Ladička - Tuning fork

Tuningová vidlice od Johna Walkera opatřená notou (E) a frekvencí v hertzech (659)

Ladička je akustický rezonátor v podobě dvou složkách, vidlice s kolíky ( hrotů ) vytvořené z tvaru U baru pružného kovu (obvykle oceli ). Když vibruje, rezonuje na konkrétní konstantní výšce, když narazí na povrch nebo na předmět, a jakmile vysoké podtóny odezní, vydává čistý hudební tón . Rozteč ladičky závisí na délce a hmotnosti obou hrotů. Jsou to tradiční zdroje standardní výšky pro ladění hudebních nástrojů.

Tuningovou vidlici vynalezl v roce 1711 britský hudebník John Shore , seržant trumpetista a loutnista u dvora.

Popis

Pohyb ladicí vidlice A-440 (značně přehnaně) vibrující v hlavním režimu

Ladicí vidlice je akustický rezonátor ve tvaru vidlice používaný v mnoha aplikacích k produkci pevného tónu. Hlavním důvodem pro použití tvaru vidlice je, že na rozdíl od mnoha jiných typů rezonátorů produkuje velmi čistý tón , přičemž většina vibrační energie je na základní frekvenci . Důvodem je to, že frekvence prvního podtónu je přibližně5 2/2 2 = 25/4= 6+1 / 4 násobek základní (cca 2+1 / 2 oktávy nad ním). Pro srovnání, první podtón vibrující struny nebo kovové tyče je o jednu oktávu nad (dvakrát) základním, takže když je struna stržena nebo je zasažena tyč, její vibrace mají tendenci míchat základní a podtextové frekvence. Když udeří ladička, málo energie přejde do režimů podtónu; také rychleji vymírají a zanechávají čistou sinusovou vlnu na základní frekvenci. S tímto čistým tónem je snadnější naladit jiné nástroje.

Dalším důvodem pro použití tvaru vidlice je, že ji lze poté držet na základně, aniž by došlo k tlumení oscilace. Je to proto, že jeho hlavní způsob vibrací je symetrický, přičemž dva hroty se vždy pohybují v opačných směrech, takže na základně, kde se oba hroty setkávají, je uzel (bod bez vibračního pohybu), který lze tedy zvládnout bez odstranění energie od kmitání (tlumení). Stále však existuje malý pohyb v rukojeti v jejím podélném směru (tedy v pravém úhlu k oscilaci hrotů), který lze slyšet pomocí jakéhokoli druhu zvukové desky . Tím, že přitlačíte základnu ladičky k zvukové desce, jako je dřevěná skříňka, deska stolu nebo můstek hudebního nástroje, je tento malý pohyb, který má vysoký akustický tlak (tedy velmi vysoká akustická impedance ), částečně převedeny na slyšitelný zvuk ve vzduchu, který zahrnuje mnohem větší pohyb ( rychlost částic ) při relativně nízkém tlaku (tedy nízká akustická impedance). Rozteč ladičky lze také slyšet přímo skrz kostní vedení , přitlačením ladičky proti kosti těsně za uchem nebo dokonce držením dříku vidlice v zubech, přičemž obě ruce zůstávají volné. Kostní vedení pomocí ladičky se konkrétně používá při Weberově a Rinnově testu pro sluch, aby se vyhnula střednímu uchu . Pokud je držen pouze pod širým nebem, zvuk ladičky je velmi slabý kvůli nesouladu akustické impedance mezi ocelí a vzduchem. Navíc, protože slabé zvukové vlny vycházející z každého hrotu jsou 180 ° mimo fázi , tyto dvě opačné vlny se ruší a do značné míry se navzájem ruší. Když je tedy pevná deska zasunuta mezi hroty vibrační vidlice, zdánlivý objem se ve skutečnosti zvyšuje , protože toto zrušení je omezeno, stejně jako reproduktor vyžaduje ozvučnici, aby mohl efektivně vyzařovat.

Komerční ladicí vidlice jsou v továrně naladěny na správnou výšku a je na nich vyražena výška a frekvence v hertzech. Mohou být přeladěny podáním materiálu z hrotů. Odevzdání konců hrotů zvyšuje výšku tónu, zatímco vyplňování vnitřku základny hrotů jej snižuje.

V současné době nejběžnější ladička zní na notu A = 440 Hz , standardní koncertní výšku, kterou používá mnoho orchestrů. To A je výška druhého řetězce houslí, prvního řetězce violy a oktávy nad prvním řetězcem violoncella. Orchestry v letech 1750 až 1820 většinou používaly A = 423,5 Hz, ačkoli tam bylo mnoho vidliček a mnoho mírně odlišných výšek. K dispozici jsou standardní ladicí vidlice, které vibrují na všech výškách v centrální oktávě klavíru a také na dalších výškách.

Rozteč tuningových vidlic se mírně mění s teplotou, hlavně kvůli mírnému poklesu modulu pružnosti oceli s rostoucí teplotou. Změna frekvence 48 dílů na milion na ° F (86 ppm na ° C) je typická pro ocelovou ladicí vidlici. S rostoucí teplotou frekvence klesá (stává se plochá ). Tuningové vidlice jsou vyráběny tak, aby měly správnou rozteč při standardní teplotě. Standardní teplota je nyní 20 ° C (68 ° F), ale 15 ° C (59 ° F), je starší standardní. Rozteč ostatních nástrojů je také závislá na změnách teploty.

