Mendelova univerzita v Brně. Vlastnosti materiálu použitého pro výrobu školních houslí Bakalářská práce. Vedoucí bakalářské práce:

Mendelova univerzita v Brně

Vlastnosti materiálu použitého pro výrobu školních houslí Bakalářská práce

Vedoucí bakalářské práce:

Vypracoval:

Ing. Jan Tippner, Ph.D.

Martin Schwarzer

Brno 2012

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma:Vlastnosti materiálu použitého pro výrobu školních houslí zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendelovy univerzity v Brně o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:.................................. Podpis studenta:……………………….

Poděkování V první řadě děkuji za vedení a trpělivost při práci panu Ing. Janu Tippnerovi, Ph.D. Dále děkuji mistrům houslařům Ing. Pavlovi Celému seniorovi, Mgr. Pavlovi Celému mladšímu a houslaři Janu Kuželovi za jejich cenné rady a vstřícnost.

Jméno autora: Martin Schwarzer Název bakalářské práce: Vlastnosti materiálu použitého pro výroby školních houslí

Abstrakt Tato práce se věnovala zdokumentování vlastností materiálu trojice různě kvalitních nástrojů spadajících do kategorie školních houslí. Byly zjišťovány šířky letokruhů a procentické zastoupení letního dřeva horní desky nástrojů. Dále byla pomocí ultrazvukového přístroje měřena rychlost šíření zvuku v horní i spodní desce. Ze zjištěných informací byly odvozeny další vlastnosti materiálu. Data byla statisticky vyhodnocena, porovnána s literárními údaji. Byly porovnány jednotlivé housle navzájem a byly srovnány akustické vlastnosti dřeva jednotlivých nástrojů s parametry makroskopické stavby.

Klíčová slova: housle, šířka letokruhu, rezonanční dřevo, akustická konstanta, modul pružnosti, rychlost šíření zvuku.

The author name: Martin Schwarzer Title of thesis: Material properties used for the production of school violin

Abstract This work is devoted to document a material properties of three different quality violins which fall into the school category. Tree ring widths were measured and percentages represented by summer wood of top violin plate. Furthermore, using the ultrasound device the speed of sound at the top and bottom plate was measured. The other material properties were collected from the information. Data were statistically evaluated and compared with literature data. There were compared violins to each other and acoustic properties of each instrument wood with the parameters of macroscopic structures were compared.

Keywords: violin, annual ring width, resonant wood, acoustic constant, elastic modulus, speed of sound

Obsah

1

Úvod .......................................................................................................................... 7

2

Cíl práce..................................................................................................................... 8

3

Literární přehled ........................................................................................................ 9 3.1

Základní typologické a rozměrové členění houslí ....................................................... 11

3.2

Rezonanční dřevo ........................................................................................................ 13

Materiál a metody zpracování ................................................................................. 17

4

4.1

Měřené nástroje.......................................................................................................... 17

4.2

Měření rychlosti šíření zvuku ...................................................................................... 19

4.2.1

Postup měření rychlosti šíření zvuku .................................................................. 21

4.2.2

Kalibrace naměřeného času ................................................................................ 21

4.3

Měření šířek letokruhů................................................................................................ 22

4.3.1

Postup měření šířek letokruhů ............................................................................ 23

Výsledky a Diskuse ................................................................................................. 24

5

5.1

Rychlost šíření zvuku ................................................................................................... 24

5.2

Šířky letokruhů ............................................................................................................ 26

5.3

Špičatost rozdělení ...................................................................................................... 28

5.4

Porovnání jednotlivých typů sond............................................................................... 29

5.4.1

Vyhodnocení korekcí časů ................................................................................... 29

6

Závěr ........................................................................................................................ 31

7

Summary.................................................................................................................. 33

8

Seznam použité literatury ........................................................................................ 35

9

Seznam obrázků....................................................................................................... 38

