Antecedentes científicos

Consideraciones metalúrgicas

Traducido del artículo original "Scientific Background" de Soma Sound Sculptures por Handpan.es

 

Métodos de formación de los Shells

Formación a mano

La forma no mecánica de la vieja escuela de hacer un "Shell" para una escultura de sonido de acero es formándola golpe por golpe desde una lámina plana de metal (manual o neumáticamente). A medida que el metal recibe golpes de martillo con una fuerza más allá del límite elástico (punto de elasticidad), se deforma de forma permanente o plástica, como dicen los metalúrgicos. La capacidad de un material cristalino, como el acero, de deformarse plásticamente depende de la capacidad de movimiento de las dislocaciones en la estructura cristalina(En la ciencia de los materiales, una dislocación o dislocación de Taylor es un defecto cristalográfico o irregularidad dentro de una estructura cristalina. ... En tal caso, los planos circundantes no son rectos, sino que se doblan alrededor del borde del plano de terminación para que la estructura de cristal esté perfectamente ordenada en ambos lados) . Impedir el movimiento de las dislocaciones resultará en un fortalecimiento del material. La deformación plástica del metal con un martillo crea nuevas dislocaciones y las bloquea. Por lo tanto, el martillado a mano de una lámina de metal en un shell para esculturas de sonido de acero trabajará para endurecer el material. La capacidad de endurecimiento del acero depende principalmente de su contenido de carbono y manganeso. Además, cada deformación plástica dejará algunas tensiones (residuales) en la microestructura. Todos estos efectos tienen ventajas: el endurecimiento aumenta progresivamente el punto de rendimiento que sirve para crear áreas tonales estables. Las áreas tonales o tonefields permanecen afinados por más tiempo y no se deforman al tocarlos. Las tensiones residuales, especialmente las tensiones de compresión, son importantes para el ajuste. Sin estas tensiones, las notas no se podrían hacer vibrar a bajas frecuencias. Y, finalmente, la densidad de dislocación influye positivamente en las características de amortiguación, haciendo que el instrumento suene más alto.

Un buen acero para hundir a mano tiene que ser lo suficientemente dúctil (blando) para que se pueda hundir hasta una profundidad adecuada (por lo tanto, bajo en carbono) y endurecible por trabajo (pero no muy bajo en carbono, ya que el carbono intersticial ayuda a las pequeñas dislocaciones) .

Las desventajas de la formación a mano son la dependencia de los suministros de buen material, el tiempo para formar una cubierta, los posibles problemas de salud (síndrome de vibración mano-brazo) y la dificultad de formar una cubierta con una distribución de grosor regular (que complica la afinación y puede degradar el sonido; ver más abajo).


Hidroformación (Hydroforming)

La presión del agua puede ser cosechada para formar un shell de una lámina plana de acero sujeta. Es un proceso relativamente sencillo y fácilmente replicable. Se puede construir una máquina de conformación hidráulica para uso en talleres por alrededor de 2500 a 4000 euros. Como la cubierta hidroformada está mucho menos endurecida por el trabajo en comparación con una cubierta formada por martillo, debe endurecerse después, por ejemplo, con nitruración de gas (ver abajo). Sin embargo, la hidroformación es considerablemente más rápida que el hundimiento de martillo. Pero al igual que en la formación manual, la distribución del grosor de la capa final no es igual. Normalmente, el material se adelgaza gradualmente a medida que uno se mueve desde el borde hasta la parte superior de la cubierta. El adelgazamiento se puede controlar ajustando el deslizamiento de la hoja sobre los anillos de sujeción durante el proceso de formación.

 Dibujo (Drawing)

En el dibujo, el shell se forma por una prensa industrial con una capacidad de hasta 400 toneladas. Las herramientas para presionar la forma son muy caras, pero una vez hechas, la producción es muy rápida e industrializada. El dibujo es el único método de formación que puede producir conchas con distribuciones de grosor igual. Sin embargo, al igual que en la conformación hidráulica, el material debe endurecerse aún más para poder ser afinado (por ejemplo, a través de nitruración de gas; ver más abajo).

Rodillo y Giro (Rolling/Spinning)- Torno

Otra forma de crear shells es girando la hoja de metal y utilizando una herramienta de rodillo para moldearla en su forma y profundidad deseadas. Mientras que en el "spinning", la hoja no se sujeta y se enrolla sobre un mandril que tiene la forma deseada, en el "rolling", la hoja se sujeta y se forma exclusivamente por el rodillo. El proceso del "rolling" fue patentado por Pantheon Steel y se lanzó recientemente al público. La técnica del "rolling" parece ser más beneficioso para la formación de shells para Handpan que el "spinning", ya que la distribución del grosor se puede controlar mejor y se agregan más tensiones (dislocaciones) en el proceso de conformación.


