Muziekinstrumenten brengen zowel spelers als luisteraars in verrukking. Het creëren van de stem - of karakteristieke stijl en toon - van een instrument is een voortreffelijke balans tussen natuurkunde en vakmanschap. Daten, er is weinig analyse geweest van de akoestiek die verantwoordelijk is voor de verschillende stemmen van verschillende tokkelinstrumenten.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Jim Woodhouse, emeritus hoogleraar aan de afdeling Engineering van de Universiteit van Cambridge, VK, heeft de fysieke kenmerken bestudeerd die verantwoordelijk zijn voor de stem van een 5-snarige banjo. Ze vergelijken de resultaten met een staalsnarige gitaar.

De studie, gepubliceerd in Acta Acustica , is co-auteur van David Politzer, een Nobelprijswinnende natuurkundige gevestigd bij CalTech in de VS en akoestiekspecialist Hossein Mansour. Mansour werkte destijds samen met het Franse technologiebedrijf Dassault Systèmes.

Het open access-artikel bevat ingebedde audioclips die het onderzoek tot leven brengen.

Constructie en fysica voor stem

Om de akoestiek te onderzoeken die verantwoordelijk is voor de direct herkenbare stem van de banjo, de onderzoekers maten de vibratierespons van het instrument en bestudeerden hoe het geluid dat het maakt wordt beïnvloed door constructieve parameters.

"In de banjo, ongewoon onder snaarinstrumenten, veel van deze parameters kunnen worden aangepast door de maker of speler, dus het is handig om te begrijpen hoe dergelijke aanpassingen werken, ' zegt Woodhouse.

Het team gebruikte fysieke modelleringssynthese om de akoestiek te onderzoeken. Wiskundige modellen werden berekend, getest en gekalibreerd in het laboratorium en gebruikt om geluidsvoorbeelden te synthetiseren. De onderzoekers toonden aan dat de modellen "overtuigende banjo-achtige" geluiden konden produceren.

Deze gesynthetiseerde geluiden stonden centraal in het werk en zijn daarom als audioclips in het artikel opgenomen. traditioneel, dergelijke clips zouden beschikbaar zijn als aanvullend materiaal om te downloaden. "De ingebedde bestanden geven de lezer een veel gemakkelijkere tijd en laten een veel directere reactie toe, ' zegt Woodhouse.

Contrasten en ontdekkingen

De structuur van een banjo verschilt van die van een gitaar. Banjo's hebben een trommelachtig uitgerekt membraan in plaats van een houten plaat voor een klankbord, en dit heeft gevolgen voor de akoestiek.

"De snaren koppelen veel sterker aan de vibratie van het klankbord. Het resultaat is dat noten op een banjo luider zijn dan corresponderende noten op een gitaar, en sneller vergaan, ", legt Woodhouse uit.

Door analyse van de modellen, het team deed ook een meer verrassende ontdekking. In tegenstelling tot eerder werk over violen en gitaren, de banjo-studie laat zien hoe geluid wordt beïnvloed door akoestische structuren die formanten worden genoemd.

"Onderliggend aan de fijne structuur van individuele resonanties, er kunnen formanten zijn, grootschaliger structuren, het vormgeven van de frequentieverdeling van het geluid dat door het instrument wordt uitgestraald, ' zegt Woodhouse.

Structurele aanpassingen aan de banjo kunnen worden gebruikt om de formanten te regelen en zo de toon van het instrument aan te passen.

"De banjo geeft een extreem geval van het modus/formant-contrast:veranderingen die individuele resonanties beïnvloeden, lijken veel minder belangrijk, qua geluid, dan veranderingen die de formanten beïnvloeden."

Werken op het gebied van muzikale akoestiek - waar natuurkunde wordt gecombineerd met menselijke waarneming en beoordeling - vraagt ​​om een ​​ongebruikelijke benadering van onderzoek, zegt Woodhouse.

"Met muzikale problemen, de natuurkundige vragen moeten worden geplaagd door interactie met makers en bespelers van instrumenten. Je ontmoet veel interessante mensen die dit soort werk doen!"