Тілдік қалыптастырғыш – музыкалық аспаптарды келтеуге арналған құрал. 1711 ж. Джон Шор ойлап тапқан, тұрақты дыбыс береді. Құрылымы, тарихы туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Дыбыс шығару құралы, соққанда тұрақты дыбық береді
Device that generates sounds of constant pitch when struck
Тыңдаушы бұранда – екі тісті қасық пішіндес акустикалық резонатор. Тістері (ұштар) серпімді металлдан (әдетте болаттан) жасалған U пішіндес тағаннан құралған. Ол, соққанда белгілі бір тұрақты дыбықпен қозғалып, жоғары гармониялар басылғаннан кейін таза музыкалық дыбыс шығарады. Тыңдаушы бұранданың дыбықтығы екі тістің ұзындығы мен салмағына байланысты. Олар музыкалық аспаптарды дұрыс таңдау үшін стандартты дыбықтың дәстүрлі көзі болып табылады. Тыңдаушы бұранданы 1711 жылы британдық музыкант Джон Шор, патша сарайының сурнайшысы және лютниші ойлап тапқан.
A tuning fork is an acoustic resonator in the form of a two pronged fork with the prongs (tines) formed from a U shaped bar of elastic metal (usually steel). It resonates at a specific constant pitch when set vibrating by striking it against a surface or with an object, and emits a pure musical tone once the high overtones fade out. A tuning fork's pitch depends on the length and mass of the two prongs. They are traditional sources of standard pitch for tuning musical instruments. The tuning fork was invented in 1711 by British musician John Shore, sergeant trumpeter and lutenist to the royal court.
Сипаттама
Тюнинг-форк – көптеген қолдануларда белгілі бір дыбыс шығару үшін қолданылатын, шанышқы тәрізді акустикалық резонатор. Шанышқы пішінін пайдаланудың басты себебі – көптеген басқа резонаторлардың керісінше, ол өте таза дыбыс тудырады, тербеліс энергиясының басым бөлігі негізгі жиілікте шоғырланады. Бұған себеп – бірінші гармониканың жиілігі негізгі жиіліктен шамамен 6 1/4 есе (одан 2 1/2 октава жоғары) болады. Ал, керісінше, тербелетін ішек немесе металл таяқшаның бірінші гармоникасы негізгі жиіліктен бір октава жоғары (екі есе) болады, сондықтан ішек тартылғанда немесе таяқша соққанда, оның тербелістері негізгі және гармоникалық жиіліктерді араластыруға бейім. Тюнинг-форк соққанда, энергияның азы бөлігі жоғарғы гармоникаларға жұмсалады; олар да сәйкесінше тез өшеді, нәтижесінде негізгі жиілікте таза синусоидалық толқын қалады. Осы таза дыбыспен басқа аспаптарды келтіру оңайырақ. Шанышқы пішінін пайдаланудың тағы бір себебі – оны тербелісті басаңдатпай, негізінен ұстауға болады. Себебі оның негізгі тербеліс режимі симметриялық, екі тірегі әрқашан қарама-қарсы бағытта қозғалады, сондықтан екі тіректің кездесетін жерінде тербеліс болмайтын түйін орналасқан, оны тербелістен энергияны кетірмей (сөндірмей) ұстауға болады. Дегенмен, тұтқада бойлық бағыттағы (яғни, тіректің тербелісіне перпендикуляр) шамалы қозғалыс пайда болады, оны дыбыс тақтасын қолдану арқылы естуге болады. Осылайша, тюнинг-форк негізін ағаш қорап, үстел немесе музыкалық аспаптың көпірі сияқты дыбыс тақтасына бассақ, бұл шамалы қозғалыс, бірақ жоғары акустикалық қысымда (демек, өте жоғары акустикалық кедергіде) ауада естілетін дыбысқа айналады, ол салыстырмалы түрде төмен қысымда (демек, төмен акустикалық кедергіде) әлдеқайда үлкен қозғалыс (бөлшектердің жылдамдығы) тудырады. Тюнинг-форк дыбысын сүйек өткізгіш арқылы тікелей естуге болады, оны құлақтың артындағы сүйекке бассақ, тіпті форк сабын тістерге ұстап, екі қолыңызды бос қалдыруға болады. Сүйек өткізгіштік Вебер және Ринн сынақтарында естуді тексеру үшін ортаңғы құлақты айналып өту мақсатымен қолданылады. Егер тюнинг-форк ашық ауада ұсталса, сталь мен ауа арасындағы акустикалық кедергінің сәйкес келмеуіне байланысты дыбыс өте әлсіз болады. Сонымен қатар, әр тіректен шығатын әлсіз дыбыс толқындары 180° фазада болғандықтан, екі қарсы толқын бір-біріне кедергі келтіріп, бірін-бірі жояды. Сондықтан, дірілдеп тұрған шанышқы тіректер арасына қатты қағаз сырғытсақ, осы кедергі азайғандықтан дыбыс көлемі көбейеді, дәл сол сияқты динамик тиімді сәулелену үшін дефлекторды қажет етеді. Саудалық тюнинг-форктар зауытта дұрыс дыбыс деңгейіне келтіріледі, ал оның дыбыс биіктігі мен жиілігі герцте көрсетілген. Оларды тіректерден материал алып, қайта келтіруге болады. Тіректердің ұштарын қайыру биіктігін көтереді, ал негізінің ішкі жағын қайыру биіктігін төмендетеді. Қазіргі уақытта ең көп таралған тюнинг-форк A = 440 Гц дыбысын шығарады, бұл көптеген оркестрлер қолданатын стандартты концерттік биіктік. Бұл A скрипканың екінші ең жоғары ішегінің, альттың ең жоғары ішегінің және виолончельдің ең жоғары ішегінен бір октава жоғары биіктік. 1750 және 1820 жылдар аралығындағы оркестрлер көбінесе A = 423,5 Гц-ті қолданды, бірақ көптеген тюнинг-форктар мен сәл өзгеше биіктіктер болды. Фортепианоның орталық октавасындағы барлық биіктіктерде, сондай-ақ басқа биіктіктерде тербелетін стандартты тюнинг-форктар бар. Тюнинг-форк биіктігі температураға байланысты сәл өзгереді, негізінен температураның жоғарылауымен болаттың серпімділік модулінің сәл төмендеуіне байланысты. Болаттан жасалған тюнинг-форк үшін жиілік өзгеруі 48 бөлік / млн / °F (86 ppm / °C) шамасында болады. Жиілік температураның жоғарылауымен төмендейді (жапсарланады). Тюнинг-форктар стандартты температурада дұрыс биіктікке ие болу үшін жасалады. Стандартты температура қазіргі уақытта, бірақ бұрынғы стандарт. Басқа аспаптардың биіктігі де температураның өзгеруіне байланысты өзгеріске ұшырайды.
