| การทดลองเรื่อง: คุณภาพเสียงไวโอลิน
|
การทดลองเรื่อง: คุณภาพเสียงไวโอลิน
วัตถุประสงค์ของบทความชิ้นนี้ เขียนขึ้นเพื่อแสดงถึงผลการวิจัยเรื่องไวโอลินของสถาบัน NTNU เขียนขึ้นโดยนาย L.H Morset ซึ่งศึกษาเรื่องการกระจายของเสียงจากเเหล่งกำเนิด ภายใต้คำแนะนำของนักวิทยาสาสตร์ผู้เชี่ยวชาญ 3 สาขาด้วยกันคือ ศาสตราจารย์ Asbjorn Krokstad จากภาควิชาอุโฆษวิทยา ศาสตราจารย์ Ole Johan Lokberg จากภาควิชาจักษุประยุกต์ (Applied Optics) และศาสตราจารย์ Ola kai Ledang จากมหาวิทยาลัย MI (Mansachusette Institute of Technology) ซึ่ง Morset มีความสนใจในเรื่องวิธีการทดสอบและเครื่องดนตรีประเภทต่างๆ โดยเฉพาะความสนใจเสียงเปียโนและไวโอลินเป็นพิเศษ
หลักการพื้นฐานของไวโอลิน
เครื่องสายที่ใช้คันชักมีบทบาทสำคัญในวงการดนตรีมาเป็นเวลานานแล้ว พัฒนาการของไวโอลินค่อยๆ ดำเนินมาอย่างต่อเนื่องจากเครื่องดนตรีประเภทเครื่องสายที่ใช้คันชักชนิดต่างๆ ซึ่งแพร่หลายอยู่ในยุโรปในช่วงยุคกลาง (Middle Ages) ส่วนเครื่องสายตระกูลไวโอลินอย่างที่เราเห็นกันทุกวันนี้ ได้รับการพัฒนาขึ้นนับตั้งแต่ศตวรรษที่ 16 และพัฒนาถึงขีดสุดในศตวรรษที่ 18 โดยช่างทำไวโอลินชั้นเยี่ยม อาทิ Antonio Stradivari (1644-1737) และ Giuseppe Guarneri del Gesu (1698-1744) แห่งเมืองเครโมนา ประเทศอิตาลี ปัจจุบันผลงานของช่างฝีมือชั้นยอดเหล่านี้ยังได้รับการยกย่องว่าเป็นผลงานที่ดีที่สุดเท่าที่เคยมีการสร้างกันมาเลยทีเดียว แม้ว่าไวโอลินเหล่านี้จะถูกดัดเเปลงให้มีพลังเสียงเพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองการเล่นในคอนเสิร์ทฮอลล์ใหญ่ๆ ก็ตาม | | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:33] ( IP A:202.12.74.6 X: ) |  |
ความคิดเห็นที่
2
จากภาพระเบิดแสดงให้เห็นชิ้นส่วนสำคัญๆ ของไวโอลิน ไม้แผ่นหน้า (Top) นิยมแกะสลักจากไม้สนนอรเวย์ ส่วนไม้แผ่นหลัง (Back) ด้านข้าง (Rib) และคอ (Neck) ทำจากไม้เมเปิ้ลที่มีลวดลาย ฟิงเกอร์บอร์ดทำจากไม้อีโบนี่ (Ebony) และคันชักทำจากไม้เปอร์นัมบูโค (Pernambuco) แท่งไม้ที่ติดอยู่ด้านล่างวางขนานไปตามความยาวของไม้แผ่นหน้าคือเบสบาร์ (Bass bar) และซาวด์โพสท์ที่อยู่ใต้ตีนหย่อง (Bridge) ฝั่งเสียงสูง หย่องจะอยู่ใต้สายไวโอลินทั้ง 4 ทำจากโลหะ (Steel) เอ็น (Gut) หรือสายสังเคราะห์ (Nylon) ตั้งสายตามลำดับดังนี้คือ G, D, A, E โดยสาย G จะอยู่ฝั่งเดียวกับเบสบาร์
| | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:36] ( IP A:202.12.74.8 X: ) |  |
ความคิดเห็นที่
3
ลำพังสายเพียงอย่างเดียวไม่สามารถถ่ายทอดน้ำเสียงออกมาได้มากนัก เนื่องจากมันมีคลื่นเสียง (Sound wave) ที่ขนาดที่เล็กมากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น (Wavelength) ของคลื่นเสียง เราอาจจะเปรียบเทียบน้ำเสียงที่เบามากของมันได้โดยการทดลองเล่นกีตาร์ไฟฟ้าที่ไม่ได้เสียบเเอมป์ ในขณะที่กีตาร์โปร่งจะถ่ายทอดน้ำเสียงออกมาได้มากกว่าเนื่องจากลำตัวที่สะท้อนเสียงของมันที่ทำหน้าที่ขยายเสียง ลำตัวของไวโอลินก็ทำหน้าที่เช่นเดียวกัน ดังนั้น โครงสร้างของลำตัวไวโอลินจึงมีความสำคัญมาก การค้นหาว่าลำตัวไวโอลินมีการสั่นสะเทือนอย่างไรจึงมีความสำคัญมากเพราะสามารถอธิบายถึงคุณภาพของไวโอลินได้ การสั่นสะเทือนของลำตัวไวโอลินทำให้อากาศภายในเกิดการสั่นสะเทือนตามไปด้วยและทำให้เกิดคลื่นเสียงที่เราได้ยิน
