Курник; раціон, необхідний для r; музичний результат
Протягом декількох років акустики були збентежені і засмучені, оскільки їх вимірювання власних частот у повітряних колонах духових інструментів не дуже добре корелювали з висотою нот, яку музиканти грали на цих інструментах. Як я вже показав вище з аналогією з водною трубою, тепер ми знаємо, що нота музиканта базується на багато природні режими вібрації, які утворюють своєрідний спільний процес, який ми будемо називати за домовленістю "режимом коливань". Це стабільний стан коливань, при якому кілька вібраційних режимів повітряного стовпа взаємодіють з механізмом губ, щоб одночасно виробляти енергію на декількох гармонійно пов'язаних частотах.
Існує безліч доказів того, що Буас усвідомлював неадекватність теорії коливань, заснованої на припущенні, що лише одна із власних частот ("хвиль") повітряного стовпа взаємодіяла з клапаном. Іншими словами, Буасс визнав неадекватність постановки Вебера-Гельмгольца проблеми коливань, навіть якщо він визнав її обгрунтованість. загальний. Інтерес Буасса до латунних "педальних нот" (про які я маю сказати інші речі пізніше) дає найбільш чіткі вказівки. Ці побоювання насправді змусили його описати якісний характер фактичної співпраці, хоча він не зміг розвинути кількісні взаємозв'язки.
Зараз настав час звернути нашу увагу на справжні музичні колони музичного типу, щоб зрозуміти практичні наслідки акустичної теорії, які ми лише намалювали до цього часу. У параграфах нижче я коротко опишу деякі лабораторні вимірювання на музичних інструментах, які потім можуть бути використані як основа для опису звуку, який вони виробляють. Кінцевою метою цих описів є підготовка до обговорення подібності та відмінності звучання між сучасною трубою та епохою бароко.
Рисунок 4: Вимірювання вхідного опору
Існує кілька додаткових методів для вимірювання реакції тиску повітряної колонки на впорскуваний потік повітря. Їх важче зрозуміти, але іноді менш складно проводити точні вимірювання. Вперше такий дуже універсальний пристрій описав Йозеф Мерхо в Празі. 19 Ще одним пристроєм, який був дуже корисним для вивчення латуні, є пристосування пристрою, вперше сконструйованого Джоном Кольтманом для його досліджень механізму звукоутворення флейти. 20 Існує ще один тип набагато старіших вимірювальних технік на повітряних колонах, які вперше винайшов англієць Блейклі в XIX столітті. Сучасна форма системи Блейклі проста в налаштуванні і передбачає вимірювання коливань звукового тиску в мундштуці, як зазначено вище. Але збудження повітряної колонки досягається за допомогою правильно керованого гучномовця, розміщеного перед гудком інструменту, замість трубки, що закінчується в ротовій чашці. У своїй лабораторії я бачу, що ці різні методи мають якості, які роблять їх особливо придатними для того чи іншого виду вимірювань.
Зараз саме час вивчити, яку криву реакції на тиск ми отримуємо в результаті стимулу потоку, що застосовується до гирла повітряного стовпа. Акустик переформулював питання і попросив вхідний опір Z труби як функція частоти. Коли шматок циліндричної труби розміром приблизно 138 см підключений до системи збудження, крива реакції тиску показує десятки піків вхідного імпедансу (відгуку), частоти яких однаково віддалені при кратних. непарний з частотою приблизно 63 Гц (див. малюнок 5а)
Рисунок 5a: Вхідний опір циліндричної трубки
Розподіл максимумів тиску показує, що вони відповідають "власним" частотам циліндричної трубки, закритої з одного кінця, як описано в будь-якому підручнику елементарної фізики. Оскільки втрати енергії від нагрівання та тертя в трубці зростають із частотою, ці резонансні піки стають меншими та меншими на високих частотах. Однак енергія, що випромінюється в кімнату відкритим кінцем такої трубки, становить лише незначний відсоток енергії, що розсіюється в стінках трубки. Якщо ми модифікуємо цей шматок трубки, додавши до неї трубний ріг, крива вхідного імпедансу стає типом, показаним на малюнку 5b.
