Resonacja instrumentu z reedem:_feedback pętle sprzężonej odwrotności między valvą a kolumną powietrza

Valva regulująca się w oszczędzaniu sił

Flaga klarinetu lub saksofonu nie tworzy własnego dźwięku, wibrując niezależnie — jest to kontroler nacisku zasięgający między ust graczem a kolumną powietrza instrumentu. Dźwięk istnieje tylko dlatego, że reed i kolumna powietrza są zasunięte w oszczędzaniu sił wspólnym pętlę odwrotnie proporcjonalną. Nie jedno z nich samodzielnie nie tworzy czystego dźwięku trwałości, który słychać; reed sam tylko flapa i kolumna powietrza sama jest milczała. Oszczędzanie sił to wspólny atrybut całego systemu.

Pętla odzwierciedlająca, krok po kroku

Grafcy utrzymują stałą, nieoszczepioną nacisk na oddychanie w ustach. Pole otwarcia reedu zależy od różnicy nacisku przez to samo: wyższy nacisk w pustkowcu (ciśnienie zewnątrz pustkowca, które przeciwdziała reedu) tarczy się na zamknięcie reedu, niższe ciśnienie w pustkowcu pozwala mu otworzyć dalej. Wysoka otwarteść reedu pozwala na większy przepływ powietrza do pustkowca, co zmienia ciśnienie wewnętrznego pustkowca w miejscu reedu. Ale to ciśnienie wewnętrzne jest ustawione przez falę stojącą, którą sama kolumna powietrza wspiera — pustkowie działa jako filtry odzwierciedlające akustyczne, odbijając odzwierciedlenia przeszkód ciśnieniowych do reedu z bardzo specyficznym fazowym zależnością określonyma długością i kształtem pustkowca. Reed odpowiada na powrót dozwolonemu przez to ciśnienie, dostosowując ponownie swoje pole otwarcia, a pętla się powtarza, zamykając się w stabilnym, samonawodzącym się oszczepieniu (lub bardzo blisko jednego ze własnych oswięcen w pustkowcu).

Pętla ta, raz na cykl: nacisk ust (~stały) -> różnica ciśnienia przez reedu różnica ciśnienia -> pole otwarcia reedu (niezespolona odpowiedź valvowej) pole otwarcia reedu -> objętość przepływu do pustkowca przepływ objętościowy -> falę stojącą wewnątrz pustkowca w miejscu reedu ciśnienie wewnątrz pustkowca w miejscu reedu -> (odzwierciedla się z powrotem) różnica ciśnienia przez reedu To dlaczego instrument z reedu może wydobywać stabilny ton z nieprzestojowego oddychania człowieka: pustkowie oswięcone, a nie niewytrzymały czas reedu, jest to, co ustawia częstotliwość, dokładnie taka sama przenikłość, jaką Helmholtz resonator na innej stronie tej strony webowej przekształca drżące oddychanie w jedno czyste dźwięk. System jest przykładem zaczytnym zjawiska samonawodzącego się — stała, nieokresowa wprowadzana energia (stały nacisk ust) utrzymująca okresową wyjście — to samo ogólne zjawisko fizyki, które obejmuje również drgające łańcuchy skrzypcowe i pewne elektroniczne oszczepniki relaksacyjne.

loop, once per cycle:
  mouth pressure (~constant)  ->  pressure difference across reed
  pressure difference          ->  reed opening area (nonlinear valve response)
  reed opening area             ->  volume flow into the bore
  volume flow                   ->  bore's standing-wave pressure at the reed
  bore pressure at the reed    ->  (feeds back into) pressure difference across reed

Dlaczego klarinet preferuje nieparzyste harmoniczne

Bore klarinetu akustycznie jest zamknięty na końcu z reedem (reed prawie go zamknie) i otwarty na końcu bell. Pijp zamknięty na jednym koncu i otwarty na drugim wspiera tylko falowanki nieparzystych wielokrotności częstotliwości podstawowej — zamknięte skończenie musi być punktem nadmiaru ciśnienia, a otwarte skończenie punktem węzła ciśnienia, warunek brzegowy, który tylko nieparzyste harmoniczne spełniają — co jest akustycznym powodem, dla którego dźwięk podstawowy klarinetu brzmieje o oktawę niższej w porównaniu do fizycznej długości, niż flauta porównywalnego rozmiaru (otwarta na obu końcach, wspierająca wszystkie harmoniczne), a także dlatego jego charakterystyczny kolor dźwięku jest wyraźnie pustkowiejszy, z słabszymi parzystymi harmonicznymi, niż saksofon lub oboz, używający bora koniczowego zamiast cylindrycznego.

Od szepnięcia do sklepu: osiągnięcie prógów oscylacji

Poniżej minimum nacisku ustowego pęta z reedu nie może utrzymać się w równowadze, a notka prosto się nie odezwie; ponadto na znacznie wyższym nacisku reed zaczyna poruszać się nieliniowo, a system może skoczyć do oscylacji na innym, często wyższy, rezonansowym trybie pęta — fizyczna podstawa nadgościny, która pozwala osiągnąć górne zakresy instrumentu, oraz szloch niekontrolowany, który początkujący produkuje poprzez prostą wciąż za duży nacisk ustowy, prowadzący do pełnej nieliniowości pęta i destabilizacji zamierzonego trybu.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Reed Instrument Resonance Explained i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.