Termiskās ekspansijas fizika Brass Instrumentos

Misiņa instrumenti ir precīzi instrumenti, kas izgatavoti no metāla sakausējumiem, parasti vara un cinka maisījums, kas reaģē uz temperatūras svārstībām.Misiņa sakausējumu lineārās termiskās izplešanās koeficients ir aptuveni 19 × 10–6 uz grādu pēc Celsija. Praktiski trompete ar kopējo caurules garumu aptuveni 1,5 metri būs garāka par aptuveni 0,029 mm uz katru 1 °C pieaugumu. Lai gan šis skaitlis šķiet niecīgs, kumulatīva 20 °C temperatūras nobīde var mainīt instrumenta soli par vairākiem centiem, liekot spēlētājam apzināti kompensēt.

Dzeltenajam misiņam (70% vara, 30% cinka) un zelta misiņam (85% vara, 15% cinka) ir nedaudz atšķirīgi izplešanās koeficienti, bet variācija ir neliela - mazāka par 5% atšķirību. Kas patiešām dzen temperatūras jutību ir kopējais cauruļu garums. Ilgāki instrumenti, piemēram, tubas un eifonijas piedzīvo lielāku absolūto izplešanos. Piemēram, BB ˈ tuba ar 5,5 metru caurulīšu izplešanās gandrīz 0,1 mm uz °C, pietiekami, lai radītu ievērojamu fundamentālu piķa maiņu veiktspējas laikā.

Termoizplešanās nenotiek vienmērīgi visā instrumenta. Zvans, mutes caurule, tonēšanas slīdņi, un vārstu korpusi visi ir dažāda biezuma, ģeometrija, un dažreiz dažādi sakausējumi. Šīs diferenciālās izplešanās var ieviest mehānisku stresu, jo īpaši pie brazed locītavām. Tas ir iemesls, kāpēc strauji apkures aukstu instrumentu ar matu žāvētājs vai novietojot to pie sildītāja ir ļoti atturīgi - tas var velku slīdņus vai kreka lodēšanas šuves.

Aprēķina Pitch maiņu

Metāla izplešanās radīto piķis izmaiņu var novērtēt ar formulu Δf/f = -αΔT, kur α ir lineārais izplešanās koeficients. 10 °C temperatūras paaugstināšanās izraisa fundamentālo frekvenci noslīdēt par aptuveni 1,9 centiem (garāka caurule = zemāks piķis). Tomēr tā ir tikai daļa no stāsta. Siltais gaiss ir mazāk blīvs un ātrāk pārraida skaņu, paceļot piķis par aptuveni 3 centiem uz °C. Neto efekts ir atkarīgs no tā, cik ātri metāls izlīdzinās ar vidi. Auksts instruments, kas uzsilst siltā stadijā, sākotnēji spēlējot, spēlē asi, jo gaisa kolonna sasilst ātrāk nekā metāls. Tā kā metāls pamazām sasilst, metiens saplacina. Šī dinamiskā mijiedarbība izskaidro, kāpēc skaņa ir kustīgs mērķis pirmo 15–20 minūšu laikā.

Materiāli Ķīmijas sakausējumu zinātne

Papildus izplešanās koeficientiem, dažādiem misiņa sakausējumiem ir izteikti termiskās vadītspējas un mehāniskās reakcijas. Sarkanajam misiņam (90% vara, 10% cinka) ir mazāka siltumvadītspēja nekā dzeltenajam misiņam, kas nozīmē, ka tas sasilst un atdziest lēnāk. Instrumentiem, kas izgatavoti no sarkanā misiņa – bieži vien heraldizē to tumšāku, siltāku toni – var būt nepieciešams ilgāks laiks, lai stabilizētu piķi mainīgās temperatūrās. Niķeļa sudrabs, ko parasti izmanto vārstu sastāvdaļām un slīdcaurulēm, satur varu, cinku un niķeli, bet ne sudrabu. Tā izplešanās koeficients ir zemāks nekā dzeltenajam misiņam (apmēram 16 × 10–6 °C), padarot to dimensionāli stabilāku. Tāpēc daudzi profesionālie trompetes un tromboni izmanto niķeļa silvera vārstu apvalkus un ārējos slīdņus, kas saglabā labākus izplešanās koeficientus temperatūras svārstību laikā.

