Физиката на Брас инструмент Бел форми и звукова пропагандация

Камбаната на месингов инструмент е много повече от декоративен блясък . Това е акустичен трансформатор, честотен филтър, и насочваща антена всички в едно. Формата, размерът и материалът на камбаната определят как звуковите вълни излизат от инструмента, как ефективно енергийните трансфери към откритото пространство, и в крайна сметка как инструментът се възприема от слушатели. За музиканти, инструменти, създатели на инструменти, и акустични, разбирането на физиката зад дизайна на камбана трансформира субективно чувство за . Звуково качество . Тази статия изследва принципите, които управляват звуковото производство в месингови инструменти, обяснява как различните форми и материали влияят на мат и тембре, и предлага практически за избор или проектиране на инструмент за специфичен музикален контекст.

Основи на звуковото производство в инструменти за брас

Звукът произхожда от месингов инструмент, когато играчът жужене устните определят въздушната колона вътре в подножието на вибрациите. Тази вибрация установява постоянни вълни на специфични резонантни честоти . . Натурални хармоници на инструмента. Дължината на тръбата определя фундаменталното телосложение, докато профилът на бора (cylindrical или conical) влияе, които хармониците са подчертани.

Стоящи вълни и резонантни честоти

В една еднородна тръба, звуковите вълни отразяват напред-назад между краищата, създавайки възли и антиод. За тръба отворена в единия край (камбаните) и затворена в другия ( устните), резонантните честоти са нечетни кратно на фундаменталното. Точният модел зависи от геометрията на тръбите. Цилиндрични секции, като тези в тръби и тромбони, произвеждат хармонична серия, която е почти целочислена. Конични секции, както във френските рога и флугелхорн, дават различно разпределение, което допринася за характерния им мелодичен тон. Тези постоянни вълни са суровината, която камбаната трябва ефективно да излъчва в околната среда.

Импеданс Mismatch и ролята на Bell голмайстор

Звукът пътува през инструмента air колона като налягане вълна. Темпеданс . Импеданс гол на звука налягане до обем скорост гол , защото въздухът е ограничен. Откритият въздух има много по-нисък импеданс. Ако преходът от високо до ниско импеданс е рязко, по-голямата част от енергията на вълната отразява обратно в инструмента, произвежда слаб, приглушен звук. Камбаната решава това чрез постепенно запалване навън, осигуряване на плавен импеданс преход. Тази концепция, заимстван от теорията на електропреносната линия, е известна като екусно съвпадение на импеданса. Добре проектирана камбана позволява максимално количество енергия да се изкрива навън, увеличаване на обема и не се запазва хармоничната богатство на постоянната вълна.

Белови форми и техните акустични ефекти

Брас инструменти използват различни профили на камбана, всеки, пригоден за производство на специфичен тонален баланс и модел радиация. Най-често срещаните форми включват изригване, експоненциално, параболични, и конични камбани. По-долу, всеки се разглежда подробно, включително как геометрията му засяга честотното филтриране, импеданс съвпадение, и directivity.

Огнена камбана

Тази форма изглажда импеданс промяна, което подобрява радиационното ефективност за по-високи честоти. Резултатът е ярък, брилянтен тон със силна неточност. Тръмпец и корнети често използват изострени звънци, за да се намали през оркестър или лента. Ракетата също влияе горящ процент . Задаване на нотки . Колко сигурно играчът може да се насочи към терена. По-бързото изригване може да направи високи нотки се чувстват по-стабилни, но може да намали ниското ниво на забогатяване.

Експоненциална звънец

Експоненциална камбана се разширява според математически експоненциална крива. Тази форма осигурява почти перфектен импеданс съвпадение в широк диапазон на честота, което води до балансиран тон с богато хармонично съдържание и дори проекция. Често се намира на професионалните тромбони и френски рога. Експоненциалният профил минимизира вътрешните отражения, позволявайки на инструмента да говори свободно и да реагира бързо на артикулацията. Въпреки това, защото камбаната изригване е по-нежен, звукът може да бъде по-малко фокусиран от параболичен дизайн, което го прави удобно за ансамбъл игра, където смесването е от съществено значение.