Nitruración: endurecimiento y estresado del shell.

El proceso más común para endurecer las carcasas hidroformadas o estiradas es la nitruración con gas. Fue introducido al mundo del acero sonoro por PanArt, la compañía que construyó el Hang ®. En el proceso de nitruración, el nitrógeno atómico se introduce en las capas superficiales del acero bajo en carbono. Se lleva a cabo en una atmósfera de amoníaco durante períodos de 4-120 h (dependiendo de la profundidad de la capa de nitruración requerida) a temperaturas de 500-580C. Este proceso no solo crea una protección eficaz contra la corrosión, sino que reproduce las características beneficiosas del endurecimiento por trabajo: introducción de la tensión de compresión en la capa externa del metal, endurecimiento de la superficie (debido a la inhibición del movimiento de dislocación a medida que se agrega el nitrógeno atómico) y amortiguación inferior (magnetomecánica). Posiblemente el módulo de elasticidad y, por lo tanto, la fuerza de restauración (ver más abajo) también aumenten.

La ventaja de la nitruración con gas sobre el endurecimiento de trabajo puro reside en la capacidad de control y la repetibilidad del proceso. Se pueden explorar diferentes conjuntos de propiedades de las carcasas finales cambiando variables como el tiempo de nitruración, la temperatura, la presión atmosférica, el tiempo de enfriamiento (alarga las agujas de nitruro) y la composición del acero. Las últimas dos variables tienen una fuerte influencia en la cantidad de nitruros que se encuentran en el material. Especialmente el aluminio y el titanio en el material de acero bruto son formadores de nitruro muy potentes y deben ser controlados.

 Aliviar el estrés

Se puede lograr un mayor endurecimiento mediante un templado bajo antes y / o durante el proceso de ajuste. La aplicación cuidadosa del calor redistribuirá y disminuirá las tensiones residuales (macro). Por un lado, esto aumentará la estabilidad de la afinación a medida que se relajen las regiones de altas concentraciones de tensión, cercanas al punto de elasticidad de la deformación plástica. Por otro lado, un recocido a baja temperatura artificialmente "envejece" el material. La eliminación de la tensión conduce a una aceleración de la migración de carbono y nitrógeno (si está nitrurado) para fijar las dislocaciones, fortaleciendo así el material.

Otros métodos para aliviar y redistribuir las tensiones incluyen golpear el campo del tono con mucha fuerza con un palo o martillar con mucha oblicuidad (acción de "estiramiento").


Comentarios adicionales sobre el espesor (Distribución)

La rigidez a la flexión de una placa depende del módulo elástico del material, el "coeficiente de Poisson" del material y, en gran medida, del grosor de la placa. Una placa delgada tendrá una fuerza de restauración reducida (ver más abajo) en comparación con una más gruesa. Por lo tanto, será menos eficiente con el sonido (menor en amplitud de sonido; sonido "delgado") pero con un sustain más largo. Las vibraciones de una placa de acero delgada indican "baja impedancia" ya que se apagan fácilmente si un objeto, como la mano, permanece demasiado tiempo en ellas. Sin embargo, lo que es más importante, el uso de un material de origen demasiado delgado puede dar lugar a toques de mano con sonido metálico o incluso caótico (especialmente cuando se toca por fortificación), ya que la membrana realizará con mayor facilidad patrones de oscilación caóticos. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado para garantizar que el material no se adelgace demasiado en el proceso de hundimiento.

 Comentarios adicionales sobre la amortiguación

Los diferentes mecanismos de amortiguación en el instrumento incluyen: radiación acústica, amortiguación del material (magnetomecánica; que convierte la energía vibratoria en calor), pérdidas de transmisión a través del límite de la nota y conversiones de modo en pliegues, bordes y concentraciones de tensión (se convierten las ondas transversales acústicamente más eficientes en ondas longitudinales). La radiación acústica se maximiza al minimizar la amortiguación del material y las pérdidas de transmisión.

 

Preparaciones para el afinado


Cúpulas("Dimples") y orientación de notas.