Muttgabala faktors

Mutēkļi parasti ir izgatavoti no misiņa (bieži ar sudraba vai zelta apšuvumu) un ir mazi masā, tāpēc tie ātri sasniedz siltuma līdzsvaru. Auksts iemutis var izdarīt siltumu no spēlētāja lūpām, ietekmējot embouchure elastību un komfortu. Kritiski, iemutņa izplešanās maina rīkles un muguras malas izmērus, kas maina pretestību un intonāciju. Iemutis, kas nedaudz paplašinās, pazeminās instrumenta kopējo soli, bet efekts ir mazāk izteikts nekā no galvenajām caurulēm. Tomēr interfeiss starp iemutni un svina cauruli ir kopīgs avots sēdvietu jautājumiem temperatūras galējās robežās - cieši fit aukstā stāvoklī kļūst brīvs, kad silts, potenciāli radot gaisa noplūdes.

Spēlētāji, kas uzstājas mainīgā klimatā, bieži saglabā divus iemutiņus: vieglāku — ātrai iesildīšanai un smagāku — stabilam solim, kad instruments ir līdz temperatūrai. Tas ir īpaši izplatīts starp profesionāliem orķestra trompetes spēlētājiem, kas pārslēdzas starp aukstās bedres orķestri un silto posmu.

Vārstu un slīdes mehānika temperatūras stresa apstākļos

Vārsti un slaidi ir vismehāniskāk jutīgās misiņa instrumenta daļas. Tie balstās uz stingrām pielaidēm (bieži vien mazāk par 0,05 mm atstarpēm) un pareizu eļļošanu. Temperatūra ietekmē gan metāla izmērus, gan smērvielas viskozitāti. Zem 10 °C, lielākā daļa naftas bāzes vārstu eļļu sabiezē, izraisot gausu vārstu darbību; zem sasalšanas, tās var pilnībā saplūst. Sintētiskajām eļļām ir plašāks darbības diapazons, parasti līdz -20 °C, bet pat tās zaudē efektivitāti ekstrēmi aukstā.

Augstas temperatūras (virs 35 °C) eļļas, kas ir plānas un var notecēt, atstājot vārstus sausus un noskrāpējot. Silīcija bāzes trombona smērvielas vasarā var kļūt niknas, izraisot slīdņa vaļīgumu un nepieciešamību pēc biežas atkārtotas uzklāšanas. Saskare starp vārsta korpusu un virzuli ir kritiska. Misiņa korpuss izplešas ātrāk nekā niķeļa plāksni vai Monela virzulis, kas potenciāli izraisa piesaistīšanos. Monels (niķeļa-vara sakausējums) ir labvēlīgs virzuļa vārstiem tā zemā izplešanās koeficienta un lieliskās korozijas pretestības dēļ. Rotari vārsti, kas ir raksturīgi franču ragiem un eifonijām, izmanto atšķirīgu mehānismu-rotorus un stīgas, kas var arī pastiprināties aukstā laikā, pateicoties rotora precīzajiem izvadiem.

Smērvielu izvēle klimatam

Mūziķiem, kas darbojas mainīgā klimatā, jāizvēlas smērvielas, kas pielāgotas apstākļiem:

  • Kold laikapstākļi (zem 10 °C): Izmanto plānas, sintētiskas vārstu eļļas (piemēram, Hetman 1, Blue Juice) un vieglas smērvielas uz ūdens bāzes, kas var sasalt un izraisīt pielipšanu.
  • Situāciju laiks (virs 30 °C): Pārslēdzies uz smagākām eļļām (piemēram, Hetman 2 vai 3) un biezākām slīdtaukām (piemēram, Yamaha Slide Grease). Atkārtoti pieteikties pirms katras spēles sesijas.
  • Tumības nosacījumi: Apsveriet pretkorozijas apstrādi uz vārstu atsperēm un apvalkiem. Silica gela pakas gadījumā palīdz kontrolēt mitrumu.

