Fizika aiz māsām instrumentu fiksācija

Brass instrumenti, no spožās trompetes līdz majestātiskajai tubai, aizrauj skatītājus ar savām bagātīgajām, rezonantajām skaņām. Bet aiz katras perfekti plandošās notis slēpjas aizraujoša fizikas un amatniecības mijiedarbība. Izpratne par misiņa instrumentu skaņošanas fiziku ne tikai palīdz mūziķiem sasniegt labāku intonāciju, bet arī padziļina šo sarežģīto instrumentu novērtējumu. Šajā rakstā pētīta zinātne, kas nosaka, kā misiņa instrumenti rada skaņu, kā garums, temperatūra un iemutņa dizains ietekmē toni, un piedāvā praktiskas stratēģijas precīzas skaņošanas veikšanai izpildījumā.

Skaņas ražošanas pamati Brass instrumentos

Instruments, kas darbojas kā lūpas, rada skaņu caur lūpām vibrējot. Lūpas darbojas kā vibrējošs vārsts, pārvēršot vienmērīgu gaisa plūsmu periodiskās pulsās, kas sajūgj gaisa kolonnu instrumenta iekšpusē. Šis process rada kolonnu vibrējošā gaisa caurulēs, kas veido stāvošus viļņus noteiktās frekvencēs, kuras atbilst muzikālām notīm. Lūpu vibrācijas un rezonējošā gaisa kolonna mijiedarbība ir klasisks savienotās oscilatoru sistēmas piemērs.

Stāvošo viļņu nozīme

Stāvošie viļņi veidojas, kad skaņas viļņi atstarojas uz priekšu un atpakaļ instrumentā, konstruktīvi traucējot noteiktās rezonanses frekvencēs. Gaisa kolonnas garums nosaka, kuri stāvošo viļņu modeļi ir iespējami. Pamatfrekvence (zemākā nots) atbilst stāvošam vilnim ar spiediena antinodu pie iemutņa un spiediena mezgla pie zvana. Tomēr zvana uzliesmojums izraisa to, ka caurules efektīvais garums ir garāks par tās fizisko garumu zemajām frekvencēm, bet augstas frekvences atspoguļojas dažādos punktos, radot sarežģītu akustisko uzvedību. Lai pamatīgi izskaidrotu stāvošo viļņu teoriju vēja instrumentos, skat. Dana Rasela akustiskās demonstrācijas.

Piķis, ko dzird klausītājs, galvenokārt ir atkarīgs no akustiskā garuma gaisa kolonnas iekšpusē instrumenta-fiziskais garums plus gala korekcijas pie zvana un iemuti. Jo ilgāk gaisa kolonna, jo mazāks ir piķis; jo īsāks gaisa kolonna, jo lielāks piķis. Tāpēc misiņa instrumenti atšķiras pēc lieluma - no kompaktās trompetes ar aptuveni 4,5 pēdām caurulīšu līdz plašajām tuba caurulēm, kas var būt 18 līdz 30 pēdas vai vairāk. Attiecība starp garumu un soli seko formulai: frekvence = skaņas ātrums / (2 × efektīvais garums) atvērtai caurulei fundamentālajam režīmam, lai gan zvana uzliesmojums maina šo, lai tuvotos slēgtai uzvedībai fundamentāli.

Kā garums ietekmē pitch

Attiecības starp cauruļu garumu un piķis nosaka stāvo viļņu fizika. Pamatfrekvence atbilst stāvo viļņu viļņa garumu, kas ir tieši uz faktisko garumu caurules. Mainot garumu pārbīda visu harmoniku sēriju uz augšu vai uz leju.

  • Pamatfrekvence: Zemākā frekvence, pie kuras gaisa kolonna vibrē. Tā ir apgriezti proporcionāla instrumenta efektīvajam garumam: garāka caurule iegūst zemāku fundamentālo.
  • Pārklāšanas/harmonikas: Lielākas frekvences no fundamentālās frekvences veselā skaitā (vai tuvu tam, kas saistīts ar tromboņu uzliesmojumu). Tās ļauj spēlētājam ražot dažādas piezīmes, nemainot caurules garumu. Brass atskaņotāji piekļūst šīm harmoniskajām sērijas piezīmēm, mainot spriedzi un gaisa ātrumu.

