Вихревая трубка , гофрофон или резонатор bloogle , также продававшийся как Free-Ka в 1960-х-1970-х годах, представляет собой экспериментальный музыкальный инструмент , состоящий из гофрированной (ребристой) пластиковой трубки или шланга (полый гибкий цилиндр ), открытой с обоих концов и, возможно, более широкой с одного конца ( колокол ), более тонкий из которых вращается по кругу для игры. Он может быть длиной в несколько футов и шириной около нескольких дюймов. Чем быстрее качается игрушка, тем выше высота воспроизводимой ею ноты, и она производит дискретные ноты, примерно принадлежащие к гармоническому ряду , подобно тому, как бесклапанный духовой инструмент генерирует различные режимы вибрации. Однако сообщается, что первый и второй режимы, соответствующие основной и второй гармоникам , трудно возбудить. [1] Для игры на концерте длина трубки должна быть обрезана, чтобы настроить ее.
Согласно модифицированной органологической системе Хорнбостеля–Сакса , предложенной Родериком Найтом [2], его следует нумеровать как «A21.31» (закрученная версия) и как «A21.32» (выдувная версия), описывая как «гофрированную или ребристую трубку, которая производит обертоны посредством турбулентности». Несмотря на то, что он является аэрофоном, его обычно включают в ударную секцию инструментов «звуковых эффектов», таких как цепи, трещотки и громовые листы .
Хопкин описывает один вращающийся гофрофон как способный воспроизводить три или четыре различных тона. [3] Кроуфорд описывает гармоники со второй по седьмую как достижимые при вращении, хотя семь требуют «больших усилий». [4] Хопкин описывает, что с гофрохорном «с трубками подходящей длины и диаметра диапазон значительно расширяется до [гармонического] ряда, где доступные тоны близки друг к другу, и вы можете, попрактиковавшись, играть довольно мелодично ». [5] Фактически, поскольку каждый звучащий режим воспроизводится в диапазоне скоростей (а не на одной определенной скорости), трудно перескакивать через гармоники, так как это требует скачка скорости (а не постепенного изменения), хотя это легко сделать, используя язык и горло, чтобы прервать поток воздуха с помощью гофрохорна. [4] Во многих коммерческих предложениях трубки описываются как производящие до пяти различных нот (предположительно, шкала горна : близкая к гармоникам 2, 3, 4, 5 и 6 ), и хотя более высокие моды могут быть возможны, если усердно поработать, [6] диссонирующие соседние гармоники могут звучать одновременно, например, 15 и 16 . Моды гофрированной трубки обычно ниже, чем у негофрированной трубки той же длины и диаметра, и «слышимая вибрация в вихревой трубке появляется только тогда, когда скорость воздушного потока превышает определенный минимум, что может исключить звучание основных или более низких гармоник». [7] Тембр нот , производимых вихревой трубкой, «почти все основные», согласно анализу Фурье (аналогично синусоидальным волнам ). [7] Трубки длиной более многих футов могут иметь один конец, вращаемый, удерживаемый около его середины, или их можно вытянуть из окна автомобиля.
Уравнения, описывающие звук, производимый при вращении трубки, предложенные Ф. С. Кроуфордом в 1973 году, как указано ниже, предполагают, что воздух, протекающий через гофры, должен производить звук, похожий на звук скребкового инструмента, такого как « реко-реко », в котором палочка царапает поверхность с регулярно расположенными канавками. Это было бы обоснованием для формул ниже. Однако эта предварительная модель экспериментально не продемонстрирована и не подкреплена теорией звучащих труб в акустике. [4] [8] [9] [10] Напротив, современная теория производства звука в гофрированных трубах опровергает предположения Кроуфорда (1973).
Таким образом, чем быстрее вращается трубка или чем плотнее гофры, тем выше звучат ноты.
Разница в скорости между движущимся концом трубки и неподвижным, удерживаемым рукой концом создает разницу в давлении воздуха . Более высокое давление на фиксированном конце и более низкое давление на движущемся конце. Эта разница протягивает воздух через трубку, и скорость воздуха изменяется (изменяя тона) со скоростью вращения. Высота тона, громкость и тон звука зависят от длины и диаметра трубки, расстояния между каждым гребнем и скорости вращения трубки, которая перемещает воздух быстрее или медленнее через трубку, меняя тон пошагово. ... [Поют только гофрированные трубки] Когда воздух сначала проходит через один гребень, а затем через второй, он падает в вихрь . Чем быстрее воздух проходит через трубку, тем выше частота звука, производимого вихрем. Когда частота вихря совпадает с одной из собственных резонансных частот трубки [гармоник], он усиливается. [6]
Согласно принципу Бернулли , с увеличением скорости давление уменьшается; таким образом, воздух всасывается в неподвижный или внутренний конец трубки, в то время как воздух с более высоким давлением движется вверх по трубке, чтобы заполнить воздух с более низким давлением на более быстро вращающемся или внешнем конце трубки. [11]
Характерная скорость — это средний поток через трубу U , а характерная длина должна быть кратна расстоянию между гофрами, nL , где n — целое число, а L — расстояние между гофрами. На низких скоростях нестабильный внутренний поток должен пройти несколько гофр, чтобы установить петлю обратной связи. По мере увеличения скорости петля может быть установлена с меньшим количеством гофр. Число Струхаля
был использован в качестве масштабирующего фактора. Уникальным аспектом этого свистка является то, что внутренний поток переносит как нестабильный вихрь вниз по течению, так и возвращающийся сигнал обратной связи вверх по течению. [ необходима цитата ]
Ансамбль вихрей создает поразительные музыкальные узоры с яркими, чистыми тонами, иногда завораживающе красивыми, иногда драматичными, иногда мягкими, иногда сильными и крепкими, но всегда вдохновляющими и заставляющими задуматься.
