Духовой инструмент - Wind instrument

Эта статья о музыкальных инструментах. Об устройстве, используемом для измерения скорости и направления ветра, см. Анемометр.
Эрке, духовой инструмент Аргентины

А духовой инструмент это музыкальный инструмент который содержит какой-то тип резонатор (обычно труба), в которой столб воздуха приводится в вибрацию, когда игрок дует в (или над) мундштук устанавливается на конце резонатора или рядом с ним. Шаг вибрации определяется длиной трубки и ручным изменением эффективной длины вибрирующего столба воздуха. В случае некоторых духовых инструментов звук получается путем продувания тростника; другие требуют гудения в металлический мундштук, в то время как третьи требуют, чтобы игрок дул в отверстие на краю, которое разделяет столб воздуха и создает звук.

Способы получения разных заметок

  • Использование разных воздушных колонн для разных тонов, например, в Флейта Пана. Эти инструменты могут играть сразу несколько нот.
  • Изменение длины колеблющегося столба воздуха путем изменения длины трубки с помощью задвижек (видеть поворотный клапан, поршневой клапан ) которые направляют воздух через дополнительную трубку, тем самым увеличивая общую длину трубки, уменьшая основной шаг. Этот метод используется почти на всех латунные инструменты.
  • Изменение длины колеблющегося столба воздуха путем удлинения и / или укорачивания трубки с помощью скольжение механизм. Этот метод используется на тромбон и слайд-свисток.
  • Изменение частоты вибрации через открытие или закрытие отверстий в боковой части трубки. Это можно сделать, закрыв отверстия пальцами или нажав на ключ который затем закрывает отверстие. Этот метод используется почти во всех деревянные духовые инструменты.
  • Заставляя столб воздуха колебаться на разных гармониках, не изменяя длины столба воздуха (см. натуральный рог и гармонический ряд ).

Почти все духовые инструменты используют последний метод, часто в сочетании с одним из других, для расширения своего регистра.

Типы

Духовые инструменты обычно делятся на две группы:[1]

Хотя духовые инструменты изначально делались из меди, а деревянные духовые инструменты традиционно делались из дерева, названия относятся к методу, с помощью которого игрок воспроизводит звук, а не к звуку. материал инструмента, которые могут отличаться. Например, саксофон обычно изготавливается из латуни, но классифицируется как деревянные духовые инструменты, поскольку издает звук с вибрирующим тростник. С другой стороны, диджериду, деревянный Корнетт (не путать с корнет, который сделан из латуни), а змея все сделаны из дерева (или пластиковых трубок, в случае современных змей), а олифант сделан из слоновая кость, но все они принадлежат к семейству духовых инструментов, поскольку вибрация производится губами музыканта.

  • В медных духовых инструментах сами губы исполнителя вибрируют, вызывая вибрацию воздуха внутри инструмента.
  • В деревянных духовых инструментах игрок:

в Hornbostel-Sachs схема классификация музыкальных инструментов, духовые инструменты классифицируются как аэрофоны.

Физика звукоизвлечения

Звук во всех духовых инструментах зависит от поступления воздуха в регулятор потока. клапан прикреплен к резонансной камере (резонатор ). В резонатор обычно представляет собой длинную цилиндрическую или коническую трубку, открытую на дальнем конце. Импульс высокого давления от клапана будет проходить по трубке в скорость звука. Это будет отраженный от открытого конца как обратный импульс низкого давления. При подходящих условиях клапан будет отражать импульс обратно с увеличенной энергией до тех пор, пока стоячая волна образует в трубке.

Рид инструменты, такие как кларнет или же гобой иметь гибкий тростник или язычки на мундштуке, образующие клапан с регулируемым давлением. Увеличение давления внутри камеры уменьшит перепад давления на язычке; трость откроется больше, увеличивая поток воздуха.[2][3]Увеличенный поток воздуха приведет к дальнейшему увеличению внутреннего давления, поэтому импульс высокого давления, достигающий мундштука, будет отражаться как импульс высокого давления обратно вниз по трубке. Стоячие волны внутри трубки будут нечетные числа, кратные четвертидлина волны,[4] с давлением пучность у мундштука, и давление узел на открытом конце. Трость вибрирует со скоростью, определяемой резонатор.

За Губа Рид (латунь ) инструментов, игроки контролируют напряжение в губах, так что они вибрируют под действием проходящего через них воздуха.[5][6] Они регулируют вибрацию так, чтобы губы были максимально закрыты, а поток воздуха был минимальным, когда импульс низкого давления достигает мундштука, чтобы отразить импульс низкого давления обратно вниз по трубке. Стоячие волны внутри трубки будут нечетные числа, кратные четвертидлина волны, с давлением пучность у мундштука, и давление узел на открытом конце.