Mainot cauruļu garumu, izmantojot vārstus vai slīdes, slēdži maina fundamentālo frekvenci un tās virstoņus, ļaujot instrumentam radīt pilnu hromatisko diapazonu. Piemēram, Bb taures skaņai ir būtiska aptuveni 233 Hz, ja nav vārstu. Ieslēdzot pirmo vārstu, tiek palielināts caurulīšu skaits par aptuveni 10%, samazinot pamata līdz aptuveni 208 Hz (G koncerts), bet otrais vārsts pussoļa kritienam pievieno aptuveni 5%, bet trešais vārsts pievieno aptuveni 15% par nelielu trešo kritumu.

Harmonikas sērijas un tās ierobežojumi

Harmonikas sērija nodrošina noteiktu caurules garumu pieejamo nošu kopumu. Dabiskā sērija ietver tādus intervālus kā oktāva, piektā, ceturtā, lielākā trešā un tā tālāk, bet šie intervāli nav rūdīti – tie ir tīri intervāli, kas balstīti uz vesela skaita attiecību. Vienādā temperamentā (standarttūnings, ko izmanto lielākajā daļā Rietumu mūzikas šodien), piektā daļa no fundamentālā ir nedaudz plakana salīdzinājumā ar pārtonēšanas sēriju, kas prasa kompensāciju. Piemēram, trešā daļa (rakstīts G uz Bb trompete) bieži izklausās asi, jo tā ir 12. virs fundamentālā, bet sestā daļa (rakstīts D virs personāla) mēdz būt plakana. Šī raksturīgā spriedze starp dabīgām harmonijām un tempered tuning ir pastāvīgs izaicinājums misiņa spēlētājiem, kuriem jāizmanto embouchure, slīde korekcijas, vai alternatīvie pirksti, lai pieskaņotu piezīmes.

Zvanu uzliesmojums arī ievieš harmoniku: augstākās partitūras nav precīzi veseli daudzkārtņi, jo akustiskais atstarošanas punkts mainās ar frekvenci. Šis efekts ir īpaši pamanāms uz franču ragu, kur zvans ir vairāk uzliesmojis, un var padarīt noteiktas harmonikas neprognozējami asas vai plakanas. Vairāk par harmoniku sēriju un tās ietekmi uz misiņa instrumentiem skatīt Jaundienvidvelsas Universitātes lapā par misiņa akustiku.

Vārstu un slīdu loma tuningā

Lielākajai daļai misiņa instrumentu ir mehānismi, lai pielāgotu caurules kopējo garumu, ļaujot spēlētājam piekļūt visiem divpadsmit hromatiskajiem piķiem. Divi primārie mehānismi ir vārsti un slīdkalniņi.

  1. Valves: Atrasts uz tādiem instrumentiem kā trompetes, kubaiņi un eifonija, vārsti pārvirza gaisu caur papildu cilpām cauruļvados, palielinot kopējo garumu un pazeminot augstumu. Katrs vārsts pievieno konkrētu garumu: pirmais vārsts parasti pazemina soli par veselu soli (100 centi), otrais par pussoli (50 centi), bet trešais par nelielu trešdaļu (150 centi). Ja kopā tiek izmantoti vairāki vārsti, kombinētais cauruļu garums parasti ir lielāks par atsevišķu garumu aritmētisko summu, jo papildu cilpas tiek pievienotas virknē. Tas rada regulēšanas problēmas, piemēram, 1-3 kombinācijā, bieži rodas asa nots, jo pievienotā caurule ir pārāk īsa attiecībā pret paredzēto pilienu par vienu trešdaļu (200 centi).
  2. Slīdi: Bieži uz tromboniem un dažām tubām un trompetiem, slaidi fiziski paplašina vai saīsina caurules garumu. Trombēna slīdnis ir vistiešākā metode, kas ļauj nepārtraukti mainīt garumu. Katrs no septiņiem slīdņiem atbilst konkrētam garumam, kas rada fundamentālu nolaistu pussoli no atvērtās pozīcijas. Tā kā slīdnis ļauj bezgalīgi precīzi noregulēt, trombona spēlētāji var momentāni pielāgot intonāciju, lai gan tiem jāpaļaujas uz muskuļu atmiņu un auss apmācību, lai sasniegtu precīzas pozīcijas.

Vārstu sistēmas

Lai novērstu intonācijas kļūdas, kas raksturīgas standarta vārstu kombinācijām, daudzi eifoniji un tubas izmanto kompensācijas sistēmu. Kompensācijas instrumentā, kad ir ieslēgtas dažas vārstu kombinācijas, savienojums pievieno papildu caurules, lai labotu piķi. Piemēram, uz kompensējoša eifonija, piespiežot trešo vārstu var maršrutēt gaisu pa papildu cilpu komplektu, kas pagarina kopējo ceļu, saplacinot piezīmi uz pareizā soliņa. Šis dizains ļauj instrumentam darboties saskaņoti visos reģistros, neprasot spēlētājam pastāvīgi pielāgot slīdes trigerus. Detalizētam kompensācijas vārstu sistēmu skaidrojumam atsaucas uz enciklopēdiju Britannica ierakstu misiņa instrumentu mehānikā.

