Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с духовых инструментов )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эрке, духовой инструмент Аргентины

Духовой инструмент представляет собой музыкальный инструмент , который содержит некоторый тип резонатора (обычно трубку) , в котором колонна воздуха установлена в вибрацию от игрока дуть в (или более) в мундштуке набор на или вблизи конца резонатора. 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 [ править ]

  • Использование разных воздушных колонн для разных тонов, например, в пан-флейте . Эти инструменты могут играть сразу несколько нот.
  • Изменение длины вибрирующего столба воздуха путем изменения длины трубки через зацепляющие клапаны (см. 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 медных духовых инструментах .
  • Изменение длины колеблющегося столба воздуха путем удлинения и / или укорачивания трубки с помощью механизма скольжения . Этот метод используется на тромбоне и слайд-свистке .
  • Изменение частоты вибрации путем открытия или закрытия отверстий в боковой части трубки. Это может быть сделано путем покрытия отверстий с пальцами или нажатием клавиши , которая затем закрывает отверстие. Этот метод используется почти во всех деревянных духовых инструментах .
  • Заставить столб воздуха колебаться на разных гармониках без изменения длины столба воздуха (см. Естественный рог и гармонический ряд ).

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

Типы [ править ]

Духовые инструменты обычно делятся на две группы: [1]

  • Духовые инструменты ( валторны , трубы , тромбоны , эуфониумы и тубы )
  • Деревянные духовые инструменты ( блокфлейты , флейты , гобои , кларнеты , саксофоны и фаготы )

Хотя духовые инструменты изначально были сделаны из меди, а деревянные духовые инструменты традиционно делались из дерева, названия относятся к методу, с помощью которого игрок воспроизводит звук, а не к материалу инструмента, который может варьироваться. Например, саксофон обычно изготавливается из латуни, но классифицируется как деревянный духовой инструмент, потому что он производит звук с помощью вибрирующего язычка . С другой стороны, диджериду , деревянный корнет (не путать с корнетом , который сделан из латуни) и змея сделаны из дерева (или пластиковых трубок в случае современных змей), а олифант изслоновая кость , но все они принадлежат к семейству духовых инструментов, потому что вибрация производится губами музыканта.

  • В медных духовых инструментах сами губы музыканта вибрируют, вызывая вибрацию воздуха внутри инструмента.
  • На деревянных духовых инструментах игрок:
    • заставляет тростник вибрировать, что приводит в движение столб воздуха (как в саксофоне, кларнете , гобое или дудуке )
    • дует по фиппелю , по открытому отверстию и по краю (как в магнитофоне или окарине ), или
    • удары по краю открытого отверстия (как в флейте ).

В схеме классификации музыкальных инструментов Хорнбостеля-Сакса духовые инструменты классифицируются как аэрофоны .

Физика звукоизвлечения [ править ]

Производство звука во всех духовых инструментах зависит от входа воздуха в клапан регулирования потока, прикрепленный к резонансной камере ( резонатору ). Резонатора обычно представляет собой длинный цилиндрический или конической трубки, открытой на дальнем конце. Импульс высокого давления от клапана будет проходить по трубке со скоростью звука . Он будет отражаться от открытого конца как возвратный импульс низкого давления. При подходящих условиях клапан будет отражать импульс обратно с увеличенной энергией, пока в трубке не сформируется стоячая волна .

У язычковых инструментов, таких как кларнет или гобой, есть гибкий язычок 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 в трубку. Стоячие волны внутри трубки будет нечетными кратными четвертьволновой длиной волны , [4] с давлением анти-узелна мундштуке, и узел давления на открытом конце. Геркон колеблется с частотой, определяемой резонатором .

Для инструментов Lip Reed ( медные ) игроки контролируют напряжение своих губ, чтобы они вибрировали под воздействием проходящего через них воздуха. [5] [6] Они регулируют вибрацию таким образом, чтобы губы были максимально закрыты, а поток воздуха был минимальным, когда импульс низкого давления достигает мундштука, чтобы отразить импульс низкого давления обратно по трубке. Стоячие волны внутри трубки будут кратными четверти длины волны , с противоузлом давления на мундштуке и узлом давления на открытом конце.

