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是否可以为乐器打印谐振器?

我为卡波耶拉演奏贝林舞。最脆弱(也是最昂贵)的钻头之一是cabaça ,一种用作谐振器的空心葫芦。

卡巴萨斯

我不太熟悉用于 3D 打印的树脂的质量。如果我把它带到我们当地的创客实验室,让他们扫描并打印一份副本,它有多大可能会起作用?我担心塑料会太沉闷。

如果你想要一个不那么奇特的平行,想象一下吉他的身体。那是一个共鸣室。

“扫描并打印副本” - 它不是那样工作的。这将是“扫描,花费数小时重塑零件以获得使用扫描作为参考的可打印文件,打印”。
显示我的无知。如果我刚开始在程序中建模会怎样?我的问题仍然是塑料是否能产生共鸣。
当然可以打印一个;但在有人这样做之前,我们不会知道它的共鸣好坏。
最好的情况是有人以前做过。 :)
在线提供大量陶笛模型以及各种其他空心乐器。波长与谐振功率之间的关系极其复杂,取决于材料特性、材料横截面、腔体形状等。
旁注,此后我从公开可用的模型中打印了一个谐振器,但周末我没有机会试用它。我打算今晚试试。

6个回答

我会在这里试一试,但我的直觉是说打印的部分听起来与您原来的葫芦谐振器不同。

我相信声学取决于材料的硬度、形状和尺寸。在这种情况下,葫芦是一种坚硬且通常很薄的材料(内脏后)。典型的 3D 打印材料将具有最小厚度,这可能会妨碍实现葫芦谐振器的相同形状,而塑料的硬度通常比您的葫芦更软。

所以,简而言之,我认为如果您尝试用 3D 打印复制谐振器,听起来会不一样。这可能不是一件坏事,这取决于您要查找的内容。

另外,谁说谐振器必须做成那样的形状? 3D 打印机使我们能够制造历史上无法制造的零件,我们今天使用的许多仪器都是数百年前设计的,可用的工具远没有那么先进。我认为值得尝试葫芦的复制品,然后探索其他可能影响乐器音调的形状进行打印。

我无法从技术 3D 打印的角度回答这个问题。但是,从音乐的角度:

在乐器主体的主要功能是封闭振动气柱的情况下,这种材料经常被证明可能会有所作为,但只是一种微妙的差异。例如,最近的一系列塑料长号虽然不是一流的乐器,但已被证明具有极高的可演奏性(并且具有几乎坚不可摧的巨大优势)。

我建议你试试这个。演奏您的乐器,用手或一块布来抑制卡巴萨的振动。只需在外部弄湿外壳即可。不要堵塞孔或在里面放任何东西。现在,用棉绒或类似物填充卡巴萨。如果第一个没有什么区别,那么您可能适合使用塑料 cabaça。当然,如果第二个也没什么区别,我们可能不得不怀疑 cabaça 主要是装饰性的!

您还可以尝试使用“现成”的类似尺寸和容量的替代谐振器,而不必担心外观匹配。他们可能听起来更好!

使用塑料主要影响音调,对乐器的演奏性几乎没有影响。这听起来对吗?

这是对共振的基本物理学的一个 很好的答案

在此处输入图片说明

“一个物体响起是因为它以共振的方式获得了能量——它以一定的频率振动,并有足够的能量来产生声波。只要物体有足够的能量,它就会继续响起。它不会永远响起,因为声波逐渐减少物体所拥有的能量。但产生声波并不是物体失去能量的唯一方式,塑料与金属不同的一个方面是塑料比金属更能在内部耗散能量“任何塑料物体都会表现出一定程度的粘度衰减,因为所有聚合物材料都具有非零损耗模量曲线。金属也可以具有内部耗散机制,但它们远不如塑料普遍。”

所以,我们都知道,你可以制作塑料音乐玩具。它们永远不会像金属、玻璃或木材那样产生共鸣;但是,它们通常可以工作。这是一个由ABS制成的小号示例 在此处输入图片说明

这本塑料杂志还宣传在乐器中使用塑料(其中大部分也是ABS )。

也就是说,如果杨氏模量是关键(如第一条评论所说), PLA应该更好,因为它的杨氏模量比 ABS 大一点

尽管如此,我见过的所有塑料铃铛通常都很安静。塑料具有吸收能量的习惯,因此不是很好的谐振器。如果你想尝试,我认为你必须找到一种方法来硬化塑料。也许丙酮处理了 PLA,因为这似乎会使它变硬。也许尝试一些简单的事情,比如打印一个塑料铃铛。如果你能让它响起,你就很好。

