Δυναμική μεταβολή ηχοχρώματος, ακουστικών εγχόρδων μουσικών οργάνων.

Abstract

Σκοπός της εργασίας ήταν να αποδειχθεί ότι είναι δυνατή η δυναμική μεταβολή του τρόπου δόνησης και συντονισμού ενός ακουστικού έγχορδου μουσικού οργάνου, οπότε κι η δυναμική μεταβολή του ηχοχρώματος που παράγεται, με την υλοποίηση ενός συστήματος αυτοματισμού. Με αυτό τον τρόπο θα μπορούσαν να καλυφθούν διαφορετικές ηχητικά αισθητικές προσεγγίσεις και διαφορετικές ανάγκες από ένα και μόνο ακουστικό όργανο, αλλά πιθανόν να μπορεί να έχει και την αντίστροφη λειτουργία, δηλαδή να επαναφέρει κατά προσέγγιση το αρχικό ηχόχρωμα σε ένα όργανο, το οποίο, έχει επηρεαστεί λόγω υγρασίας ή θερμοκρασίας. Η υλοποίηση του συστήματος αυτοματισμού, που προσθαφαιρεί μάζα (ύδωρ) από την ηχητική πλάκα ενός ακουστικού έγχορδου μουσικού οργάνου, έγινε με ένα σύστημα σωληνώσεων που ελεγχόταν από μικροελεγκτή Arduino Uno R3 μέσω μιας διεπαφής με τον χρήστη. Για τις μετρήσεις, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στο χώρο του εργαστηρίου Ακουστικής και Οπτικής Τεχνολογίας του Τμήματος Μηχανικών Μουσικής Τεχνολογίας και Ακουστικής του Τ.Ε.Ι. Κρήτης, κρίθηκε ιδανική η χρήση της Χρονικά Ολοκληρωμένης Ηλεκτρονικής Συμβολομετρίας Ψηφίδων γνωστής και ως E.S.P.I., ως ιδιαιτέρως ακριβούς, δυναμικής και μη καταστρεπτικής τεχνικής. Έγινε καταγραφή των εικόνων συμβολής των βασικών συντονισμών αλλά και των υπολοίπων καταστάσεων συντονισμού για ένα εύρος μελέτης από 50Hz έως 1500Hz για τις τέσσερις διαφορετικές καταστάσεις, που ονομάστηκαν PlayModes, της ηχητικής πλάκας κρητικού λαούτου που μελετήθηκε. Ο προγραμματισμός του μικροελεγκτή έγινε σε γλώσσα Arduino (με βάση τη Wiring) ενώ όλοι οι υπολογισμού έγιναν με το λογισμικό MatLab. Όσον αφορά τα αποτελέσματα των Ακουστικών Μετρήσεων, απεδείχθη ότι η μεταφορά μάζας καθώς κι η μεταβολή της κατανομής της, δυναμικά, σε ένα καπάκι ακουστικού οργάνου μετέφεραν, όπως αναμενόταν, τις συχνότητες ιδιοσυντονισμού. Για παράδειγμα, για την μεταβολή από την Κατάσταση PlayModeZero διαδοχικά σε PlayMode1, PlayMode2 και PlayMode3 έχουμε μέσο όρο μεταφοράς συχνότητας 7.55Hz, 8.00Hz και 8.77Hz, αντίστοιχα. Σε μια περίπτωση μάλιστα, η μετακίνηση ήταν από τα 585Hz στα 560Hz, δηλαδή είχαμε μεταφορά 25Hz. Συνεπώς, οι δυναμικές μεταβολές της μάζας, μετέβαλαν το ηχόχρωμά του οργάνου και αυτό γίνεται αντιληπτό από το αισθητήριο όργανο του οργανοπαίκτη και των ακροατών, χωρίς την παρεμβολή ηλεκτρικών - ηλεκτρονικών διατάξεων κι ηχείων. Αυτή είναι κι η καινοτομία αυτής της εργασίας, διότι η αλλαγή θα γίνεται πρωτογενώς, εντελώς ¨ακουστικά¨, υπό την επίδραση μόνο της μεταβολής της τιμής της μάζας ή της κατανομής της στην ηχητική πλάκα και τη μεταφορά του ήχου μέσω μηχανικών κυμάτων στον αέρα. Αυτά τα δεδομένα ενδέχεται να οδηγήσουν σε μια νέα γενιά ακουστικών μουσικών οργάνων και την εμπορική αξιοποίηση της πρωτότυπης αρχικής ιδέας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον θα είχε η μελέτη κι άλλων τεχνικών μεταβολής της μάζας και του συντονισμού ενός ακουστικού οργάνου καθώς κι η κατασκευή πιο συμπαγούς αυτοματισμού που θα χωρά σε πραγματικά, λειτουργικά όργανα ακόμα και μικρού μεγέθους όπως το βιολί.

The aim of the study is to prove that it is possible to dynamically change the vibration and resonance of an acoustic string instrument, by the implementation of an automatic system, which in turn changes the spectral content of the sound that is emitted. This way we could meet different aesthetic approaches and different needs in terms of sound complexion from a single acoustic instrument, but probably can have the reverse operation too, which is the restoration of the approximate original sound complexion of an instrument, which has by affected by humidity or temperature changes. The implementation of the automatic system, which adjust a mass (water) on the sound plate of an acoustic string instrument, has a piping system controlled by a microcontroller Arduino Uno R3 via an user interface. The resonance measurements, which were made in the facilities of Laboratory for Acoustics and Optics Technology of the Department of Music Technology and Acoustics Engineering at T.E.I. of Crete, we used the method of time average Electronic Speckle Pattern Interferometry inlay known as E.S.P.I., as a particularly accurate, dynamic and non-destructive technique. Interfometric images were recorded corresponding at key resonances and other resonance conditions in a range from 50Hz to 1500Hz, for the four different states named PlayModes, on a sound plate of a Cretan lute. The microcontroller programming was done in Arduino language (based on Wiring) and all the calculations were made with MATLAB. Regarding the results of Acoustic Measurements, we proved that the controlled mass transfer in certain position on the surface an acoustic instrument moved the Eigenfrequencies. For example a change from PlayModeZero Status sequentially to PlayMode1, PlayMode2 and PlayMode3 gave an average frequency tuning of 7.55Hz, 8.00Hz and 8.77Hz, respectively. In a particular case the frequency was tuned from 585Hz to 560Hz, so we recorded a tuning of 25Hz. Therefore, the dynamic changes of the mass altered the sound complexion of the instrument and this is a change detected by the musician and the audience, without the interference of electric - electronic devices and speakers. This is the novelty of this work, because the change is at a primary, completely acoustic level, under the influence of only the change in mass or its distribution on the sound plate and the transfer of the altered sound through mechanical waves in the air. These data could lead to a new generation of acoustic musical instruments, and the commercialization of the original idea. Of particular interest would be the study and other techniques of mass control and subsequently the resonances of an acoustic instrument and the construction of a more compact automation that will fit in functional instruments as compact as the violin.