipa eller platta tonhöjden kan en stång ställas in genom att slipa i änden eller i dess tjocklek. Genom att ta bort cirka 3% från dess längd kan en tonhöjd höjas med en halvton. Den första övertonen av en enhetlig bar kommer naturligt att inträffa vid cirka 18 halvtoner (eller cirka 1,5 oktaver) ovanför den grundläggande tonhöjden. Detta speciella intervall råkar vara något dissonant när det spelas i ackord med andra instrument, men det ger marimba sin karakteristiska typ av ljud och är vanligtvis tillfredsställande. Syftet med detta arbete är att producera en prototyp marimba från kayu malam så lik som möjligt till den kommersiella rosenträ marimba.

experimentell

vid konstruktion av detta instrument anpassades en teknik som diskuterades av Flynt (2009) som en guide. Tekniken förblir densamma trots att ett annat material användes vid konstruktionen av marimba. En lokal Trä D. maingayi eller lokalt känd som kayu malam, användes för att konstruera marimba musikinstrument. De akustiska egenskaperna såsom specifik dynamisk Youngs modulus (Ed/AA), inre friktion (Q-1) och akustisk omvandlingseffektivitet (ACE) undersöktes med användning av fri fri böjvibration. Splintveddelarna av träd skars i 120 cm längd och 4 cm tjocklek. Sedan konditionerades de till lufttorka tillstånd i ett rum med relativ luftfuktighet på 60% och omgivningstemperatur på 25 C i 3 månader före testning. De klara, defektfria plankorna bearbetades i dimensioner på 340 mm (L) x 20 mm (T) x 10 mm (R) för fritt vibrationstest.

den experimentella inställningen för fritt böjningstest visas i Fig. 1. Provet hölls med en tråd enligt det första vibrationsläget. En järnplatta bunden i ena änden av provet är inställd mot den elektromagnetiska föraren, och en mikrofon placerades i mitten under provet. Frekvensen varierade från 1 Hz till 1000 Hz för att uppnå en resonans eller naturlig frekvens. Den dynamiska Youngs modul (Ed) beräknades från resonansfrekvensen med användning av Eq. 1,

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

var,?=??3/12, d är stråldjup, b är strålbredd, l är strållängd, f är provets naturliga frekvens, n är vibrationsläge, är dB densitet, A är tvärsnittsarea och m1 = 4,73.

Fig. 1. Schematiskt diagram över frittfritt böjsystem

Q-1, beräknades från resonans -, nedre och övre frekvenser (Eq. 2). Den övre frekvensen f2 och den lägre frekvensen f1 erhölls genom att reducera amplituden till 0,5 (6,02 dB) under amplituden för resonansfrekvensen f0,

Q-1 = tan (XXL) (2)

där, 2024 = F2 – F1

Ace utvärderades med användning av EQ. 3,

???=√??/?/ ytan ? (3)

där, specifik vikt (XXL) i lufttorkat tillstånd bestämdes med användning av ekv. 4,

specifik vikt (Kg) = m / mw (4)

där m är provets ugnstorrmassa (provets massa i lufttorkat tillstånd) och mw är massan av förskjutet vatten.

en jämförande studie gjordes med en uppsättning kommersiell och lättillgänglig marimba gjord av rosenträ (Kawai, Japan). Träet klipptes enligt de exakta specifikationerna för den kommersiella marimba med avseende på dess längd (24,5 till 37,5 cm), bredd (4,5 cm) och tjocklek (2,25 cm). Olika längder och tjocklekar ger olika platser; när längden blir kortare kommer den att ge en högre tonhöjd och vice versa.

när träet skars i stänger var nästa fas av konstruktionen av instrumentet att ställa in det enligt standardinställningen som praktiseras i vanlig notation. Den initiala processen krävde att crafter skulle raspa staplarna under hela processen; en kromatisk tuner CA-30 (Korg, Japan) användes som referens till tonhöjden för standardinställning tills önskad frekvens uppnåddes. Raspningsprocessen fokuserades på undersidan av stången, vilket resulterade i en form av en båge (Fig. 2). Det bör noteras här att raspprocessen på undersidan av stången gjordes enbart på experimentell basis. Det noteras också att fuktinnehållet också har en märkbar effekt på trästängerna. Den kända lösningen för detta är att applicera en lack eller lack när inställning till önskad frekvens uppnås. Marimba designades med två oktaver i diatonisk nyckel. Mätning av frekvensspektrumet gjordes ibland tills det önskade frekvensvärdet erhölls. Marimba består av två sju ton diatoniska nycklar och två pentatoniska nycklar. En’ C ‘ – tangent finns i slutet av de två tangenterna. De pentatoniska nycklarna höjdes ovanför de diatoniska nycklarna.

den grundläggande och övertonen stiger i tonhöjd genom att ta bort material från ändarna av stapeln (Flynt 2009). Fundamentet plattas ut när materialet tas bort från mitten (Fig. 2). Övertonen plattas endast när materialet avlägsnas nära noderna (cirka 25% inåt från varje ände). Den grundläggande och övertonen kan avstämmas separat. Detta är viktigt när du ställer in för att ta bort materialet från rätt områden för att få önskat resultat.

