Perubahan dan evolusi suara dan timbre biola

Selama berabad-abad, pembuat alat musik gesek telah berjuang untuk mendapatkan Cawan Suci - suara yang sempurna. Dalam mencari instrumen ideal yang dapat bersaing dengan orkestra, pembuat biola bereksperimen dengan kayu ringan dan berat, kepala lebar dan sempit, leher panjang dan pendek, berbagai ukuran dan bahan tailpiece, jembatan dan senar, serta banyak lagi. resep pernis. . Perubahan sekecil apa pun pada desain instrumen dapat membuat suara menjadi lebih tipis atau lebih gelap, lebih pelan atau lebih merdu. Sekalipun bersedia berbagi teknik mereka, para pembuat biola sendiri tidak menyadari secara pasti bagaimana perubahan desain mengubah suara instrumen, sehingga tingkat sonik baru dicapai melalui banyak percobaan dan kesalahan.

Sebuah studi baru dari Departemen Teknik Mesin MIT menyelidiki dinamika fluida dan mekanika produksi suara alat musik. Makalah ini memberikan jawaban atas pertanyaan yang telah lama diperdebatkan tentang bagaimana suara biola meningkat secara signifikan dari waktu ke waktu. Biola menghasilkan suara melalui dua lubang di kedua sisi permukaannya. Yang disebut "lubang F" ini berbentuk seperti huruf F memanjang dan membentuk area di atas jembatan tempat busur melintasi senar. Putaran yang elegan telah menjadi ciri khas permukaan biola sejak abad ke-17, ketika biola diukir di bengkel pembuat biola besar Cremona, Amati, Stradivari, dan Guarneri. Secara umum diterima bahwa F-hole menghasilkan suara yang paling besar, paling kaya, dan paling detail dibandingkan bentuk potongan lainnya.

Tim peneliti MIT berusaha mencari tahu mengapa geometri khusus ini lebih sakral dibandingkan geometri lain dalam hal mekanisme produksi suara. Dengan mengukur lubang suara pada banyak instrumen dari era yang berbeda, mereka menemukan bahwa kekuatan suara meningkat seiring dengan bertambahnya keliling potongan. Dengan kata lain, luas permukaan potongan tidak memainkan peran penting. Sebaliknya, faktor yang menentukan intensitas bunyi adalah panjang tepi lubang.

Bentuk f modern seperti simbol integral di kelas kalkulus. Ia memiliki poros tengah yang panjang dengan takik di kedua sisi titik tengah. Lengkungan yang rapat di bagian atas dan bawah menghasilkan ujung yang membulat seperti titik embun yang menjuntai. Batas bentuk kompleks ini kira-kira tiga kali lebih panjang dibandingkan batas bentuk bulat asli pada abad ke-10. Meskipun kelilingnya panjang, luas permukaan bukaannya agak kecil: pemain biola mana pun yang mencoba mengintip ke bagian dalam instrumen yang gelap (baca label pabrikan atau lihat soundpost) tahu bahwa F-hole adalah sebuah jendela memanjang yang membuat frustrasi kebanyakan orang.

Selama milenium terakhir, pembuat biola perlahan tapi pasti mengubah desain mereka untuk mengurangi luas permukaan dan memperluas lingkar bukaan ukiran. Fithele, nenek moyang awal biola abad ke-10, memiliki dua lubang melingkar sederhana di kedua sisi fretboard, seperti lekukan besar di permukaan instrumen. Dua abad kemudian, lingkaran tersebut menjadi setengah lingkaran, dan pada abad ke-13 lingkaran tersebut diekstrusi menjadi bentuk C. Selama Renaisans Italia, potongannya menjadi bulan sabit sempit dengan bola-bola kecil digantung di setiap ujungnya yang meruncing, dan kemudian puncak kecil ditambahkan di tengah bulan sabit. Akhirnya pada abad ke-17, bulan sabit dipelintir menjadi bentuk F memanjang.

Penelitian MIT menggunakan analisis matematis yang kompleks untuk mengisolasi rahasia desain suara biola. Namun pembuat biola tidak pernah memiliki kekuatan interpretasi obyektif untuk menunjukkan kepada mereka fitur lubang suara mana yang memungkinkan instrumen tersebut menghasilkan nada yang lebih dalam. Jadi bagaimana dan mengapa desain berubah seiring waktu?

Tim MIT menawarkan jawaban yang menarik. Seperti organisme, biola berevolusi. Perubahan halus yang menyebabkan lubang suara menjadi lebih tipis dari waktu ke waktu adalah akibat dari mutasi acak atau, dalam istilah genetik, disebabkan oleh kesalahan kecil yang dilakukan oleh pengrajin. Kesalahan yang tak terelakkan ini—adanya pemotongan ekstra di sana-sini—menciptakan rangkaian lubang suara yang sedikit berbeda di setiap generasi instrumen. Pembuat biola berikutnya memilih untuk memodelkan instrumennya berdasarkan sampel paling keras dari generasi sebelumnya. Selama ratusan tahun, mutasi acak dan pemilihan instrumen dengan suara terbaik ini mengarah pada penciptaan Stradivarius dan orang-orang sezamannya, yang secara luas dianggap telah menghasilkan instrumen musik paling luar biasa dalam sejarah.

Menariknya, geometri lubang suara hampir tidak berubah sejak masa keemasan pembuatan biola pada abad ke-17. Mesin evolusi tampaknya berjalan pada jalur alaminya hingga mencapai solusi optimal. Lalu diam-diam menghilang.

Gambar sampul: Meskipun banyak dari kita mungkin tidak menganggap akustik sebagai ilmu pengetahuan, para insinyur telah menemukan bahwa ada banyak faktor yang perlu dipertimbangkan untuk menghasilkan suara biola yang optimal. Foto milik Damon Criswell.