Fizica expansiunii termice în instrumentele de alamă

Instrumentele de alamă sunt instrumente de precizie fabricate din aliaje metalice de aluminiu, de obicei un amestec de cupru și zinc, care răspund previzibil la fluctuațiile de temperatură. Coeficientul de expansiune termică liniară pentru aliajele comune de alamă este de aproximativ 19 × 10-6 grade Celsius. Pentru a pune că, în termeni practici, o trompetă cu o lungime totală de tub de aproximativ 1,5 metri se va prelungi cu aproximativ 0.029 mm pentru fiecare creștere 1 °C. În timp ce acest număr pare mic, o schimbare cumulativă de temperatură 20 °C poate schimba instrumentul de pas cu mai multe cenți, forțând jucătorul să compenseze conștient.

Alama galbena (70% cupru, 30% zinc) si alama de aur (85% cupru, 15% zinc) au coeficienti de expansiune usor diferiti, dar variatia este minora mai putin de 5% diferenta. Ceea ce conduce cu adevarat sensibilitatea la temperatura este lungimea totala a tubului. Instrumente mai lungi, cum ar fi tuba si eufonii, experimenteaza o expansiune mai mare absoluta. De exemplu, o tuba BB cu 5,5 metri de tuba se va extinde aproape 0,1 mm per °C, suficient pentru a produce o schimbare de pas fundamentala in timpul unei performante.

Expansiunea termică nu are loc uniform pe instrument. Clopotul, ţeava de gură, tobogane de tuning şi tuburi de valvă toate au diferite grosimi, geometrii şi uneori diferite aliaje. Aceste dilatări diferenţiale pot introduce stres mecanic, în special la articulaţiile arse. Acesta este motivul pentru încălzire rapidă un instrument rece cu un uscător de păr sau plasarea în apropierea unui încălzitor este puternic descurajată.

Calculez Shiftul de pe șold

Schimbarea de teren cauzată de expansiunea metalelor poate fi estimată cu formula Δf/f = -α

Stiinta materialelor aliantelor de alama

Dincolo de coeficienţii de expansiune, diferite aliaje de alamă au conductivităţi termice distincte şi răspunsuri mecanice. Alama roşie (90% cupru, 10% zinc) are conductivitate termică mai scăzută decât alama galbenă, ceea ce înseamnă că încălzeşte şi răceşte mai încet. Instrumentele fabricate din alamă roşie, de multe ori mai bine anunţate pentru tonul lor întunecat, mai cald poate dura mai mult timp pentru a stabiliza nivelul de temperatură în schimbare. Argintul de nichel, utilizat în mod obişnuit pentru componentele valvei şi tuburile de alamă, conţine cupru, zinc şi nichel, dar nu argintiu. Coeficientul său de expansiune este mai mic decât cel al al alamei galbene (aproximativ 16 × 10−6 pe °C), ceea ce îl face mai stabil în dimensiune.

Factorul de gură

Bucăţelele bucale reci sunt de obicei realizate din alamă (de multe ori cu placare de argint sau aur) şi sunt mici în masă, astfel încât ajung rapid la echilibrul termic. Un mustiţă rece poate atrage căldură de la buzele jucătorului, afectând flexibilitatea şi confortul embouchure. Mai critic, dilatarea piesei bucale se schimbă gât şi dimensiunile backbore, care modifică rezistenţa şi intonaţia. O piesa bucală care se extinde uşor va reduce pas global instrument, dar efectul este mai puţin pronunţat decât cea a tubului principal. Cu toate acestea, interfaţa dintre piesa bucală şi ţeava de plumb este o sursă comună de probleme de relaxare în temperaturi extremes. O fitness strâns în condiţii de frig devine liber atunci când scurgeri de aer cald, potenţial cauzatoare.

Jucătorii care interpretează în climate variabile păstrează adesea două piese pentru gură: una mai ușoară pentru încălzire rapidă și una mai grea pentru pas stabil odată ce instrumentul este la temperatură. Acest lucru este în special comun în rândul cântăreților de trompetă orchestral profesionist care trec între orchestre de groapă rece și etape calde.

