Est-il possible d'imprimer un résonateur pour un instrument de musique?

Je joue un berimbau pour la capoeira. L'un des morceaux les plus fragiles (et les plus chers) est la cabaça , une courge creuse utilisée comme résonateur.

Je ne connais pas très bien les qualités de la résine utilisée pour l'impression 3D. Si je devais apporter ceci à notre Maker Lab local et les faire numériser et imprimer une copie, est-il probable que cela fonctionnerait? Ma crainte est que le plastique soit trop insonorisant.

Si vous voulez un parallèle moins exotique, imaginez le corps d'une guitare. C'est une chambre résonnante.

Je ne peux pas répondre à cela sous un angle d'impression 3D technique. Mais, d'un point de vue musical:

Lorsque le corps d'un instrument a pour fonction principale d'enfermer une colonne d'air vibrante, il a souvent été démontré que le matériau pouvait faire une différence, mais seulement subtile. À titre d'exemple, une gamme récente de trombones en plastique, bien que n'étant pas des instruments de première classe, s'est révélée extrêmement jouable (et a le grand avantage d'être pratiquement indestructible).

Je vous suggère d'essayer ceci. Jouez de votre instrument, en amortissant les vibrations de la cabaça avec votre main ou avec un morceau de tissu. Humidifiez simplement la coque à l'extérieur. N'obstruez pas le trou et ne mettez rien à l'intérieur. Maintenant, remplissez la cabaça de coton ou similaire. Si le premier fait peu de différence, vous êtes probablement bon d'aller avec une cabaça en plastique. Bien sûr, si la seconde fait peu de différence non plus, il faudra peut-être soupçonner que la cabaça est principalement décorative!

Vous pouvez également expérimenter avec des résonateurs alternatifs de taille et de capacité similaires, disponibles `` sur étagère '', sans trop vous soucier d'une correspondance cosmétique. Ils pourraient sembler encore mieux!

Dans la foulée, la réponse est oui, cela fonctionne assez bien. J'ai imprimé ce modèle cabaça de Thingiverse en utilisant du PLA sur un Lulzbot Mini et l'ai mis sur mon berimbau aujourd'hui pour le tester. Je ne peux pas faire de comparaison directe car le résonateur imprimé est plus petit que celui de la gourde que je possède, mais le son est bon. Je ne suis pas certain qu'il soit réellement moins cher (il a utilisé une bonne quantité de PLA car il est probablement d'environ un demi-pouce d'épaisseur, et il a fallu quelques essais pour obtenir une bonne impression car cela prend environ 9 heures et doit être surveillé pour la rupture du filament), mais il peut être plus accessible pour les personnes qui ne peuvent pas expédier une gourde en provenance du Brésil. Il est nettement plus durable.

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Voici une excellente réponse à la physique sous-jacente de la résonance:

"Un objet sonne parce qu'il a acquis de l'énergie d'une manière qui résonne - il vibre à une fréquence et avec suffisamment d'énergie pour générer des ondes sonores. Tant que l'objet a suffisamment d'énergie, il continuera à sonner. Il ne peut pas sonner pour toujours car les ondes sonores réduisent progressivement la quantité d'énergie que possède l'objet. Mais générer des ondes sonores n'est pas le seul moyen pour un objet de perdre de l'énergie, L'une des façons dont les plastiques diffèrent des métaux est que les plastiques sont mieux en mesure que les métaux de dissiper l'énergie en interne . Tout objet en plastique présentera un certain amortissement de la viscosité, car tous les matériaux polymères ont une courbe de module de perte non nulle. Les métaux peuvent également avoir des mécanismes de dissipation interne, mais ils sont beaucoup moins répandus que dans les plastiques. "

Donc, nous le savons tous, vous pouvez faire des jouets musicaux en plastique. Ils ne résonnent jamais aussi bien que le métal, le verre ou le bois; mais, ils peuvent souvent fonctionner. Voici un exemple de trompette en ABS!

Le magazine de ce plastique est également idéal pour l'utilisation du plastique dans les instruments de musique (dont la plupart sont également en ABS ).

Cela dit, si le module de Young est la clé (comme le premier commentaire l'a dit), le PLA devrait être encore meilleur car son module de Young est un peu plus grand que l'ABS .

Cela dit, toutes les cloches en plastique que j'ai vues sont généralement assez silencieuses. Le plastique a l'habitude d'absorber l'énergie et n'est donc pas un très bon résonateur. Si vous voulez essayer, je pense que vous allez devoir trouver un moyen de durcir le plastique. Peut-être que l'acétone a traité le PLA car cela semble le durcir . Essayez peut-être quelque chose de simple comme l'impression d'une cloche en plastique. Si vous pouvez faire sonner ça, vous êtes bien sur votre bien.

Je vais essayer ici, mais mon instinct est de dire qu'une partie imprimée ne sonnera pas de la même manière que votre résonateur de courge d'origine.

Je crois que l'acoustique dépend de la dureté, de la forme et de la taille du matériau. Dans ce cas, une gourde est un matériau dur et souvent mince (après l'avoir éviscéré). Les matériaux d'impression 3D typiques auront une épaisseur minimale qui peut gêner la réalisation de la même forme du résonateur de courge et les plastiques vont généralement être plus doux en dureté que votre courge.

Donc, en bref, je pense que si vous essayez de reproduire le résonateur avec l'impression 3D, il ne sonnera pas de la même manière. Ce n'est peut-être pas une mauvaise chose, selon ce que vous recherchez.

