Основи на механичните вибрации в инструменти за брас

Въведение: Сърцето бие на Брас

Механичните вибрации са в основата на всеки месингов инструмент, от царския блясък на тръбата до дълбокия, резониращ хумор на туба. Разбирането на тези вибрации далеч надхвърля академичното неизвестност, това кара играчите да усъвършенстват техниката си, насочва създателите на инструменти в изработването на по-добри дизайни и помага на техниците да поддържат инструментите на върхово представяне. Тази статия изследва основните принципи на механични вибрации в месинговите инструменти, как те генерират звук и сложната интерплейна игра на фактори, които оформят музиката, която чуваме.

Месинговият инструмент е вибрационна система, включваща три ключови елемента: плеъра . Устните на играча, които действат като първоначален източник на осцилиране; въздушната колона вътре в инструмента, която резонира и усилва определени честоти; и самия инструмент орган, който допринася за фино тонално оцветяване. Чрез овладяване на връзката между тези компоненти, месинг играчите отключват палитра от изразителни възможности. Това разширено ръководство ще ви отведе от основни концепции до напреднали приложения, осигуряващи прозрения полезни както за начинаещи, така и за опитни професионалисти.

Какво представляват механичните вибрации?

Механичните вибрации са периодични колебания на физическа система около равновесие точка. В месингови инструменти, тези колебания се случват в множество везни: микроскопична вибрация на въздушни молекули, бързата трептене на играча голове устни, и фино сгъване на инструмента гол. Всеки тип вибрации следва същите физически закони . Newton .

Когато месинг плейър започне нота, устните започват да вибрират с определена честота, създавайки импулси на натиск, които се движат в инструмента. Тези импулси отразяват звънеца и мундщука, създавайки постоянни вълни във въздушната колона. Инструментът действа като резонантна кухина, селективно усилващи честоти, които съответстват на естествените му режими на вибрации. Това е аналогично на бутане на дете на люлка: малки, добре забити бутания изграждат големи амплитудни люлки, докато ненавремето бутане се анулира. В месингови инструменти устните са пластина, а въздушната колона е люлка.

Изследването на механични вибрации в месингови инструменти привлича силно върху акустиката и структурната динамика. Ключовите концепции включват честота, амплитудно, амплитудно и резонанс. Честотата определя терена, амплитудата контролира обема, намалява влиянието на вибрациите колко бързо се разпадат, и резонанса залага на най-лесните за производство ноти. Всеки от тези фактори се влияе от геометрията на инструмента, материала и техниката на играчите.

Ролята на устните на играча: Източникът на осцилацията

За разлика от дървовините, които са фиксирани, устните могат да променят напрежението, размера на арматурното покритие и масата моментално. Когато играчът духа въздух през малък отвор между устните, ефектът на Бернули кара устните да се затварят, спира въздушния поток. Налягането се струпва и след това ги отваря отново, повтаря цикъла. Това осцилиране обикновено варира от 30 до 1000 пъти в секунда в зависимост от инструмента и регистъра, създава характерната . Buzz.

Честотата на вибрациите на устните се определя от три основни фактора: напрежение на устните (контролирано от мускулите на обтегача), масата на тъканта на устните в движение, и налягането на въздуха от белите дробове. По-тежък, по-тънка конфигурация на устните произвежда по-високи честоти, докато по-хлабав, дебели устни добиват по-ниски титли. Играчът . Способността да контролира точно тези параметри е това, което позволява гладка стъбла завои, динамично сенки, и чиста артекулация в обхвата на инструмента .

Важно е, че жуженето на устните не диктуват терена в изолация. Бръмчещите устни произвеждат сложна форма на вълната, съдържаща множество хармоници. Въздушната колона след това филтрира тези хармоници, подсилвайки тези, които се подреждат с резонантните честоти. Този процес на сътрудничество означава, че същото напрежение на устните може да произвежда различни нотки на различни инструменти, или дори на същия инструмент с различни комбинации клапи. Разбирането на това взаимодействие е от решаващо значение за разработването на надеждна, ефективна embouchure.

