Füüsika Vassinstrumendi Häälestamise Taga

Vastsepillid, alates hiilgavast trompetist kuni majesteetliku tuubani, köidavad publikut oma rikkalike kõlaritega. Kuid iga täiuslikult kõlava noodi taga peitub füüsika ja meisterlikkuse põnev koosmõju. Vastsepainstrumendi häälestamise taga oleva füüsika mõistmine aitab muusikutel saavutada paremat intonatsiooni, aga süvendab ka nende keerukate instrumentide tunnustust. Käesolevas artiklis uuritakse teadust, mis reguleerib, kuidas puhkpillid heli toodavad, kuidas pikkus, temperatuur ja huuliku disain helikõrgust mõjutavad, ning pakutakse praktilisi strateegiaid, kuidas saavutada täpne esitus.

Helitootmise alused Brass Instrumentsis

Vastsepiloot on resonaator, mis tekitab heli läbi mängija huulte vibratsiooni. Huuled toimivad vibreeriva ventiilina, muutes ühtlase õhuvoolu perioodilisteks impulssideks, mis ergastavad õhusamba instrumendi sees. See protsess loob toru sees vibreeriva õhu kolonni, mis moodustab kindlatel sagedustel püsivaid laineid, mis vastavad muusikalistele nootidele. Huulevibratsiooni ja resonantse õhusamba vaheline interaktsioon on klassikaline näide ühendatud ostsillaatorsüsteemist.

Seisvate lainete roll

Püsilained tekivad siis, kui helilained peegeldavad edasi-tagasi instrumenti, segades konstruktiivselt teatud resonantssagedustel. Õhusamba pikkus määrab, millised püsivad lainemustrid on võimalikud. Põhisagedus (madalaim noot) vastab seisvale lainele, mille rõhuantinood on huulikul ja rõhusõlm kellukesel. Kella põlemine põhjustab aga toru efektiivse pikkuse pikemaks kui selle füüsiline pikkus madalatel sagedustel, kõrged sagedused aga peegeldavad erinevates punktides, tekitades keerulise akustilise käitumise. Seislaine teooria põhjalikuks selgitamiseks tuuleinstrumentides vaata Dan Russelli akustilised demonstratsioonid[ FLT:1].

Kuulaja kuuldud helikõrgus sõltub eelkõige seadme sees oleva õhusamba akustilisest pikkusest – füüsilisest pikkusest pluss otsakorrektsioonidest kellukesel ja huulikul. Mida pikem on õhusammas, seda madalam on kõrgus; seda lühem on õhusammas, seda kõrgem on kõrgus. Seetõttu on messingist instrumendid väga erineva suurusega – kompaktsest trompetist umbes 4,5 jalaga torust kuni tuubi laia toruni, mille pikkus võib olla 18 kuni 30 jalga või rohkem. Pikkuse ja pigi suhe järgib avatud toru põhirežiimi puhul valemit: sagedus = helikiirus / (2 × efektiivne pikkus), kuigi kell põleb seda suletud torule lähenemiseks.

Kuidas pikkus mõjutab Pigi

Torude pikkuse ja pigi suhet reguleerib seisvate lainete füüsika. Põhisagedus vastab seisva laine lainepikkusele, mis sobib täpselt torude efektiivse pikkusega. Pikkuse muutmine nihutab kogu harmoonilise seeria üles või alla.

  • ]Põhisagedus: ] Madalaim sagedus, mille juures õhusamba vibreerib. See on pöördvõrdeline instrumendi efektiivse pikkusega: pikem toru annab madalama põhialuse.
  • Overtoonid/harmoonika: ] Põhisageduse kõrgemad sagedused täisarvuliste kordade juures (või tromboonide puhul täisarvu lähedal kellakellapurske tõttu). Need võimaldavad mängijal toota erinevaid noote ilma torustiku pikkust muutmata. Vastpoolmängijad pääsevad nendele harmoonilistele seeria nootidele ligi, muutes rebenemispinget ja õhukiirust.