Una vez que los "shells" están hechos, suficientemente estresados y endurecidos, hay dos pasos preparatorios que deben realizarse antes de que pueda comenzar el afinado. El primero es estampar o martillar los "dimples", en forma de cúpula o domo, en el centro de lo que más tarde serán los "tonefields", o áreas tonales.

La arquitectura de la cúpula es bien conocida por los gongs tradicionales en la música de Gamelan. Los artesanos del Gong en Java llama a la cúpula central, "ucheng", jefe.

Los Handpan generalmente se sintonizan con al menos tres frecuencias armónicas en una relación 1: 2: 3. Entonces, por ejemplo, en una nota A4 (440Hz; frecuencia fundamental), un primer parcial se sintoniza con un A5 (880Hz; primera frecuencia armónica; octava) y una segunda con un E5 (1320Hz; segunda frecuencia armónica; quinta compuesta).

La función principal del "dimple" en un Handpan es endurecer la parte central del área tonal. Una cúpula es una estructura altamente rígida que se usa ampliamente en arquitectura y naturaleza con fines de estabilidad (¡intenta apretar un huevo con la mano!). Moldear la parte central del área tonal en una cúpula rígida, afortunadamente, no afecta demasiado a la frecuencia fundamental. Sin embargo, la rigidez conduce, junto con el hecho de que un Handpan se toca con una baqueta muy suave (¡la mano!), a una extensión de los parciales de mayor frecuencia. Estos parciales superiores (sobre los primeros tres afinados armónicamente), si son demasiado audibles, pueden dar al acero un sonido agudo y, a veces, penetrante o metálico, especialmente cuando se toca fuerte. El "dimple" organiza o difunde las áreas vibracionales principales de estos parciales "metálicos" casi simétricamente alrededor y a una distancia de ellos, de manera que si se golpea el "dimple", estos parciales reciben un mínimo de energía de impacto y, por lo tanto, son apenas audibles. En cambio, la arquitectura del domo conduce la energía predominantemente en las frecuencias más bajas y sintonizadas. Además, y lo que es más importante, estos parciales superiores tendrán una mayor frecuencia debido al efecto de rigidez de la cúpula. Esto los hará decaer en amplitud más rápido. De lo contrario, crearán un sonido de timbre similar a una campana.

Dado que el domo también disminuye el coeficiente de acoplamiento no lineal cuadrático (consulta la explicación a continuación), los armónicos sintonizados por encima de la frecuencia fundamental también se amortiguan hasta cierto punto. Por lo tanto, un área tonal abovedado y tocada a mano tiende a mantener la energía de impacto en los parciales inferiores con un mayor énfasis en la frecuencia fundamental en relación con un área tonal sin cúpula. Este énfasis en las frecuencias más bajas en comparación con, por ejemplo, una nota de steelpan, hace que el sonido característico del Handpan suene más suave.

Además, la cúpula, que agrega rigidez al centro del área tonal y resiste las tensiones de tracción, aumenta la entonación y la estabilidad de la afinación. Esto significa que una escultura de sonido abovedada puede resistir impactos repetidos de la mano muy bien.

La orientación de la nota también puede desempeñar un papel importante en la calidad del sonido. Las mediciones de Morrison y Rossing indican que la radiación de sonido de la fundamental y la octava en un Hang ® es más intensa en el área de la nota y hacia el centro del instrumento(consultar gráficos en éste documento). El quinto compuesto irradia sonido de lado. Esto tiene implicaciones para el proceso de construcción: una nota cuyo quinto compuesto comparte la misma frecuencia con una octava de nota adyacente (por ejemplo, G4 adyacente y D5) puede hacer que el sonido de ambas notas sea impuro, creando un efecto de latencia molesto. La orientación de la nota de la nota con el compuesto quinto (el G4) debe ajustarse para que este efecto no se produzca.

La orientación de las notas también desempeña un papel en el acoplamiento de la radiación acústica a través del aire (aunque generalmente son débiles) y mecánicamente a través del acero (debido a las pérdidas de transmisión en el límite de la nota). Para disminuir el efecto de acoplamiento mecánico, se pueden "ocultar" notas que vibren por "simpatía" detrás de otras notas.

Además, dependiendo de la ubicación del intérprete en relación con el área tonal, el sonido se escuchará de manera diferente (especialmente el quinto compuesto). Si agregas reverberación de sala y armónicos esféricos (ver más abajo) a la ecuación, un área tonal, dependiendo de la orientación relativa al intérprete y dependiendo del tamaño de la sala y el tamaño de la cavidad del Handpan, puede sonar de manera muy diferente.