Механика за ембошура и маса за устни

За да се отразят на устните, устните се изтеглят назад и изтъняват, намалява вибриращите маси и увеличава напрежението. Нискорегистрационната игра изисква устните да бъдат по-пълно и по-спокойно, увеличавайки масата и понижаващото напрежение. Отворът или отварянето между устните, също променя формата: по-малка за високи ноти, по-голяма за ниски ноти. Тези корекции се случват в милисекунди, което се прави възможно с години на мускулна подготовка.

Някои педагози разделят видовете ембохура в гол (устник, центриран на горната устна) и гол (центриран на долната устна), но последните изследвания показват, че устната вибрираща област е по-важна от точното нанасяне. Гъвкавостта на устните позволява на играчите да произвеждат широк спектър от питчъри, без да се променя дължината .

Въздушната колона и резонансът: системата за усилване

След като устните създават импулси на натиск, тези импулси пътуват в инструмента air колона. Колоната се държи като тръба затворена в края на мундщука (от играча гонитба устни) и отворен в края на звънеца. Тази конфигурация поддържа стоящи вълни на специфични честоти . Дължината на въздуха колона . Дължината на въздуха определя основната честота; по-дълги тръби произвеждат по-ниски фундаменти.

Резонанс се случва, когато честотата на вибрациите на устните съвпада с една от въздушните колони. При резонанс, вълните налягане конструктивно се намесват, изграждане на високо-амплитно стоящи вълни. Изместването на въздушни молекули е максимално в звънеца и минимум на мундщука близо до устните (въздушна антикод на звънеца и възела на налягането в мундщука). Това обяснява защо месинговите инструменти са най-ефективни в излъчването на звук от камбаната.

Хармоничната серия от месингов инструмент се състои от честоти, които са цяло кратно на фундамента: f, 2f, 3f, 4f и т.н. Въпреки това, тъй като инструментът е цилиндричен за по-голямата част от дължината си и след това изригва в звънец, хармониците не са перфектно цяло число кратно . Те са леко . Разтегли се . Тази инхалификация е част от това, което дава на всеки инструмент своя уникален характер. Играчите трябва да компенсират това с леки корекции на устните, за да играят в тон.

Постоянни вълни и нодални точки

Вътре в тръбата, тромбон, или туба, стоящи вълни форма с различни възли, където изместването на въздушната молекула е нула. За фундаментален режим, има един възел близо до мундщука и антиод на звънеца. За първия претон (октав), има два възела и два антикодеа. Тези модели са от решаващо значение за разбиране защо някои ноти звучат по-добре на определени инструменти и как мутация засяга звука чрез промяна на граничните условия.

Звънецът е особено важен, защото действа като звуков импеданс трансформатор. Той постепенно съвпада с импеданса на тесните верижни линии на открито, позволявайки звуковите вълни да се набръчкват ефективно. Без изригване, повечето от звука ще се отрази обратно в инструмента, което води до слаб, ограничен тон.

Видове вибрации в инструменти за брас

Инструментите на сутиена показват три основни вида механични вибрации, всеки допринасящ за крайния звук:

Lip Vibration:[ Играчът . Устните на играча се колебаят на фундаменталната честота и хармониците му. Това е шофьорът на цялата система. Качеството на бръмчането му чистота, стабилност и динамичен диапазон . Детерминира потенциала за добър тон производство.
Вибрация на колоната на въздуха: Стоящата вълна вътре в системата е най-значимият принос за излъчвания звук. Въздушната колона усилва честотите, които съответстват на резонантните му режими и потиска други. Дължината и формата на колоната, заедно с профила на камбаната, определят кои ноти са в тон и как инструментът отговаря на артекулация и динамика.
Инструментна вибрация на тялото: Металните стени на инструмента също вибрират симпатично, макар и при много по-малки опори от въздушната колона. Тази вибрация на тялото може да повлияе на възприемането на топлина и неточности на звука. Тънките инструменти (като някои френски рога) вибрират повече, допринасяйки за големото усещане, докато дебелите инструменти (като много тромпет) произвеждат по-тъмен, по-фокусиран тон. Материалът .

В допълнение към тях има вторични вибрации като тези на мундщука и на звънеца, които могат да създадат леки промени в тона или тонални модулация. Тези ефекти често са фини, но могат да бъдат възприемани от опитни играчи и слушатели.