A tuning fork is a fork shaped acoustic resonator used in many applications to produce a fixed tone. The main reason for using the fork shape is that, unlike many other types of resonators, it produces a very pure tone, with most of the vibrational energy at the fundamental frequency. The reason for this is that the frequency of the first overtone is about = = 6 1/4 times the fundamental (about 2 1/2 octaves above it). By comparison, the first overtone of a vibrating string or metal bar is one octave above (twice) the fundamental, so when the string is plucked or the bar is struck, its vibrations tend to mix the fundamental and overtone frequencies. When the tuning fork is struck, little of the energy goes into the overtone modes; they also die out correspondingly faster, leaving a pure sine wave at the fundamental frequency. It is easier to tune other instruments with this pure tone. Another reason for using the fork shape is that it can then be held at the base without damping the oscillation. That is because its principal mode of vibration is symmetric, with the two prongs always moving in opposite directions, so that at the base where the two prongs meet there is a node (point of no vibratory motion) which can therefore be handled without removing energy from the oscillation (damping). However, there is still a tiny motion induced in the handle in its longitudinal direction (thus at right angles to the oscillation of the prongs) which can be made audible using any sort of sound board. Thus by pressing the tuning fork's base against a sound board such as a wooden box, table top, or bridge of a musical instrument, this small motion, but which is at a high acoustic pressure (thus a very high acoustic impedance), is partly converted into audible sound in air which involves a much greater motion (particle velocity) at a relatively low pressure (thus low acoustic impedance). The pitch of a tuning fork can also be heard directly through bone conduction, by pressing the tuning fork against the bone just behind the ear, or even by holding the stem of the fork in one's teeth, conveniently leaving both hands free. Bone conduction using a tuning fork is specifically used in the Weber and Rinne tests for hearing in order to bypass the middle ear. If just held in open air, the sound of a tuning fork is very faint due to the acoustic impedance mismatch between the steel and air. Moreover, since the feeble sound waves emanating from each prong are 180° out of phase, those two opposite waves interfere, largely cancelling each other. Thus when a solid sheet is slid in between the prongs of a vibrating fork, the apparent volume actually increases, as this cancellation is reduced, just as a loudspeaker requires a baffle in order to radiate efficiently. Commercial tuning forks are tuned to the correct pitch at the factory, and the pitch and frequency in hertz is stamped on them. They can be retuned by filing material off the prongs. Filing the ends of the prongs raises the pitch, while filing the inside of the base of the prongs lowers it. Currently, the most common tuning fork sounds the note of A = 440 Hz, the standard concert pitch that many orchestras use. That A is the pitch of the violin's second highest string, the highest string of the viola, and an octave above the highest string of the cello. Orchestras between 1750 and 1820 mostly used A = 423.5 Hz, though there were many forks and many slightly different pitches. Standard tuning forks are available that vibrate at all the pitches within the central octave of the piano, and also other pitches. Tuning fork pitch varies slightly with temperature, due mainly to a slight decrease in the modulus of elasticity of steel with increasing temperature. A change in frequency of 48 parts per million per °F (86 ppm per °C) is typical for a steel tuning fork. The frequency decreases (becomes flat) with increasing temperature. Tuning forks are manufactured to have their correct pitch at a standard temperature. The standard temperature is now , but is an older standard. The pitch of other instruments is also subject to variation with temperature change.