Torude pikkust muutes – klappide või slaidide abil – nihutavad messingist mängijad põhisagedust ja selle ületoone, võimaldades instrumendil tekitada täieliku kromaatilise vahemiku. Näiteks Bb trompeti põhiosa on umbes 233 Hz, kui klappe ei vajutata. Esimese klapi sisselülitamine lisab umbes 10% rohkem torusid, alandades põhiosa umbes 208 Hz-ni (G kontsert), teine klapp aga lisab umbes 5% poole sammuga langemise korral ning kolmas klapp lisab umbes 15% väiksema kolmanda tilga.

Harmooniline seeria ja selle piirangud

Harmooniline sari pakub hulga saadaolevaid noote kindla toru pikkuse kohta. Looduslik sari sisaldab selliseid intervalle nagu oktav, viies, neljas, suur kolmas jne, kuid need intervallid ei ole karastatud – need on puhtad intervallid, mis põhinevad täisarvu suhtarvudel. Võrdse temperamendi korral (tavaline häälestamine enamikus lääne muusikas tänapäeval) on viies põhiosast veidi tasane võrreldes ületoonilise seeriaga, mis nõuab kompensatsiooni. Näiteks kolmas osaline (kirjutatud G Bb trompetil) kõlab sageli teravalt, sest see on 12ndast põhiosast kõrgemal, kuues osaline (kirjutatud D ülalpool sauaari) kipub olema lame. See loomulik harmooniline pinge ja karastatud noodid peavad olema pidevalt liuglema, vaheld, mis on vaheld, mis on pidevad, mis peavad olema, mis on liugled, mis on mõeldud liugle, mis on liugle, mis on mõeldud liugle.

Kellapõleng tekitab ka ebaharmooniat: kõrgemad osakesed ei ole täpsed täisarvulised kordsed, sest akustiline peegelduspunkt muutub sagedusega. See mõju on eriti märgatav prantsuse sarvel, kus kell on rohkem põlenud ja võib teatud harmoonilisi ettearvamatult teravaks või lamedaks muuta. Lisateavet harmoonilise seeria ja selle mõju kohta messingist instrumentidele vaata Uus-Lõuna- Walesi ülikooli leht messingist akustika kohta[[ FLT:1]].

Klappide ja slaidide roll häälestamisel

Enamik puhkpillidest on varustatud mehhanismidega, mis võimaldavad reguleerida torude kogupikkust, võimaldades mängijal kasutada kõiki kahtteist kromaatilist helikõrgust. Kaks peamist mehhanismi on klapid ja slaidid.

  1. ]Valves: ] Leitud instrumentidel nagu trompetid, tuubad ja eufooniumid, suunavad ventiilid õhu läbi täiendavate torusilmuste, suurendades üldist pikkust ja langetades sammu. Iga klapp lisab konkreetse pikkuse: esimene klapp langetab tavaliselt sammu terve sammu võrra (100 senti), teine poole sammu võrra (50 senti) ja kolmas vähem kolmandik (150 senti). Kui mitu klappi kasutatakse koos, on torustiku kombineeritud pikkus tavaliselt suurem kui üksikute pikkuste aritmeetilise summa, sest lisasilmused lisatakse seeriasse. See tekitab liiga lühikesed, näiteks 200- 3- ühekordne tilk on mõeldud lühikeseks tilga (see on ette nähtud ka lühikeseks).
  2. Slaidid: Levinud tromboonidel ja mõnel tuubal ja trompetil, slaidid füüsiliselt pikendavad või lühendavad toru pikkust. Trombooni slaid on kõige otsesem meetod, mis võimaldab pidevalt muutuva pikkusega muutusi. Iga seitsme slaidise asend vastab kindlale pikkusele, mis tekitab avatud asendist järjestikuste poolsammudega langetatud fundamentaalse pikkuse. Kuna slaid võimaldab lõpmatut peenhäälestust, saavad tromboonimängijad kohe intonatsiooni reguleerida, kuigi nad peavad toetuma lihasmälule ja kõrvatreeningule, et tabada täpseid asendiid.

Kompensatsiooniventiilsüsteemid

Standardsete klapikombinatsioonide intonatsioonivigade lahendamiseks kasutavad paljud eufooniumid ja tuubad kompensatsioonisüsteemi. Kompensatsiooniinstrumendis, kui teatud klapikombinatsioonid on sisse lülitatud, lisab ühenduspiki korrigeerimiseks lisatoru. Näiteks kompenseerival eufooniumil võib kolmanda klapi vajutamine suunata õhku läbi kogu teed pikendavate lisasilmuste, lamedastades noodi õigele sammule. See disain võimaldab instrumendil mängida häälestatult kõigis registrites, ilma et mängija peaks pidevalt liugpäästeid kohandama. Kompensatsiooniklappide süsteemide üksikasjaliku selgituse saamiseks vaata Entsüklopaedia britanide kirjetel:[1].