За Air Reed (флейта и суетиться -флейта), тонкий скользящий воздушный слой (плоская струя), протекающий через отверстие (горловину) в трубе, взаимодействует с острым краем (губой), создавая звук.[7] Струя создается игроком при продувке через тонкую щель (дымоход). Для самописцев и дымоходных труб эта прорезь изготавливается производителем инструмента и имеет фиксированную геометрию. В поперечной флейте или пан-флейте прорезь делается музыкантами между губами.

Из-за акустических колебаний трубы воздух в трубе попеременно сжимается и расширяется.[8] Это приводит к попеременному потоку воздуха в трубу и из трубы через горловину трубы. Взаимодействие этого поперечного акустического потока с плоской струей воздуха вызывает на выходе из дымохода (в источнике струи) локализованное возмущение профиля скорости струи. Это возмущение сильно усиливается внутренней нестабильностью струи, когда жидкость движется к губам. Это приводит к глобальному поперечному движению струи в области губы.

Усиление возмущений струи из-за ее внутренней нестабильности можно наблюдать, глядя на клубок сигаретного дыма. Любое движение руки с сигаретой с небольшой амплитудой приводит к колебаниям струи, увеличивающимся с расстоянием вверх, и в конечном итоге к хаотическому движению (турбулентности). Такое же колебание струи может быть вызвано легким потоком воздуха в комнате, что можно проверить, помахав другой рукой.

Колебание струи вокруг губы приводит к колебаниям силы воздушного потока на губе. После третий закон у Ньютона губа оказывает на поток противоположную силу реакции. Можно продемонстрировать, что эта сила реакции является источником звука, который вызывает акустические колебания трубы.

Количественная демонстрация природы этого типа источника звука была предоставлена ​​Аланом Пауэллом.[9] при изучении плоской струи, взаимодействующей с острой кромкой в ​​отсутствие трубы (так называемый край кромки). Звук, излучаемый кромкой кромки, можно предсказать, измерив нестационарную силу, создаваемую струей на кромке кромки (губе). Звук, производимый реакцией стены на нестационарную силу потока вокруг объекта, также производит эоловый звук цилиндра, помещенного перпендикулярно воздушному потоку (явление поющей проволоки). Во всех этих случаях (флейта, эджетон, эоловый тон ...) звуковое воспроизведение не связано с вибрацией стены. Следовательно, материал, из которого сделана флейта, не имеет отношения к принципу создания звука. Существенной разницы между золотой или серебряной флейтой нет.[10]

Звук в флейте можно описать с помощью модели сосредоточенных элементов, в которой труба действует как акустический качель (система масса-пружина, резонатор ), который предпочтительно колеблется с собственной частотой, определяемой длиной трубки. Нестабильность струи действует как усилитель, передающий энергию от стационарного струйного потока на выходе из дымохода к колеблющемуся потоку вокруг губы. Труба образует со струей петлю обратной связи. Эти два элемента соединяются на выходе из дымохода и на губе. На выходе из дымохода поперечный акустический поток трубы возмущает струю. В области губы колебание струи приводит к генерации акустических волн, которые поддерживают колебания трубы.

Акустический поток в трубе для установившихся колебаний можно описать с помощью стоячие волны. Эти волны имеют узел давления у устья и другой узел давления на противоположном конце открытой трубы. Стоячие волны внутри такой открытой открытой трубки будет кратно полудлина волны.[4]

В грубом приближении трубка около 40 см. будут проявлять резонансы около следующих точек:

  • Для язычкового или язычкового инструмента: 220 Гц (A3), 660 Гц (E5), 1100 Гц (C # 6).
  • Для инструмента с воздушным язычком: 440 Гц (A4), 880 Гц (A5), 1320 Гц (E6).

Однако на практике получение диапазона музыкально полезных тембров от духового инструмента в значительной степени зависит от тщательного проектирования инструмента и техники игры.

Частота колебательные режимы зависит от скорость звука в воздухе, который меняется в зависимости от плотность воздуха. Изменение температуры и только в гораздо меньшей степени также изменение влажности влияет на плотность воздуха и, следовательно, на скорость звука, и, следовательно, влияет на настройку духовых инструментов. Эффект теплового расширения духового инструмента, даже духового инструмента, незначителен по сравнению с тепловым воздействием на воздух.