Қолданылуы
Дыбыстық аспаптарды келтіру үшін дірілдер дәстүрлі түрде қолданылып келді, бірақ оларды электронды келтіргіштер көбінесе алмастырды. Дірілдерді электронды осциллятормен басқарылатын электромагниттерді тіректерге жақын орналастыру арқылы электрлендіруге болады.
Tuning forks have traditionally been used to tune musical instruments, though electronic tuners have largely replaced them. Forks can be driven electrically by placing electronic oscillator driven electromagnets close to the prongs.
Музыкалық аспаптарда
Бірнеше клавиатуралы музыкалық аспаптар, үйлесімділік құралдарына ұқсас принциптерді қолданады. Олардың ең танымал мысалы – Родс пианиносы, онда балғалар пикаптың магнит өрісінде дірілдейтін металл тілшелерге соғылады, бұл электр күшейткішін қозғалтатын сигналды тудырады. Алдыңғы, күшейткіші жоқ дульцитон, тікелей үйлесімділік құралдарын пайдаланғандықтан, үні нашар болатын.
A number of keyboard musical instruments use principles similar to tuning forks. The most popular of these is the Rhodes piano, in which hammers hit metal tines that vibrate in the magnetic field of a pickup, creating a signal that drives electric amplification. The earlier, un amplified dulcitone, which used tuning forks directly, suffered from low volume.
Сағат және қол сағаттары
Қазіргі куарц сағаттары мен қол сағаттарында уақытты өлшеу элементі ретінде қолданылатын кварц кристалы кішкентай камертон пішіндес болады. Ол әдетте ультрадыбыстық диапазонда (адам естімейтін жиілік аймағында) 32,768 Гц жиілікте дірілдейді. Кристалл бетіне жабысқан металл электродтарға электронды осциллятор схемасы арқылы жіберілетін кішкентай, өзгермелі кернеулер оны дірілдетуге мүмкіндік береді. Кварц пьезоэлектрлік қасиетке ие болғандықтан, кернеу камертонның тістерін жылдам алға-артқа иілуге мәжбүр етеді. Макс Хетцель жасаған және 1960 жылдан бастап Bulova компаниясы өндірген Accutron электромеханикалық сағаты, уақыт өлшегіш ретінде 360 герцтік болаттан жасалған камертонды пайдаланды. Ол батареямен жұмыс істейтін транзисторлы осциллятор схемасына қосылған электромагниттермен қуаттандырылды. Бұл сағат, дәстүрлі теңгерімді сағаттарға қарағанда жоғары дәлдікке қол жеткізді. Сағатты құлаққа жақын ұстағанда камертонның гуылдаған дыбысын естіруге болады.
The quartz crystal that serves as the timekeeping element in modern quartz clocks and watches is in the form of a tiny tuning fork. It usually vibrates at a frequency of 32,768 Hz in the ultrasonic range (above the range of human hearing). It is made to vibrate by small oscillating voltages applied to metal electrodes plated on the surface of the crystal by an electronic oscillator circuit. Quartz is piezoelectric, so the voltage causes the tines to bend rapidly back and forth. The Accutron, an electromechanical watch developed by Max Hetzel and manufactured by Bulova beginning in 1960, used a 360 hertz steel tuning fork as its timekeeper, powered by electromagnets attached to a battery powered transistor oscillator circuit. The fork provided greater accuracy than conventional balance wheel watches. The humming sound of the tuning fork was audible when the watch was held to the ear.