Для воздуха Рид ( флейта и fipple -flute) инструменты, воздух листа тонкого выпаса (плоская струя) , протекающей через отверстие (рот) в трубах взаимодействуют с острым краем (губа) , чтобы генерировать звук. [7] Струя создается игроком при прохождении через тонкую щель (дымоход). Для самописцев и дымоходов эта прорезь изготавливается производителем инструмента и имеет фиксированную геометрию. В поперечной флейте или пан-флейте щель создается 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 (источник 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 шлейф 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. Согласно третьему закону 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 ...) звукоизвлечение не связано с вибрацией стены. Следовательно, материал, из которого изготовлена ​​флейта, не имеет отношения к принципу создания звука. Существенной разницы между золотой или серебряной флейтой нет. [10]

Звук в канавке можно описать с помощью модели с сосредоточенными элементами, в которой труба действует как акустический качель (система масса-пружина, резонатор ), который предпочтительно колеблется с собственной частотой, определяемой длиной трубы. 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 в терминах стоячих волн . Эти волны имеют узел давления в устье рта и еще один узел давления на противоположном конце открытой трубы. Стоячие волны внутри такой открытой-открытой трубки будут кратны половине длины 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).

На практике, однако, получение диапазона музыкально полезных тонов от духового инструмента в значительной степени зависит от тщательного проектирования инструмента и техники игры.

Частота колебательных мод зависит от скорости звука в воздухе, которая зависит от плотности воздуха . Изменение температуры и только в гораздо меньшей степени 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.

Белл [ править ]

Колокол кларнета си-бемоль

Колокол духового инструмента круглое, расширяющееся отверстие напротив мундштука. Он встречается на кларнетах, саксофонах, гобоях, валторнах, трубах и многих других инструментах. На медных инструментах акустическая связь между каналом и наружным воздухом происходит в колоколе для всех нот, а форма колокола оптимизирует эту связь. Он также играет важную роль в преобразовании резонансов инструмента. [11] На деревянных духовых инструментах большинство нот выходят 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 [ править ]

Игра на некоторых духовых инструментах, в частности на тех, которые связаны с высоким сопротивлением давлению дыхания, вызывает повышение внутриглазного давления , что связано с глаукомой как потенциальным риском для здоровья. В одном исследовании 2011 года, посвященном медным и деревянным духовым инструментам, были обнаружены «временные, а иногда и резкие подъемы 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 духовых инструментах с высоким сопротивлением с частотой потери поля зрения. [13] Диапазон внутриротового давления в различных классах этнических духовых инструментов, таких какИндейские флейты , как было показано, в целом ниже, чем классические западные духовые инструменты. [14]

См. Также [ править ]

  • Аэрофон
  • Концертная группа
  • Сокращение для оркестрового инструментария

Ссылки [ править ]

  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 . Проверено 12 декабря 2010 .
  4. ^ а б Вулф, Джо. «Открытые и закрытые трубы» . Университет Нового Южного Уэльса . Проверено 12 декабря 2010 .
  5. ^ Бенаде, Артур Х. (1990). Основы музыкальной акустики . п. 391.
  6. ^ Вулф, Джо. "Акустика духовых инструментов (губной язычок): введение" . Университет Нового Южного Уэльса . Проверено 12 декабря 2010 .
  7. ^ Фабр, Бенуа; Гилберт, Джоэл; Хиршберг, Авраам; Пелорсон, Ксавье (2012). «Аэроакустика музыкальных инструментов». Ежегодный обзор гидромеханики . 44 (1): 1–25. Bibcode : 2012AnRFM..44 .... 1F . DOI : 10.1146 / annurev-fluid-120710-101031 .
  8. ^ Вулф, Джо. «Флейтовая акустика: введение» . Университет Нового Южного Уэльса . Проверено 12 декабря 2010 .
  9. ^ Пауэлл, Алан (1961). «На острие». Журнал Акустического общества Америки . 33 (4): 395–409. Bibcode : 1961ASAJ ... 33..395P . DOI : 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 . DOI : 10.1121 / 1.1912381 .
  11. ^ «Создание гармонической последовательности нот с помощью трубы» . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu .
  12. ^ Гуннар Schmidtmann; 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. DOI : 10.1007 / s00417-010-1600-х . ЛВП : 10026,1 / 10195 . PMID 21234587 . S2CID 21452109 .  
  13. ^ JS Schuman; EC Massicotte; 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. DOI : 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 . Дата обращения 22 августа 2013 . Выложите резюме . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Дальнейшее чтение [ править ]

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

Внешние ссылки [ править ]