Temperatūra un tās ietekme uz noskaņojumu

Misiņa instrumenta skaņošana ir ļoti jutīga pret temperatūru. Skaņas ātrums gaisā mainās ar temperatūru, kas savukārt ietekmē saražoto nošu soli. Skaņas ātrums ir aptuveni 331 m/s pie 0°C un palielinās par aptuveni 0,6 m/s par katru Celsija grādu pieaugumu. Šī izmaiņa tieši maina gaisa kolonnas rezonējošās frekvences.

  • Siltums gaiss: Palielina skaņas ātrumu, izraisot viļņu garumu stiepšanos un instrumentu, lai skanētu asāks (augstāks metienā). Kopējs noteikums: ik pēc 10°F pieauguma rada soli, kas paceļas par apmēram 3 līdz 5 centiem (simts dauzu pustonu). Tāpēc misiņa spēlētāji bieži vien jūtas kā “asi” instrumenti ilgstošas uzstāšanās laikā vai pēc spēles siltā telpā.
  • Skaļais gaiss: Samazina skaņas ātrumu, izraisot skaņu glaimojošu skaņu (zemāku soli). Turklāt aukstais metāls ļoti nedaudz saraujas, saīsinot caurules garumu un vēl vairāk ietekmējot soli, lai gan skaņas efekta ātrumu dominē aptuveni desmit reizes. Tomēr pirms skaņošanas ir jāuzsilda aukstais instruments.

Profesionāli misiņa spēlētāji bieži pielāgo savus tūninga slīdņus performanču laikā, lai kompensētu temperatūras izmaiņas, īpaši pārvietojoties starp posmiem ar atšķirīgu apkārtējās vides temperatūru. Instrumenta sasildīšana ar ilgstošu spēlēšanu ir standarta prakse pirms jebkuras kritiskas tūninga sesijas.

Vides faktori ārpus temperatūras

Mitrums un augstums ietekmē arī soļa augstumu. Augsts mitrums nedaudz palielina gaisa blīvumu, bet tā ietekme uz skaņas ātrumu ir minimāla (aptuveni 1 m/s pieaugums par 100% mitruma pie 20°C). Augstums, no otras puses, samazina gaisa blīvumu un tādējādi skaņas ātrumu, kas izraisa instrumenta spēlēt glaimotāju. Pie 5000 pēdām (aptuveni 1500 m), skaņas ātrums samazinās par aptuveni 2%, kas var saplacināt piķis par aptuveni 35 centiem. Brass spēlētājiem, kas veic augstu augstumu bieži ir nepieciešams izmantot īsākus mutes vai izraut slīdņus, lai kompensētu. Lai vairāk vides ietekmi uz tuningu, skatiet UNSW lapu par tuningu un temperamentu.

Mutkāja dizaina nozīme

Iemutim ir izšķiroša nozīme misiņa instrumentu tūnēšanā un toņu veidošanā. Tas ietekmē lūpu vibrāciju, gaisa plūsmu un akustiskās pretestības atbilstību starp atskaņotāju un instrumentu. Pat nelielas izmaiņas iemutņa ģeometrijā var ievērojami ietekmēt intonāciju.

  • Rim forma: Ietekmē spēlētāja komfortu un lūpu elastību. Plašāks loks izkliedē spiedienu vienmērīgāk, bet šaurāks loks ļauj vieglāk spēlēt augstu reģistru, bet var būt mazāk komfortabli garās sesijās.
  • Kupes dziļums un diametrs: Ietekmes toņa krāsa un piķa stabilitāte. Dziļāks kauss rada tumšāku, bagātāku skaņu un mēdz nedaudz pazemināt instrumenta soli; seklāks kauss atdzīvina toni un paaugstina toni, īpaši augšējā reģistrā. Kauss ietekmē arī piezīmju „slotēšanu” – cik droši katra nots jūtas harmonikā sērijā.
  • Ziemas gurnu izmērs un atstarpe: Rīkle (mazais caurums kausa apakšā) un muguras bore (koniskā pāreja, kas ved instrumentā) nosaka gaisa plūsmas pretestību un tūninga īpašības. Mazāks rīkle palielina izturību, kas var uzlabot izturību un dažreiz asināt piķis; lielāks rīkle ļauj vairāk gaisa plūsmu, aptumšo toni, un var saplacināt piķis. Muguras mugursvārku forma ietekmē arī pretestības līkni, mainot to, kuru harmonikas ir visvieglāk ražot.