10

Seznam tabulek .................................................................................................... 40

11

Přílohy.................................................................................................................. 41

6

1

ÚVOD Výzkum v oboru klasických hudebních nástrojů má význam ve vývoji a hledání

nových materiálů, které by svými vlastnostmi dosahovaly vlastností materiálů používaných od počátků jejich výroby. Jako další možné východisko se jeví modifikace zažité konstrukce nástrojů nebo tvorba konstrukce nové, efektivnější. Pokud by se konstrukčním řešením podařilo podpořit akustické vlastnosti korpusu, tyto cesty by mohly vést k možnosti uplatnění dostupnějších materiálů pro výrobu horní desky. Zvuk akustické nástroje je tvořen zejména pomocí ozvučné skříně – korpusu. Nejpodstatnějším dílem korpusu je horní deska, jejíž vlastnosti ovlivňují kvalitu zvuku nejvíce. Mezi tyto nástroje patří i smyčcové nástroje – housle, violoncello, kontrabas, strunné nástroje – kytara, mandolína, apod. Horní desky jsou vyráběny z rezonančního dřeva smrku, jenž má specifické vlastnosti jak fyzikální, tak mechanické, stejně tak má i specifické podmínky pro růst. Pokud dojde ke změně klimatických podmínek, může se stát, že se změní podnebné podmínky v místech, kde se vyskytují rezonanční smrky. To bude mít za následek jejich nedostatek, nedostatek vhodného materiálu pro výrobu hudebních nástrojů. Nedostatek již v určité míře nastává v oblasti výroby kontrabasů, kdy je třeba dřeva ze stromů velkých průměrů. Proto je z tohoto pohledu důležité hledání alternativních materiálů. Z méně kvalitního dřeva je možné vyrábět nástroje, ovšem ty se ani zdaleka nevyrovnají nástrojům koncertním, mistrovským, pro něž je kvalitní dřevo základem. Hudební nástroje jsou předmětem zájmu mnoha výzkumných prací. Konání autorů míří k jisté snaze pomocí číselných dat popsat a definovat akustické vlastnosti nástrojů. Snahou je výsledky aplikovat do praxe s cílem vyhotovení hudebního nástroje především po zvukové stránce konkurenceschopného. Tato práce má snahu objasnit, zda mají kvantifikovatelné vlastnosti dřeva vztah ke kvalitě zvuku nástroje. Jako srovnávací vzorky byly vybrány tři jednoznačně odlišné nástroje ze třídy školních houslí.

7

2

CÍL PRÁCE Cílem práce je zjistit, zda na třech kvalitou diametrálně odlišných školních houslích

existují rozdíly ve vlastnostech dřeva zjištěnými dostupnými metodami. Cílem je věnovat se konstrukci houslí, zejména z pohledu materiálu, dále pomocí nedestruktivních metod zjistit rychlost šíření zvuku a změřit parametry makroskopické stavby horních desek houslí. Na základě zjištěných údajů odvodit další fyzikální a mechanické parametry materiálu. Zjištěné a odvozené hodnoty vyhodnotit, srovnat s literárními poznatky a dále konfrontovat se subjektivním dojmem ze zvuku každého nástroje.

8

3

LITERÁRNÍ PŘEHLED Problematice akustických vlastností dřeva a hudebních nástrojů se věnuje mnoho