 

Conformación interna(Internote shaping)

Una vez que se han establecido los "dimples" y se han marcado los bordes aproximados de las áreas tonales, se debe endurecer toda el área entre ellos, el espacio interno. Este efecto de rigidez se producirá debido a un mayor endurecimiento por trabajo de las áreas martilladas y debido a un aumento de la curvatura (agregando rigidez a la flexión). Como las pérdidas de transmisión por vibración a través del límite de la nota disminuirán la energía que puede retenerse en el área tonal (un efecto de amortiguación), reducir el "sustain" y el volumen de la nota, aislandola adecuadamente, "bloqueando" las áreas tonales es crucial . El bloqueo depende de que el espacio entre areas tonales sea más rígido que el propio área tonal en sí, cerrado a través de un proceso denominado desajuste de impedancia mecánica. La membrana interna del área tonal, de menor impedancia y más rígida, no se pondrá fácilmente en movimiento vibratorio. Para endurecer el área interna, el material se curva y se endurece por el trabajo más que el área de la nota.

Sin embargo, el bloqueo nunca será perfecto. Por un lado, esto resultará en un cierto grado de pérdida de energía mecánica a medida que el límite del área tonal se establece en pequeñas vibraciones, por otro lado, esto permite que se realicen interacciones y acoplamientos mecánicos de nota-nota en todo el instrumento (como se mencionó anteriormente, obviamente, los acoplamientos más débiles también pueden tener lugar a través de la radiación acústica a través del aire).

 

Parámetros de ajuste


Geometría de la nota

Para vibrar u oscilar, una membrana requiere dos propiedades básicas: una calidad de rigidez o de resorte para proporcionar una fuerza de recuperación (energía) cuando se desplaza; e inercia (masa), lo que hace que el movimiento resultante sobrepase la posición de equilibrio (una fuerza de restauración más alta, aumentará la amplitud del sonido, bajará el "sustain" ("kick") y aumentará la frecuencia; una masa más alta tendrá el efecto opuesto). Por lo tanto, la membrana del área tonal de un Handpan se puede ver como un resorte. En su estado de afinación en una escultura sonora, esta membrana se encuentra bajo una gran cantidad de presión previa a la compresión (sí, tensión de tracción no de compresión como en una piel de tambor). Este resorte comprimido almacena energía potencial, que es una fuerza liberada cuando la mano golpea el área tonal. La energía potencial del resorte se transfiere a la energía cinética y de vuelta de la energía cinética a la energía potencial y así sucesivamente hasta que este movimiento vibratorio en curso pierda toda su energía a través de los efectos de pérdida de energía (debido a pérdidas mecánicas, amortiguación, acústica y radiación de calor).

La fuerza que siempre se dirige hacia la posición de equilibrio del resorte, que se opone al desplazamiento, se llama fuerza de recuperación. La fuerza de esta recuperación depende de la rigidez estructural, que a su vez es una función de la tensión previa y la forma del área tonal y sus condiciones de contorno. Dado que la cúpula agrega rigidez al campo de tono (ver arriba), las tensiones de compresión a lo largo del límite de la nota deben incrementarse para alcanzar las mismas frecuencias (bajas) fundamentales que sin una cúpula. Para aumentar el pre-esfuerzo(stress) de compresión sin que la fuerza de restauración de la membrana del área tonal se reduzca a cero (punto en el que la membrana alcanza una estabilidad cero y hace "clapping"), una cierta geometría de la nota ha demostrado ser favorable. Una estructura doblemente curvada, o anticlástica, tiene un eje de curvatura bajo compresión y el otro bajo tensión (vea la imagen a continuación). El aumento de la curvatura en una dirección conduce a la rigidez estructural y la resistencia en otra dirección. Por ejemplo, cada vez que sostiene una rebanada de pizza y curva la parte del borde para endurecer la rebanada para que no se doble (y derrame la salsa de tomate por toda la camisa), está empleando este efecto de fortalecimiento de la curvatura. Por lo tanto, las formas anticlásticas se usan a menudo en arquitectura para acoplar los beneficios de poco material con alta resistencia. En el proceso de sintonización, la membrana del área tonal debe estirarse en una forma anticlástica. No será posible simplemente deformar la membrana en esta forma, ya que no se puede construir con material de origen plano (si no cree que intente envolver un pedazo de papel sobre una pringle sin arrugar el papel). Lo que es importante aquí es que la anticlasticidad evita que la membrana altamente estresada realice movimientos caóticos, lo que da como resultado sonidos "tambaleantes" (ya que el patrón de oscilación no mostrará un canal estable), o incluso colapsará / se doblará bajo la carga de tensión aumentada.