Temperatuur ja selle mõju häälestamisele

Vasakinstrumendi häälestamine on temperatuuri suhtes väga tundlik. Heli kiirus õhus muutub temperatuuriga, mis omakorda mõjutab tekitatavate nootide sammu. Heli kiirus on 0 °C juures ligikaudu 331 m/ s ja suureneb umbes 0,6 m/ s iga Celsiuse astme tõusu korral. See muutus muudab otseselt õhusamba resonantssagedusi.

  • ]Soe õhk: ] Suurendab heli kiirust, põhjustades lainepikkuste venitamist ja pilli teravamat (kõrguselt kõrgemat) . Levinud rusikareegel: iga 10° F tõus põhjustab helikõrguse tõusu umbes 3 kuni 5 senti (sajandit pooltoonist). Seetõttu tunnevad messingist mängijad sageli oma pille pika esituse ajal või pärast soojas toas mängimist "teravaks".
  • ]Külm õhk: ] Vähendab heli kiirust, põhjustades noote heli lamedamaks (pikis väiksem). Lisaks tõmbub külmmetall väga vähe kokku, lühendades toru pikkust ja mõjutades veelgi heliefekti kiirust domineerib umbes kümnekordselt.

Professionaalsed messingist mängijad kohandavad tihti oma häälestusslaide esituste ajal, et kompenseerida temperatuurimuutusi, eriti kui liigutakse erinevate ümbritseva temperatuuriga etappide vahel. Enne kriitilist häälestamist on tavapärane, et seadet soojendatakse pideva mängimise kaudu.

Keskkonnategurid väljaspool temperatuuri

Niiskus ja kõrgus mõjutavad ka pigi. Kõrge niiskus suurendab õhu tihedust veidi, kuid selle mõju heli kiirusele on minimaalne (umbes 1 m/s suureneb 100 % niiskuse korral 20 °C juures). Kõrgus aga vähendab õhutihedust ja seega heli kiirust, põhjustades instrumendi mängimist lamedamalt. 5000 jala (umbes 1500 m) juures heli languste kiirus umbes 2%, mis võib lamendada pigi umbes 35 senti. Suurtel kõrgustel tegutsevad Brass mängijad peavad sageli kasutama lühemaid huulikke või tõmbama välja slaideid, et kompenseerida keskkonda mõju häälestamisele, vt UNSW lehekülg ja tempera.[1]

Suusammaste disaini tähtsus

Huulikul on oluline roll puhkpilli häälestamisel ja toonide tootmisel. See mõjutab huulte vibratsiooni, õhuvoolu ning mängija ja instrumendi akustilist impedantsi. Isegi väikesed muutused huuliku geomeetrias võivad intonatsiooni märgatavalt mõjutada.

  • ]Rimi kuju: [ ] Mõjutab mängija mugavust ja huulte painduvust. Laiem velg jaotab rõhu ühtlasemalt, kitsam velg võimaldab lihtsamat kõrgregistreerimist, kuid võib olla vähem mugav pikkade seansside jooksul.
  • Kupi sügavus ja läbimõõt:] Mõjutooni värv ja pigi stabiilsus. Sügavam tass tekitab tumedama, rikkalikuma heli ja kipub pilli sammu veidi langetama; madalama tass helendab tooni ja tõstab sammu, eriti ülemises registris. Tass mõjutab ka nootide "löömist" – kui turvaliselt iga noot harmoonilises seerias tunneb.
  • Kõrme suurus ja seljakaar:] Kurk (väike auk karika põhjas) ja tagakaar (kooniline läbipääs, mis viib instrumendile) määravad õhuvoolu vastupidavuse ja häälestuse omadused.Väiksem kurk suurendab vastupidavust, mis võib parandada vastupidavust ja mõnikord teravdab pigi; suurem kurk võimaldab rohkem õhuvoolu, tumendab tooni ja võib lamendada pigi. Tagala kuju mõjutab ka impedantsikõverat, muutes seda, mida harmoonilised on kõige lihtsam toota.