Фактори, влияещи върху механичните вибрации

Много променливи влияят върху поведението на механичните вибрации в месинговите инструменти. Разбирането на тези фактори позволява на играчите да избират оборудването разумно и производителите да иновират ефективно.

Настройки на материала

Металът, използван в инструмент, влияе върху неподвижността, плътността и вътрешната му заглушаване. Сутиените, сплави с по-високо съдържание на цинк (като гола мед . По-твърди и произвеждат по-ярък звук с по-високи хармоници. . Rose месинг или . Gold месинг . с по-високо съдържание на мед е по-мек, заглушаване високи честоти и получаване на по-тъмен, по-топло тон. Среброто покритие добавя незначителна скованост, но променя повърхността текстура, засягайки как инструментът се чувства да държи и леко променя ненаситен звук поради промени в стената импеданс. Някои инструменти с висок клас използват никел сребро или дори берилиум мед за специфични звукови свойства.

Геометрия: Бор, Бел и оловна тръба

Диаметърът на закърнелите влияе върху количеството съпротивление на въздушния поток и на инструмента тенденцията да играят остро или плоско. По-големи борери (както в симфонични тръби) позволяват повече въздух и произвеждат по-голям, по-тъмен звук, но изискват повече усилия за контрол. По-малките борове (както в джаз тромпет) дават по-ярък, по-фокусиран звук с по-малко обем. Водещият участък след мундщука има дълбок ефект върху реакцията и интонацията. По-тесен оловна тръба може да подобри високата стабилност, но може да направи нискомерена игра на стикове.

Звънецът се изостря и определя колко ефективно звукът се излъчва на различни честоти. Постепенното изригване благоприятства нискочестотния нехермет, докато бързо изригване увеличава високите честоти. Камбаната на гърлото (началото на изригването) действа като високо-пас филтър; по-стегнато гърло потиска ниските честоти, допринася за по-яркия звук. Тези геометрични избори са защо тромпет и роговицата звучи различно, въпреки че има подобни дължина на тръбата.

Положение на клапата или плъзгача

Клапанът и плъзгачите обаче променят ефективната дължина на колоната с въздух, променят всички резонантни честоти. Добавянето на тръби не е перфектно допълнение поради въздушните колони и отворените отвори и капацитета на клапите. Ето защо някои комбинации от клапани произвеждат външни резонансни нотки, които изискват малки корекции на плъзгането (като например на тромбон или чрез задействащи механизми на тръбите). Механичното качество на клапаните (техното уплътняване, подравняване и скорост) пряко влияе на ефективността на вибрациите; изпускателните клапани причиняват смущения във въздушния стълб и лоша реакция.

Техника на игра и ембошура

Натискът на лицето и на лицето на поддръжника на дъха, на езика, и на мускулите на лицето, всички взаимодействат с инструмента. Твърде много напрежение на устните може да горят инструмент, което кара горните хармоници да станат твърде видни и да се получи груб тон. Недостига налягане на въздуха води до слаб бръмчене, което не може напълно да ангажира инструментът резонанс, което води до тънък, плосък звук. Концепцията на горно въздуха скорост . (всъщност налягане на въздуха, контролирано от немотопеца и гърлото) е от решаващо значение за съответствие на импеданса на устните с тази на въздушната колона на желаната честота.

Условия за околната среда

Температурата и влажността променят скоростта на звука във въздуха (приблизително 0.6 m/s на градус Целзий). Студеният инструмент има по-бавна скорост на звука, карайки го да свири плосък, докато топлият инструмент играе остър. Брас играчите често затоплят инструментите си, като издухват въздуха през тях преди да играят. Влажността също влияе върху плътността на въздуха и на заглушаването на вибрациите; много сух въздух намалява намагването, карайки инструмента да се чувства по-брилянтен, но по-малко прощаващ.

Физиката зад вибрациите и звуковото производство

Когато месинг плейър бръмчи устните си, те генерират вълни под налягане, които се разпрострят надолу по въздушната колона със скоростта на звука (приблизително 343 м/с при 20°C). Тези вълни отразяват off . . mouthce constristry, на звънец изригване, и всеки отворен тон дупки или плъзгания. Намесата между инцидент и отразени вълни създава постоянни модели на вълни, както е описано от уравнението за затворен отворен тръба. Въпреки това, месингови инструменти не са перфектни тръби; сигналът на звънеца въвежда честота-независимо прекратяване, което засяга коефициента на отражение.