วิธีวัดการสั่นสะเทือนของไวโอลินสามารถทำได้หลายวิธี ทุกๆ วิธีมีหลักการที่คล้ายคลึงกันคือ ทำอย่างไรก็ได้ให้ไวโอลินเกิดการสั่นสะเทือนก่อนที่จะวัดค่าความสั่นสะเทือนนั้นๆ การทำให้ไวโอลินสั่นสะเทือนนี้เรียกว่าการกระตุ้นไวโอลิน เช่น เมื่อลากคันชักผ่านสาย สายที่กำลังเล่นอยู่นั้นจะเกิดการสั่นสะเทือนในแนวนอน (Horizontal vibration) ซึ่งเกิดจากแรงของคันชักที่ลากผ่าน เเรงสั่นสะเทือนของสายจะถ่ายทอดผ่านหย่องลงสู่ลำตัวของไวโอลินที่ตั้งสายผ่านหย่องเรียบร้อยแล้ว หรืออธิบายได้อีกอย่างว่า เมื่อลากคันชักผ่านไวโอลินนั้น เเรงกระทำก็คือสายไวโอลินซึ่งตรึงอยู่กับที่ในตำแหน่งที่สายพาดผ่านหย่อง สาเหตุที่งานวิจัยชิ้นนี้เน้นการทดลองในตำแหน่งหย่องก็คือ เมื่อมีการวัดความสั่นสะเทือนของลำตัวไวโอลินแล้ว ในจุดอื่นๆ ยังสามารถทำการกระตุ้นได้อีก ซึ่งเคยมีการศึกษาเรื่องนี้เอาไว้แล้วในทฤษฎีของ Jansson และ Bork
จุดมุ่งหมายของการศึกษาในเรื่องนี้ก็เพื่อทดลองวิธีการวัดค่าต่างๆ เพื่อหาค่าเฉลี่ยและค้นหาคำตอบที่ว่าไวโอลินสั่นสะเทือนอย่างไรในขณะที่ลากคันชักผ่านสาย ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะทำการทดสอบไวโอลินที่กำลังเล่น เนื่องจากตัวนักไวโอลินอาจจะไปรบกวนกระบวนการทดลองได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ต้องมีอุปกรณ์มารองรับไวโอลินในแบบที่ใกล้เคียงกับการเล่นจริง (ดูภาพประกอบ) ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวต้องรองรับไวโอลินใกล้เคียงกับวิธีการที่นักไวโอลินเล่นจริงๆ จากในรูปจะสังเกตเห็นอุปกรณ์ซึ่งรองรับบริเวณไหล่และคาง
| | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:39] ( IP A:202.12.74.8 X: ) | |
ความคิดเห็นที่
5
สิ่งที่ยากก็คือการกำาหนดระยะเวลาที่ใช้ในการสั่นสะเทือนของสายด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้า ตามทฤษฎีของ Fourier (นักคณิตศาสตร์ที่มีชื่อเสียง) บอกกับเราว่า ตราบใดที่ใช้สื่อทดลองในแนวนอน (ซึ่งหมายถึงความยาวของลำตัวไวโอลินนั่นเอง) เราก็สามารถใช้อุปกรณ์การกระตุ้นเเรงสั่นสะเทือนได้ สิ่งสำคัญก็คือแรงกระตุ้นนั้นต้องอยู่ในตำแหน่งเดิม ดังนั้นครื่องมือที่ใช้กระตุ้นจะต้องวางในตำแหน่งที่สายพาดผ่านหย่อง นอกจากนั้นอุปกรณ์ที่ใช้ในการกระตุ้นจะต้องมีพลังงานสั่นสะเทือนเพียงพอในการสร้างคลื่นความถี่ที่เราต้องการจะวัดค่า ซึ่งการทดลองกับไวโอลินจะใช้คลื่นความถี่ประมาณ 196-15,000 Hz