Izvēloties pareizo iemuti, tiek panākts līdzsvars starp komfortu, vēlamo skaņu un tonizējošo precizitāti. Labi saskaņots iemutis var koriģēt hroniskās intonācijas tendences un uzlabot slotu veidošanos. Visaptverošai iemutņu atlases rokasgrāmatai apmeklējiet Baha iemutņu rokasgrāmatu.

Akustiskā pretestība un noskaņojums

Izsmalcināta misiņa skaņojuma izpratne ietver akustiskās pretestības koncepciju. Instrumenta caurules un zvans veido rezonatoru ar pretestības virsotnēm tā rezonanses frekvencēs. Šīs virsotnes atbilst harmonikas sērijas notis. Šo virsotņu augstums un asums nosaka, cik viegli piezīmju „pieslēgšana” (sloti) un cik izturīga tā ir nelielas novirzes metienā. Labi konstruētam instrumentam ir spēcīgas, vienmērīgi izvietotas pretestības virsotnes, kas atbilst katras harmonikas vēlamā augstumam. Spēlētāji to jūt kā “mirušu vietu”, kad virsotne ir vāja vai no melodijas.

Zvanu izlīdzināšana darbojas kā pretestības transformators, ļaujot stāvošajiem viļņiem efektīvi izstarot skaņu, vienlaikus ietekmējot augšējo harmoniku skaņojumu. Izvelkot vai stumjot skaņošanas slīdni, spēlētājs maina visu pretestības maksimumu komplektu, paceļot vai pazeminot visas piezīmes vienādi. Tomēr efekts nav perfekti lineārs-zāli zvana signāla beigu korekcijas mainās ar frekvenci, tāpēc skaņošana vienā notē negarantē, ka visi citi ir vienādībā. Tāpēc misiņa spēlētāji bieži pārbauda to skaņošanu vairākās piezīmēs visā diapazonā, ne tikai standarta koncertspitch atsauce.

Praktiskās noskaņošanas stratēģijas Brass Players

Lai panāktu precīzu skaņošanu, ir vajadzīgs kas vairāk nekā tikai slīdņu pielāgošana. Šeit ir realizējamas metodes, kas apvieno fizikas izpratni ar muzikalitāti:

  1. Izmantojiet uzticamu skaņotāju kā ceļvedi, nevis kruķi: Elektroniskie skaņotāji vai tuninga lietotnes palīdz ātri noteikt pitch neatbilstības. Tomēr uzticieties savām ausīm-tuneriem mēra vienādu temperamentu, bet ansambļa skaņošana bieži prasa nelielas korekcijas, lai sasniegtu tikai intonāciju akordos. Apmāciet sevi dzirdēt sitienus (strāvas skaļumā), kas norāda ārpus laidiena intervālus.
  2. Regulāri pārbaudiet tūninga slīdņus: Pielāgojiet slīdņus, lai noregulētu toni, kā nepieciešams spēlējot. Uz trompetes galvenais tūninga slīdnis tiek izvilkts, lai pazeminātu kopējo soli; uz tromboniem skaņošanas slīdnis zvana sadaļā kalpo tam pašam mērķim. Vārstu instrumentiem katram vārstam var būt savs slīdnis, lai veiktu precizējošās konkrētās kombinācijas.
  3. Uzsildiet instrumentu: Spēlējiet garus toņus, lai instrumentu atskaņotu līdz stabilākai temperatūrai. Auksts instruments sacelsies soli, kad tas sasilst, tāpēc tikai pēc tam, kad caur instrumentu vairākas minūtes būs izpūsts silts gaiss.
  4. Lūpu svilpes un džinkstēšanas vingrinājumi palīdz attīstīt spēju saliekt piķis uz augšu vai uz leju. Labs uzdevums ir spēlēt piezīmi ar drone un lēnām saliekt to, līdz sitiens pazūd.
  5. Uzglabājiet savu instrumentu: Turiet vārstus un slīdņus eļļotus, lai tie darbotos gludi. Lipīgs slīdnis vai lēns vārsts var padarīt regulējošus pielāgojumus neprecīzus un nomāktus. Regulāra tīrīšana novērš uzkrāšanu, kas var mainīt iekšējos izmērus un ietekmēt regulēšanu.
  6. Klausies kritiski ansambļos: Tunings ir nepārtraukts process. Piemāciet savu ausi, lai dzirdētu pukstēšanu starp jūsu piezīmi un citiem, it īpaši unisona vai oktāvas ejās. Piemēram, ja jūsu A-440 sit ar oboe 's A, saliek savu metienu līdz sitiens lēni līdz nullei. Jo kordos, klausīties kvalitāti trešo un piektos - tie var būt nedaudz rūdīts no vienāda temperamenta skaņu perfekti līdzska.