在此处输入图片说明

当然。我已经打印了一个 7 个八度的风琴等级,所以这当然是可能的。风琴管的特殊之处在于,管子的材料特性在音色中起着次要作用,主要作用是管子的长度和横截面、管口周围的元素以及其他开口(结束开场,以及有时用于修改泛音的额外开场)。也很清楚管道材料属性如何影响声音,因此可以设计打印管道以模仿木制或金属管道的属性,以及介于两者之间的任何属性。

根据谐振器的刚度在乐器声音中的作用有多大,您可能需要在印刷形状中复制葫芦壳的一些机械特性 - 例如其刚度。因此印刷品的内部将具有葫芦内部的形状,但外部可能需要更远,然后填充百分比将起重要作用,以及填充形状。

葫芦内部的形状可以通过测量一些尺寸并在 3D 建模器或 CAD 中雕刻内表面来近似。很可能不需要 3D 扫描,除非您可以便宜地完成它并且没有大惊小怪。

您还需要打印全尺寸乐器。因此,就使用的材料和打印机时间而言,这不会便宜。我会以 3 个外壳厚度(0.5、1.0 和 1.5 英寸)和 3 个填充百分比(20%、35%、50%)对打印的仪器进行基准测试。全部有 3 个周边层和立方体填充物。具有高填充度的 1.5 英寸厚外壳将是所有外壳中最硬的。

如果乐器听起来“正确”,它的形状与其制成的材料如何分层(或不分层)同样重要,因为这会改变它的共振。让我们举几个例子:

金属、铸造树脂和硬木都非常致密,并且(几乎)没有中空空间来抑制它们的共振。这使它们成为制作乐器的经典选择,因为现在只是形状改变了曲调。

轻木非常轻且脆,而且颗粒感很强,在木材内部产生一些应该产生共鸣的空心,改变了很多共鸣。

我不完全知道葫芦的成分如何,但对于打击乐而言,3D 打印更多是在空心侧而不是在硬木侧进行低填充。非常密集 (35% 以上) 的打印件具有与固体树脂铸件相似的特性,但这取决于所使用的灯丝和打印机的类型。

让我们寻求妥协吧!

从我自己的乐器经验来看,经典中有一种碳纤维增强树脂乐器的流行。概括地说,这些是通过将树脂浇铸在压入模具中的碳纤维垫上,然后打磨和抛光来制造的。换句话说,碳纤维长丝的 3D 打印在 FDM 场景中无处不在,即使它具有很强的磨蚀性并且需要像红宝石一样的喷嘴来打印。

有了正确的室内设计(即几乎是空心的印刷品,只包含不分离印刷品内部空腔的支柱),碳纤维印刷品可能会填充树脂并成为 3D 打印的复合材料,从而提供更接近的声音到葫芦,同时提供极端的耐用性。

然而,这样的设计需要花费很多时间才能开始第一次打印。最重要的是,打印碳纤维是一种特殊的东西,没有多少打印店可以做或定期做。最后,用树脂填充“葫芦壳”的后处理是一个非常微妙的过程,然后涂上内外层,然后调音……我估计这样的东西至少和几个真正的葫芦一样昂贵。

附录

几个月后,这个问题又出现了,我意识到在设计中可能会用到更多的东西:

  • 薄壳,铠甲。考虑以下问题:打印一个 2 或 3 壳厚的墙,这将是最里面的。然后用树脂和碳纤维垫加强它,直到声音正确。这将允许在一定程度上调整葫芦。

  • 固体打印,滑动。您可能会拿走您的模型并将其牢固地打印出来,但在设计中您可以包含可从外部进入的树状中空空间。用注射器。通过这些孔推入树脂会在葫芦内产生更硬的树脂脉,这可能会改变曲调并加强它。

  • 后处理。暂时忽略树脂,您还可以通过让它在烤箱中固化一段时间来使 PLA 葫芦更稳定。我在大约 100°C 下烘烤了大约一个小时,取得了一些成功。有关这如何改变不同材料的模量的更多信息,我建议 CNC 厨房:薄壁和 PLA 退火退火 PLA 的变化

对此进行跟进,答案是,是的,这非常有效。我在 Lulzbot Mini 上使用 PLA 从 Thingiverse 打印了这个cabaça模型,今天把它放在我的berimbau上进行测试。我无法直接比较,因为印刷谐振器比我拥有的葫芦小,但声音很好。我不确定它是否真的更便宜(它使用了相当数量的 PLA,因为它可能大约有半英寸厚,并且由于需要大约 9 个小时并且需要进行监控,因此尝试了几次才能获得良好的打印效果用于断丝),但对于无法从巴西运送葫芦的人来说可能更容易获得。它肯定更耐用。

打印机上 *cabaça* 的外观 (点击放大)

*cabaça* 的内部视图 - 请注意内部的一些串线 (点击放大)

断丝可能更多地与您如何喂食灯丝和灯丝质量有关 - 在烤箱中将其干燥一小段时间并适当储存可以防止这种情况发生。

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