Медициналық және ғылыми қолдану
Жалпы A=440 стандартына балама ретінде философиялық немесе ғылыми пичті C=512 стандартты пичпен қосады. Рейлидің айтуынша, физиктер мен акустикалық аспаптар жасаушылар осы биіктікті қолданған. Джон Шордың Джордж Фридерик Генделге берген дыбыс бұрандасы C=512 дыбысын шығарады. Медициналық қызметкерлер науқастың есту қабілетін бағалау үшін әдетте C512 типті дыбыс бұрандаларын қолданады. Бұл әдетте Вебер және Ринне сынақтары деп аталатын екі емтиханмен жасалады. Төменгі жиілікті, әдетте C128, дыбыс бұрандалары перифериялық жүйке жүйесін тексерудің бір бөлігі ретінде тербеліс сезімін тексеру үшін де қолданылады. Ортопедиялық хирургтар сүйек сынықтары бар деген күдікпен жарақаттарды бағалау үшін ең төменгі жиілігі C=128 болатын дыбыс бұрандасын қолданады. Олар дірілдеп тұрған бұранданың ұшын күдікті сынықтың үстіндегі теріге ұстап, күдікті сыныққа қарай бірте-бірте жақындатады. Егер сүйек сынығы болса, сүйектің periosteum қабығы тербеліп, ноцицепторларды (ауру сезім рецепторларын) қосады, соның салдарынан жергілікті өткір ауыру пайда болады. Бұл сынықтың болуын көрсетеді, сондықтан дәрігер рентген сүретін түсіруге жібереді. Жергілікті соққының күшті ауыруы қате оң нәтиже беруі мүмкін. Дегенмен, қалыпты тәжірибеде рентген сүретін түсіру қажет, өйткені жақын арада сынықты байқамай, соққының болуын анықтауға тырысудан жақсы. 2014 жылы BMJ Open журналында жарияланған жүйелі шолу осы әдістің клиникалық қолдану үшін жеткілікті сенімді және дәл емес екенін көрсетеді.
Alternatives to the common A=440 standard include philosophical or scientific pitch with standard pitch of C=512. According to Rayleigh, physicists and acoustic instrument makers used this pitch. The tuning fork John Shore gave to George Frideric Handel produces C=512. Tuning forks, usually C512, are used by medical practitioners to assess a patient's hearing. This is most commonly done with two exams called the Weber test and Rinne test, respectively. Lower pitched ones, usually at C128, are also used to check vibration sense as part of the examination of the peripheral nervous system. Orthopedic surgeons have explored using a tuning fork (lowest frequency C=128) to assess injuries where bone fracture is suspected. They hold the end of the vibrating fork on the skin above the suspected fracture, progressively closer to the suspected fracture. If there is a fracture, the periosteum of the bone vibrates and fires nociceptors (pain receptors), causing a local sharp pain. This can indicate a fracture, which the practitioner refers for medical X ray. The sharp pain of a local sprain can give a false positive. Established practice, however, requires an X ray regardless, because it's better than missing a real fracture while wondering if a response means a sprain. A systematic review published in 2014 in BMJ Open suggests that this technique is not reliable or accurate enough for clinical use.
Медициналық емес және ғылыми емес пайдалану
Тюнинг-форк сонымен қатар сонопунктура және полярлық терапия сияқты бірнеше баламалы емдеу тәсілдерінде де маңызды рөл атқарады.
Tuning forks also play a role in several alternative therapy practices, such as sonopuncture and polarity therapy.
Радарлық оқ калибрлеу
Көліктердің жылдамдығын немесе спорттағы доптың жылдамдығын өлшейтін радарлық қару әдетте настройкалық шанышқымен калибрленеді. Шанышқылар жиілігінің орнына, оларға калибрленген жылдамдық және радар жолағы (мысалы, X жолағы немесе K жолағы) көрсетіледі.
A radar gun that measures the speed of cars or a ball in sports is usually calibrated with a tuning fork. Instead of the frequency, these forks are labeled with the calibration speed and radar band (e. g., X band or K band) they are calibrated for.
Гироскоптарда
Қос және H типті дыбыс талғамдары тактикалық деңгейдегі дірілдейтін құрылымдық гироскоптар мен микроэлектромеханикалық жүйелердің түрлі типтерінде қолданылады.
Doubled and H type tuning forks are used for tactical grade Vibrating Structure Gyroscopes and various types of microelectromechanical systems.
Деңгей сенсорлары
Тюнинг-форк – тербеліс нүктесі деңгейінің сенсорларының сезгіш бөлігін құрайды. Пиезоэлектрлік құрылғы тюнинг-форк-ты оның резонанстық жиілігінде тербеліс күйінде ұстап тұрады. Қатты заттармен жанасқанда тербеліс амплитудасы төмендейді, бұл қатты заттардың нүктелік деңгейін анықтау үшін ажырату параметрі ретінде пайдаланылады. Сұйықтықтар үшін, сұйықтықтармен жанасқан кезде тюнинг-форк-тың резонанстық жиілігі өзгереді, жиіліктің өзгеруі деңгейді анықтауға қолданылады.
Tuning fork forms the sensing part of vibrating point level sensors. The tuning fork is kept vibrating at its resonant frequency by a piezoelectric device. Upon coming in contact with solids, amplitude of oscillation goes down, the same is used as a switching parameter for detecting point level for solids. For liquids, the resonant frequency of tuning fork changes upon coming in contact with the liquids, change in frequency is used to detect level.