Acești oameni de știință au explorat vibrațiile bune ale bundengan și didgeridoo

Rareori avem timp să scriem despre fiecare poveste științifică cool care ne iese în cale. Așadar, în acest an, difuzăm din nou o serie specială de postări Douăsprezece zile de Crăciun, evidențiind o poveste științifică care a căzut printre crăpături în 2020, în fiecare zi, între 25 decembrie și 5 ianuarie. Astăzi: fizica surprinzător de complexă a două pur și simplu instrumente construite: bundenganul indonezian și didgeridoo (sau didjeridu) aborigenului australian.

Bunengan este un instrument rar, pe cale de dispariție, din Indonezia, care poate imita sunetul gongurilor metalice și al tobelor din piele de vacă (kendangs) într-un mod tradițional. gamelan ansamblu. The didgeridoo este un instrument emblematic asociat cu cultura aborigenă australiană, care produce o singură notă zgomotoasă, joasă, care poate fi susținută continuu de jucători pricepuți. Ambele instrumente sunt un subiect de interes științific deoarece construcția lor relativ simplă produce o fizică surprinzător de complicată. Două studii recente asupra proprietăților lor acustice au fost prezentate la o întâlnire de la începutul lunii decembrie a Acoustical Society of America, desfășurată la Sydney, Australia, în colaborare cu Australian Acoustical Society.

Bunenganul a apărut cu vânători de rațe indoneziene ca protecție împotriva ploii și a altor condiții nefavorabile în timp ce sunteți în câmp, dublând ca instrument muzical pentru a trece timpul. Este o structură cu jumătate de dom țesute din despicaturi de bambus pentru a forma o rețea de zăbrele, încrucișată în partea de sus pentru a forma cupola. Acea cupolă este apoi acoperită cu straturi de teci de bambus ținute pe loc cu fibre de palmier de zahăr. Muzicienii stau de obicei cu picioarele încrucișate în interiorul rezonatorului în formă de cupolă și apucă corzile și barele pentru a cânta. Coardele produc sunete metalice, în timp ce plăcile din interior generează sunete de percuție asemănătoare tobei.

Gea Oswah Fatah Parikesit de la Universitas Gadja Mada din Indonezia a studiat fizica și acustica bundengan-ului de câțiva ani. Și da, poate cânta la instrument. „Trebuia să învăț să fac cercetarea”, a spus el în timpul unei conferințe de presă. „Este foarte dificil pentru că ai două stiluri diferite de blocare pentru partea dreaptă și stângă. Mâna dreaptă este pentru melodie, pentru coardă, iar stânga este pentru ritm, pentru a ciupi acordurile.”

O mare parte din Parikesit cercetări anterioare pe bundengan axat pe metalul/percuția neobișnuit sunetul corzilor, în special rolul critic jucat de plasarea clemelor de bambus. El a folosit simulări computaționale ale vibrațiilor corzilor pentru a obține o perspectivă asupra modului în care a fost produs sunetul specific asemănător unui gong și cum se schimbă acele vibrații odată cu adăugarea de cleme de bambus situate la diferite secțiuni ale șirului. El a descoperit că adăugarea clemelor produce două vibrații de frecvențe diferite în locații diferite de pe coardă, secțiunea mai lungă având o vibrație de înaltă frecvență în comparație cu vibrația de frecvență mai joasă a părții mai scurte a coardei. Aceasta este cheia pentru a produce un sunet asemănător unui gong.

De data aceasta, Parikesit a fost intrigat de faptul că mulți muzicieni bundengan au observat că instrumentul sună mai bine umed. De fapt, în urmă cu câțiva ani, Parikesit a participat la un concert bundengan la Melbourne în timpul verii, când era foarte cald și uscat – atât de mult încât muzicienii și-au adus propriile sticle cu pulverizator de apă pentru a se asigura că instrumentele rămân (de preferință) complet umede.

„Un element cheie între versiunile uscate și umede ale bundengan-ului sunt tecile de bambus – materialul folosit pentru a stratifica peretele instrumentului”, a spus Parokesit. „Când bundengan-ul este uscat, tecile de bambus se deschid și asta are ca rezultat conexiuni mai slăbite între tecile vecine. Când bundengan-ul este umed, tecile tind să formeze o formă ondulată, dar deoarece sunt ținute de frânghii, formează conexiuni strânse între teci vecine”.

