Сосудистая флейта — это разновидность флейты , корпус которой действует как резонатор Гельмгольца . Тело имеет сосудообразную, а не трубчатую или конусообразную форму; то есть дальний конец закрыт.
Большинство флейт имеют цилиндрическое или коническое отверстие (примеры: концертная флейта , шаум ). Флейты сосудов имеют более сферические полые тела.
Воздух в корпусе канавки сосуда резонирует как единое целое , при этом воздух поочередно входит в сосуд и выходит из него, а давление внутри сосуда увеличивается и уменьшается. Это отличается от резонанса трубки или воздушного конуса , когда воздух движется вперед и назад вдоль трубки, при этом давление в одной части трубки увеличивается, а в другой снижается.
Если продуть отверстие пустой бутылки, получится обычная флейта сосуда с выдутым краем. Многонотные сосудистые флейты включают окарину . [1]
Резонатор Гельмгольца необычайно избирательно усиливает только одну частоту. Большинство резонаторов также усиливают больше обертонов . [2] В результате сосудистые флейты имеют характерный безголосый звук.
У этих флейт есть фипель , направляющий воздух по краю.
Судейский свисток технически представляет собой флейту с плавным судном, хотя он играет только одну ноту.
Эти флейты имеют выдувной край . У них нет плавника, и они полагаются на рот игрока, направляющий воздух к краю.
Пастушеский свисток — необычная сосудистая флейта; фиппель состоит из двух последовательных отверстий, а рот игрока действует как настраиваемый резонатор сосуда . Носовой свист также использует рот как резонирующую полость и, следовательно, может изменять высоту звука.
Звук генерируется за счет колебаний воздушного потока, проходящего через край, как и в других флейтах . Воздушный поток быстро чередуется между внутренней и внешней стороной кромки.
Начало, при котором это происходит, называется звонкостью . [3]
У некоторых сосудов-флейт есть фипель , направляющий воздух на край губы, как у магнитофона . Другие полагаются на губы игрока, которые направляют воздух к краю, как на концертной флейте . Флейты без плавников называются флейтами с выдутым краем .
На высоту звука сосудистой флейты влияет то, насколько сильно дует игрок. Сила дыхания может изменить высоту звука на несколько полутонов, [4] [5], хотя слишком много или слишком мало воздуха также повредит тону, [6] поэтому полезный диапазон тонов намного меньше. Оптимальная сила дыхания зависит от того, на какой высоте звучит звук (в соответствии с кривой дыхания инструмента ). [7] Вот почему так трудно научиться играть на флейте в тонусе.
Сосудистые флейты обычно не имеют механизма настройки, отчасти потому, что они полагаются на изменения давления дыхания, а отчасти потому, что для получения хорошего тона необходимо согласовать объем камеры и размер голоса. У некоторых есть плунжеры, которые изменяют объем камеры. [7]
Аппликатурные отверстия и пальцы, находящиеся слишком близко к губам, нарушают колебание воздушного потока и ухудшают тонус.
Сначала звук представляет собой «шум» широкого спектра (т. е. «шип»), но избирательно усиливаются те частоты, которые соответствуют резонансной частоте резонирующей камеры. Резонансная частота – это высота слышимой ноты. Флейты сосуда используют воздух в сосуде для усиления; сосуд действует как резонатор Гельмгольца .
При прочих равных условиях сосудистые флейты звучат громче, когда в них используется больше воздуха [6] и когда на них играют под более высоким давлением.
Резонансная частота каннелюры сосуда определяется следующей формулой: (сильно упрощенная, см. упрощения) [8]
Отсюда видно, что меньшие инструменты имеют более высокий тон. Это также означает, что теоретически открытие определенного отверстия на инструменте всегда повышает высоту звука на одну и ту же величину. Не имеет значения, сколько еще дыр открыто; открытие отверстия всегда увеличивает общую площадь открытых отверстий на одну и ту же величину.
Флейта-сосуд с двумя аппликатурными отверстиями одинакового размера может издавать три ноты (обе закрытые, одна открытая, обе открытые). Флейта-сосуд с двумя отверстиями для аппликатуры разного размера может звучать четыре ноты (обе закрыты, открыто только меньшее отверстие, открыто только большее отверстие, обе открыты). Количество банкнот увеличивается с количеством отверстий:
Теоретически, если бы самое маленькое отверстие было достаточно большим, чтобы поднять высоту звука на полтона , а каждое последующее отверстие было бы в два раза больше предыдущего, то флейта-сосуд могла бы сыграть гамму из 1024 полностью хроматических нот. Аппликатура будет эквивалентна подсчету пальцев в двоичном формате .
