Тюнинг вилка - Tuning fork


Из Википедии, свободной энциклопедии
Настройка вилки на резонансном поле Макс Колем, Хемниц, Германия

Камертон представляет собой акустический резонатор в виде двустороннего вилки с зубцами ( зубцы ) , образованные из U-образного стержня упругого металла (обычно стали ). Это резонирует на определенном постоянном поле , когда установлен вибрационный ударяя его от поверхности или с объектом, и излучает чистый музыкальный тон после того , как высокие обертоны исчезать. Шаг камертона зависит от длины и массы двух вилок. Они являются традиционными источниками стандартного шага для настройки музыкальных инструментов.

Камертон был изобретен в 1711 году британский музыкант Джон Шор , сержант трубача и лютнистом в суд.

Описание

Тюнинг вилка Джон Уокер штампованные с пометкой (E) и частота в герцах (659)
Игла на камертона вырезает фигуры на углеродной сажи.

Камертон развилка-образную форму акустического резонатора используется во многих приложениях для получения фиксированного тона. Основной причиной для использования вилки формы является то , что, в отличие от многих других типов резонаторов, он производит очень чистый тон , причем большая часть колебательной энергии на основной частоте . Причина этого заключается в том , что частота первого обертона составляет около 5 2 / 2 2 = 25 / 4 = 6 1 / 4  раза фундаментальной (около 2 1 / 2  октавы выше этого). Для сравнения, первый обертон колеблющейся струны или металлического стержня составляет одну октавы выше (дважды) фундаментальный, так что, когда строка щипаются или бар поражен, его вибрация , как правило, смешивает фундаментальную и обертонную частоту. Когда камертон поражаются, мало энергии переходит в режимы обертонов; они также вымрут соответственно быстрее, оставляя чистую синусоиду на основной частоте. Это проще настраивать другие инструменты с этим чистым тоном.

Еще одна причиной для использования вилки формы является то , что, когда она вибрирует в основном режиме, ручка вибрирует вверх и вниз , как зубцы раздвигаются и вместе. Существует узел (точка без вибрации) у основания каждого зубца. Движение ручки мало, так что пользователь может держать вилку за ручкой без демпфирования вибрации, но ручка все еще может передавать вибрацию в резонатор , который усиливает звук вилки. Пользователь обычно попадает на вилку, а затем нажимает на ручку против деревянной коробки резонатора, столешницы, край музыкального инструмента, или просто за ухо. Если только что провели на открытом воздухе, звук камертона очень слабый. Звуковые волны от каждого зубца 180 ° из фазы с другой стороны , так что на некотором расстоянии от вилки они мешают и в значительной степени компенсируют друг друга. Если звукопоглощающий лист скользят между зубцами вибрирующей вилки, уменьшая волны идущих уха от одного зубца, объем фактически увеличивается, из - за сокращения этого отмена.

Коммерческие камертона настроены на правильный шаг на заводе-изготовителе, а высота и частота в герцах выбиты на них. Они могут быть перенастроены путем подачи материала от вилок. Подачи концов вилка поднимает высоту, при подаче внутрь основания зубца понижает.

В настоящее время наиболее распространенным камертон звучит нотка A = 440 Гц , стандартный концерт шаг , который используют многие оркестры. Это А шаг второй строки скрипки, первая строка альта и октава выше первой строки виолончели. Оркестры между 1750 и 1820 в основном используются A = 423,5 Гц, хотя было много вилки и многие несколько различных смол. Стандартные настройки вилки доступны , которые вибрируют на все площадки в пределах центральной октавы на фортепиано, а также другие смолах. Хорошо известные производители вилочных тюнинга включают Рагг и Джон Уокер, оба из Шеффилда , Англия .

Камертон тона немного изменяется в зависимости от температуры, в основном к небольшому снижению модуля упругости стали с увеличением температуры. Изменение частоты 48 частей на миллион в ° F (86 частей на миллион на ° C) является типичным для настройки стали вилкой. Частота уменьшается (становится плоской ) при повышении температуры. Камертоны изготовлены , чтобы их правильная подача при стандартной температуре. Стандартная температура теперь 20 ° С (68 ° F), но на 15 ° C (59 ° F) , является более старым стандартом. Шаг других инструментов также подвержены колебаниям с изменением температуры.

Расчет частоты

Частота камертона зависит от его размеров и что это сделано из:

где:

  • е является частота вилка вибрирует в герцах .
  • 1,875 наименьшее положительное решение соз ( х ) сп ( х ) = -1 .
  • л длина зубцов в метрах .
  • Е представляет собой модуль Юнга (модуль упругости или жесткость) материала вилка изготовлена из в паскалях .
  • Я это второй момент площади поперечного сечения в метрах в четвертой степени.
  • ρ представляет собой плотность материала , вилка изготовлена из в килограммах на кубический метр.
  • Представляет собой поперечное сечение площади вилка (зубцов) в квадратных метрах.