 

                                                                         

                      Una pringle es un ejemplo claro de forma anticlástica.Añadiendo rigidez en una dirección se estabiliza la otra.

 

 

Afinación - Manipulación de modos de vibración.

Entonces, ¿qué sucede en el proceso de ajuste? Es básicamente un proceso de manipulación inducido por un martillo para lograr que al menos los tres modos de vibración más bajos oscilen en una relación de frecuencia de 1: 2: 3. Los tres modos comparten el límite de la nota como una "línea nodal" (área donde la membrana de la nota no vibra). El segundo y tercer modo de vibración tienen cada uno una línea nodal adicional perpendicular entre sí (la membrana, por lo tanto, vibra en estos modos con dos mitades del campo de tono en movimiento antifase). La acción de martilleo alrededor del límite de la nota establece los parámetros para la elasticidad del resorte de membrana y el esfuerzo de compresión. Solo las áreas de igual rigidez dinámica (en amplitud y dirección) definirán un límite de nota. Para los Steelpan, parece que una relación longitud / anchura del campo de tono de 5 a 4 produce fácilmente un segundo modo y un tercer modo de vibración en una relación de frecuencia de 2: 3. Debido a la arquitectura del domo (ver arriba) en un Handpan, esta relación puede variar significativamente entre las notas en el mismo instrumento y entre los constructores.

A medida que los áreas tonales de un Handpan están bajo tensión compresiva, la frecuencia de la fundamental cambiará con los cambios en la tensión compresiva (más tensión disminuye la frecuencia fundamental). Esta es también la razón por la que las notas tienden a desviarse "agudamente" (aumentar la frecuencia) a medida que las tensiones se alivian con el tiempo.

Los modos de vibración más altos, concretamente cuarta y quinta, especialmente en las notas más bajas, como el campo de tono central, la zona del "Ding" (donde estos modos no son lo suficientemente rígidos como para ser de corta duración), también pueden crear tonos audibles. A veces se les llama "tonos del Shoulder" en la jerga Handpan. Su carácter es similar a un sonido de campana. A diferencia del modo 2 y 3, tienen una línea nodal adicional. Para aislarlos, basta con un toque ligero con un elemento puntiagudo al final del área de la octava (modo 4) y en las áreas de "esquina" del área tonal (modo 5). En un área tonal abovedada, sus frecuencias generalmente caerán en algún lugar alrededor de la tercera octava de la fundamental. En estas frecuencias altas, el sonido generalmente decae rápidamente si no se excita directamente en su "punto dulce" vibratorio (como se describe más arriba) o mediante la excitación paramétrica o los efectos de acoplamiento (ver más abajo). Sin embargo, por lo general, están muy estrechamente distribuidos en el espectro de sonido (con una diferencia de 50 a 100 cts). Ajustar uno de estos modos a la tercera octava puede cambiar significativamente el brillo del sonido general de la nota a medida que se aplica el acoplamiento de modo (ver más abajo).

No linealidad, excitaciones paramétricas y acoplamiento cuadrático

Muchos de los elementos que constituyen un instrumento musical se comportan aproximadamente como sistemas lineales. Esto significa que la salida acústica es una función lineal de la entrada mecánica (por ejemplo, la salida de dos entradas aplicadas simultáneamente es la suma de las dos entradas separadas). Sin embargo, las esculturas de sonido de acero dependen en gran medida del comportamiento no lineal para crear su sonido distinto. La salida acústica es independiente de la entrada mecánica. El parámetro no lineal más importante, el coeficiente de acoplamiento cuadrático, es directamente proporcional a la relación de aumento a espesor del campo tonal (una placa plana tendría un parámetro de acoplamiento cuadrático de cero).