Õige huuliku valimine on tasakaal mugavuse, soovitud heli ja häälestamise täpsuse vahel. Hästi sobitatud huulik võib korrigeerida kroonilisi intonatsioonitendentse ja parandada pesastumist. Põhjaliku huulikuvaliku juhendi saamiseks külasta Bachi huulikujuhikut.

Akustiline näivtakistus ja häälestamine

Vastse häälestamise keerukas mõistmine hõlmab akustilise impedantsi mõistet. Instrumenti torustik ja kell moodustavad resonaatori, mille resonantssagedustel on rea impedantsi piike. Need piigid vastavad harmoonilise seeria nootidele. Nende piikide kõrgus ja teravus määravad, kui kergesti noot "lukkub" (pilud) ja kui vastupidav see on kergete sammuhälvete suhtes. Hästi disainitud instrumendil on tugevad, ühtlaselt paigutatud impedantsipiigid, mis ühtivad iga harmoonilise soovitud helikõrgusega. Mängijad tunnevad seda kui "surnud kohta", kui piik on nõrk või häälest väljas.

Kellapurje toimib impedantstrafona, mis võimaldab seisvatel lainetel heli tõhusalt kiirata, mõjutades samal ajal ka ülemise harmoonia häälestamist. Väljatõmbamise või häälestamise slaidis vajutamisega nihutab mängija kogu näivtakistuse piikide komplekti, tõstes või langetades kõiki noote võrdselt. Siiski ei ole efekt täiesti lineaarne – kellakella lõpu parandus muutub sagedusega, nii et ühe noodi häälestamine ei taga täiesti, et kõik teised on häälestatud. Seetõttu kontrollivad puhkpillimängijad sageli oma häälestust mitmel noodil üle kogu vahemiku, mitte ainult kontserdikõrguse viite.

Praktilised häälestamise strateegiad puhkpillimängijatele

Täpse häälestamise saavutamine nõuab enamat kui lihtsalt slaidide reguleerimist. Siin on mõned praktilised tehnikad, mis ühendavad füüsika mõistmise muusikaga:

  1. Kasutage juhisena usaldusväärset tuunerit, mitte kargu: Elektroonilised tuunerid või häälestamisrakendused aitavad kiiresti tuvastada helikõrguse erinevusi. Kuid usaldage oma kõrvu – tuunerid mõõdavad võrdset temperamenti, kuid ansambli häälestamine nõuab sageli kergeid kohandusi, et saavutada akordides just intonatsioon. Treeni ennast kuulma lööke (mahu kõikumisi), mis näitavad häälest väljas olevaid intervalle.
  2. Kontrollige regulaarselt häälestuse slaide: ] Kohandage slaide, et korrigeerida helikõrgust vastavalt vajadusele mängimise ajal. Trompetitel tõmmatakse välja peahäälestusslaid, et alandada üldist helikõrgust; tromboonidel on häälestuslükatuslöök kellaosal sama otstarve. Klapiinstrumentide puhul võib igal klapil olla oma slaid konkreetsete kombinatsioonide peenhäälestuseks.
  3. ]Mängige pikki toone, et viia instrument mängutemperatuurile, et saavutada stabiilsem häälestamine. Külm instrument tõuseb helikõrguses, kui see soojeneb, nii et häälesta alles pärast sooja õhu puhumist läbi instrumendi mitu minutit.
  4. Harjuta embouchure'i kontrolli: ] Huulelihaste tugevdamine parandab pigi täpsust ja konsistentsi. Huulte lüüsid ja sumisemise harjutused aitavad arendada võimet kallutada sihilikult üles või alla. Hea harjutus on mängida drooniga nooti ja seda aeglaselt painutada, kuni löök kaob.
  5. Hoia oma instrument:] Hoia klapid ja liugurid määrituna sujuvaks tööks. Kleepuv liug või aeglane klapp võib muuta häälestamise reguleerimise ebatäpseks ja masendavaks. Regulaarne puhastamine takistab kogumist, mis võib muuta sisemisi mõõtmeid ja mõjutada häälestamist.
  6. ]Kuula ansamblites kriitiliselt: ] Tunnimine on pidev protsess. Õpeta oma kõrva kuulma lööki noodi ja teiste vahel, eriti unison või oktaavlõikudes. Näiteks kui A-440 lööb oboe A-ga, painutage oma pigi, kuni löök aeglustub nullini. Akordides kuulake kolmandate ja viiendike kvaliteeti – nad võivad vajada võrdsest temperamendist veidi karastatud, et kõlada täiesti konsonantsena.