Valva și alunecare mecanica sub stresul de temperatură

Valvele și diapozitivele sunt cele mai sensibile mecanic ale unui instrument de alamă. Se bazează pe toleranțe strânse (de multe ori mai puțin de 0,05 mm clearance) și lubrifiere corespunzătoare. Temperatura afectează atât dimensiunile metalice, cât și vâscozitatea lubrifiantului. Sub 10 °C, majoritatea uleiurilor de valvă pe bază de petrol se îngroașă, cauzând acțiune de supapă lentă; sub congelare, acestea pot congela în întregime. Uleiuri sintetice au o gamă de operare mai largă, de obicei până la -20 °C, dar chiar își pierd eficacitatea la frig extrem.

La căldură mare (peste 35 °C), uleiurile se subţiază şi pot rula, lăsând valvele uscate şi predispuse la zgâriere. Unsoarele cu tobogan pe bază de siliciu pot deveni runny în timpul verii, determinând ca alunecarea să se simtă slăbită şi necesită o reaplicare frecventă. Interpunerea dintre carcasa valvei şi piston este critică. Un tub de alamă se extinde mai repede decât un piston cu nichel sau Monel, care poate provoca legarea. Monel (un aliaj de nichel-cupper) este favorizat pentru valvele cu piston datorită coeficientului său de expansiune scăzut şi rezistenţei sale excelente la coroziune. Valvele rotative, comune pe coarnele franceze şi eufonii, folosesc un mecanism diferit şi corzi care pot fi întărite şi în condiţii meteorologice reci datorită clearance-urilor precise ale rotorului.

Selecţie lubrifiantă pentru climă

Muzicienii care efectuează în climate variabile ar trebui să aleagă lubrifianții adaptați la condițiile:

  • Vremea rece (sub 10 °C): Utilizați uleiuri de supapă sintetică subțire (de exemplu, Hetman 1, Blue Juice) și unsoare cu alunecare ușoară. Evitați lubrifianții pe bază de apă care pot îngheța și provoca lipirea.
  • Vremea caldă (peste 30 °C): Treceți la uleiuri mai grele (de exemplu, Hetman 2 sau 3) și unsoare mai groase (de exemplu, Yamaha Slide Grease). Reaplicați-vă înainte de fiecare sesiune de joc.
  • Condiții de umezeală: Luați în considerare tratamentele anti-coroziune pe arcuri și carcase de supape.Ambalaje de gel de siliciu în cazul ajută la controlul umezelii.

Curățarea și relubricarea regulată sunt esențiale atunci când se deplasează între temperaturi extreme. O încălzire completă cu tonuri lungi distribuie lubrifianți uniform înainte de pasajele solicitante.

Rolul umezelii şi al condensării

Schimbările de temperatură sunt aproape întotdeauna însoţite de schimbări de umiditate. Aerul cald ţine mai multă umiditate. Când un instrument de alamă rece intră într-o cameră caldă, umedă, formele de condens pe toate suprafeţele, în interiorul tubului, pe tulpinile valvei şi sub slide-uri. Această umiditate spală lubrifianții, accelerează coroziunea, şi creează sunete de strung în timpul jocului. Condensarea în interiorul ţeavă şi alunecare de tuning este deosebit de problematică, deoarece perturba coloana de aer şi provoacă pulverizare.

Dacă condensul nu este șters după joc, promovează putregaiul roșu (dezincificare), o formă de coroziune care se hrănește la alamă, lăsând o suprafață roșie, poroasă. Rotul roșu este ireversibil și duce adesea la scurgeri în tubulatură și articulații de lipit. Pentru a atenua acest lucru, muzicienii ar trebui să se usuce instrument interior cu un tampon sau pânză fără scame după fiecare utilizare, în special după mișcarea între medii contrastante. Unii jucători depozita un pachet desicant în interiorul cazului pentru a absorbi umiditate reziduală. tampoane sintetice moderne, cum ar fi tampoanele Protec sau Envy, sunt eficiente pentru toate instrumentele de alamă.

