Koperblazen gebeurt zonder liptrillingen: uitleg aan de hand van het ‘condensator microfoon’ - model


Voor veel mensen die zich met het koperblazen bezig houden, is het nauwelijks te bevatten dat de liptrillingen maar een heel kleine rol spelen bij het produceren van geluid op het koperblaas instrument. Zoals elders (paragraaf…) al is aangegeven, is het ‘edge toon’ principe van Richardson cruciaal om geluid te produceren met een koperblaasinstrument. Daartoe moet een redelijk stabiele en voldoende sterke luchtstroom langs een scherpe rand stromen waarbij er voldoende wervelingen in de luchtstroming ontstaan opdat er uiteindelijk een staande golf in het instrument ontstaat. Deze laat het materiaal van het instrument in trilling komen (mee resoneren met de zogenoemde ‘Eigen’ frequenties) en er ontstaat een klank in het instrument.

Om die staande golf in het instrument te laten ontstaan, is het nodig dat de instromende lucht pulsgewijs bij het mondstuk aankomt. Dat principe is heel mooi aangetoond met het ‘Watertrompet’- experiment zoals beschreven door Arthur Benade (lit./ paragraaf ..). Daarbij is het mondstuk van een trompet aangesloten op een mechaniek waarmee met regelmatige tussen pozen meer of minder water in het mondstuk wordt gepompt. Via stromingsprincipes in het water, die sterk lijken op stromingsprincipes in lucht, ontstaat er een prachtige sinus in de waterkolom in het instrument.


Blijkbaar is het alleen nodig om met een bepaalde regelmatige frequentie de luchttoevoer te wisselen bij het bespelen van het koperblaas instrument en er ontstaat automatisch een klank in het instrument. Dat betekent dat de lippen ‘alleen maar’ heel gecontroleerd deze lucht hoeveelheden ( zogenaamde ‘luchtpakketjes’) achter elkaar het mondstuk in hoeven te toe te laten. Dit doen ze door zowel in vertikale richting (als een soort sluisdeuren) en in horizontale richting (als een soort klapdeurtjes bij de ingang van een cowboy-saloon) ten opzicht e van elkaar te bewegen. Daarmee kan heel mooi en gecontroleerd de ademsteun, als resultaat van alle processen betrokken bij de enbouchure, bijgestuurd worden. Het is daarbij niet beslist nodig dat de lippen nog een hele snelle trilling in de luchtstroom creëren voordat de lucht het instrument ingestuurd worden.

“Ja maar”, zult u vast denken. “Ik zie toch op al die spectaculaire filmpjes al die lippen met supersonische snelheden heen en weer trillen”. Dat klopt, waarschijnlijk om de volgende reden: het is namelijk zo dat een luchtstroom die enigszins vibreert en dan een hoek passeert, veel makkelijker in trilling komt en dus makkelijker dan een toon kan laten ontstaan. Hoe dit precies werkt is niet geheel duidelijk. Aangetoond is in verschillende onderzoekingen dat er geen 1 op 1 relatie bestaat tussen bepaalde liptrilfrequenties en een bepaalde toon die verderop in het instrument wordt geproduceerd. Om het simpel te houden: Belangrijk is hier te melden dat klankvorming ook zonder die liptrillingen kan!

Om dit te begrijpen is het experiment met de condensator microfoon heel inzichtelijk. Daarvoor leg ik eerst uit hoe een condensator microfoon werkt en vervolgens zal ik uitleggen hoe dat condensator microfoonmodel dan past op de situatie van het bespelen van een blaasinstrument zonder liptrillingen.

Een Condensator microfoon bestaat uit een membraam, die opgenomen is als een deel van een condensator. De condensator bestaat uit 2 plaatjes waar een lading op is gezet. De lading op deze platen genereren een spanning over deze 2 platen die onder meer afhankelijk is van de de afstand van deze platen. Verander je die afstand tussen de platen,dan breng je een verandering van spanning teweeg als gevolg hiervan.

Dus als je een pulserende luchtstroom (met regelmatige afwisseling van grotere en kleinere luchtpakketjes, zonder trillingen in de lucht) van links laat botsen op de eerste vertikaal opgestelde membraanplaat, dan gaat deze vibreren. De lucht tussen de 2 plaatjes gaat vervolgens mee resoneren. De 2e ook vertikaal opgestelde (wat dikkere membraan) plaat gaat in fase meetrillen en daarmee wordt de afstand tussen deze 2 plaatjes met regelmatige tussenpozen korter en langer. Als je op deze plaatjes lading zet, ontstaat er een ritmisch wisselend elektrisch veld met als gevolg een minieme bijpassend elektrische stroom (voltage). Een geluid ontstaat doordat dit signaal een sinusvormig karakter heeft. Via een versterker kun je dit elektrisch signaal versterken waardoor het makkelijker hoorbaar wordt (tot zelfs op popconcert-geluidsniveau).

In het condensator microfoon experiment werd er een condensatormicrofoon geplaatst tussen een sterke (niet trillende, maar in hoeveelheid varierende) luchtstroom die in het instrument werd geblazen, en een koperblaas instrument. De 2 vertikaal opgestelde plaatjes verhinderde een direkte invloed van lucht in het instrument. De plaatjes beginnen te resoneren (heen en weer te bewegen) en de luchtkolom in het mondstuk wordt dus heen en weer gedrukt onder invloed van deze bewegingen in de plaatjes. Met de voorversterker in de microfoon kun je het zwakke geluid wat hierbij ontstaat versterken zodat het goed hoorbaar is.

Hieruit blijkt dus dat de lippen niet verantwoordelijk zijn voor de toonproduktie in een koperen blaasinstrument via liptrillingen, maar via razendsnelle luchtdrukveranderingen. De basisnatuurkunde werd hiervoor in het verre verleden al aangedragen door Newton, Helmholtz e.a.

Waardoor blijft de uiteindelijke lading (=Q) tijdens de LUCHTDRUKVERANDERINGEN VAN HET OPGEVANGEN GELUID DAT UIT DE MOND KOMT VAN DE BLAZER VRIJWEL CONSTANT:
Dat wordt veroorzaakt doordat de lading C van een condensator gelijk is aan het product C.V waarbij de C staat voor capaciteit en de voorspanning met het getal V wordt aanduid. De voorspanning V staat gelijk aan de ademsteun van de blazer die in een condensatormicrofoon via een zeer hoge weerstand wordt aangelegd.
De spanning over de condensator verandert vervolgens op basis van de verhouding Q/C door de luchtdrukveranderingen komende uit de lipopening van de koperblazer, en daarbij blijft Q nagenoeg constant.