การสั่นสะเทือนของไวโอลินสามารถหาค่าเฉลี่ยได้โดยใช้ฆ้อนเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการกระตุ้น ใช้ค้อนตีลงบนสายในตำเเหน่งที่ใกล้หย่องที่สุดโดยใช้แรงเพียงพอที่จะทำให้เกิดคลื่นความถี่ที่เราต้องการจะวัดค่า จากภาพด้านล่างจะเห็นไวโอลินและฆ้อนที่ใช้ในการทดลอง สัญญาณที่ได้จากการใช้ฆ้อนตีลงไปบนสายไวโอลินเรียกว่าเเรงกระตุ้น เนื่องจากเป็นช่วงระยะสั้นๆ เท่านั้น ดังนั้นจึงเรียกว่าการกระตุ้นแบบฉับพลัน
| | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:41] ( IP A:202.12.74.6 X: ) | |
ความคิดเห็นที่
6
ค่าตัวเลขของการสั่นสะเทือนทุกประภทที่ได้เรียกว่า ความกังวาน (Resonance) การทดลองในครังนี้ได้ค่าความกังวานที่คลื่นความถี่ของการสั่นสะเทือนที่สูงมาก ซึ่งเรียกคลื่นความถี่นี้ว่า คลื่นความกังวาน (Resonance frequency)
ความกังวานที่สะท้อนออกมาและมีจำนวนมากน้อยเท่าไหร่นั้น ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของการกระตุ้น สิ่งสำคัญก็คือการกระตุ้นที่ใช้เพื่อวัดค่านั้น เป็นความกังวานระดับเดียวที่เกิดขึ้นในขณะที่นักไวโอลินกำลังเล่นจริง
เมื่อนักไวโอลินกำลังเล่นอยู่นั้น สายไวโอลินจะถูกกระตุ้นโดยคันชัก แต่สามารถใช้นิ้วดีดได้เช่นเดียวกัน แต่เสียงที่ได้จะไม่มากนักเนื่องจากมีปริมาตรที่น้อยมาก เพราะว่าการสั่นสะเทือนของลำตัวไวโอลินทำให้เกิดเสียงที่เราได้ยิน การสั่นสะเทือนเหล่านี้เกิดจากกำลังของสายที่ส่งผ่านหย่องไปยังลำตัวไวโอลิน
ก่อนที่จะพูดถึงเรื่องการวัดค่า เราควรจะทราบถึงข้อกำหนดวิธีการทดลองเสียก่อนดังนี้
-ต้องใช้พลังงานที่เพียงพอในการสร้างระดับคลื่นความถี่เพื่อการวัดค่าผลการทดลอง เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำ
-อุปกรณ์ที่ใช้ในการกระตุ้นควรจะวางใกล้หย่องให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
-ชิ้นส่วนหลักของอุปกรณ์ทดลองจะต้องถ่ายทอดลงบนหย่องในทิศทางเดียวกับที่ลากคันชักลงบนไวโอลิน (ถ้าต้องการค้นหาคุณภาพของไวโอลินจะใช้การลากคันชักผ่านสายไม่ใช่การดีด)
-สัญญาณของการทดลองด้วยการกระตุ้นที่เกิดขึ้นจะต้องวัดค่าได้หรืออ่านค่าได้
การประดิษฐ์เครื่องจักรที่ทำหน้าที่ลากคันชักโดยอัติโนมัติเพื่อใช้ทดลองและวัดค่าผลลัพธ์ อุปกรณ์ดังกล่าวจะต้องใกล้เคียงกับการเล่นของนักไวโอลินให้มากที่สุด แต่น่าเสียดายว่ามีเพียงคลื่นความถี่ที่ได้เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่เล่นด้วยวิธีนี้ จริงๆ แล้วเราต้องการค้นหาความสั่นสะเทือนของไวโอลินในทุกๆ เสียงหรือทุกๆ คลื่นความถี่ แต่ถ้าต้องทดลองเล่นทุกๆ คลื่นความถี่ด้วยวิธีนี้จะต้องใช้เวลาพอสมควร ซึ่งจะทำให้กระบวนการวัดค่าทำได้ช้ามาก
การใช้สายเป็นตัวกระตุ้นไวโอลิน ชนิดของสายที่ใช้ย่อมมีอิทธิพลต่อค่าผลลัพธ์ที่ได้ แต่การใช้ฆ้อนเคาะลงไปที่หย่องโดยตรง เช่น การเคาะลงไปที่หย่องด้านใดด้านหนึ่งตามวิธีการที่ Bork แนะนำไว้ วิธีนี้จะทำให้ชนิดของสายที่เลือกใช้ไม่มีผลต่อค่าการทดลองที่ได้ | | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:42] ( IP A:202.12.74.5 X: ) | |