Täiustatud häälestamise tehnikad

Professionaalsed messingist mängijad kasutavad tihti vaheldumisi sõrmejälgi või alternatiivseid slaidiseisendeid, et parandada helikõrgust rasketes käikudes. Näiteks võib trompetil esimese klapi kasutamine ainult G- jaoks (kontsert F) olla terav, sest kolmas osaline on loomulikult kõrge, seega võib 1-2 kombinatsiooni kasutamine tekitada lamedama, hääletuma versiooni. Trombone' i mängijad jätavad meelde iga noodi alternatiivsed positsioonid, et võimaldada kiiret kohandamist. Näiteks võib kõrget Bb mängida esimese positsiooniga (terav) või veidi välja neljandas asendis (flatter). Drooniga mängimine (tuunerist, klaviatuurist või muust instrumendist) arendab kõvaketta jaoks sisemist kõrva. Paljud harjutavad droonide kuulamist, et kohandada droonide helitugevust, et vähendada.

Instrumenti eripärade mõistmine – teadmine, millised noodid harmoonilises seerias kipuvad olema teravad või lamedad – on kiirete korrektsioonide jaoks ülioluline. Näiteks tüüpilisel Bb trompetil on kolmas osaline (kirjutatud G) sageli terav, neljas osaline (kirjutatud C) on tavaliselt hea, viies osaline (kirjutatud E) terav ja kuues osaline (kirjutatud G töötajate kohal) lame. Neid tendentse meelde jättes saab mängija ennetavalt oma embouchure' i kohandada või valida alternatiivse sõrme.

Mängija mõju: Embouchure ja Air Support

Ükski messingist häälestamise arutelu ei ole täielik ilma mängija enda füüsilisi seadistusi käsitlemata. Rõhutamine mõjutab otseselt helikõrgust, kontrollides vibreeriva huulekoe pinget ja massi. Kõvemad huuled tekitavad kõrgema pigi, samal ajal kui lõdvemad huuled langetavad seda. Õhukiirus on sama oluline: kiirem õhk (kõrgem rõhk) tõstab helikõrgust, samas kui aeglasem õhk langeb seda. Kvalinud mängijad võivad tahtlikult teravdadada või lamendada nooti kuni veerandi tooni või rohkem, võimaldades neil korrigeerida intonatsiooni ilma slaid liigutamata. See on hädavajalik just intonatsioonis, kus kolmandik akordist tuleb puhtalt kõlada.

See võime nõuab suurepärast hingamistuge ja lihaste kontrolli. Paljud messingist koolitajad soovitavad harjutada pikki toone drooniga, et arendada sisemist häälestusmehhanismi. Drooniga saab anda võrdluskõrguse ning mängija peab kohandama oma embouchure' i ja õhku, et kõrvaldada lööke, luues puhta unison' i või kaashääliku intervalli. Aja jooksul koostab mängija suutäitja vastupanu ja instrumendi reaktsiooni vaimse kaardi, mis võimaldab esituse ajal silmapilkseid korrigeerida.

Järeldus

Mestimisriista häälestamise füüsika ühendab helilainete teaduse, instrumendi disaini mehaanika ja mängija oskused. Õppides, kuidas toru pikkus, temperatuur, huulikukujundus ja mängimistehnika mõjutavad helikõrgust, saavad muusikud avada oma instrumentide kogu potentsiaali. Kas olete algaja või kogenud professionaal, on nende põhialuste mõistmine võti ilusate, täpsete messingist toonide saavutamiseks. Tunnimine ei ole ainult mehaaniline tegu, vaid pidev vestlus mängija, instrumendi ja keskkonna vahel - dialoog, mis muudab füüsika muusikaks. Järjepide harjutamine koos teadlikkusega nendest põhimõtetest muudab häälestamise pidevast võitlusest teie kunstniku intuitiivseks osaks.