Fig. 2. Tvärsnitt av en typisk marimba-bar (Flynt 2009)

det grundläggande vibrationsläget har två punkter som kallas noder längs barens längd där det inte finns någon rörelse (baren måste vara fysiskt stödd vid dessa punkter). Stavarna stöddes på en sladd som löper längs instrumentets längd. Varje stång borrades horisontellt vid sina två noder för att rymma stödkabeln. Hålet borrades vid noden för att undvika att den musikaliska tonen dämpas eller bleknar snabbt bort. Hålet borrades före slutlig trimning till tonhöjd. Under inställningen till den slutliga tonhöjden användes en elektronisk tuner för att ställa in pianoets tonhöjd. Den grundläggande är upphetsad genom att försiktigt slå baren i centrum. Tabell 1 visar barlängden på prototypen marimba. Oktaven för denna prototyp är endast C2 och C3 (slutar vid C4). Observera att numret representerar oktaven för prototypen marimba. Den kommersiella marimba har fyra oktaver (C1, C2, C3, C4 och C5), som slutar vid C5.

Pico Scope – datorprogramvaran (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK) användes för att visa och analysera tidssignalerna från Pico Scope-oscilloskop (Pico Technology, 3000 series, Eaton Socon, UK)) och dataloggare för realtidssignalförvärv. Pico Scope programvara möjliggör analys med hjälp av Fast Fourier transform (FFT), en spektrumanalysator, spänningsbaserade triggers, och möjligheten att spara/ladda vågformer till en disk. Figur 3 visar det schematiska diagrammet för den experimentella inställningen. Marimba placerades där ljudet kunde fångas med minimal störning. Förstärkaren (Behringer Powerplay Pro XL, Behringer, Kina) säkerställde att ljudet som fångats var tillräckligt högt för att detekteras av signalomvandlaren. Figur 4 visar rasping, testning och den färdiga prototypen marimba.

Fig. 3. Schematiskt diagram över den experimentella inställningen

Fig. 4. Rasping, testprocess och den färdiga prototypen marimba

Tabell 1. Bar längd prototyp Marimba

eftersom både prototypen marimba och kommersiell marimba har olika frekvenser tilldelade till respektive tonhöjd, väljs standardpiano för jämförelse.

resultat och diskussion

träets akustiska egenskaper kan uttryckas i termer av tre huvudegenskaper: den specifika dynamiska Youngs modul (Ed/), inre friktion (Q-1) och akustisk omvandlingseffektivitet (ACE). Det första vibrationsläget ansågs utvärdera de akustiska egenskaperna med hjälp av frifri böjvibrationsteknik (Ono och Norimoto 1984; Yano et al. 1993). Ed / och Q – 1 eller tan är relaterade till ljudhastighet respektive ljudabsorption eller dämpning i träet. Esset är relaterat till förhållandet mellan akustisk energi som utstrålas från musikinstrumentet till den energi som ges av strängen (Akitsu et al. 1993). I denna studie var specifik dynamisk Youngs modul (Ed/), inre friktion (Q-1) och akustisk omvandlingseffektivitet (ACE) av kayu malam-Trä 18 GPa, 0,0045 och 5 207-107. Detta resultat överensstämmer med tidigare fynd på Syzygium, Dialium, Gymnostoma och Sindora Trä (Hamdan et al. 2016).

notpositionen (C2, C2#, C3, C3#, C4) för prototypen marimba bestämdes baserat på notpositionen för den kommersiella marimba. På grund av det olika tonområdet för båda marimbas valdes tonhöjden från standardpiano för jämförelse.

detta förklarar varför C2 för både prototyp och kommersiell marimba i Tabell 2 har samma frekvens som C4 för piano. Tabell 2 sammanfattar frekvenserna från prototypen marimba, kommersiell marimba och standardpiano.

spektrumet mellan den kommersiella och prototypen marimba jämfördes. Även om spektrumets toppvärde skilde sig från tonhöjd till tonhöjd, var det användbart att notera att prototypen marimba var inställd enligt en pianostandard. Skillnaden mellan den kommersiella marimba och prototypen marimba spatial frequency ger intrycket att varje tillverkare av musikinstrument definierar sin egen rätt tonhöjd. Konstruktionen och experimentet bekräftade variablerna som bestämmer hur en marimba-bar låter. Marimba barer är impulsivt upphetsade instrument.

