Czy można wydrukować rezonator dla instrumentu muzycznego?

Gram w berimbau dla Capoeiry. Jednym z najbardziej delikatnych (i najdroższych) kawałków jest cabaça , pusta tykwa używana jako rezonator.

Nie znam się dobrze na żywicy używanej do drukowania 3d. Gdybym miał zanieść to do naszego lokalnego Maker Lab i zlecić im zeskanowanie i wydrukowanie kopii, jakie jest prawdopodobieństwo, że zadziała? Obawiam się, że plastik byłby zbyt dźwięczny.

Jeśli chcesz mniej egzotycznej równoległości, wyobraź sobie korpus gitary. To komora rezonansowa.

Nie mogę odpowiedzieć na to pytanie z technicznego punktu widzenia drukowania 3D. Ale z muzycznego punktu widzenia:

Tam, gdzie korpus instrumentu ma podstawową funkcję zamykania wibrującej kolumny powietrznej, często wykazano, że materiał może mieć znaczenie, ale tylko subtelny. Jako przykład, ostatnia gama plastikowych puzonów, choć nie są to instrumenty najwyższej klasy, okazała się niezwykle grywalna (i ma tę wielką zaletę, że jest praktycznie niezniszczalna).

Proponuję spróbować. Graj na instrumencie, tłumiąc wibracje kabiny ręką lub kawałkiem materiału. Po prostu zwilż skorupę zewnętrznie. Nie blokuj otworu ani nie wkładaj niczego do środka. Teraz napełnij cabaça watą bawełnianą lub podobną. Jeśli pierwszy nie ma większego znaczenia, prawdopodobnie dobrze jest wybrać plastikową kabinę. Oczywiście, jeśli drugi nie ma większego znaczenia, moglibyśmy podejrzewać, że cabaça jest głównie dekoracyjna!

Możesz także eksperymentować z alternatywnymi rezonatorami o podobnej wielkości i pojemności, dostępnymi „z półki”, nie przejmując się zbytnio dopasowaniem kosmetycznym. Mogą brzmieć jeszcze lepiej!

W związku z tym odpowiedź brzmi: tak, działa całkiem dobrze. Ten model cabaça wydrukowałem z Thingiverse przy użyciu PLA na Lulzbot Mini i umieściłem go dzisiaj na moim berimbau, aby go przetestować. Nie mogę dokonać bezpośredniego porównania, ponieważ rezonator z nadrukiem jest mniejszy niż ten, który mam, ale dźwięk jest dobry. Nie jestem pewien, czy faktycznie jest tańszy (użył sporej ilości PLA, ponieważ prawdopodobnie ma około pół cala grubości, a kilka dobrych prób wymagało kilku prób, aby uzyskać dobry wydruk, ponieważ zajmuje to około 9 godzin i wymaga monitorowania do złamania filamentu), ale może być bardziej dostępny dla osób, które nie mogą wysłać tykwy z Brazylii. Jest zdecydowanie trwalszy.

(Kliknij, aby powiększyć)

(Kliknij, aby powiększyć)

Oto świetna odpowiedź na podstawową fizykę rezonansu:

„Obiekt dzwoni, ponieważ pozyskał energię w sposób, w jaki rezonuje - wibruje z częstotliwością i wystarczającą ilością energii do wytworzenia fal dźwiękowych. Dopóki obiekt ma wystarczającą energię, będzie nadal dzwonił. Nie może dzwonić wiecznie, ponieważ fale dźwiękowe stopniowo zmniejszają ilość energii, jaką posiada obiekt. Ale generowanie fal dźwiękowych to nie jedyny sposób, w jaki obiekt może stracić energię. Jednym ze sposobów, w jaki tworzywa sztuczne różnią się od metali, jest to, że tworzywa sztuczne lepiej niż metale rozpraszają energię wewnętrznie Każdy obiekt z tworzywa sztucznego wykazuje pewne tłumienie lepkości, ponieważ wszystkie materiały polimerowe mają niezerową krzywą modułu strat. Metale mogą również mieć wewnętrzne mechanizmy rozpraszania, ale są znacznie mniej rozpowszechnione niż w tworzywach sztucznych. ”

Wszyscy wiemy, że możesz robić plastikowe zabawki muzyczne. Nigdy nie rezonują tak dobrze, jak metal, szkło lub drewno; ale często mogą pracować. Oto przykład trąbki wykonanej z ABS!

