È possibile stampare un risonatore per uno strumento musicale?

Suono un berimbau per Capoeira. Uno dei pezzi più fragili (e più costosi) è la cabaça , una zucca vuota usata come risuonatore.

Non conosco molto bene le qualità della resina utilizzata per la stampa 3d. Se dovessi portarlo al nostro Maker Lab locale e fare in modo che scansionino e stampino una copia, quanto è probabile che funzioni? La mia paura è che la plastica sia troppo faticosa.

Se vuoi un parallelo meno esotico, immagina il corpo di una chitarra. Questa è una camera risonante.

Non posso rispondere da un punto di vista tecnico della stampa 3D. Ma dal punto di vista musicale:

Laddove il corpo di uno strumento ha la funzione primaria di racchiudere una colonna d'aria vibrante, è stato spesso dimostrato che il materiale può fare la differenza, ma solo sottile. Ad esempio, una recente gamma di tromboni in plastica, sebbene non strumenti di prima classe, si sono dimostrati estremamente suonabili (e hanno il grande vantaggio di essere praticamente indistruttibili).

Ti suggerisco di provare questo. Suona il tuo strumento, smorzando le vibrazioni della cabaça con la mano o con un pezzo di stoffa. Basta inumidire il guscio esternamente. Non ostruire il foro o mettere qualcosa all'interno. Ora riempi la cabaça con un batuffolo di cotone o simile. Se il primo fa poca differenza, probabilmente sei bravo ad andare con un cabaça di plastica. Naturalmente, se anche il secondo fa poca differenza, potremmo sospettare che la cabaça sia principalmente decorativa!

Potresti anche sperimentare risonatori alternativi di dimensioni e capacità simili, disponibili "pronti all'uso", senza preoccuparti troppo di un abbinamento cosmetico. Potrebbero suonare anche meglio!

In seguito, la risposta è sì, funziona abbastanza bene. Ho stampato questo modello cabaça di Thingiverse usando PLA su un Lulzbot Mini e l'ho messo sul mio berimbau oggi per testarlo. Non posso fare un confronto diretto perché il risonatore stampato è più piccolo di quello di zucca che possiedo, ma il suono è buono. Non sono sicuro che sia effettivamente più economico (ha usato una buona quantità di PLA perché probabilmente ha uno spessore di circa mezzo pollice e ci sono voluti alcuni tentativi per ottenere una buona stampa a causa del fatto che impiegava circa 9 ore e che doveva essere monitorato per la rottura del filamento), ma potrebbe essere più accessibile per le persone che non possono spedire una zucca dal Brasile. È decisamente più resistente.

(clicca per ingrandire)

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Ecco una grande risposta alla fisica di base della risonanza:

"Un oggetto suona perché ha acquisito energia in modo tale da risuonare - vibra a una frequenza e con energia sufficiente a generare onde sonore. Finché l'oggetto ha energia sufficiente, continuerà a suonare. Non può suonare per sempre perché le onde sonore riducono gradualmente la quantità di energia dell'oggetto. Ma la generazione di onde sonore non è l'unico modo in cui un oggetto può perdere energia, Uno dei modi in cui la plastica si differenzia dai metalli è che la plastica è più capace dei metalli di dissipare l'energia internamente Qualsiasi oggetto in plastica mostrerà una certa quantità di smorzamento della viscosità poiché tutti i materiali polimerici hanno una curva del modulo di perdita diversa da zero. I metalli possono anche avere meccanismi di dissipazione interna, ma sono molto meno diffusi rispetto alla plastica. "

Quindi, lo sappiamo tutti, puoi creare giocattoli musicali di plastica. Non risuonano mai oltre a metallo, vetro o legno; ma spesso possono funzionare. Ecco un esempio di tromba fatta di ABS!

Questa rivista di plastica è anche adatta all'uso della plastica negli strumenti musicali (la maggior parte dei quali è anche ABS ).

Detto questo, se il modulo di Young è la chiave (come diceva il primo commento), il PLA dovrebbe essere ancora migliore in quanto il suo modulo di Young è un po 'più grande dell'ABS .

Detto questo, tutte le campane di plastica che ho visto sono generalmente piuttosto silenziose. La plastica ha l'abitudine di assorbire energia e quindi di non essere un ottimo risonatore. Se vuoi provare, penso che dovrai trovare un modo per indurire la plastica. Forse l'acetone ha trattato il PLA in quanto sembra indurirlo . Forse prova qualcosa di semplice come stampare una campana di plastica. Se riesci a far squillare, stai bene.

Prenderò una pugnalata qui, ma il mio istinto è quello di dire che una parte stampata non suonerà come il tuo risonatore di zucca originale.

Credo che l'acustica si basi sulla durezza, la forma e le dimensioni del materiale. In tal caso, una zucca è un materiale duro e spesso sottile (dopo averlo sventrato). I tipici materiali di stampa 3D avranno uno spessore minimo che potrebbe ostacolare il raggiungimento della stessa forma del risonatore della zucca e la plastica in genere avrà una durezza più morbida della tua zucca.

Quindi, in breve, penso che se provi a replicare il risonatore con la stampa 3D non sembrerà lo stesso. Potrebbe non essere una brutta cosa, a seconda di cosa stai cercando.

Inoltre, chi può dire che il risonatore debba essere modellato in quel modo? Le stampanti 3D ci consentono di produrre parti che sono state storicamente impossibili da realizzare e molti strumenti che usiamo oggi sono stati progettati centinaia di anni fa con strumenti molto meno avanzati disponibili. Dico che vale la pena provare una replica della zucca e quindi esplorare altre forme per stampare che potrebbero influenzare la tonalità del tuo strumento.