Tabell 2. Anmärkning och frekvensförhållande mellan prototyp Marimba, kommersiell Marimba och Standardpiano (notera: mitten C = C4)

Fig. 5. Ljudspektrum på E3-stången slog i mitten

energin som får stången att vibrera överförs till den på mycket kort tid jämfört med dämpningstiden för barens vibrationer. Enligt Wegst (2006) beror denna effekt på frekvenserna upphetsade vid påverkan. Detta förklarar skillnaderna i spektrummönstret som ses mellan den kommersiella marimba och prototypen marimba. Den kommersiella marimba har bara toppar i den nedre änden av spektrumet, medan prototypen innehåller toppar fram till den högre änden av sitt spektrum. Ljudspektrumet för E3-stången som slås i mitten visas i Fig. 5. Tabell 3 visar toppfrekvensen från ljudspektrumet för E3-baren som slås i mitten, tillsammans med data från E3 marimba-baren från Rossing (2000).

tabell 3. Toppfrekvens från ljudspektrum av E3 Bar slog i mitten

slutsatser

1. ett musikinstrument är ett precisionsinstrument där ljud produceras genom vibrationer. Även om ett fast material (som trä) verkar vara styvt, visar det ett elastiskt beteende på en minuts nivå, där det kan vibrera. Varje ljud har sin egen frekvens, varför olika material gör olika ljud.
2. när det gäller ljudteknik, även om det finns riktlinjer för frekvensvärdet som behövs för att producera en viss tonhöjd, är det fortfarande upp till örat för att avgöra om ljudet är rätt eller inte. Marimba gjord av kayu malam (D. maingayi) kan producera samma tonhöjd som marimba gjord av rosenträ. Därför var D. maingayi ett livskraftigt material för att konstruera musikinstrumentet.
3. från erfarenheten genom denna undersökning måste extra försiktighet vidtas vid tillverkningsstadiet. Det kommersiella värdet av denna marimba är möjligt. Att få källan från ett billigare alternativ skulle till stor del bidra till att minska kostnaden. Därför, eftersom D. maingayi är ett lokalt trä som odlas i Malaysia-Sumatra-regionen, det kan kallas unikt och bli ett försäljningsargument om marimba-produktionen på kommersiell nivå initieras i denna region.
4. ljud kan konstrueras genom förändring av frekvens, och D. maingayi är en lokal trä som kan användas för musikinstrument (marimba) tillverkning.

bekräftelser

författarna vill erkänna det ekonomiska stödet från University Malaysia Sarawak och Ministeriet för högre utbildning (MOHE) under Grundforskningsbidraget FRGS02(01)/1085/2013(31), Malaysia.

citerade hänvisningar

Akitsu, H., Norimoto, M., Morooka, T. och Rowell, RW (1993). “Effekt av fuktighet på vibrationsegenskaper hos kemiskt modifierat trä,” träfiber Sci. 25(3), 250-260.

Flynt, W. E. (2009). Konstruktion och Tuning av vibrerande barer, mekanisk musik smälta, Santee, CA, USA.

Hamdan, S., Jusoh, I., Rahman, Mr och de Juan, mq (2016). “Akustiska egenskaper

av Syzygium sp., Dialium sp., Gymnostoma sp. och Sindora sp. Trä, ” BioResources 11 (3), 5941-5948. DOI: 10.15376 / biores.11.3.5941-5948.

Mohammad, Ji, Johari, N. och Fouladi, M. H. (2010). “Numerisk undersökning av ljudabsorptionskoefficienterna för malaysiskt Trä”, Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, Sydney, Australien.

Olson, H. F. (1967). Musik, fysik och teknik, 2: a upplagan., Courier Corporation, Dover, DE, USA.

Ono, T. och Norimoto, M. (1984). “På fysiska kriterier för val av trä för soundboards av musikinstrument,” Rheologica Acta 23(6), 652-656.

Rossing, T. D. (2000). Vetenskap av slagverksinstrument, World Scientific Publishing Company, Inc., Singapore, s. 64-67.

Kostymer, B. H. (2001). “Grundläggande fysik av xylofon och marimba barer,” Am. J. Phys. 69(7), 743-750. DOI: 10.1119/1.1359520

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

Yano, H., Norimoto, M. och Rowell, R. M. (1993). “Stabilisering av akustiska egenskaper hos trä musikinstrument genom acetylering,” trä och Fiber Sci. 25(4), 395-403.

artikel inlämnad: augusti 15, 2017; Peer review avslutad: oktober 22, 2017; reviderad version mottagen: oktober 29, 2017; accepterad: Oktober 30, 2017; publicerad: November 2, 2017.