Coroziune și purtare pe termen lung

Cicluri repetate de condensare și uscare accelerează coroziunea la îmbinările de lipit și cusături. Instrumentele cu finisaje de lac sau placate oferă o anumită protecție, dar interiorul este întotdeauna expus. O curățare anuală aprofundată de către un tehnician profesionist, inclusiv o baie de densă, îndepărtarea depozitelor, și re-lubricare poate prelungi o viață instrumentară. Pentru muzicieni de turneu sau cei care joacă în aer liber, o curățare de la mijlocul sezonului este, de asemenea, recomandat.

Răspuns specific instrumentului la temperatură

Diferite instrumente de alamă au sensibilitate la temperatură distinctă datorită proiectării, lungimii tubului şi tehnicii de joc.

Trompeta, Cornet și Flugelhorn

Aceste instrumente au tub relativ scurt (1.3 .5 m) şi diametre de mică durată. Ele răspund rapid la schimbările de temperatură, deoarece masa metalică este scăzută. O trompetă poate atinge echilibrul în 10 . Cu toate acestea, toboganul de tuning este scurt, astfel încât compensaţia pentru drift de teren este limitată. Jucătorii de trambulină se bazează adesea pe embouchure şi ajustări diapozitive pentru fin-taching. Trompeta piccolo (jumătate din lungimea) este chiar mai sensibil; o schimbare 5 °C poate schimba pas cu 10 cenţi, necesită modificări de selecţie valvă-side.

Trombon

Trombonul lung tobogan principal (aproximativ 2,7 m într-un tenor, până la 3,5 m într-un trombon bas) este deosebit de afectat de temperatură. Condiţiile reci determină alunecarea să se contracte, făcând poziţiile mai scurte şi note mai clare. În schimb, căldura lungeşte alunecarea, aplatizarea notelor. Trombonul jucătorii trebuie să regleze poziţiile de alunecare în mod continuu în timpul încălzirii. Slide-ul de mână trebuie păstrat uleiat şi fără condens pentru a evita lipirea. Mulţi profesionişti folosesc un ulei de diapozitiv cu un indice de vâscozitate ridicat (de exemplu, Trombotină) pentru a menţine o acţiune consistentă în intervalul de temperatură.

Horn francez

Coarnele au un plic conic și folie complexă cu aproximativ 4 m de tub într-un corn dublu. Tubulatura extinsă le face foarte sensibile la temperatură. valvele rotative care utilizează rotoare și șir de osie pot deveni rigide în vreme rece, deoarece mecanismul rotor se bazează pe clearance-uri precise. Jucătorii de coarne folosesc adesea ulei rotor mai ușor în timpul iernii și ulei mai greu în timpul verii. Slide-ul de tuning pe un corn este, de asemenea, lung, permițând o gamă mai mare de ajustare. Unii jucători transporta un termometru mic pentru a verifica temperatura ambientală înainte de tuning.

Tuba și Euphonium

Aceste instrumente mari au cele mai multe tuburi (până la 9 m într-o tuba BB). Ei iau cel mai lung pentru a încălzi 20

Abordări istorice ale managementului temperaturii

Înainte de lubrifianți moderne și toleranțe de fabricație, jucătorii de alamă trebuia să fie resurse. În secolele al XVIII-lea și al XIX-lea, trupele militare care efectuau în aer liber în timpul iernii ar încălzi instrumentele lor de foc sau le înveli în țesături. Natural-trompet și corn jucătorii folosit escroci (secțiune tub detaşabil) pre-încălzit pentru a ajusta tuning-ul o practică care necesita transportarea mai multor escroci pentru temperaturi diferite. Invenția diapozitivului de tuning în secolul al XIX-lea a fost un răspuns direct la nevoia de corecție pe-the-fly pas fără schimbarea escroci.

Trompetele cu cheie și instrumentele de valvă timpurie aveau mecanisme mai puțin fiabile; vremea rece a cauzat adesea robinete să se lipească sau scurgeri. Jucătorii au dezvoltat obiceiul de a sufla aer cald în instrument înainte de a juca, și unele lămpi de ulei utilizate pentru a încălzi metalul. Astăzi, știința materialelor ne-a dat o stabilitate mai bună, dar fizica de bază rămâne aceeași. Înțelegerea acestei istorii ajută muzicienii moderni să aprecieze de ce răbdarea și încălzirea sunt nenegociabile.