Un primer (o fundamental) modo fuerte de vibración en un sistema no lineal interactuará consigo mismo (de ahí el término "cuadrático") para crear la llamada excitación paramétrica, un sonido audible, exactamente al doble de la frecuencia del fundamental. Si el segundo modo de vibración está sintonizado al doble de la frecuencia fundamental, la excitación paramétrica del primer modo puede resonar (internamente) con el segundo modo sintonizado. En este proceso, la energía se desplaza del primer modo al segundo modo y viceversa. Este efecto de acoplamiento es el más fuerte, produciendo una octava fuerte y resonante. Si el tercer modo está sintonizado a 3 veces la frecuencia fundamental, suceden más excitaciones paramétricas que pueden transferir energía del modo 1 y 2 al modo 3, del modo 2 y 3 al modo 1 y del modo 1 y 3 al modo 2. También están ocurriendo acoplamientos cúbicos débiles que transfieren energía directamente del modo 1 al 3, pero no son tan relevantes. Otras excitaciones paramétricas son detectables en niveles bajos en múltiplos más altos de la fundamental (por ejemplo, la segunda octava a 4 veces la frecuencia fundamental, etc.). Pueden agregar un sabor interesante al timbre (nota: si los modos de vibración por encima del tercer modo están sintonizados con estas débiles excitaciones paramétricas, como en un steelpan, aumentarán significativamente en amplitud debido al efecto de resonancia interna descrito anteriormente). En un área tonal abovedada, los modos de vibración más altos se amortiguan significativamente debido al efecto de rigidez (consulte la discusión sobre el domo arriba), lo que significa que habrá menos energía transferida desde los modos más bajos a estos modos más altos y, por lo tanto, se puede producir más energía y mantenerse en los modos inferiores.

El acoplamiento también puede ocurrir a través de la superficie superior del Handpan en dos notas simpáticas (por ejemplo, G3 y G4). Además de los efectos de acoplamiento no lineal, también se llevarán a cabo efectos lineales directos (por ejemplo, la nota fundamental de G4 excita la octava de la nota G3). En el lado negativo, el acoplamiento entre las notas simpáticas disminuye ligeramente el volumen de la fundamental y la octava a medida que se transfiere más energía.

Otros factores distintos de la relación de aumento a espesor que influyen en la resistencia del acoplamiento son la forma de las notas, las condiciones de contorno, el bloqueo, el endurecimiento (nitruración) y el recocido.

 Modulaciones

Cuando los acoplamientos cuadráticos son fuertes, pueden producirse modulaciones de amplitud y frecuencia profundas, responsables de la estructura tonal distintiva del instrumento. Sin estas modulaciones, el sonido de un Handpan se sentiría sintético, rancio o incluso muerto. La dependencia de la modulación de un sonido en una escultura de sonido también hace que sea muy difícil de grabar. Las modulaciones de amplitud (AM) generalmente se consideran más importantes para un sonido "bueno" que las modulaciones de frecuencia (FM). Otras palabras que se usan a menudo para AM son “tremolo” y “vibrato” para FM, respectivamente.

Los AM en un Handpan se perciben como resonantes "wah-wah" que se crean cuando la intensidad del tono oscila a medida que la energía cambia entre los modos.

En FM, la frecuencia varía ligeramente durante el proceso de vibración. Los científicos han descubierto, por ejemplo, que las FM son una característica importante de una voz humana deseable, ya que agrega riqueza a su tono. Lo mismo parece aplicarse a los sonidos en general. Sin embargo, si los FM en una radio de mano son demasiado profundos (un cambio de tono demasiado grande), el sonido podría percibirse como retumbante o tambaleándose.

Además de aumentar la fuerza de acoplamiento, estas modulaciones se ajustan principalmente mediante pequeñas desafinaciones de las frecuencias del segundo y tercer modo en relación con la frecuencia fundamental (la mayor desafinación reduce la velocidad de modulación). Si las notas se afinan al 100% correctamente en una relación 1: 2: 3, no habrá modulaciones y el sonido resultante será sordo.

Las siguientes imágenes muestran dos espectrogramas de las notas más altas en dos modelos diferentes de Soma Sound Sculpture (A4 y G # 4). Los AM y FM son claramente visibles debido a los fuertes efectos de acoplamiento cuadrático. Además, se pueden ver excitaciones paramétricas débiles en múltiplos más altos que la octava (x2) y el quinto compuesto (x3) en 4x y 5x la frecuencia fundamental (las amplitudes son débiles, ya que los modos más altos que no sean los tres primeros generalmente no están sintonizados armónicamente en las notas más altas y, por lo tanto, no resuenan con la excitación paramétrica).   