Рисунок 5b: Імпеданс, модифікований додаванням гудка
Придивляючись до частот на піках кривої відгуку, ми бачимо, що перша вершина майже не змінюється додаванням ріжка, але що частоти інших резонансів поступово знижуються через поширення хвиль у прапорі . Агрегат "трубка плюс ріг" демонструє швидке зменшення висоти піку на високих частотах, оскільки зростаюча частка акустичної енергії виходить з рогу в приміщення. Понад 1500 Гц майже не виникає енергії, яку повертає розкльошена частина рогу. Невеликі пульсації на високочастотній кривій імпедансу в основному зумовлені невеликими відбиттями, що утворюються при розриві стику між циліндричною трубою і гудком.
Рисунок 6: Крива реального імпедансу поршня
Таким чином, ми мали вступ до природи кривих відгуку, які узагальнюють акустику повітряних колонок трубного типу. Ми також попередньо розглянули взаємодію губ музиканта з повітряною колоною його інструменту. Врешті-решт, ми тепер можемо вивчити характер співпраці між губами музиканта та його інструментом, коли фактичні звуки видаються сучасною трубою. Спочатку ми побачимо, як створюються звуки, а потім подивимось на природу цих звуків, коли вони відтворюються більш-менш голосно.
Рисунок 7: Опір сучасної труби в квартирі B
На рисунку 7 показано, що відбувається в сучасній трубі Bb, коли музикант відтворює ноту, написану Ut4 та G4 трохи вище. Режим коливань для ноти Ut4 базується на другому з максимального імпедансу повітряного стовпа разом з четвертим, шостим і восьмим піками кривої. Коли нота відтворюється піанісімо, частота відтворення точно відповідає частоті другої вершини, яка сама по собі сприяє вібрації. Збільшуючи гучність, інші піки послідовно набувають впливу. Новачок, який намагається грати на цій фортепіанній ноті, виявить, що вона нестабільна, оскільки він не в змозі підтримувати стабільне напруження губ, а основний резонанс інструменту для цієї ноти не має дуже великого імпедансу. Але коли ви граєте все сильніше і сильніше, четверта, шоста і певною мірою восьма вершини послідовно вступають у гру і додають свій стабілізуючий вплив до загальних коливань.
Коли музикант грає на ноті G4, максимальним імпедансом інструменту, який працює разом, щоб сформувати режим коливань, є вершини номер три, шість і певною мірою дев'ять. Щодо ноти G4, ми спостерігаємо, що піковий імпеданс, який керує грою на піанісімо, набагато більший, ніж для ноти Ut4, що робить ноту на фортепіано більш стабільною. Граючи трохи голосніше, дуже високий пік, що належить другій гармоніці в режимі, значно додає міцності та стійкості коливань. З цих причин Sol4 - одна з найпростіших нот для гри на інструменті.
Рисунок 8: Зменшення піків імпедансу для високих нот
Подивимось тепер кілька прикладів, коли музикант може створити ноту на своєму інструменті, частота якого не підходить на власній частоті (частоті для максимальної реакції) повітряного стовпа. Ці ноти були відомі інструменталістам з давніх часів і були частиною техніки гри на розі за часів Моцарта та Бетховена. Однак їх потреба зменшилась із механізацією інструменту. В останні роки цей тип нот знову використовується, головним чином, музикантами, які бажають грати на партіях басового тромбону, не маючи спеціального клапана, що приводиться в дію великим пальцем, що зазвичай потрібно. Також гравці туби вважають цю техніку корисною зрідка. Саме цей загальний клас звуків привернув увагу Буасса і тому спонукав нас вивчити його наслідки. Це «згадані раніше« привілейовані звуки ». Їх також іноді називають "фіктивними звуками" духові гравці, з якимось непотрібним виправданням, ніби в цьому прояві складності природи є щось аморальне! На рисунку 9 показані режими коливань для двох прикладів цих привілейованих звуків.
Рисунок 9: Фіктивні звуки