Параболична звънка

Параболична камбана разполага с крива, която ускорява навън към ръба, създаване на по-голям или тесен гърлото преди драматично изригване. Тази форма концентрира звукова енергия по оста на камбаната, произвеждайки посока, прожектиране на проекция. Тя е фаворит в солови инструменти като флугелхорн или някои тромпети проекти, построени за олово игра. Параболични профил действа като рог антена, заточване на радиационния модел. Докато това дава отлични неточности в една посока, тя може да направи инструмента звук по-малко пълен до слушатели седящи извън axis. Играчите, които често изпълняват в големи зали или навън често избират параболни камбани за способността си да .

Коничен звънец

Коничен камбани имат почти линейна скорост на разширение, с минимално изригване близо до отвора. Този дизайн произвежда топъл, тъмен тон с мека, дифузна радиационна модел. Той е характерен за френски рог и някои стари дизайни царевица. Коничен профил намалява високо щанцоване на честотата, което прави звуковата смес естествено с други инструменти в един оркестър. Тъй като импеданс съвпадение е по-малко ефективен на по-високи честоти, инструментът може да бъде по-тих като цяло, но предлага кадифен тимбре, който може да бъде оформен чрез ръка в звънеца . . . . Техниката не е уникална за френски рог.

Физика на звуковата промивка: честотно филтриране, радиационни модели и фазово подравняване

Звукът влияе на три критични аспекта на звука: кои честоти са увеличени или потиснати, как звукът се разпространява в пространството и дали вълните остават съгласувани.

Филтриране на честотата

Всеки звънец действа като акустичен филтър. Честотата на прекъсване . Където звънеца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Радиационен модел

Широка, изкривена камбана разпръсва звук в себе си. Радиационният модел се променя с честота: по-високи честоти са по-точни, докато по-ниските честоти се разпространяват по-равномерно. Ето защо тръбата може да звучи ярко и ясно точно пред камбаната, но приглушен към страната. Музикантите могат да използват това чрез започване на звънеца към публиката или чрез използване на мути, за да променят модела на радиация.

Фазово подравняване и съответствие на вълните

Ако звуковите вълни излизат от звънеца, различни части от вълната пред пътешестват различни разстояния от ръба на слушалката. Ако формата на звънеца причинява тези дължини на пътя значително, вълната може да се разклони, което води до фазово анулиране и загуба на яснота. Добре проектирана камбана гарантира, че вълната се появява като последователна сферична или равнина вълна, запазване на целостта на звука. Експоненциалните и изригнали звънци обикновено се изпреварват във фаза на подравняване, защото постепенното разширяване поддържа вълните гладки. Параболни камбани, докато фокусиране енергия, може да въведе леки фазови разлики, които дават на звука по-остър, по-инцизивна характер горничар ефект, предпочитат някои играчи за артекулация.

Ефекти на Бел размер и материал

Освен общия профил, физическите размери и строителните материали на звънеца допълнително оцветяват акустичната сигнатура на инструмента.

Размер на камбаната

Диаметърът на отварянето на камбаната директно засяга ниското рефлективно реагиране. По-голям звънец (напр., 9 . . . . . . 9 . . . на бас тромбон) по-добре набра ниски честоти, производство на богат, мощен звук. По-малък звънец (напр. 4.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Материал и дебелина

Повечето месингови инструменти са изработени от месингови сплави, но специфичната композиция и дебелината влияят вибрация и резонанс. Общите сплави включват жълт месинг (70% мед, 30% цинк), златен месинг (85% мед, 15% цинк), и червен месинг нефрит мед, 10% цинк). По-високо съдържание на мед омекотява метала, намаляване на високотехнологични вибрации и производство на по-тъмен, по-топъл тон. По-тънки звънци вибрират по-свободно, дава по-бърз отговор и по-ярък звук, но те могат да бъдат по-склонни към огъване. Камбаните са по-твърдени и по-фокусирани, като се получава по-тъмнен звук с по-голяма неточност и нена. По-тенък джанер. Някои производители също така използват материали като неравностомен или по-тъмен звук за специфични тонални ефекти.