Regulāra tīrīšana un atkārtota lubrikācija ir būtiska, pārvietojoties starp temperatūras galējām vērtībām. Rūpīgi uzsildot ar gariem toņiem, vienmērīgi izdala smērvielas pirms prasīgām pasāžas.

Mitruma un kondensācijas nozīme

Temperatūras izmaiņas gandrīz vienmēr pavada mitruma maiņa. Siltais gaiss aiztur vairāk mitruma. Kad aukstā misiņa instruments iekļūst siltā, mitrā telpā, kondensācija veidojas uz visām virsmām – cauruļvados, uz vārstu kātiem un zem slīdņiem. Šis mitrums aizskalo smērvielas, paātrina koroziju un rada atsvaidzinošas skaņas spēles laikā. Kondensācija skalošanas un skaņošanas slaidā iekšpusē ir īpaši problemātiska, jo tas izjauc gaisa kolonnu un izraisa izsmidzināšanu.

Ja pēc spēles kondensācija netiek noslaucīta, tā veicina sarkano puvi (dezincifikāciju), korozijas formu, kas ēd prom pie misiņa, atstājot sarkanīgu, porainu virsmu. Sarkanā puve ir neatgriezeniska un bieži noved pie noplūdes cauruļvados un lodējamās locītavās. Lai to mazinātu, mūziķiem pēc katras lietošanas ir jānosusina instrumenta interjers ar tamponu vai bezsvītru audumu, īpaši pēc pārvietošanās starp kontrastējošām vidēm. Daži spēlētāji uzglabā mitruma uzsūcošo iepakojumu, lai absorbētu atlikušo mitrumu. Mūsdienu sintētiskie uztriepumi, piemēram, Protec vai Envy uztrieps, ir efektīvi visiem misiņa instrumentiem.

Korozijas un ilgtermiņa diegs

Atkārtoti kondensācijas un žāvēšanas cikli paātrina koroziju lodmetāla locītavās un šuve. Instrumenti ar lakotu vai pārklātu apdari piedāvā zināmu aizsardzību, bet interjers vienmēr ir atsegts. Rūpīga ikgadēja tīrīšana, ko veic profesionāls tehniķis, tostarp ultraskaņas vanna, nogulšņu noņemšana un atkārtota aizplūšana, var ievērojami pagarināt instrumenta dzīvi. Lai nodrošinātu mūziķu vai tolerantu darbību ārpus telpām, ir ieteicama arī sezonas vidus tīrīšana.

Instrumentiem specifiska reakcija uz temperatūru

Dažādiem misiņa instrumentiem ir izteikta temperatūras jūtība, kas saistīta ar dizainu, cauruļu garumu un spēlēšanas tehniku.

Trumpete, kornets un Flugelhorns

Šiem instrumentiem ir salīdzinoši īsas caurules (1,3–1,5 m) un mazi urbuma diametri. Tie ātri reaģē uz temperatūras izmaiņām, jo metāla masa ir zema. Trompete var sasniegt līdzsvaru 10–15 minūšu laikā pēc spēles. Tomēr tuninga slīdnis ir īss, tāpēc kompensācija par piķa dreifēšanu ir ierobežota. Trumpet spēlētāji bieži paļaujas uz embouchure un slīdēšanas korekcijas, lai veiktu precizēšanu. Piccolo trompete (puse garuma) ir vēl jutīgāka; 5 °C izmaiņas var mainīt pitch par 10 centiem, pieprasot vārstu puses izvēles izmaiņas. Flugelhorns, ar lielāku urbuma un konusveida konusveida, iesildīties nedaudz lēnāk, bet ir mazāk pakļauti ekstrēmām piķa šūpolēm, jo to meloniskā reakcija ir ļoti vāja.

Trombons

Trombona garo galveno slīdni (apmēram 2,7 m tenorā, līdz 3,5 m basa trombonā) īpaši ietekmē temperatūra. Aukstie apstākļi liek slīdni sarauties, liekot pozīcijām justies īsākām un pierakstiem asākai. Savukārt, karstums pagarina slīdni, līdz pat 3,5 m. Trombona spēlētājiem ir nepārtraukti jāpielāgo slīdpozīcijas iesildīšanās laikā. Rokas slīdni ir jātur ieeļļotu un bez kondensācijas, lai izvairītos no pielīpšanas. Daudzi speciālisti izmanto slīdeļļu ar augstu viskozitātes indeksu (piemēram, Trombotīns), lai saglabātu konsekventu darbību temperatūras diapazonos.

