Producerea vibratilor

Producerea vibratilor

In urmarirea procesului de producere a vibratiilor, care intereseaza in mod deosebit muzica, se cer a fi cunoscute pe cale stiintifica: miscarea pendulara, modalitatile de actionare asupra corpurilor sonore pentru a produce vibratii, precum si calitatile (proprietatile) fizice ale vibratiilor.

a) Miscarea pendulara

Analizand miscarea pendulara din fizica, vom observa legile dupa care se produce fenomenul vibratoriu (vibratia) in natura.

Fie o coarda metalica AB. avand un capat fix (in punctul Al. iar celalalt mobil (in punctul B). Daca punem in miscare capatul mobil (Bl, coarda de metal - in virtutea elasticitatii sale moleculare - va face o serie de oscilatii fata de pozitia de repaus, numita in stiinta si pozitie de echilibru sau pozitie zero, oprindu-se in cele din urma in punctul initial:

Numim asemenea miscari ale corpului sonor, in raport cu pozitia zero, miscari oscilatorii, sau, intr-un cuvant, oscilatii.

Miscarea oscilatorie reprezinta, asadar, "repetarea periodica a diverselor stari cinetice ale obiectului oscilant',[1] al carei efect, in conditiile receptarii ei de catre auz, il constituie sunetul de diverse categorii si substante.

Corpurile elastice, daca nu sunt actionate de o forta exterioara, isi pastreaza starea de repaus; in cazul pendulului - datorita atractiei gravitationale -fiind o pozitie verticala:

A

Miscarea oscilatorie (vibratia) se considera simpla in cazul in care depla­sarea pendulului se face intr-un singur sens fata de pozitia zero. realizand drumul B-B¹-B sau B-B²-B :

Miscarea oscilatorie (vibratia) se considera dubla ori completa in cazul in care deplasarea se face simetric in ambele sensuri ale pozitiei zero, realizand un drum complet : B-B¹-B-B²-B. intr-o astfel de oscilatie, punctul de re­paus (B) este implicat de trei ori:

Timpul in care se produce o oscilatie dubla poarta numele de perioada (simbol T), unitatea cu care se masoara fiind secunda.

Distanta la care se afla pendulul la un moment dat fata de pozitia zero se numeste elongatie (simbol E). Ea se masoara prin unghiul format intre pozi­tia zero si una din pozitiile la care a ajuns, la un moment dat, corpul prin oscilare :

Unghiul BAE¹ = elongatia l ;

unghiul BAE² = elongatia 2 ; unghiul BAE³ = elongatia 3 (elongatie maxima).

Oscilatiile (vibratiile) produc sunete audibile numai daca perioada in care evolueaza (T) este foarte scurta - minimum 16 oscilatii duble pe secunda, limita sub care corpurile emit infrasunete.

Legile fizice ale miscarii pendulare expuse mai sus actioneaza in acelasi mod la toate corpurile producatoare de sunete, particularitatile ce vor surveni privind doar configuratia vibratiilor, natura corpurilor sonore sau alti factori, care nu modifica aceste legi in esenta lor.

Din descrierea de pana acum a fenomenului vibrator, putem desprinde deja cateva idei (principii) generale ce intereseaza domeniul muzical.

- Sunetului ii corespund in natura miscarile vibratorii (vibratiile), ale caror legi de evoluare se vor transmite in procesul fiziologic al auditiei, conditionand capacitatea omului de a percepe sonoritatile, si deci muzica.

- Vibratiile corpurilor sonore se produc sub actiunea unei forte de intre­tinere dupa principii care au o importanta deosebita in tehnica interpretarii muzicale instrumentale si vocale.

Elasticitatea moleculara, care difera de la corp sonor la corp sonor, determina calitatea miscarii oscilatorii, cu consecinte de importanta aparte in tehnica de constructie a instrumentelor muzicale.

h) Modalitati de actionare asupra corpurilor pentru a 

produce vibratii si sensul (directia) acestora

Pentru ca sa poata intra in vibratie, corpurile sonore pot fi actionate pe mai multe cai, dupa cum urmeaza :

prin frecare, la instrumentele de coarde cu arcus si la instrumentele de suflat;

- prin ciupire, la harpa si la instrumentele din familia chitarei;

- prin lovire (percutie), la instrumentele cu claviatura din familia pianului si la instrumentele de percutie.

În tehnica mai noua a producerii sonoritatilor, un loc insemnat il ocupa vibrarea corpurilor pe cale electrica si electronica.

Cat priveste directia (sensul) in care se produc vibratiile, acestea pot fi:

- vibratii longitudinale, asa cum se prezinta vibratiile aerului la instru­mentele de suflat ce iau aspectul unor comprimari si rariri periodice in directia lungimii coloanei de aer:

- vibratii transversale, daca se produc perpendicular pe lungimea corpului sonor, cum este cazul vibratiilor produse de coarde, membrane si bare metalice:

- vibratii de torsiune, in cazul in care corpul producator de sunete vi­breaza elicoidal, avand ca efect sunetele cu frecvente foarte joase (infrasunetele), ce n-au intrebuintare in muzica:

c) Calitatile (proprietatile) fizice ale vibratiilor

Vibratiile corpurilor sonore poseda patru calitati (proprietati) naturale : frecventa, continuitate in timp, amplitudine st conformatie spectrala (armonice).[2]

Frecventa sonora. Dupa cum se cunoaste din fizica, evoluarea periodica a unui fenomen oarecare intr-un timp dat - spre exemplu intr-o secunda-poarta numele de frecventa. Aplicand la domeniul sonor, numarul de vibratii periodice produs intr-o secunda constituie frecventa sunetului rezultant (corespondent fizio­logic, inaltimea).