Практични приноси за музикантите

Разбирането на камбаните позволява на музикантите да правят информиран избор при избора или пускането в експлоатация на инструмент. Например, тромпетният водещ играч в голяма група, изпълняващ в големи места, ще се възползва от голям, параболичен звънец, който проектира ярък, фокусиран звук. Обратно, оркестърът Френски рог играч, който трябва да се смеси с струни и дървени ветрове, ще предпочете конусова камбана с по-широк, по-топъл модел радиация. Материалният избор е също така зависим: златните месингови камбани са популярни сред класическите тромбонисти за своя тъмен, богат тон, докато жълтите месингове са често срещани в търговската музика за по-ярката си кройка.

Напредъкът в акустичното моделиране и компютърно-айд дизайна позволява на създателите да прогнозират и оптимизират ефективността на звънеца без безкрайни физически прототипи. Анализът на крайните елементи може да симулира как звънецът вибрира и излъчва звук, позволявайки точни корекции на скоростта на изригване, диаметъра на гърлото и дебелината на стената. Това е довело до инструменти, които са по-последователни и по-лесно да се играе през целия диапазон. Въпреки това, никаква симулация може да замени тактилната обратна връзка на опитен играч. Много професионални инструменти все още са ръчно изработени, с камбани, рафинирани през годините на традицията и слушане.

Теми: Bell Flare Rate and Throat Design

Два допълнителни параметри, които гарантират по-задълбочено проучване са скоростта на изригване на камбаната и геометрията на гърлото. Ракетата скорост . Колко бързо камбана разширява от гърлото до джанта . Често се описва от един по-дълбок фактор .Flare или . . Разширяване на коефициента. . . Бързото изригване (неясно звънче) измести честотата на рязане нагоре, подчертава върховете и прави инструмента се чувстват по-фокусирани. Бавно изригване (дълго звънче) намалява на изключване, произвежда по-тъмен, по-отворен звук. Комбиниран с обща дължина на камбаната, на оградата определя инструмента . . . . .

Гръкляна . най-малкият диаметър точка на диаметър в раздела звънеца . . По-голям гърлото насърчава духане и широк звук, но може да направи висок регистър контрол по- предизвикателни. Throat диаметър често е персонализирана за играча imbouchure сила и специфичните музикални изисквания на техния репертоар.

Разширяване на звънеца: исторически и съвременни перспективи

С увеличаването на музиката и дирижите, създателите започват да експериментират с по-големи камбани и по-сложни изригвания за увеличаване на неточността и богатството. Изобретяването на клапата през 19 век позволява хроматично свирене и камбаните стават по-сложни за да се нагодят към разширената гама. Днес компютърът се захранва с производство и модерна металургия, което позволява безпрецедентна прецизност. Някои модерни инструменти за използване на стъпкови инструменти, които са били с невъзможна форма на коничен дизайн, където промените в скоростта на затъмнението в различни точки по протежение на камбаната, за да се настроят определени честоти.

Ключови мерки и допълнително четене

Звънецът е най-критичният компонент за оформянето на месингов инструмент. Формата, размерът и материала определят как ефективно звуковите преноси на енергия към въздуха, които честоти се подчертават, и как звукът се разпространява в пространството. За играчите, разбирането на тези принципи им позволява да избират инструменти, които допълват техните музикални цели. За създателите, тя осигурява пътна карта за иновации.

За тези, които се интересуват от изследване на физиката, Акустичното общество на Америка публикува множество статии за месинговата акустика на инструмента (Акустиката на Америка). Класически текст Физиката на музикалните инструменти от Флетчър и Росинг (]Спрингър). Производителите като Бах (Бах) и Ямаха (Ямаха Брас Дизайн) предлагат подробни обяснения за своите дизайни на звънците. Накрая, изследването на хороскопската режисност има практически приложения в живата защита; Jour of the Audio Engineering Society често обхваща (FLT:1][7][FLT]][FLT:[7]]]][FLT:[FLT]]]]]]]

Заключение

Камбаната на месингов инструмент въплъщава в себе си въплъщение на физиката, майсторството и музикалния израз. Чрез модифициране импеданс, филтриране честоти, и режисиране на вълните фронтове, камбаната трансформира суровата вибрация на играча . Устните на играча в богат, мощен и нюансиран звук, който определя месинг музика. Дали дизайн на нов инструмент или избор на правилния за изпълнение, разбиране на физиката зад камбани фигурки ненаправени музиканти да направи избор, който отключват своя инструмент . В ръцете на неуловим играч, камбаната не е просто тръба .