ความคิดเห็นที่
8
การวัดความสั่นสะเทือนของไวโอลินด้วยเเสงเลเซอร์
เมื่อเราเพิ่มแรงกระตุ้นเข้าไปในไวโอลินให้เกิดการสั่นสะเทือนและทำการวัดค่าความสั่นสะเทือนนั้น วิธีที่ดีที่สุดในการวัคค่าผลลัพธ์เรียกว่า Holographic Interferometry ซึ่งใช้แสงเลเซอร์ โดยใช้แสงเลเซอร์ที่มีความละเอียดสูง โดยไม่มีการจับไวโอลินเพื่อป้องกันการสั่นสะเทือน ศาสตราจารย์ Ole J. Lokberg แห่งภาควิชาจักษุประยุกต์ (Applied Optics) แห่งมหาวิทยาลัย NTNU และ Erik Jansson จาก Stockholm ได้ทำการวัดการสั่นสะเทือนของไวโอลินด้วยวิธีดังกล่าว ซึ่งได้ผลลัพธ์ตามภาพการทดลองข้างล่าง
| | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:44] ( IP A:202.12.74.6 X: ) | |
ความคิดเห็นที่
10
รูปแบบการสั่นสะเทือนของไวโอลิน 6 แบบ เส้นทึบแสดงถึงเส้น Nodal line (จุดที่ไม่มีการสั่นสะเทือน) และระดับของการสั่นสะเทือนที่แสดงโดยเครื่องหมาย + และ -
แม้ว่าว่ารูปร่างการสั่นสะเทือนของไวโอลินแตกต่างกันออกไป แต่เราได้สมมุติให้รูปร่างหลักๆ ที่ประกอบกันขึ้นมีความใกล้เคียงกันสำหรับไวโอลินที่สร้างขึ้นตามแบบที่ใกล้เคียงกัน คลื่นความถี่ของความกังวานมีความหลากหลายและได้ทำการวัดค่าจากไวโอลินหลายๆ ตัว ซึ่งคลื่นความกังวาน (Resonance frequency) เเสดงไว้ในตารางถัดไปตามรูปแบบการทดลองที่แบ่งออกเป็น อากาศ - ลำตัว - ไม้แผ่นหน้า - และไม้แผ่นหลัง ชื่อเหล่านี้สะท้อนถึงรูปแบบการทดลองบนลำตัวไวโอลิน
| | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:47] ( IP A:202.12.74.8 X: ) | |
ความคิดเห็นที่
11
จากในตารางจะเห็นระดับคลื่นความถี่จากความกังวานแบบต่างๆ ของไวโอลิน
วิธีการระบุชื่อรูปแบบการทดลองของไวโอลินได้อธิบายไว้ในตารางที่ 1 ซึ่งทดลองโดย Erik Jansson และผู้ร่วมงานของเขาซึ่งได้กลายเป็นมาตรฐานของการทดลองในแขนงนี้ จากในตรางที่ 1 จะเห็นชื่อซึ่งตั้งตามการทดลองส่วนต่างๆ ของไวโอลิน ซึ่งในบางรูปแบบการทดลองได้แสดงไว้แล้วในภาพก่อนหน้านี้
| | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:49] ( IP A:202.12.74.5 X: ) | |
ความคิดเห็นที่
12
บทสรุปการทดลอง
การวัดคุณภาพของไวโอลินโดยวิธีการทดลองดังกล่าวไม่ใช่เรื่องง่ายเลย แต่เราเห็นแล้วว่าการทดลองนั้นสามารถทำได้หลายวิธี ปัญหาหนึ่งก็คือวิธีการต่างกันกลับไม่ให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันเลย ในอนาคตอันใกล้นี้ เมื่อการทดลองมีกระบวนการที่ดีขึ้นปัญหาเหล่านี้คงจะได้รับการแก้ไข ปัญหาที่เหลืออยู่ก็คือการค้นหาข้อเท็จจริงจากข้อมูลจำนวนมหาศาลที่ได้ ซึ่งมีความสำคัญเป็นอย่างมากต่อคุณภาพของเสียงไวโอลิน เราสามารถหาข้อสรุปได้โดยการประมวลวิธีการทดลองและผลลัพธ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน ถือเป็นภาระหนักที่ต้องอาศัยองค์ความรู้จากวิทยาศาสตร์หลายๆ แขนงผสมผสานกันจึงจะสามารถตอบโจทย์เหล่านี้ได้ | | โดย: - [2 ก.ค. 49 9:49] ( IP A:202.12.74.6 X: ) | |
|