         

 

Radiación de sonido

Como ya se mencionó anteriormente, la orientación de la nota tiene un efecto en la dirección de la radiación de sonido. La eficiencia de la radiación de sonido en general depende de la velocidad de las ondas de flexión de la membrana de la nota vibrante. A medida que la velocidad de las ondas de flexión se acerca a la velocidad del sonido, la eficiencia de la radiación de sonido aumenta notablemente. La velocidad del sonido depende principalmente de la temperatura (más baja a temperaturas reducidas). La velocidad de las ondas de flexión depende principalmente del grosor de la membrana de la nota (relacionada positivamente) y la frecuencia del sonido (relacionada positivamente); más adelante en el módulo de elasticidad de Young del material (relacionado positivamente), la relación de Poisson del material (relacionado positivamente) y la densidad del material (relacionado negativamente). Otra fuente de aumento de la eficiencia del sonido es la cavidad adjunta (consulte la explicación a continuación).

 

Otras Consideraciones

Efectos del Shell inferior

El aire encerrado dentro del handpan es responsable de algunos efectos interesantes. Un efecto de sonido positivo es la resonancia de Helmholtz que produce la cavidad. El orificio en la mitad inferior, el "Gu", actúa como un cuello para la cámara de sonido que obliga al aire, cuando se excita, a actuar como un resorte en el sentido de que el aire está oscilando dentro y fuera de la cámara a cierta frecuencia. De acuerdo con la fórmula para calcular la frecuencia de Helmholtz (ver imagen de abajo), cerrar el orificio Gu reducirá la frecuencia de la cavidad. Al poner el instrumento en su regazo y cambiar el ancho de su pierna, el tamaño efectivo del cuello aumenta y el orificio Gu puede cerrarse parcialmente. Esto reduce la frecuencia de resonancia de Helmholtz.

En una escultura de sonido, los Helmholtz pueden variar entre aproximadamente 60Hz y 85Hz. Este sonido se puede escuchar en el fondo de cada impacto en el instrumento. Como el efecto Helmholtz no está creando ningún armónico (en múltiplos de la frecuencia baja de Helmholtz), no tiene un gran efecto de resonancia en el sonido del instrumento (la frecuencia de resonancia es mucho más baja que las notas más bajas en un handpan habitual). Si se afinaba una nota lo suficientemente baja como para que resuene con la frecuencia de Helmholtz, la nota tendría un sonido muy fuerte, sin sobretonos fuertes que sin duda alterarían el sonido general del instrumento. Sin embargo, el pico espectral de la frecuencia de resonancia de Helmholtz es bastante amplio, lo que significa que aumenta en cierto grado las amplitudes de las frecuencias hasta aproximadamente una octava por encima de la frecuencia de resonancia. Si la frecuencia de Helmholtz es exactamente una octava por debajo de la fundamental del campo de tono central, el sonido de "bajo" aumenta un poco (posiblemente un efecto psicoacústico)

El "shell" también ayuda a prevenir en cierta medida que las ondas de sonido anti-fase que emanan de la parte posterior de la nota interfieran destructivamente con las de la parte frontal de la nota, lo que puede causar cancelaciones y altera negativamente la eficiencia de la radiación de sonido (especialmente en frecuencias más bajas) .

Otro efecto positivo del "shell" es sujetar muy firmemente el borde de la cubierta superior, que de lo contrario sería más libre para vibrar como una campana (ya que el borde no es un nodo perfecto) y "extraer" energía de las vibraciones de la nota. Un borde sin sujeción hará que el instrumento no se pueda tocar. Incluso si solo partes del borde no están lo suficientemente apretadas, las ondas reflejadas (transmitidas a través de los límites de la nota) no estarán en movimiento antifase con las ondas incidentes, lo que resultará en una pérdida de energía de la nota cerca de la sección del borde afectado. En el peor de los casos, la onda puede controlar la frecuencia de resonancia de la parte del borde afectado y crear un sonido molesto y sin afinación. Un borde más libre en general convierte las ondas transversales acústicamente más eficientes en ondas longitudinales menos eficientes que son predominantemente audibles como sonidos de timbre.

El "shell" inferior también actúa como una caja de resonancia (pasiva), lo que aumenta el tamaño de la propagación de la onda y la superficie de sonido del instrumento. Esto es notorio para los modos de vibración segundo y tercero, que son radiadores mucho más débiles que el primer modo de vibración (debido al movimiento antifase de la membrana en estos dos modos; sin embargo, estos modos tienen tiempos de decaimiento más largos que los fundamentales) . Si se coloca un handpan sobre una superficie inelástica, como un piso de piedra, se puede percibir un efecto de amortiguación notable (especialmente de los modos de vibración más altos).