Magazyn tego tworzywa sztucznego nadaje się również do stosowania tworzyw sztucznych w instrumentach muzycznych (z których większość to także ABS ).

To powiedziawszy, jeśli moduł Younga jest kluczem (jak powiedział pierwszy komentarz), PLA powinien być jeszcze lepszy, ponieważ jego moduł Younga jest nieco większy niż ABS .

Wszystko, co powiedziałem, wszystkie plastikowe dzwony, które widziałem, są na ogół dość ciche. Plastik ma zwyczaj pochłaniania energii, a zatem nie jest bardzo dobrym rezonatorem. Jeśli chcesz spróbować, myślę, że będziesz musiał znaleźć sposób na utwardzenie plastiku. Może PLA potraktowano acetonem, ponieważ wydaje się, że to go utwardza . Może spróbuj czegoś prostego, na przykład wydrukować plastikowy dzwonek. Jeśli uda ci się to zadzwonić, dobrze się czujesz.

Zrobię tu dźgnięcie, ale mój instynkt podpowiada, że ​​drukowana część nie będzie brzmieć tak samo jak twój oryginalny rezonator tykwy.

Wierzę, że akustyka zależy od twardości, kształtu i wielkości materiału. W takim przypadku tykwa jest twardym i często cienkim materiałem (po wypatroszeniu). Typowe materiały do ​​drukowania 3D będą miały minimalną grubość, która może przeszkadzać w osiągnięciu tego samego kształtu rezonatora tykwy, a tworzywa sztuczne będą zazwyczaj bardziej miękkie w twardości niż tykwa.

Krótko mówiąc, myślę, że jeśli spróbujesz powielić rezonator przy druku 3D, nie będzie to brzmiało tak samo. To może nie być złe, w zależności od tego, czego szukasz.

A kto powiedziałby, że rezonator musi mieć taki kształt? Drukarki 3D pozwalają nam wytwarzać części, których historycznie niemożliwe było wytwarzanie, a wiele instrumentów, z których korzystamy dzisiaj, zaprojektowano setki lat temu przy użyciu znacznie mniej zaawansowanych narzędzi. Mówię, że warto wypróbować replikę tykwy, a następnie zbadać inne kształty do wydrukowania, które mogą wpłynąć na tonację twojego instrumentu.

Oczywiście. Wydrukowałem rangę organów na 7 oktaw, więc na pewno jest to możliwe. Rury narządów są dość szczególne, ponieważ właściwości materiałowe rury odgrywają drugorzędną rolę w dźwięku, przy czym główną rolę odgrywa długość i przekrój rury, elementy otaczające ujście rury i inne otwory (końcowe otwarcie i dodatkowe otwory, które czasami są używane do modyfikacji podtonów). Jest również dobrze zrozumiałe, w jaki sposób właściwości materiału rury wpływają na dźwięk, więc można zaprojektować drukowaną rurę tak, aby naśladowała właściwości drewnianej lub metalowej rury i wszystkiego pomiędzy nimi.

W zależności od tego, jak dużą rolę odgrywa sztywność rezonatora w dźwięku instrumentu, może być konieczne odtworzenie niektórych właściwości mechanicznych skorupy tykwy - np. Jej sztywności - w drukowanym kształcie. W ten sposób wnętrze nadruku będzie miało kształt wnętrza tykwy, ale część zewnętrzna może wymagać znacznie większej odległości, a następnie procent wypełnienia będzie odgrywał ważną rolę, podobnie jak kształt wypełnienia.

Kształt wnętrza tykwy można aproksymować, mierząc niektóre wymiary i rzeźbiąc powierzchnię wewnętrzną w modelarce 3D lub CAD. Najprawdopodobniej skanowanie 3D nie jest konieczne, chyba że można to zrobić tanio i bez kłopotów.

Będziesz także musiał wydrukować instrumenty w pełnym rozmiarze. Nie będzie to więc tanie pod względem zużytego materiału i czasu drukarki. Porównałbym drukowany instrument z 3 grubościami skorupy: 0,5, 1,0 i 1,5 cala oraz 3 procentami wypełnienia: 20%, 35%, 50%. Wszystko z 3 warstwami obwodowymi i wypełnieniem sześciennym. Gruba 1,5 cala skorupa z wysokim wypełnieniem będzie najsztywniejsza ze wszystkich.