Výpočet frekvence

Frekvence ladičky závisí na jejích rozměrech a na tom, z čeho je vyrobena:

kde:

Poměr /A ve výše uvedené rovnici lze přepsat jako r 2/4pokud jsou hroty válcovité s poloměrem r , aa 2/12mají-li hroty obdélníkový průřez šířky a ve směru pohybu.

Využití

Tuningové vidlice se tradičně používají k ladění hudebních nástrojů , ačkoli elektronické tunery je do značné míry nahradily. Vidlice může být poháněn elektricky umístěním oscilátor -driven elektromagnety v blízkosti hrotů.

V hudebních nástrojích

Řada klávesových hudebních nástrojů používá principy podobné ladicím vidlím. Nejoblíbenější z nich je klavír Rhodos , ve kterém kladiva narážejí na kovové prsty, které vibrují v magnetickém poli snímače a vytvářejí signál, který pohání elektrické zesílení. Dřívější, nezesílený dulciton , který přímo používal ladicí vidlice, trpěl nízkou hlasitostí.

V hodinách a hodinkách

Křemenný rezonátor z moderních křemenných hodinek , vytvořený ve tvaru ladičky. Vibruje při 32 768 Hz, v ultrazvukovém rozsahu.
Bulova Accutron hodinky od 1960, který používá ocel ladičku (viditelné v centru), vibrační na 360 Hz.

Krystal křemene , který slouží jako časomíry prvek v moderní křemenné hodiny a hodinky je ve tvaru malé ladičky. Obvykle vibruje na frekvenci 32 768 Hz v ultrazvukovém rozsahu (nad rozsahem lidského sluchu). Je vibrován malými oscilačními napětími aplikovanými na kovové elektrody pokovené na povrchu krystalu obvodem elektronického oscilátoru . Křemen je piezoelektrický , takže napětí způsobuje, že se hroty rychle ohýbají tam a zpět.

Accutron , An elektromechanický hodinky vyvinutý Max Hetzel a vyráběl Bulova počátku roku 1960, používal 360- hertzů ocel ladičku jako jeho časoměřiče, poháněný elektromagnetů připojeny k tranzistoru oscilačního obvodu bateriově napájený. Vidlice poskytovala větší přesnost než konvenční hodinky s vyvážením. Když hodinky drželi u ucha, bylo slyšet bzučení ladičky.

Lékařské a vědecké využití

1 kHz ladicí vidlicový elektronkový oscilátor používaný americkým Národním úřadem pro standardy (nyní NIST ) v roce 1927 jako frekvenční standard.

Alternativy ke společné normě A = 440 zahrnují filozofickou nebo vědeckou výšku se standardní výškou C = 512. Podle Rayleigha toto hřiště použili fyzici a výrobci akustických nástrojů. Tuningová vidlice, kterou John Shore dal George Frideric Handel, produkuje C = 512.

Ladičky, obvykle C512, používají lékaři k posouzení sluchu pacienta. Nejčastěji se to provádí pomocí dvou zkoušek zvaných Weberův test a Rinnův test . Nižší, obvykle na C128, se také používají ke kontrole smyslu vibrací jako součást vyšetření periferního nervového systému.

Ortopedičtí chirurgové prozkoumali pomocí ladičky (nejnižší frekvence C = 128), aby posoudili zranění v případě podezření na zlomeninu kosti. Drží konec vibrační vidlice na kůži nad podezřelým zlomeninou, postupně blíže k podezřelé zlomenině. Pokud dojde ke zlomenině, periosteum kosti vibruje a vypaluje nociceptory (receptory bolesti), což způsobuje místní ostrou bolest. To může znamenat zlomeninu, kterou odborník označuje pro lékařský rentgen. Ostrá bolest místního vyvrtnutí může dát falešně pozitivní. Zavedená praxe však vyžaduje rentgen bez ohledu na to, protože je to lepší než vynechat skutečnou zlomeninu a přemýšlet, zda reakce znamená podvrtnutí. Systematický přehled publikovaný v roce 2014 v BMJ Open naznačuje, že tato technika není dostatečně spolehlivá ani přesná pro klinické použití.

Ladicí vidlice také hrají roli v několika alternativních terapeutických postupech, jako je sonopunktura a polarita .

Kalibrace radaru

Radar zbraň , která měří rychlost vozidel nebo míč ve sportu je obvykle kalibrován ladičky. Místo frekvence jsou tyto vidlice označeny kalibrační rychlostí a pásmem radaru (např. Pásmo X nebo pásmo K), pro které jsou kalibrovány.

V gyroskopech

Zdvojené a H ladicí vidlice se používají pro taktické gyroskopy s vibrační strukturou a různé typy mikroelektromechanických systémů .

Senzory hladiny

Tuningová vidlice tvoří snímací část vibračních snímačů úrovně bodu Bodová čidla . Ladicí vidlice je vibrována na své rezonanční frekvenci piezoelektrickým zařízením. Při kontaktu s tělesy klesá amplituda kmitání, to samé se používá jako spínací parametr pro detekci bodové hladiny pro tělesa. U kapalin se mění rezonanční frekvence ladicí vidlice při kontaktu s kapalinami, ke zjištění hladiny se používá změna frekvence.

Viz také

Reference

externí odkazy