Соотношение я / в приведенном выше уравнении можно переписать в виде г 2 / 4 , если зубцы имеют цилиндрическую форму с радиусом г , и 2 / 12 , если выступы имеют прямоугольное поперечное сечение шириной а вдоль направления движения.

Пользы

Камертоны традиционно используются для напева музыкальных инструментов , хотя электронные тюнеры в значительной степени заменили их. Вилы могут управляться электрически путем размещения электронного осциллятора управляемого общества электромагнитов близко к зубцам.

В музыкальных инструментах

Ряд клавишных музыкальных инструментов используют принципы , аналогичные настройки вилки. Наиболее популярные из них является пианино Rhodes , в котором молоты ударили металлические зубцы , которые вибрируют в магнитном поле датчика , создавая сигнал , который управляет электрическим усилением. Ранее, не-амплифицировал dulcitone , который используется камертонами непосредственно, страдал от низкой громкости.

В часы и часы

Кварцевый резонатор из современных кварцевых часов , выполнен в форме камертона. Это вибрирует на 32768 Гц в ультразвуковом диапазоне.
Булова Accutron часы от 1960 - х годов, который использует настройки стальной вилкой (видимый в центре) вибрирующий при 360 Гц.

Кристалл кварца , который служит в качестве элемента хронометража в современных кварцевых часов и часы в виде крошечного камертона. Она обычно вибрирует на частоте 32768 Гц в ультразвуковом диапазоне (выше диапазона человеческого слуха). Это сделано , чтобы вибрировать небольшими осциллирующие напряжения , подаваемых на металлические электроды посеянных на поверхности кристалла с помощью электронного генератора схемы. Кварц пьезоэлектрический , поэтому напряжение приводит к тому , зубцы быстро согнуть назад и вперед.

Accutron , электромеханические часы , разработанный Max Хетцелю и изготовленный Bulova начала в 1960 году, использовали 360- герц настройки стали вилка в качестве своего секундометриста, приведенный в действие электромагнитами , прикрепленных к батарейным питанием цепи транзистора генератора. Вилки обеспечивают большую точность по сравнению с обычным балансиром часов. Напевая звук камертона был слышен , когда часы были проведены к уху.

Медицинские и научные цели

1 кГц камертон вакуумная трубка генератор , используемый в США Национального бюро стандартов (теперь NIST ) в 1927 году в качестве стандарта частоты.

Альтернативы общего стандарта А = 440 включают в себя философский или научный шаг со стандартным шагом C = 512. По словам Рейли , физики и акустических инструментов производители использовали этот шаг. Камертон Джон Шор дал Георг Фридрих Гендель производит C = 512.

Камертоны, как правило , C512, используются врачами для оценки слуха пациента. Чаще всего это делается с двух экзаменов называется тест Вебера и тест Ринне , соответственно. Нижние пронзительные те, как правило , на C128, также используется для проверки чувства вибрации в рамках изучения периферической нервной системы.

Ортопедические хирурги исследовали с помощью камертона ( самая низкая частота C = 128) для оценки повреждения , где предположительно перелом кости. Они держат конец вибрирующей вилки на коже выше предполагаемого перелома, постепенно ближе к предполагаемому разрушению. Если есть перелом, то надкостницы кости вибрирует, и огнь ноцицепторов (болевые рецепторы) , вызывающие местную острую боль. Это может указывать на перелом, который практикующий относится к медицинской рентгенографии. Острая боль локального растяжения связок может дать ложный положительный результат . Установившаяся практика, однако, требует рентгена независимо, потому что это лучше , чем отсутствие реальной трещины в то время как интересно , если ответ означает растяжение связок. Систематический обзор опубликован в 2014 году в BMJ Open предполагает , что этот метод не является надежным и достаточно точным для клинического использования.

Камертоны также играют определенную роль в нескольких альтернативных терапевтических методов, таких как sonopuncture и полярности терапии .

Калибровка радара

Радар , который измеряет скорость автомобилей или мяч в спорте обычно калибруется с камертоном. Вместо того , чтобы частоты, эти вилки помечены со скоростью калибровки и радар диапазоном (например, Х-диапазон или К-диапазон) они откалиброваны для.

В гироскопах

Вдвое и настройка Н-типа вилки используются для тактического класса вибрационной Структуры гироскопов и различных типов микроэлектромеханических систем .

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка