Virityshaarukka: mitä se on, miten toimii ja mihin sitä käytetään

Vireen keksi vuonna 1711 brittiläinen muusikko John Shore. Hän oli hovin ylikersantti-trumpetisti, jolle säveltäjät Yrjö Frideric Händel ja Henry Purcell olivat kirjoittaneet musiikkikappaleita.

Haarukan muoto tuottaa erittäin puhtaan äänen. Suurin osa värähtelyenergiasta on perustaajuudella, ja yläsäveliä (harmonisia) on hyvin vähän. Näin ei ole muiden resonaattoreiden kohdalla. Tämä johtuu siitä, että ensimmäisen yliäänen taajuus on noin 5² /2² = 25/4 = 6¼ kertaa perussävelen taajuus (noin 2½ oktaavia ylempänä). Vertailun vuoksi voidaan todeta, että värähtelevän jousen ensimmäinen yläsävel on vain yhden oktaavin korkeammalla kuin perustaajuus. Kun haarukkaa siis lyödään, vain vähän energiaa menee yläsävelmoodeihin; ne myös sammuvat vastaavasti nopeammin, jolloin jäljelle jää perusääni. On helpompi virittää muita soittimia tällä puhtaalla äänellä, kun kuuntelemalla voi verrata kunkin muun soittimen sävyyn.

Toinen syy haarukan muodon käyttämiseen on se, että kun se värähtelee pääasiallisessa tilassaan, kahva värähtelee ylös ja alas, kun piikit liikkuvat erilleen ja yhteen. Jokaisen piikin juuressa on solmu (piste, jossa ei tapahdu värähtelyä). Kahvan liike on pientä, joten haarukkaa voidaan pitää kahvasta kiinni vaimentamatta värähtelyä, mutta sen ansiosta kahva voi siirtää värähtelyn resonaattoriin (kuten usein käytetty ontto suorakulmainen laatikko), joka vahvistaa haarukan ääntä. Ilman resonaattoria (joka voi olla niinkin yksinkertainen kuin pöytälevy, johon kahva painetaan) ääni on hyvin heikko. Tämä johtuu siitä, että haarukan piikkien tuottamat ääniaallot ovat 180° erivaiheisia toistensa kanssa, joten etäisyydellä haarukasta ne häiritsevät toisiaan ja kumoavat suurelta osin toisensa. Jos värähtelevän haarukan piikkien väliin liu'utetaan ääntä vaimentava levy, joka vähentää yhdestä piikistä korvaan saapuvia aaltoja, äänenvoimakkuus itse asiassa kasvaa, koska tämä kumoaminen vähenee.

Kaupalliset virityshaarukat on yleensä viritetty oikeaan sävelkorkeuteen tehtaalla, mutta ne voidaan virittää uudelleen viilaamalla materiaalia pois piikeistä. Piikkien päiden viilaaminen nostaa sävelkorkeutta, kun taas piikkien pohjan sisäpuolen viilaaminen laskee sitä.

Yleisin virityshaarukka soittaa sävelen A = 440 Hz. Tämä on vakiokonserttikorko, jota jotkut orkesterit käyttävät viritysäänenä. Se on viulun toisen jousen, alttoviulun ensimmäisen jousen ja sellon ensimmäisen jousen yläpuolella olevan oktaavin korkeus, kaikki avoimesti soitettuna. Orkestereiden vuosina 1750-1820 käyttämien virityshaarukoiden taajuus oli useimmiten A = 423,5 Hz, vaikka haarukoita oli monia ja monia hieman toisistaan poikkeavia sävelkorkeuksia. Vakiovirityshaarukoita on saatavilla kaikille pianon keskikoktaavin sisällä oleville sävelkorkeuksille ja muille sävelkorkeuksille. Tunnettuja virityshaarukoiden valmistajia ovat muun muassa Ragg ja John Walker, molemmat Sheffieldistä, Englannista.

Äänihaarukan taajuus riippuu sen mitoista ja materiaalista, josta se on valmistettu: . ^[]

f = 1 2 π l 2 A E ρ {\displaystyle f={\frac {1}{2\pi l^{2}}}{\sqrt {\frac {AE}{\rho }}}} ja jos piikit ovat sylinterimäisiä,^[] f = R 2 π l 2 π E ρ {\displaystyle f={\frac {R}{2\pi l^{2}}}{\sqrt {\frac {\pi E}{\rho }}}}

Missä:

• f on haarukan värähtelytaajuus hertseinä.
• A on piikkien poikkipinta-ala neliömetreinä.
• l on piikkien pituus metreinä.
• E on haarukan valmistusmateriaalin Youngin moduuli pascaleina.
• ρ on haarukan valmistusmateriaalin tiheys kilogrammoina kuutiometriä kohti.
• R on piikkien säde metreinä.

Haarukoita on perinteisesti käytetty soittimien virittämiseen, vaikka elektroniset virittimet korvaavat ne monissa sovelluksissa. Virityshaarukoita voidaan ohjata sähköisesti sijoittamalla sähkömagneetteja niiden piikkien läheisyyteen, jotka on kiinnitetty elektroniseen oskillaattoripiiriin, jotta niiden ääni ei sammuisi.

Soittimissa

On valmistettu useita kosketinsoittimia, joissa on käytetty virityshaarukoita muistuttavia rakenteita, joista tunnetuin on Rhodes-piano, jossa vasarat lyövät rakenteet toimivat samalla periaatteella kuin virityshaarukoissa.

Kelloissa

Max Hetzelin kehittämä ja Bulovan vuodesta 1960 alkaen valmistama sähkömekaaninen kello Accutron käytti 360 hertsin teräksistä äänihaarukkaa, joka sai virtansa paristosta. Haarukan ansiosta se saavutti suuremman tarkkuuden kuin perinteiset tasapainopyöräkellot. Viritehaarukan humina kuului, kun kelloa pidettiin korvaa vasten.

Lääketieteelliset käyttötarkoitukset

Lääkärit käyttävät virityshaarukoita, tavallisesti C-512-haarukoita, potilaan kuulon tarkistamiseen. Matalampia haarukoita (yleensä C-128) käytetään myös tärinän aistimisen tarkistamiseen osana ääreishermoston tutkimusta.

Virityshaarukoita käytetään myös vaihtoehtoisessa lääketieteessä, kuten sonopunktiossa ja polariteettiterapiassa.

Lääketieteellinen virityshaarukka 128 Hz

Tutkatykin kalibrointi

Autojen tai pallojen nopeuden mittaamiseen urheilussa käytettävä tutkapyssy kalibroidaan yleensä virityshaarukoilla. Taajuuden sijasta näihin haarukoihin merkitään kalibrointinopeus ja tutkakaista (esim. X- tai K-kaista), jolle ne on kalibroitu.

Gyroskoopit

Kaksinkertaisia ja H-tyyppisiä virityshaarukoita käytetään taktisen luokan värähtelevien rakenteiden gyroskoopeissa, kuten QuapasonTM ja erilaisissa MEMS-tyypeissä.

• Musiikki
• Taajuus