Virityshaarukka: mitä se on, miten toimii ja mihin sitä käytetään
Virityshaarukka selitetty: miten se toimii, miksi soi ja mihin sitä käytetään – tarkat ohjeet virittämiseen, historia ja käyttötarkoitukset soittimissa ja kuulotesteissä.
Virityshaarukka on äänen resonaattori, joka on kahdehaarainen haarukka. Kärjet (piikit) on valmistettu U:n muotoisesta metallitangosta (yleensä teräksestä), joka voi liikkua vapaasti. Kun haarukka asetetaan värähtelemään lyömällä sitä pehmeää pintaa vasten, se resonoi tietyn, hyvin määritellyn vakiokorkeuden taajuudella ja tuottaa puhtaan, sävelkorkeudeltaan vakaan äänen. Äänenkorkeus riippuu pääasiassa piikkien pituudesta, massasta ja materiaalin jäykkyydestä. Virityshaarukkaa käytetään yleisesti sävelkorkeuden mittana muiden soittimien virittämisessä sekä erilaisissa lääketieteellisissä kuulotesteissä ja fysiologisissa kokeissa.
Miten virityshaarukka toimii
Kun haarukan piikit värähtelevät, ne synnyttävät ilmassa eteneviä paineaaltomuotoja. Virityshaarukka tuottaa suhteellisen puhtaan perustaajuuden (fundamentin), ja sen yläsävelet ovat usein heikkoja, joten ääni kuulostaa selkeältä ja ilman voimakasta särmää. Piikkien pituus ja poikkileikkaus määräävät värähtelyn taajuuden: pidemmät ja massavammat piikit värähtelevät hitaammin (matalampi taajuus), lyhyemmät nopeammin (korkeampi taajuus). Lisäksi haarukan varsi toimii liitäntäpisteenä myös luukudoksen kautta välittyvälle värähtelylle (luunsiirto), minkä vuoksi virityshaarukkaa käytetään myös kuulon ja hermoston tutkimisessa.
Tyypilliset taajuudet ja standardit
- A4 = 440 Hz on yleisin kansainvälinen standardi orkesterivirityksille, mutta käytössä on myös esimerkiksi 442 Hz tai 438 Hz riippuen orkesterista ja maasta.
- Erityisiä virityshaarukoita valmistetaan monissa eri taajuuksissa: yleisiä arvoja ovat esimerkiksi 128 Hz, 256 Hz, 512 Hz ja 1024 Hz. 256 Hz ja 512 Hz ovat usein käytössä audiologian testeissä; 128 Hz -haarukka on yleinen tuntopaletin tutkimuksissa.
- Medikaalisissa testeissä (esim. Weber ja Rinne) käytetään tyypillisesti 512 Hz -haarukkaa, koska se antaa selkeän eron ilmakehän ja luun välityksellä kuuluvan äänen välillä.
Mihin virityshaarukkaa käytetään
- Soittimien viritys: vertailusävel (esim. A4 440 Hz) virittämisen apuna.
- Kuulotutkimukset: yksinkertaiset kuulotestit, kuten Rinne- ja Weber-testit.
- Fysioterapiassa ja neurologiassa: tunnon ja värähtelyaistin tutkiminen (esim. neuropatiadiagnooseissa).
- Akustiikka- ja fysiikan opetuksessa: esimerkkinä resonanssista, aaltoliikkeestä ja harmonisista värähtelyistä.
- Joissain vaihtoehtoisen lääketieteen ja ääniterapian yhteyksissä, vaikka näiden käyttöä tukevat tieteelliset todisteet ovat rajalliset.
Käyttöohjeet ja turvallisuus
- Iske haarukka kevyesti pehmeää pintaa (esim. kumivasara tai polven sivu) vasten—älä koskaan lyö haarukkaa kovaa metallipintaa tai ihmisen päätä vasten.
- Pidä haarukan varresta kiinni estääksesi liiallista vaimennusta; sormen kosketus piikkeihin vaimentaa äänen nopeasti.
- Äänen voimistamiseksi voi pitää haarukan lähellä tai koskettaa sitä resonanssikoppaan tai laatikkoon—tämä tehostaa äänen ilmaisuvoimaa.
- Kuulotesteissä (esim. Rinne) asetetaan haarukan varsi potilaan mastoidi‑luulle ja siirretään sitten korvan lähelle arvioimaan ilmakehä‑ vs. luunsiirtoa.
- Säilytä haarukka kuivassa paikassa ja vältä korroosiota; pidä se poissa lasten ulottuvilta eikä sitä tule käyttää leluna.
Huolto ja säilytys
Puhdista haarukka pehmeällä liinalla ja tarvittaessa miedolla puhdistusaineella. Vältä voimakkaita kemikaaleja, jotka voivat vaurioittaa pintaa. Säilytä haarukka suojapussissa tai kotelossa, jottei se naarmutu tai altistu kosteudelle. Tarkasta ajoittain, ettei haarukassa ole halkeamia tai pysyviä muodonmuutoksia, jotka vaikuttavat taajuuteen.
Lyhyt historia
Virityshaarukan kehitti englantilainen trumpetin- ja luteansoittaja John Shore noin vuonna 1711, ja siitä tuli nopeasti tärkeä apuväline sävelkorkeuden standardoinnissa ja soitinten virittämisessä.
Yhteenvetona: virityshaarukka on yksinkertainen, kestävä ja tarkka resonanssilaite, joka palvelee niin muusikoita, lääkäreitä kuin opettajiakin. Oikein käytettynä ja huollettuna se on monipuolinen työkalu äänten ja värähtelyjen tutkimukseen.
Virityshaarukka resonanssilaatikossa, tekijä Max Kohl, Chemnitz, Saksa.
Kuvaus
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.
John Walkerin virityshaarukka, jossa on nuotti (E) ja taajuus hertseinä (659).
Taajuuden laskeminen
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.
Käyttää
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.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Musiikki
- Taajuus
Etsiä