Francijas rags

Ragiem ir konusveida urbums un komplekss apvalks ar aptuveni 4 m caurulīšu dubulta rags. Plašā caurules padara tos ļoti jutīgi pret temperatūru. Rotācijas vārsti, izmantojot rotorus un stīgu savienojumus, var kļūt stīvs aukstā laikā, jo rotora mehānisms balstās uz precīzu klīrensu. Rag spēlētāji bieži izmanto vieglāku rotora eļļu ziemā un smagāku eļļu vasarā. Tūninga slīdēšana uz raga ir arī gara, kas ļauj veikt lielāku regulēšanas diapazonu. Daži spēlētāji veic nelielu termometru, lai pārbaudītu apkārtējās vides temperatūru pirms tūnēšanas.

Tuba un eifonija

Šie lielie instrumenti ir visvairāk caurules (līdz 9 m BB kubā). Tie aizņem visilgāk, lai iesildītos līdz pat 20–30 minūtes nepārtrauktas spēles. Viņu masveida metāla masa atpaliek no apkārtējās temperatūras izmaiņām, kas rada piķa nestabilitāti āra izpildījumu laikā. Tuba spēlētāji dažreiz izmanto tūninga slaidu pagarinātājus vai specializētas iemutņus, lai kompensētu pastāvīgu aukstumradītu plakanumu. Eufonijs ar to kompensācijas sistēmām ir nedaudz mazāk jutīgs, jo papildu caurules jau ir iesaistīti. Šo instrumentu vārsti ir lieli un prasa biezākas smērvielas aukstā laikā, lai izvairītos no gausuma.

Vēsturiskās pieejas temperatūras regulēšanai

Pirms mūsdienu smērvielām un ražošanas pielaidēm misiņa spēlētājiem bija jābūt atjautīgiem. 18. un 19. gadsimtā, militārās joslas, kas veic ārā ziemā, siltu savus instrumentus ar uguni vai wrap tos drānās. Dabisko trumpis un ragu spēlētāji izmantoja brokastis (atdalāmas caurules sekcijas) iepriekš sasildīti, lai pielāgotu tuning- prakse, kas nepieciešama, lai veiktu vairākus krūkus dažādām temperatūrām. Tūninga slaidu izgudrošana 19. gadsimtā bija tieša reakcija uz nepieciešamību pēc on-the-fly pitch korekcijas, nemainot crooks.

Atslēgas trompetes un agrīnā vārsta instrumentiem bija mazāk uzticami mehānismi; aukstais laiks bieži izraisīja vārstu pielipšanu vai noplūdi. Spēlētāji pirms spēlēšanas izstrādāja ieradumu iepūst siltu gaisu instrumentā, un daži izmantoja eļļas lampas, lai siltu metālu. Šodien materiālu zinātne mums ir devusi labāku stabilitāti, bet pamatā esošā fizika paliek tāda pati. Izpratne par šo vēsturi palīdz mūsdienu mūziķiem novērtēt, kāpēc pacietība un iesildīšanās ir neapgāžama.

Praktiskā uzturēšana Kārtība mainās temperatūras

Lai saglabātu uzticamu veiktspēju temperatūras šūpolēs, iestrādājiet šos preventīvos soļus savā rutīnas režīmā:

