Datorsimulering avslöjar orgelpipans mysterium
Att bygga en orgel är en konst som kräver tränad hörsel och alldeles speciella kunskaper om tonalstring i orgelpipor av olika material. Med hjälp av datorer kan man simulera en del av dessa processer.
– Ljudet i en orgel alstras av tusentals pipor av trä, bly eller tenn. Pipmakarna och pipintonatörerna som tillverkar dem är konstnärer. De har en tränad hörsel och uppfattar detaljer som vi naturvetare försöker förstå med hjälp av komplicerade modeller som kräver mycket datorkraft. Den skicklige pipintonatören vet hur han skall forma klangen hos varje pipa till något speciellt, säger Matthias Scholz, som försvarar sin doktorsavhandling på Chalmers den 19 december.
Klangens första millisekunder, när pipan börja alstrar ljud, är den viktigaste för upplevelsen av klangen. Den korta perioden bestämmer också om klangalstringen lyckats eller ej, om vi kommer att tycka om klangen och
om pipan är mest lämpad för lugna eller snabba musikstycken.
Under de första millisekunderna skjuter en luftstråle ut från en spalt i pipans fot. Strålen rör sig över en liten öppning i pipan, dess mun, mot den övre läppen, ett plant stycke av pipan just ovanför munnen. Därigenom börjar luftstrålen interagera med de ljudvågor som svänger fram och tillbaka inuti pipan.
En vältränad intonatör kan påverka strålens rörelse med skickliga justeringar inom och omkring området kring pipans mun men förståelsen av hur dessa justeringar påverkar de olika fysikaliska processerna är fortfarande begränsad.
Matthias Scholz har i sitt doktorsarbete undersökt dessa processer. Datorsimuleringar av luftstrålens dynamik, har för första gången gjorts i större utsträckning för orgelpipor av metall. De visar något som normalt är osynligt, nämligen vilken effekt olika små justeringar i pipans munregion har på luftstrålens rörelse och hur detta påverkar klanguppbyggnaden.
Men för många orgelbyggare är inte bara luftens rörelse viktig. Några intonatörer knackar på orgelpipans kropp för att få ett första intryck av pipans klang. De lyssnar på samverkan mellan pipans väggar och den inneslutna luften. Matthias Scholz visar i sina simulationer att en betydande del av den klang som man kan höra under ett sådant knacktest härstammar från den övre läppens rörelse.
Ljudtrycket som uppstår i en pipa när man blåser i den och luftstrålens svängningar kring den övre läppen kan orsaka kraftiga svängningar i denna del av pipan. I värsta fall kan detta göra klangalstringsprocessen instabil eller medföra att pipan storknar – pipan börjar låta, men sedan blir tonen snabbt svagare och försvinner. För att förebygga detta, kan det vara nödvändigt för pipmakaren att styva upp pipans övre läpp. Exempel på detta finns i svenska orglar där, i samband med restauration, vindtrycket i orgeln blivit alltför högt och därmed för starkt för de ursprungliga pipväggarna som därför måst förstärkas.
Matthias Scholz forskning vid Avdelningen för teknisk akustik på Chalmers har utförts i nära samarbete med GOArt, Gothenburg Organ Art Center vid Göteborgs universitet och finansierats av Stiftelsen Chalmers tekniska högskola.
Avhandlingen ”Sound generation in metal flue organ pipes: On the influence of asymmetric flue exit geometry and vibrations of the upper labium with particular emphasis on the early response” försvaras vid en offentlig disputation den 19 december 2006 kl. 10.00 i VK-salen, Sven Hultins gata 6, Chalmers Campus Johanneberg
Kontaktinformation
Mer information:
Matthias Scholz, Institutionen för bygg- och miljöteknik, Avdelningen för teknisk akustik
Tel: 031-772 2208, e-post: ms@ta.chalmers.se
Handledare: Professor Mendel Kleiner, Institutionen för bygg-
och miljöteknik, Avdelningen för teknisk akustik
Tel: 031- 772 2206, e-post: mendel.kleiner@chalmers.se
Mer om GOArt:
http://goart.gu.se/cgi-bin/hpslev1/goart.taf