На практике на высоту звука сосудистой флейты также влияет то, насколько сильно дует игрок. Если отверстий больше, то дуть надо сильнее, что повышает высоту звука. Высокие ноты имеют тенденцию становиться резкими; низкие ноты, бемоль. [5] Чтобы компенсировать это, аппликатуры вскоре отклоняются от простой двоичной прогрессии.
Один и тот же шаг можно получить с сосудами различной формы, при условии, что полость резонирует как резонатор Гельмгольца. Вот почему флейты сосудов бывают самых разных форм. Однако форма камеры влияет на акустику и эргономику; это не совсем произвольно. [9]
Резонатор окарины может создавать обертоны , но из-за общей «яйцеобразной» формы эти обертоны находятся на много октав выше шкалы основных нот . [2] В подобных инструментах с узкой формой конуса, таких как Gemshorn или Tonette , доступны некоторые частичные обертоны. На окарине возможно передутие для получения диапазона более высоких нот, но это не так широко распространено, потому что полученные ноты недостаточно «чисты». [ нужна цитата ]
Некоторые окарины двух- или трехкамерные, часто камеры настроены на октаву или десятую часть друг от друга. Это позволяет игроку играть аккорды, но также расширяет диапазон. [ нужна цитата ]
Патронник с меньшим диапазоном может быть лучше настроен на лучшие характеристики во всем диапазоне; камера с большим диапазоном по основным физическим причинам будет иметь более пограничные характеристики на концах своего диапазона. Разделение большого диапазона на несколько камер приводит к уменьшению диапазона на камеру. Таким образом, для одного и того же диапазона мультикамеры могут иметь лучший тон. Оптимальное давление воздуха также может быть более постоянным между нотами (более плоская кривая дыхания), что упрощает игру в многокамерных системах, особенно для быстрой музыки с большими скачками высоты звука. [10]
Менее упрощенная формула для резонансной частоты резонатора Гельмгольца: [8]
Где f — резонансная частота, v — скорость звука, A — общая площадь отверстий в сосуде, а V — объем воздуха, заключенного в сосуде.
На высоту тона резонатора Гельмгольца также влияет то, насколько далеко должен пройти воздух, чтобы войти в резонатор или выйти из него; другими словами, толщина материала, в котором вырезаны отверстия.
Скорость звука , считавшаяся выше постоянной, на самом деле несколько варьируется.
Скорость звука в воздухе зависит от температуры, а это означает, что высота звука флейты сосуда будет меняться в горячем или холодном воздухе. Однако изменение скорости полета может изменить высоту звука на несколько полутонов. [4] К сожалению, большая часть этого диапазона непригодна для использования, только около трети полутона / 30 центов (для музыки с быстрыми или сложными переходами нот практический предел составляет всего 5-10 центов). [5] [7] Этого достаточно, чтобы компенсировать ожидаемые изменения высоты звука при умеренных изменениях температуры (±20–30 градусов Цельсия для простой музыки, ±4–5 градусов Цельсия для сложной музыки). Низкие ноты можно заставить хорошо звучать и гармонировать с разной силой давления, но более высокие ноты существенно менее чувствительны к изменениям давления. При низких температурах высокие ноты могут скрипеть прежде, чем игрок сможет дунуть достаточно сильно, чтобы настроить их; при высоких температурах высоким нотам потребуется так мало воздуха, что они будут звучать слишком воздушно. Производители окарины могут предоставить информацию о температуре, на которую была настроена конкретная окарина, о температуре, которая будет придавать ей заданный тон. [5] [7]
Изменения давления воздуха не влияют на высоту звука. Отношение давления к плотности воздуха в идеальном газе постоянно. Таким образом, изменения давления и плотности воздуха компенсируются и не влияют на скорость звука; воздух — почти идеальный газ, поэтому эффекта почти нет.
Влажность оказывает сравнительно небольшое влияние на скорость звука. Переход от нуля до 100% относительной влажности должен изменить частоту менее чем на два градуса Цельсия при изменении комнатной температуры. [11] Поскольку относительная влажность дыхания игрока составляет ~100%, влажность в любом случае не может сильно меняться.