В проста цилиндрична тръба затворена в единия край, резонансните честоти са нечетно кратно на фундамента: f, 3f, 5f и т.н. Брас инструменти произвеждат както нечетно, така и дори хармонични, защото камбаната ефективно отваря тръбата акустично на определени честоти, създаване на поведение някъде между затворен отворен и отворен тръба. Ето защо тръбата играе хармонична серия, която включва бележки като втория хармоничен (октава над фундаментала), която обикновено липсва в чисто затворена отворена тръба.

В импеданс на колона въздух . Опозицията на невалидни въздушен поток vails с честота . В resonant честоти , импеданс е нисък и устните могат лесно да карам колоната . В не-резонантни честоти , импеданс е високо , изисква много повече усилия от играча . Играчът . The устните сами произвеждат нелинейни неяснота , че може да се заключва върху тези резонантни moves . Това . Нелинейни устни-реализирани поведение е това, което позволява на месинг играчите да скочи безпроблемно от един частичен към друг чрез промяна на напрежението на устните , без промяна на инструмента дължина .

Съвременните изследвания с помощта на Computational Fluid Dynamics (CFD) и анализ на крайни елементи разкри, че камбаната изригва не само подобрява импеданс съвпадение, но също така създава слаба небрежност, която може да се двойка към по-високи режими, обогатявайки звука. Чаша за уста и гърло също така въвежда Helmholtz резонанс, който попада в средната честота, често около 600 .800 .

Общи вибрационни режими и техните музикални роли

Брас играчите навигират хармоничната серия, за да изберете питчъри, без да се движат клапани или слайдове. Разбиране на тези режими помага при изучаването на инструмента и при решаването на интонация и отговор въпроси.

Фундаментален режим: Това е най-ниският резонанс на въздушната колона. На тръбата фундаменталът е около 46 Hz (педален тон), но в стандартната практика втората хармонична (116 Hz, нисък F-шарп) се третира като най-ниската използваема нотка. Педалните тонове изискват изключително хлабави устни и масивен въздушен поток. Те са важни за развитието на играчите и за производството на специални ефекти.
Първият свръхтон: Вторият хармоничен, една октава над фундамента. На B-плоска тръба, това дава ниската B-флат (232 Hz, когато се играе в писмената втора линия. Този частичен е силен и стабилен, формирайки основата на долния регистър.
Втори Overtone: Третият хармоник, една перфектна пета над октавата. Това произвежда бележки като F над средата C на тръбата. Третият хармоник често е леко плосък поради нехармонизъм, изисквайки играча да го издърпа с напрежение в устната. Това е един от първите частични, където играчите се научават да настройват терена от ухото.
Високо хармоника: Четвърти хармоника (две октави над фундаментала), пета, шеста и след това стават все по-близо заедно. Четвърти хармоника дава бележката октава над втория. Седмото хармонично е прословуто плоско на много инструменти и се избягва или изкуствено коригира. Над осмите хармонични, нотките са много близо заедно . Различават с половин стъпка или по-малко натискане на високата регистър предизвикателство за точност на терена. Skilled играчите могат . . skilled може да . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Всеки хармоник има отделен тембър, защото на правоватни вълни модел натиск разпределение. Долните хармоници имат по-голяма интензивност в тялото инструмент . Докато по-високи хармоници омаловажават повече от камбаната. Ето защо високи нотки звук горящ и носят . Те се прогнозират по-ефективно от звънеца. Изборът на играча . Изборът на хармонични също засяга съпротивление; по-високи хармоници се чувстват по-тесни поради повишена импеданс.