Un impacto claramente negativo del aire cerrado es el efecto de los golpes en ciertas frecuencias. Mi mejor conjetura es que este fenómeno puede explicarse por la teoría de los armónicos esféricos. A diferencia de los modos aéreos de las cavidades de los violines y guitarras, con sus picos amplios que actúan como resonadores de amplio rango de frecuencias, tocar el handpan puede crear ondas estacionarias y ecos dentro de la esfera. Si estos picos de frecuencia interfieren con las ondas de sonido de las áreas tonales de frecuencia similar pero no idéntica, se creará un efecto de sonido impuro debido al latido de frecuencia. Dependiendo del tamaño de la cavidad, esta frecuencia de "molestia" puede cambiar. Los armónicos esféricos son la razón por la cual, en cualquier tamaño del handpan, una cierta frecuencia no suena limpiaa y no es afinada por la mayoría de los afinadores. A medida que las frecuencias de estas ondas estacionarias cambian linealmente con el diámetro de la cavidad, la nota "molesta" cambia de A4 (instrumento de diámetro interior de 56 cm) a A # 4 (diámetro de 53 cm) a B4 (diámetro de 50 cm) a C5 (diámetro de 47 cm). Otros modos de aire esféricos más altos también son notables, pero tienen una frecuencia demasiado alta para perturbar eficientemente el rendimiento del instrumento. Puedes probar tu handpan en armónicos esféricos resonantes colocando un altavoz a través del orificio Gu y conduciéndolo con un generador de tonos. Una vez que alcance la primera frecuencia de resonancia +/- 4 Hz (por ejemplo, en un Soma de 53 cm de diámetro a aproximadamente 465Hz), el sonido aumentará significativamente en volumen. La única forma de evitar el problema de un sonido impuro en esta frecuencia de onda estacionaria es colocando la nota (que tiene la frecuencia fundamental cerca de la frecuencia perturbadora) mucho más alejada del borde hacia la parte superior del instrumento.

   

Fórmula de cálculo de la frecuencia resonancia Helmolz y formas modeladas de los armónicos de una cavidad esférica.  

 

 Condiciones atmosféricas

Los efectos de la temperatura (especialmente la exposición a la luz solar directa) cambian la tensión térmica de las áreas tonales. Esto tiene el mismo efecto que el aumento de la tensión de compresión: la frecuencia de la nota se reduce y el timbre cambia (a medida que los parámetros de acoplamiento cambian con el cambio de las frecuencias parciales). Esto también afecta la profundidad de las modulaciones. Las notas más bajas se ven más afectadas por el estrés térmico que las notas más altas. También hay un efecto de amortiguación en el sonido cuando aumenta la temperatura.

Además, la temperatura y la humedad relativa del ambiente donde se toca el handpan afectan a la densidad del aire (peso del aire). Tanto la temperatura como la humedad están inversamente relacionadas con la densidad del aire. A medida que aumenta la densidad, las membranas de la nota vibrante se cargan más masa por el aire circundante. Si el aire está encerrado alrededor de la membrana vibrante (como en una cavidad de aire), puede haber un ligero aumento en la frecuencia fundamental (y una caída en los armónicos superiores) en las notas más bajas, cambiando los parámetros de acoplamiento. Este efecto se hace más pronunciado a medida que se estrecha la cavidad y /o la abertura de la cavidad.

Las temperaturas más bajas pueden aumentar levemente la eficiencia de la radiación del sonido a medida que disminuye la velocidad del sonido (ver arriba).

La temperatura también cambia las propiedades del pegamento (MS Polymer) que une las dos medias carcasas. Estas propiedades tienen un efecto sobre el "sustain" de las notas y el timbre del instrumento. P.ej. Más pegamento aumentará la absorción de las vibraciones del "shell" superior. A medida que se pierde energía en el proceso, el instrumento suena más húmedo en los parciales más altos y más corto en "sustain". La elasticidad del pegamento, es decir, la disposición para la absorción, depende ligeramente de la temperatura: a medida que aumenta la temperatura, la elasticidad se reduce y viceversa. Todo lo demás igual, la cola agregará al sonido un poco de amortiguación en temperaturas frías y un poco de "apertura" en temperaturas cálidas.

 

Usamos cookies en nuestro sitio web. Algunas de ellas son esenciales para el funcionamiento del sitio, mientras que otras nos ayudan a mejorar el sitio web y también la experiencia del usuario (cookies de rastreo). Puedes decidir por ti mismo si quieres permitir el uso de las cookies. Ten en cuenta que si las rechazas, puede que no puedas usar todas las funcionalidades del sitio web.