De plus, qui peut dire que le résonateur doit avoir la même forme? Les imprimantes 3D nous permettent de fabriquer des pièces qui étaient historiquement impossibles à fabriquer et de nombreux instruments que nous utilisons aujourd'hui ont été conçus il y a des centaines d'années avec des outils beaucoup moins avancés disponibles. Je dis que cela vaut la peine d'essayer une réplique de la gourde, puis d'explorer d'autres formes à imprimer qui peuvent affecter la tonalité de votre instrument.

Bien sûr. J'ai imprimé un rang d'orgue de 7 octaves, donc c'est certainement possible. Les tuyaux d'orgue sont assez spéciaux en ce que les propriétés matérielles du tuyau jouent un rôle secondaire dans le son, le rôle principal étant joué par la longueur et la section du tuyau, les éléments entourant l'embouchure du tuyau et ses autres ouvertures (ouverture de fin et ouvertures supplémentaires qui sont parfois utilisées pour modifier les harmoniques). Il est également bien compris comment les propriétés du matériau du tuyau affectent le son, il est donc possible de concevoir le tuyau imprimé pour imiter les propriétés d'un tuyau en bois ou en métal, et tout ce qui se trouve entre les deux.

Selon l'importance de la rigidité du résonateur dans le son de l'instrument, vous devrez peut-être reproduire certaines des propriétés mécaniques de la coque Gourd - par exemple sa rigidité - dans la forme imprimée. Ainsi, l'intérieur de l'impression aura la forme de l'intérieur d'une gourde, mais l'extérieur devra peut-être être beaucoup plus éloigné, puis le pourcentage de remplissage jouera un rôle important, ainsi que la forme de remplissage.

La forme de l'intérieur de la gourde peut être approximée en mesurant certaines dimensions et en sculptant une surface intérieure dans un modeleur 3D ou CAD. Très probablement, un scan 3D n'est pas nécessaire, sauf si vous pouvez le faire à moindre coût et sans tracas.

Vous devrez également imprimer des instruments en taille réelle. Ce ne sera donc pas bon marché en termes de matériau utilisé et de temps d'impression. Je comparerais l'instrument imprimé à 3 épaisseurs de coque: 0,5, 1,0 et 1,5 pouces, et 3 pourcentages de remplissage: 20%, 35%, 50%. Le tout avec 3 couches de périmètre et remplissage cubique. La coque épaisse de 1,5 po à remplissage élevé sera la plus rigide de toutes.

Si un instrument sonne "bien", cela a autant à voir avec la façon dont il est façonné qu'avec la façon dont le matériau dont il est fait est superposé - ou non - car cela change sa résonance. Prenons quelques exemples:

Le métal, les résines coulées et les bois durs sont tous très denses et ne contiennent (peu ou pas) d'espaces creux pour amortir leurs résonances. Cela en fait le choix classique pour fabriquer des instruments, car seule la forme change la mélodie maintenant.

Le bois de balsa est très très léger et cassant, et il est très granuleux, créant un creux à l'intérieur du bois qui devrait résonner, changeant beaucoup sa résonance.

Je ne sais pas exactement comment la courge est dans sa composition, mais pour les percussions, les impressions 3D sont plus du côté creux que du côté du bois dur pour un remplissage bas. Les impressions très denses (35% +) peuvent avoir des propriétés similaires aux moulages en résine solide, mais cela dépend du type de filament et de l'imprimante utilisés.

Cherchons un compromis!

D'après ma propre expérience avec les instruments de musique, il existe une vougue d'instruments en résine renforcée de fibre de carbone dans les classiques. Ils ont été fabriqués à grande échelle en coulant de la résine sur des tapis en fibre de carbone pressés dans un moule, puis poncés et polis. En d'autres termes, l'impression 3D de filaments de fibre de carbone est présente dans la scène FDM, même si elle est très abrasive et nécessite une buse comme le rubis pour imprimer.

Avec le bon design intérieur (c'est-à-dire une impression presque creuse qui ne contient que des entretoises qui ne séparent pas les cavités à l'intérieur de l'impression), une impression en fibre de carbone pourrait éventuellement être remplie de résine et devenir un composite imprimé en 3D, accordant un son beaucoup plus proche à la gourde tout en offrant une durabilité extrême.

Cependant, une telle conception prendra plusieurs heures de travail avant que la première impression puisse commencer. Au-dessus de cette impression, la fibre de carbone est une spécialité que peu d'imprimeurs peuvent faire ou faire régulièrement. Et enfin, le post-traitement de remplissage de la "coquille de gourde" avec de la résine est un processus très délicat, suivi du revêtement de la couche intérieure et extérieure, puis du réglage ... J'estime qu'une telle chose est au moins aussi chère que plusieurs vraies gourdes.

Addenda

Après quelques mois et cette question surgissant, j'ai réalisé quelques autres choses qui pourraient être utilisées dans la conception de ceci:

• Coquille mince, blindée. Pensez à ceci: Imprimez un mur en thichk à 2 ou 3 coques, qui sera le plus intérieur. Renforcez-le ensuite avec des tapis en résine et en fibre de carbone jusqu'à ce que le son soit correct. Cela permettrait de régler la gourde dans une certaine mesure.

• Imprimé uni, glissé. Vous pouvez prendre votre modèle et l'imprimer solidement, mais dans la conception, vous pouvez inclure des arbres comme des espaces creux accessibles de l'extérieur. avec une seringue. Pousser de la résine via ces trous créerait des veines de résine plus dure dans la courge, ce qui pourrait altérer la mélodie et la renforcer.

• Post-traitement. Ignorant un peu la résine, vous pouvez également rendre une gourde PLA plus stable en lui permettant de durcir au four pendant un certain temps. J'ai réussi à le cuire à environ 100 ° C pendant environ une heure. Pour plus d'informations sur la façon dont cela modifie le module de différents matériaux, je suggère CNC Kitchen: Thin Walls & PLA Annealing and Changes in recealed PLA