  1. Pirms uzsildiet savu instrumentu: Pirms izpildījuma 5–10 minūtes spēlējiet maigi instrumentā, lai pakāpeniski pieskaņotu metālam spēles temperatūru. Izvairieties no skaļas spēlēšanas līdz pat iesildīšanai, jo strauja izplešanās var radīt stresu lodmetāla locītavām.
  2. Store spēles temperatūrā: Pirms giga turēt instrumentu kontrolētā vidē. Pēkšņas temperatūras svārstības ir sliktākas nekā pakāpeniskas maiņas. Izmantojiet polsterētu kasti, lai izolētu transportēšanas laikā. Daži spēlētāji izmanto somas pārklājumu papildu izolācijai.
  3. Izmantojiet temperatūras smērvielas: Pārslēdziet starp ziemas un vasaras eļļas un tauku kategorijām. Saglabājiet rezerves smērvielu jūsu gadījumā. Pārbaudiet vārsta darbību ar eļļām, kuras plānojat izmantot pirms darbības.
  4. Tunkošana bieži: Pēc iesildīšanas atskaņojiet atsauces metienu (piemēram, B koncertu) un pēc vajadzības pielāgojiet galveno tūninga slīdni. Pēc 10–15 minūtēm vēlreiz pārbaudiet un atkal pamēģināsim. Āra apstākļos, pieskaņojiet to ik pēc 20 minūtēm.
  5. Izgatavojiet instrumentu pēc katras lietošanas reizes: Īpaši, pārvietojoties no siltas uz aukstu vidi, kondensācija veidojas iekšā. Katram zaram izmantojiet tamponu. Elastīgie tamponi atvieglos visu misiņa instrumentu lietošanu. Tromboniem efektīva ir izvilkšanas auduma izmantošana.
  6. Schedule profesionālā apkope divas reizes gadā: Pirms ziemas un pirms vasaras ir tehniķis pārbaudīt un tīrīt savu instrumentu. Tie var aizstāt nolietotus filcus, korķus un atsperes, kas var būt vairāk neaizsargāti ekstremālās temperatūrās.

Āra izpildījumu avārijas apzīmējumi

Ja jums ir spēlēt ļoti aukstā apstākļos (zem 5 °C), apsveriet šos padomus:

  • Valkāt plānus cimdus, lai saglabātu jūsu rokas silts, vienlaikus saglabājot taustes atgriezenisko saiti uz vārstiem.
  • Izmantojiet vēja vāku vai pārnēsājamo sildītāju uz skatuves, lai izveidotu mikroklimatu ap instrumentu.
  • Iepūtiet siltu gaisu iemutī pirms spēlēšanās, lai iepriekš sasildītu svina cauruli (uzmanieties, lai kondensētu mitrumu).
  • Pieņemsim, ka daļējas piezīmes var prasīt, lai citi pirkstaiņi paliktu melodija. Ārkārtīgi aukstā, spēlēt ar mēmu, lai samazinātu gaisa plūsmu un saglabātu instrumentu siltāku.

Secinājums: Temperatūras mainība

Temperatūras izmaiņas ir pastāvīgs pavadonis misiņa mūziķiem, ietekmējot metāla paplašināšanos, smērvielu viskozitāti, gaisa kolonnas ātrumu, un pat spēlētāja paša lūpu elastību. Izprotot fiziku aiz šiem efektiem, izvēloties atbilstošas smērvielas, un pieņemot proaktīvu apkopes paradumiem, spēlētāji var samazināt traucējumus un koncentrēties uz izteiksmīgu sniegumu.

Neatkarīgi no tā, vai jūs esat students, kas spēlē neapsildāmā grupas telpā, tūrists, kas uzstājas vasaras festivālos, vai tuba spēlētājs, kas soļo cauri vēsai parādei, atslēga ir sagatavošanās. Dažas minūtes apzinātas iesildīšanās un pārdomātas aprūpes var glābt jūs no intonācijas galvassāpēm un mehāniskām žagām. Lai sīkāk izlasītu misiņa instrumentu zinātni, konsultējieties ar resursiem, piemēram, Jaundienvidvelsas universitātes Brasas Akustikas lapa vai ražotāja rokasgrāmatas, piemēram, Bach aprūpes instrukcijas. Dziļākai ienirtiem siltuma efektiem uz muzikālo akustiku, raksti, piemēram, šis izpētes dokuments par temperatūras efektiem] sniedz kvantitatīvus datus. Turklāt Yamahas instrumentu ceļvedis piedāvā lielisku pārskatu par misaja konstrukciju un apkopi.

Atcerieties: jūsu misiņa instruments ir precizitātes instruments, kas reaģē uz apkārtējo vidi. Strādājiet ar to, nevis pret to, un jūs ražosiet skaistu skaņu neatkarīgi no sezonas.