Jeśli instrument brzmi „dobrze”, ma to tyle samo wspólnego z jego kształtem, co z tym, w jaki sposób materiał, z którego jest wykonany, jest warstwowany - lub nie - ponieważ zmienia to rezonans. Weźmy kilka przykładów:

Metal, odlewane żywice i twarde drewno są bardzo gęste i nie zawierają (niewiele) pustych przestrzeni, które tłumiłyby ich rezonanse. To sprawia, że ​​są klasycznym wyborem do robienia instrumentów, ponieważ sam kształt zmienia melodię.

Drewno balsa jest bardzo lekkie i kruche, i jest bardzo ziarniste, tworząc wewnątrz pustkę, która powinna rezonować, bardzo zmieniając jego rezonans.

Nie wiem dokładnie, w jaki sposób jest tykwa, ale do celów perkusyjnych, wydruki 3D są bardziej puste w środku niż w twardym drewnie w przypadku niskiego wypełnienia. Bardzo gęste (35% +) wydruki mogą mieć podobne właściwości do odlewów z żywicy stałej, ale zależy to od rodzaju użytego filamentu i drukarki.

Poszukajmy kompromisu!

Z mojego własnego doświadczenia z instrumentami muzycznymi wynika, że ​​w klasyce jest moda na instrumenty żywiczne wzmocnione włóknem węglowym. W szerokich pociągnięciach zostały one wykonane przez odlewanie żywicy na maty z włókna węglowego wciśnięte do formy, a następnie przeszlifowane i wypolerowane. Innymi słowy, druk 3D filamentu z włókna węglowego jest obecny na scenie FDM, nawet jeśli jest on wysoce ścierny i wymaga dyszy takiej jak rubin do drukowania.

Przy odpowiednim wyglądzie wnętrza (czyli prawie pustym nadruku, który zawiera tylko rozpórki, które nie oddzielają zagłębień wewnątrz nadruku), nadruk z włókna węglowego mógłby być ewentualnie wypełniony żywicą i stać się kompozytem z nadrukiem 3D, zapewniając znacznie bliższy dźwięk dla tykwy, zapewniając jednocześnie wyjątkową trwałość.

Jednak taki projekt zajmie wiele godzin pracy, zanim rozpocznie się pierwszy wydruk. Poza tym drukowanie z włókna węglowego jest specjalnością, którą niewiele drukarni nie może robić ani robić regularnie. I w końcu, postprocessing wypełnienia „skorupy tykwy” żywicą jest bardzo delikatnym procesem, po którym następuje powlekanie wewnętrznej i zewnętrznej warstwy, a następnie strojenie… Szacuję, że taka rzecz jest co najmniej tak droga jak kilka prawdziwych tykw.

Uzupełnienie

Po kilku miesiącach i ponownym pojawieniu się tego pytania, zdałem sobie sprawę z kilku innych rzeczy, które można by wykorzystać w projekcie tego:

• Cienka skorupa, opancerzona. Pomyśl o tym, co następuje: Wydrukuj ścianę, która będzie najbardziej wewnętrzna. Następnie wzmocnij ją matami z żywicy i włókna węglowego, aż dźwięk będzie odpowiedni. Pozwoliłoby to do pewnego stopnia dostroić tykwę.

• Solidny druk, przesuwany. Możesz wziąć model i wydrukować go solidnie, ale w projekcie możesz uwzględnić puste w środku drzewa, które są dostępne z zewnątrz. za pomocą strzykawki. Wepchnięcie żywicy przez te otwory stworzyłoby żyły twardszej żywicy w tykwie, co mogłoby zmienić melodię i wzmocnić ją.

• Przetwarzanie końcowe. Ignorując nieco żywicę, możesz również uczynić tykwę PLA bardziej stabilną, pozwalając jej na utwardzenie w piekarniku przez pewien czas. Odniosłem pewien sukces piecząc go w około 100 ° C przez około godzinę. Aby uzyskać więcej informacji na temat tego, jak zmienia to moduł różnych materiałów, sugeruję CNC Kuchnia: cienkie ściany i wyżarzanie PLA oraz zmiany w wyżarzonym PLA