Ovviamente. Ho stampato un rango d'organo di 7 ottave, quindi è certamente possibile. Le canne d'organo sono piuttosto speciali in quanto le proprietà dei materiali della pipa svolgono un ruolo secondario nel tono, il ruolo principale è giocato dalla lunghezza e dalla sezione trasversale della pipa, dagli elementi che circondano la bocca della pipa e dalle sue altre aperture (apertura finale e aperture extra che a volte vengono utilizzate per modificare le sfumature). È anche ben noto come le proprietà del materiale del tubo influenzino il suono, quindi è possibile progettare il tubo stampato per imitare le proprietà di un tubo di legno o di metallo e qualsiasi altra via di mezzo.

A seconda di quanto sia importante il ruolo della rigidità del risonatore nel suono dello strumento, potrebbe essere necessario replicare alcune delle proprietà meccaniche del guscio della zucca - ad esempio la sua rigidità - nella forma stampata. Quindi l'interno della stampa avrà la forma dell'interno di una zucca, ma potrebbe essere necessario che l'esterno sia molto più lontano, e quindi la percentuale di riempimento avrà un ruolo importante, così come la forma di riempimento.

La forma dell'interno della zucca può essere approssimata misurando alcune dimensioni e scolpendo una superficie interna in un modellatore 3D o CAD. Molto probabilmente non è necessaria una scansione 3D, a meno che non sia possibile farlo a buon mercato e senza complicazioni.

Sarà inoltre necessario stampare strumenti di dimensioni standard. Quindi questo non sarà economico in termini di materiale utilizzato e tempo di stampa. Vorrei confrontare lo strumento stampato con 3 spessori di calotta: 0,5, 1,0 e 1,5 pollici e 3 percentuali di riempimento: 20%, 35%, 50%. Tutto con 3 strati perimetrali e riempimento cubico. Lo spesso guscio da 1,5 pollici con alto riempimento sarà il più rigido di tutti.

Se uno strumento suona "giusto" ha tanto a che fare con il modo in cui è modellato quanto con il modo in cui il materiale di cui è fatto è stratificato - o no - quando questo cambia risonanza. Facciamo alcuni esempi:

Metallo, resine pressofuse e legni duri sono tutti molto densi e non contengono (poco) spazi vuoti per smorzare le loro risonanze. Questo li rende la scelta classica per creare strumenti, poiché solo la forma cambia la melodia adesso.

Il legno di balsa è molto molto leggero e fragile, ed è molto granuloso, creando un po 'di vuoto all'interno del legno che dovrebbe risuonare, cambiando molto la sua risonanza.

Non so esattamente come sia la zucca nella sua composizione, ma per le percussioni, le stampe 3D sono più sul lato cavo che sul lato in legno duro per un basso riempimento. Le stampe molto dense (35% +) possono avere proprietà simili ai calchi in resina solida, ma questo dipende dal tipo di filamento e dalla stampante utilizzata.

Cerchiamo un compromesso!

Dalla mia esperienza con gli strumenti musicali, c'è un vuoto di strumenti in resina rinforzata con fibra di carbonio nei classici. A grandi linee, questi sono stati manipolati da colata di resina su tappetini in fibra di carbonio pressati su uno stampo e poi levigati e lucidati. In altri termini, la stampa 3D del filamento in fibra di carbonio è presente nella scena FDM, anche se altamente abrasiva e richiede un ugello come il rubino per la stampa.

Con il giusto design degli interni (ovvero una stampa quasi vuota che contiene solo montanti che non separano cavità all'interno della stampa), una stampa in fibra di carbonio potrebbe essere riempita di resina e diventare un composito stampato in 3D, garantendo un suono molto più vicino alla zucca fornendo allo stesso tempo estrema durata.

Tuttavia, un tale progetto richiederà molte ore di lavoro prima che la prima stampa possa iniziare. In cima alla stampa di fibra di carbonio è una cosa speciale che molte tipografie non possono fare o fare regolarmente. E infine, il postelaborazione del riempimento del "guscio di zucca" con la resina è un processo molto delicato, seguito dal rivestimento dello strato interno ed esterno e quindi dall'ottimizzazione ... Stimo che una cosa del genere sia almeno cara come molte vere zucche.

appendice

Dopo alcuni mesi e questa domanda è tornata indietro, ho realizzato alcune altre cose che potrebbero essere utilizzate nella progettazione di questo:

• Scocca sottile, corazzata. Pensa a questo: Stampa una parete thichk a 2 o 3 gusci, che sarà la più interna. Quindi rinforzalo con tappetini in resina e fibra di carbonio fino a quando il suono è giusto. Ciò consentirebbe di sintonizzare la zucca in una certa misura.

• Stampa solida, slidified. Potresti prendere il tuo modello e stamparlo in modo solido, ma nel design potresti includere spazi vuoti come alberi accessibili dall'esterno. con una siringa. Spingere la resina attraverso questi fori creerebbe vene di resina più dura all'interno della zucca, che potrebbe alterare la melodia e rafforzarla.

• Post produzione. Ignorando un po 'la resina, puoi anche rendere più stabile una zucca di PLA lasciandola polimerizzare nel forno per qualche tempo. Ho avuto un certo successo cuocendolo a circa 100 ° C per circa un'ora. Per ulteriori informazioni su come ciò modifica il modulo di diversi materiali, suggerisco CNC Kitchen: pareti sottili e ricottura in PLA e modifiche in PLA ricotto