— Новости Северной Территории , декабрь 1984 г. [7]
Вращающийся инструмент из гофрированной пластиковой трубки мгновенно, хотя и недолго, стал культурным феноменом в конце 1960-х годов в Нью-Йорке под названием «Free-Ka», продаваемым уличными торговцами, как запечатлено в The New Yorker в 1970 году. [12] Он использовался Питером Бруксом в начале 1970-х годов в его постановке « Сна в летнюю ночь» Шекспира . [13] Его использовали многие артисты, включая Питера Шикеле , Фрэнка Тихели , Пола Саймона , Мэйси Грей , Лох-Ломонда , [ нужна ссылка ] и Yearbook Committee . [ необходима цитата ] Также в Moments of Bliss Бретта Дина ( 2004) [14] и The Cadets Drum and Bugle Corps в 2011 году. "137 Ridges" Дональда Сосина (1971) для флейты, вибрафона и 15 настроенных Free-kas была исполнена в Мичиганском университете. Она использовалась в некоторых комических композициях PDQ Баха Питера Шикеле, таких как Erotica Variations: IV (1979), [15] [16] [17] Missa Hilarious (1975), [18] и Shepherd on the Rocks with a Twist (1967). [18] Шикеле, который называет его лассо д'амор (игра слов на гобой д'амор ), дает ироничное объяснение эволюции инструмента: венские ковбои XVIII века вращали «свои лассо над головами с такой огромной скоростью, что создавалась музыкальная высота тона... Модификации, которые сделали это развитие возможным, сделали [лассо] бесполезным для ловли скота». [15] [19]
Дэвид Коуп в 1972 году обсуждал кугафон , который в 1997 году он описал как инструмент, сделанный из мундштука трубы, прикрепленного к длинному куску пластиковой трубки диаметром 3/8 дюйма , с кухонной воронкой , обычно в руке, на другом конце, действующей как колокол ; таким образом, звук можно модулировать, направляя воронку, оказывая давление на воронку или вращая воронку вокруг головы и создавая эффект Доплера . [20] Эта версия инструмента потребовала бы техники латунного амбушюра, а не гофрирования. К 1997 году уже существовали ансамбли кугафонов. [21]
Изобретатель неизвестен, хотя Барт Хопкин приписывает покойному Фрэнку Кроуфорду с физического факультета Калифорнийского университета в Беркли «развитие идеи и исследование лежащей в ее основе акустики» [5], а в 1973 году Кроуфорд приписывает другому профессору указание ему на игрушку, которая «примерно год или два назад... появилась в магазинах игрушек по всей стране», и дает торговые марки или названия «Whirl-A-Sound», «Freeka» и «The Hummer»; последняя была произведена компанией WJ Seidler Co. из Лос-Анджелеса, штат Калифорния. [4] Кроуфорд изобрел метод игры на достаточно маленьком образце такого гофрированного шланга путем выдувания, известный как гофророг . [22] Для этого требуется трубка с диаметром, меньшим, чем обычно продается в качестве игрушек (диаметр в один дюйм слишком велик, а полдюйма — нет), [4] Хопкин рекомендует шланг газового обогревателя диаметром 3/8 дюйма как наиболее удобный для игры из широко распространенных размеров. [5] Кроуфорд изобрел версию с «водяным поршнем в виде перевернутой мусорной корзины », которую он назвал «Водяной трубой», с помощью которой он мог легко достичь одиннадцатой гармоники . [4]
![{\displaystyle {\begin{aligned}{}\\[1pt]{\text{скорость потока}}&={\frac {\text{cm}}{\text{sec}}}={\frac {\text{cm}}{\text{bump}}}\times {\frac {\text{bump}}{\text{sec}}}\\[6pt]&={\text{расстояние гофра}}\times {\text{частота гофр}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3717fe8a9c8e318ca4ef717e39302d792584f137)