Uzlaboti noskaņošanas paņēmieni

Profesionālie misiņa spēlētāji bieži izmanto alternatīvus pirkstu nospiedumus vai alternatīvas slīdpozīcijas, lai uzlabotu piķis sarežģītās ejas. Piemēram, trompete, izmantojot pirmo vārstu tikai G (koncerts F), var būt asa, jo trešā partitūra ir dabiski augsta, tāpēc, izmantojot 1-2 kombināciju, var radīt glaimotāju, vairāk in-tune versiju. Trombons spēlētāji iegaumē pārmaiņu pozīcijas katrai piezīmei, lai ļautu ātri pielāgot; piemēram, augstu Bb var spēlēt pirmajā pozīcijā (šarps) vai nedaudz ārā ceturtajā pozīcijā (flatter). Spēlējot ar drone piezīmi (no skaņotāja, tastatūras vai cita instrumenta) attīsta iekšējo ausi metienam. Daudzi misiņa pedagogi iesaka praktizēt svarus un arpelgios, klausoties drone iestatītu tonikam, pielāgojot katru piezīmi, lai mazinātu sitienu.

Izpratne par instrumenta idiosinkrāzēm, kuras harmonikas sērijas piezīmes mēdz būt asas vai plakanas, ir būtiska ātrai korekcijai. Piemēram, uz tipiska Bb trompetes, trešā daļa (rakstītais G) bieži ir asa, ceturtā daļa (rakstītais C) parasti ir laba, piektā daļa (rakstītais E) ir asa, un sestā daļa (rakstītais G virs personāla) ir plakana. Atceroties šīs tendences, spēlētājs var iepriekš pielāgot embouchure vai izvēlēties alternatīvu pirkstu nospiedumu.

Spēlētāja ietekme: Embouchure un gaisa atbalsts

Nav diskusiju par misiņa tūnings ir pabeigta, bez risinot spēlētāja fizisko korekcijas. Embouchure tieši ietekmē piķi, kontrolējot spriedzi un masu vibrējošo lūpu audu. Stingrākas lūpas ražot augstāku piķis, bet irdenākas lūpas zemāk to. Gaisa ātrums ir vienlīdz svarīgi: ātrāks gaiss (augstāks spiediens) paaugstina piķis, bet lēnāka gaisa pilieni to. Kvalificēti spēlētāji var apzināti asināt vai saplacināt piezīmi līdz ceturtdaļas toni vai vairāk, ļaujot viņiem labot intonāciju bez pārvietojas slīdni. Tas ir būtiski spēlē hords tikai intonācijas, kur trešais no horda var būt nepieciešams samazināt par 14 centiem, lai skaņu tīru.

Šī spēja prasa lielisku elpas atbalstu un muskuļu kontroli. Daudzi misiņa audzinātāji iesaka praktizēt garus toņus ar dronu, lai attīstītu šo iekšējo skaņošanas mehānismu. Drons nodrošina atsauces soli, un spēlētājam ir jāpielāgo savs embouchure un gaiss, lai novērstu sitienus, radot tīru unisona vai līdzskaņu intervālu. Laika gaitā spēlētājs veido psihisku karti iemutņa pretestībai un instrumenta reakcijai, ļaujot momentāni koriģēt izpildījuma laikā.

Secinājums

Fizika, kas ir aiz misiņa instrumentu tūninga, apvieno skaņu viļņu zinātni, instrumentu dizaina mehāniku un spēlētāja prasmi. Apgūstot to, kā caurulīšu garums, temperatūra, iemutņu dizains un spēlēšanas tehnika ietekmē toni, mūziķi var atraisīt visu savu instrumentu potenciālu. Vienalga, vai esat iesācējs vai pieredzējis profesionālis, šo pamatprincipu saprašana ir atslēga, lai sasniegtu skaistus, precīzus misiņa toņus. Tunings ir ne tikai mehāniska darbība, bet nepārtraukta saruna starp spēlētāju, instrumentu un vidi – dialogs, kas pārvēršas mūzikā. Konsekventa prakse ar izpratni par šiem principiem pārveidos tūnēšanu no pastāvīgas cīņas par intuitīvu daļu no jūsu mākslinieces.