Практични приноси за играчи и създатели

За практикуващия месинг играч разбирането на механични вибрации се превежда директно в подобрена производителност. Ето и възможните приложения:

Embouchure ефективност:[ Осъзнавайки, че устните трябва да съответстват на инструмента гол резонанс помага на играчите да се избегне насилване. Вместо гонитба за високи ноти, те трябва да се съсредоточи върху въздушна скорост и липване на устните, за да позволи на инструмента се заключва върху желания частичен.
Поддръжка на дишането: Концепцията за несъразмерност на импеданса обяснява защо слаб, бавен въздушен поток не може да вълнува напълно инструмента. Играчите трябва да практикуват стабилен, бърз въздух . Представете си, че духат през инструмента, а не в него. Това ангажира въздушната колона резонанс и произвежда по-пълен звук.
Оръжия: Тъй като студен инструмент играе плоско, играчите трябва да затоплят инструмента чрез духане на топъл въздух през него за няколко минути. Също така, поддържане на инструмента при стайна температура преди да играе намалява настройка дрейф.
Валве и плъзнете поддръжка:[ Чисти, добре смазани клапани и плъзгания гарантират, че колоната въздух не е прекъсната от изтичане на въздух.Малкият теч може да убие резонанса на някои бележки, което ги кара да се чувстват готино. . .
Избор на детайли: В обем на чашата за уста, диаметър на гърлото, и backbore форма всички засягат инструмента гол. По-дълбока чаша подобрява нискочестотната реакция и топлина, но може да направи високо регистър бележки се чувстват мудни. Плитки чаша помага високи нотки, но може да намали ниско регистрирате богатство. Експериментирането с различни мундщука е директен начин да се промени как инструмент вибрира.

За създателите на инструменти, вибрационния анализ с използване на крайни елементи моделиране сега ръководи на разположение на скоби, дебелината на камбаната, и дизайна на leadhead. Високите клас производители използват експериментален модален анализ, за да се определи как инструментът се огъва и усукване, когато играете тези структурни вибрации влияят на звука по начини, които са били веднъж приписвани само на колоната въздух. Чрез втвърдяване на определени области или добавяне на маса, производителите могат да измести инструментите голове по предсказуеми начини.

Иновации в материалното и строителното дело

Последните иновации включват използване на титан или въглеродни влакна за неоформени, но неоформени компоненти, намаляване на умората на ръцете без компрометиращи звукови свойства. Някои производители проучват променливи дебелина на стената, за да контролират, които честоти тялото вибрира в. Концепцията на готварски звънец или гофрирани инструменти (като King 3B тромбон с постоянно прикрепен резонанс пръстен) показва как умишлено механични дизайн може да подобри неточността. Дори финала на макет, сребро плоча, или сурови месингови гофризни вибрации на високочестотни тялото, с сурови месинг предоставят най-отворен звук.

Резюме: Основни моменти, които трябва да помним

Механичните вибрации в месинговите инструменти произхождат от бръмчащите устни на играча, което създава импулси на натиск.
Въздушната колона вътре в инструмента действа като резонатор, усилвайки специфични честоти, базирани на дължината, формата и сигналната ракета.
Три вида вибрации, въздушна колона и инструмент за създаване на последния звук.
Основните фактори, влияещи върху вибрациите, включват материални свойства, геометрия на бора и камбаната, клапа/свлачване, техника на играча и условия на околната среда.
Хармоничната серия осигурява на играча множество опции за хвърляне за дадена дължина на тръбата; разбиране на тези режими помага в интонацията и отговор.
Практичните приложения включват рафиниране на ембохурата, подобряване на подкрепата за дишане, избор на оборудване и поддържане на инструмента.
Производителите използват вибрационния анализ за иновации в селекцията и строителството на материалите, което води до инструменти, които са по-лесни за игра и по-експресивни.

Чрез овладяване на взаимодействието между устните, въздуха и инструмента, месинговите играчи могат да отключат пълния експресивен потенциал на своите инструменти, произвеждайки ярка, резонантна и красива музика. Пътуването от разбирането на физиката до усещането във всяка нота е това, което разделя добър играч от един голям. Продължавайте да проучвате, да слушате и никога да не спирате да учите как пее вашият инструмент.

За по-нататъшно проучване вижте статията Wikipedia относно месинговата акустика на инструмента за по-дълбоко гмуркане в математически моделиране, или се консултирайте UNSWs auticos resource за това как работят медните инструменти. За практическа перспектива за избор на оборудване, посетете ресурси като Международна гилдия на тромпета или проверете производителя загадки от [[FLT: [N] .]Ямаха . инструмент ръководство.