Колокол

Колокол кларнета си-бемоль

В колокол Духового инструмента - это круглое расширяющееся отверстие напротив мундштука. Он встречается на кларнетах, саксофонах, гобоях, валторнах, трубах и многих других инструментах. На медных духовых инструментах акустическая связь между каналом и внешним воздухом происходит в колоколе для всех нот, а форма колокола оптимизирует эту связь. Он также играет важную роль в преобразовании резонансы инструмента.[11] На деревянных духовых инструментах большинство нот выходит из самых верхних открытых тоновых отверстий; только самые низкие ноты каждого регистра полностью или частично выходят из колокола, и функция колокола в этом случае заключается в улучшении согласованности тона между этими и другими нотами.

Давление дыхания

Игра на некоторых духовых инструментах, особенно на тех, которые имеют высокое сопротивление давлению дыхания, увеличивает внутриглазное давление, который был связан с глаукома как потенциальный риск для здоровья. В одном исследовании 2011 года, посвященном медным и деревянным духовым инструментам, были обнаружены «временные, а иногда и резкие повышения и колебания ВГД».[12] Другое исследование показало, что величина увеличения внутриглазного давления коррелирует с внутриротовым сопротивлением, связанным с инструментом, и связывает периодическое повышение внутриглазного давления при игре на ветровых инструментах с высоким сопротивлением с частотой потери поля зрения.[13] Диапазон внутриротового давления, задействованный в различных классах этнических духовых инструментов, таких как Индейские флейты, как правило, ниже, чем у западных классических духовых инструментов.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бейнс, Энтони (1961). Музыкальные инструменты сквозь века. Хармондсворт: Пеликан.
  2. ^ Бенаде, Артур Х. (1990). Основы музыкальной акустики. Нью-Йорк: Дувр. п. 491.
  3. ^ Вулф, Джо. "Акустика кларнета: введение". Университет Нового Южного Уэльса. Получено 2010-12-12.
  4. ^ а б Вулф, Джо. "Открытые и закрытые трубы". Университет Нового Южного Уэльса. Получено 2010-12-12.
  5. ^ Бенаде, Артур Х. (1990). Основы музыкальной акустики. п. 391.
  6. ^ Вулф, Джо. "Акустика духовых инструментов (губ): введение". Университет Нового Южного Уэльса. Получено 2010-12-12.
  7. ^ Фабр, Бенуа; Гилберт, Джоэл; Хиршберг, Авраам; Пелорсон, Ксавьер (2012). «Аэроакустика музыкальных инструментов». Ежегодный обзор гидромеханики. 44 (1): 1–25. Bibcode:2012АнРФМ..44 .... 1Ф. Дои:10.1146 / аннурьев-жидкость-120710-101031.
  8. ^ Вулф, Джо. "Акустика флейты: введение". Университет Нового Южного Уэльса. Получено 2010-12-12.
  9. ^ Пауэлл, Алан (1961). «На острие». Журнал Акустического общества Америки. 33 (4): 395–409. Bibcode:1961ASAJ ... 33..395P. Дои:10.1121/1.1908677.
  10. ^ Колтман, Джон В. (1971). «Влияние материала на качество звука флейты». Журнал Акустического общества Америки. 49 (2B): 520–523. Bibcode:1971ASAJ ... 49..520C. Дои:10.1121/1.1912381.
  11. ^ «Создание гармонической последовательности нот с помощью трубы». hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
  12. ^ Гуннар Шмидтманн; Сюзанна Янке; Эгберт Дж. Зайдель; Вольфганг Зикенбергер; Ханс-Юрген Грейн (2011). «Колебания внутриглазного давления у профессиональных медных и деревянных духовых музыкантов в обычных условиях игры». Архив клинической и экспериментальной офтальмологии Грефе. 249 (6): 895–901. Дои:10.1007 / s00417-010-1600-х. HDL:10026.1/10195. PMID  21234587.
  13. ^ Дж. С. Шуман; Э. К. Массикотт; С. Коннолли; Э. Герцмарк; Б. Мухерджи; М. З. Кунен (январь 2000 г.). «Повышенное внутриглазное давление и дефекты поля зрения у исполнителей на духовых инструментах с высоким сопротивлением». Офтальмология. 107 (1): 127–133. Дои:10.1016 / s0161-6420 (99) 00015-9. PMID  10647731.
  14. ^ Клинтон Ф. Госс (август 2013 г.). «Внутриротовое давление в этнических духовых инструментах» (PDF). arXiv:1308.5214. Bibcode:2013arXiv1308.5214G. Получено 22 августа 2013. Сложить резюме. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

дальнейшее чтение

Компакт-диски с описанием духовых инструментов: "Microsoft Musical Instruments" (сейчас сняты с производства, но иногда доступны на Amazon) и "Tuneful Tubes?" ( http://sites.google.com/site/tunefultubes )

внешняя ссылка