Frecventa determina pozitia sau locul fiecarui sunet in scara acuitatilor. ea fiind unul din criteriile principale pe baza caruia se organizeaza si se utili­zeaza materialul sonor, atat in stiinta, cat si in arta. Masurarea si identificarea frecventei sonore se face in hertzi[3] (simbol Hz) - iar in versiunea engleza in cicluri pe secunda (simbol C.S.) -, un hertz reprezentand o vibratie dubla (completa).

Sunetul cel mai grav audibil - spre exemplu - se produce la o frec­venta de 16 Hz, exprimat in catalogul acustic general prin simbolul Do-2, iar cel mai acut, la o frecventa apropiata de 20.000 de Hz.

Continuitatea in timp. Ca orice fenomen natural, vibratiile, pentru a se produce, consuma un anume interval de timp, care poate sa fie mai mare sau mai mic pe scara valorilor temporale. Numim aceasta calitate a vibratiilor de a evolua in timp continuitate (corespondent fiziologic, durata).

Masurarea si identificarea continuitatii vibratiilor se face prin unitati de valoare obiectiva (absoluta) ale timpului solar: minute, secunde sau subdiviziuni ale acestora.

Amplitudinea. Elongatia (departarea) maxima pe care o realizeaza mis­carea vibratiei fata de pozitia de repaos poarta in stiinta numele de ampli­tudine (simbol a) - in fiziologie corespunzandu-i intensitatea. Ea se masoara prin unghiul format intre pozitia zero (de repaos) si largimea extrema a vi­bratiei (in schema de mai jos unghiul BAE ³):

Din punct de vedere fizic, amplitudinea unei vibratii depinde de doi factori:

energia ce i se imprima in momentul producerii :

marimea (volumul) corpului vibrator.

Cu privire la primul factor - in functie de energia mecanica sau impulsul cu care se actioneaza asupra miscarii vibratorii - amplitudinea poate fi de dimensiuni variabile, ca in schemele de mai jos:

Cu privire la cel de al doilea factor, desi se actioneaza prin impulsuri si energii mecanice egale, amplitudinea poate fi totusi diferita daca vibratiile sunt produse de corpuri inegale ca marime (volum). Sonoritatile emise de con­trabas - spre exemplu - sunt mult mai ample decat cele emise de vioara, chiar daca li se imprima aceeasi energie (forta) vibratorie.

Punctul maxim de departare la care ajunge desenul vibratiei, in amplitu­dinea sa, poarta numele de ventru, iar punctul fix (nemiscat) al acestuia se nu­meste nod. O coarda cu ambele capete fixe, vibrand in toata lungimea, va avea un ventru (la mijloc) si doua noduri (capetele fixe):

Aceeasi coarda, vibrand si in parti (segmente), va avea mai multe ventrc si noduri :

Forma spectrala (armonicele). Cea de a patra insusire naturala a vibra­tiilor o constituie forma spectrala complexa pe care o iau in procesul emiterii sonore, din care rezulta armonicele (corespondent fiziologic timbrul}. Explicatia stiintifica a acestui fenomen consta in urmatoarele: un corp sonor oarecare -coarda, coloana de aer, membrana etc. -, cand este pus in miscare, vibreaza nu numai in toata lungimea sa, producand sunetul fundamental - auzit ca unul singur -, ci, concomitent, vibreaza si in parti (segmente), adica in jumatati, treimi, patrimi, cincimi etc. (a se vedea figura de mai jos). Vibratiile partiale produc la randul lor alte sunete, cu alte frecvente, ce insotesc pe cel fundamental in emiterea sa, numindu-se din aceasta cauza sunete armonice (concomitente, partiale).[4]

Facand o analogie cu cele ce se petrec in domeniul plastic, sunetul rezul­tant se aseamana cu o culoare, spre exemplu, cu albul, care nu se afla niciodata in stare pura, ci e compusul spectral al celorlalte.

Armonicele se exprima grafic prin suprapunerea liniilor sinusoidale secun­dare peste cea fundamentala, numarul de ordine atribuit fiecarui armonic reprezentand segmentul de care este produs.

Prezentare sintetica

Prezentare analitica (descompunerea fenomenului)

armonicul 3 armonicul 4 armonicul 5

Fenomenul armonicelor poarta in fizica numele de rezonanta naturala a corpurilor sonore. El are o importanta deosebita nu numai pentru stiinta, ci si pentru arta sunetelor, fiind invocat in explicarea multor principii teoretico-muzicale.[5]