Rutine de întreținere practice pentru schimbarea temperaturii

Pentru a menține performanța de încredere în timpul variațiilor de temperatură, includeți acești pași preventivi în rutina dumneavoastră:

  1. Pre-calziti instrumentul:[ Înainte de o performanță, jucați încet în instrument timp de 5
  2. Store la temperatura de joc: Păstrați instrumentul într-un mediu controlat înainte de un concert. Șocurile de temperatură bruscă sunt mai rele decât schimbările treptate. Utilizați un caz căptușit pentru a izola în timpul transportului. Unii jucători folosesc un capac de caz pentru izolare suplimentară.
  3. Utilizați lubrifianți specifici temperaturii: Comutați între clasele de ulei și unsoare de iarnă și vara. Păstrați lubrifiantul de rezervă în cazul dumneavoastră. Testați acțiunea valvei cu uleiurile pe care intenționați să le utilizați înainte de performanță.
  4. Verificați tuningul frecvent: După încălzire, jucați un pas de referință (de exemplu, concertul B
  5. Se usucă instrumentul după fiecare utilizare:[ Mai ales atunci când se deplasează de la un mediu cald la un rece, se formează condensul interior. Se utilizează un tampon pentru fiecare ramură. tampoane flexibile fac acest lucru ușor pentru toate instrumentele de alamă. Pentru tromboane, o pânză tras-through este eficientă.
  6. Rezervare profesională de două ori pe an: Înainte de iarnă și înainte de vară, pune un tehnician să-ți inspecteze și să curețe instrumentul. Ele pot înlocui sentimentele uzate, dopurile și arcurile care pot fi mai vulnerabile la temperaturi extreme.

Fixări de urgență pentru performanțe exterioare

Dacă trebuie să jucaţi în condiţii foarte reci (sub 5 °C), luaţi în considerare aceste sfaturi:

  • Purtaţi mănuşi subţiri pentru a vă menţine mâinile calde în timp ce menţineţi reacţia tactilă asupra valvelor.
  • Utilizați un capac de vânt sau un încălzitor portabil pe scenă pentru a crea un microclimat în jurul instrumentului.
  • Se suflă aer cald în piesa bucală înainte de a juca pentru a preîncălzi țeava de plumb (aveți grijă să nu condensați umiditatea).
  • Acceptaţi că notele parţiale pot necesita degete alternative pentru a rămâne în ton. În frig extrem, jucaţi-vă cu un mut pentru a reduce fluxul de aer şi menţineţi instrumentul mai cald.

Concluzie: Varietatea temperaturii de masterat

Schimbările de temperatură sunt un companion constant pentru muzicienii din alamă, care afectează expansiunea metalelor, vâscozitatea lubrifiantului, viteza coloanei de aer și chiar și jucătorul . Prin înțelegerea fizicii din spatele acestor efecte, selectarea lubrifianților adecvate, și adoptarea de obiceiuri proactive de întreținere, jucătorii pot minimiza perturbările și se pot concentra pe performanța expresivă.

Fie că sunteți un student trombonist care cântă într-o sală de bandă neîncălzită, un trompetist care cântă la festivaluri de vară sau un cântăreț tubă mărșăluind printr-o paradă rece, cheia este pregătirea. Câteva minute de încălzire conștientă și îngrijire atentă vă poate salva de dureri de cap inopinate și sughiț mecanic. Pentru citirea în continuare a științei instrumentelor alamă, consulta resurse precum Universitatea New South Wales Brass Acoustics page sau ghiduri de producător, cum ar fi ] Instrucțiuni de îngrijire Bach . Pentru scufundări mai profunde în efecte termice asupra acusticii muzicale, articole precum această lucrare de cercetare privind efectele temperaturii oferă date cantitative. În plus, Ghidul instrumentului Yamahas[FLT:] oferă o imagine de ansamblu asupra construcției și întreținere.

Amintiți-vă: instrumentul de alamă este un instrument de precizie care răspunde la mediul său. Lucrați cu ea, nu împotriva ei, și veți produce sunet frumos indiferent de anotimp.