Tensiunea rezultată permite tecilor să vibreze împreună. Acest lucru are un impact semnificativ asupra sunetului instrumentului, luând o calitate „twangier” atunci când este uscat și un sunet mai mult de gong metalic când este umed. Parikesit a încercat să facă bundengan-uri cu alte materiale: hârtie, frunze, chiar și materiale plastice. Dar niciunul dintre acestea nu produce aceeași calitate a sunetului ca teaca de bambus. În continuare, intenționează să investigheze alte instrumente muzicale făcute din teci de bambus. „Ca indonezian, am o motivație suplimentară, deoarece bundenganul este o parte din moștenirea noastră culturală.” spuse Parikesit. „Încerc tot posibilul să susțin conservarea și documentarea bundenganului și a altor instrumente indoneziene pe cale de dispariție.”

Cuplare cu tractul vocal uman

Între timp, John Smith de la Universitatea din New South Wales este la fel de intrigat de fizică și acustică de didgeridoo. Instrumentul este construit din trunchiul sau ramurile mari ale arborelui de eucalipt. Trucul este să găsești un copac viu cu multă activitate de termite, astfel încât trunchiul să fie scobit, lăsând doar coaja de alburn viu. Un trunchi gol corespunzător este apoi tăiat, curățat, scoarța îndepărtată, capetele tăiate și exteriorul modelat într-un cilindru sau con lung pentru a produce instrumentul final. Cu cât instrumentul este mai lung, cu atât tonul sau cheia sunt mai mici.

Jucătorii își vor vibra buzele pentru a cânta didgeridoo într-o manieră similară cu instrumentele cu valve de buze, cum ar fi trompetele sau trombonele, cu excepția celor care folosesc un mic muștiuc atașat la instrument ca interfață. (Uneori se adaugă o margine de ceară de albine la capătul muștiucului de didgeridoo.) Jucătorii folosesc de obicei respirația circulară pentru a menține acea dronă continuă și joasă timp de câteva minute, practic inspirând prin nas și folosind aerul stocat în obrajii umflați pentru a continua să producă sunetul. este cuplarea a instrumentului cu tractul vocal uman asta face fizica atât de complexă, după Smith.

Smith a fost interesat să investigheze modul în care modificările în configurația tractului vocal au produs modificări timbrale în modelul ritmic al sunetelor produse. Pentru a face acest lucru, „Trebuia să dezvoltăm o tehnică care să poată măsura proprietățile acustice ale tractului vocal al jucătorului în timpul jocului”, a spus Smith în cadrul aceleiași conferințe de presă. „Acest lucru a implicat injectarea unui semnal de bandă largă în colțul gurii jucătorului și utilizarea unui microfon pentru a înregistra răspunsul”. Acest lucru i-a permis lui Smith și cohortelor sale să înregistreze impedanța tractului vocal în diferite configurații în gură.

Rezultatele: „Am arătat că rezonanțe puternice în tractul vocal pot suprima benzile de frecvențe în sunetul de ieșire”, a spus Smith. „Benzile puternice de frecvențe rămase, numite formanți, sunt observate de auzul nostru, deoarece se încadrează în aceleași intervale ca și formanții pe care îi folosim în vorbire. Este un pic ca un sculptor care îndepărtează marmura și observăm bucățile care au rămas în urmă. „

Smith şi colab. a remarcat, de asemenea, că variațiile de timbru apar din cauza cântării jucătorului în timp ce cântă sau imitând sunete animale (cum ar fi dingo sau kookaburra), care produce multe frecvențe noi în sunetul de ieșire. Pentru a măsura contactul dintre corzile vocale, ei au plasat electrozi de ambele părți ale gâtului unui jucător și i-au folosit cu un curent electric mic de înaltă frecvență. Ei au măsurat simultan mișcarea buzelor cu o altă pereche de electrice deasupra și dedesubtul buzelor. Ambele tipuri de vibrații afectează fluxul de aer pentru a produce noile frecvențe.

În ceea ce privește ceea ce face un didgeridoo dezirabil care atrage jucătorii, măsurătorile acustice pe un set de 38 de astfel de instrumente – cu calitatea fiecăruia evaluată de șapte experți în șapte categorii subiective diferite – au produs un rezultat destul de surprinzător. S-ar putea crede că jucătorii ar prefera instrumente cu rezonanțe foarte puternice, dar contrariul s-a dovedit a fi adevărat. Instrumentele cu rezonanțe mai puternice au fost clasate cel mai rău, în timp ce cele cu rezonanțe mai slabe au fost evaluate mai bine. Smith, unul, crede că acest lucru are sens. „Aceasta înseamnă că propria lor rezonanță a tractului vocal poate domina timbrul notelor”, a spus el.