autorů. Výzkumu rezonančního dřeva smrku se věnoval Ille (1968,1974). Velmi rozsáhlou publikací týkající se akustických vlastností dřeva je Bucur (1995, 2006), stejnému tématu se věnuje i Rajčan (1999). Problematika akustiky houslí je popsána v Jansson (2002). Inta a kol, (2005) zkoumali vliv času a míru používání houslí na kvalitu zvuku. Byly postaveny identické nástroje, jedny byly uloženy do muzea, kde byly udržovány stálé teplotní a vlhkostní podmínky a housle zde setrvávaly bez používání. Druhé byly užívány k běžnému hraní. Tento experiment trval tři roky, během kterých vědci spolu s houslisty testovali rozdíly mezi nástroji. Došli k závěru, že během doby pokusu nezaznamenali mezi nástroji žádné významnější rozdíly. Dále usoudili, že tři roky jsou nedostatečná doba, v porovnání s životností několikasetletých houslí zanedbatelná, rozhodli se v experimentu nadále pokračovat a vrátit se ke zkoušce po deseti letech. Wanga a Burroughs (2001) zjišťovali pomocí akustické holografie akustickou radiaci, respektive která část korpusu je zodpovědná za vyzařování kterých frekvencí. Bylo použito frekvencí v rozmezí 294 Hz až 3 kHz. Horní deska je zodpovědná za vyzařování většiny frekvencí a je rozhodující ve výsledné síle zvuku. Bissinger (1995) zjistil rozdíly ve vyzařování zvuku mezi houslemi s instalovanou duší a houslemi s odstraněnou duší. U houslí bez duše došel ke značným rozdílům při prvním ohybovém módu na horní desce. Woodhouse (2005) zkoumal závislost zvuku ve vzájemné interakci korpusu a použité kobylky. Jeho výsledky jsou výstupem pro houslaře k modifikaci této části nástroje, ovšem změny ve tvaru či umístění kobylky mají vliv i na pohodlnost a kvalitu hry. Také Matsutani (2001) se zabýval vlastnostmi použité kobylky. Srovnával barokní a moderní typ kobylky. Pro toto srovnání využil fotoelastické metody, kdy popsal napětí vzniklé na kobylce. Stejný autor (2002) pomocí frekvenční analýzy a fotoelastické metody zjistil, že na napětí vznikající na kobylce má vliv tlak a směr tahu smyčce, či znějící tón, dále pak vlastní tvar a sklon kobylky. Uvádí, že poznatky z této práce mohou být užitečné i pro zdokonalení smyčcové techniky houslistů.

9

Z hlediska náhrady rezonančního smrku bylo experimentováno s překližkou pro výrobu kytar, která se pro výrobu levnějších a méně kvalitních nástrojů používá. Ovšem pro výrobu kvalitních kusů je stále využíváno masivního dřeva. Dominy a Killingback (2008) experimentovali s využitím uhlíkových vláken pro tvorbu rezonanční desky houslí, výsledky uvedli do praxe a Killingback vyrábí elektrické housle z uhlíkových vláken a akustické housle s horní deskou z uhlíkových vláken. Jejich housle byly srovnávány zkušenými houslisty a hodnoceny jako dobře hratelné, vhodné pro pokročilejší studenty. Z dalších prací lze uvést dílo F. Prokopa (2012), který se věnoval mimo jiné zkoumání akustických vlastností jak houslařských přířezů, tak celých houslí. Hledal závislosti

mezi

makroskopickou

stavbou

dřeva

a

akustickými

vlastnostmi.

Makroskopické znaky reprezentovala průměrná šířka letokruhu, podíl letního dřeva, akustické charakteristiky pak rychlost šíření zvuku, akustická konstanta. Jisté pokusy s konstrukcí houslí prováděl v první polovině dvacátého století houslař samouk Jan Černý (Národopisné aktuality 1985/1). Jako zapálený houslový nadšenec obdivoval práci houslařů a naučil se stavět housle. Vytvořil novou konstrukci houslí, která měla odlišný tvar proti standardním, doposud vyráběným. Housle neměly effa jako běžné nástroje, nýbrž ozvučné otvory v lubech. Další inovací byla změna uložení duše a basového trámce. Tyto housle dle slov autora měly své přednosti, ovšem jeho výsledky byly zejména některými houslaři zavrhovány jen z principu, že „Stradivari to tak nedělal“. Na druhou stranu jeho nástroje našly i obdivovatele. Virtuoska Ervína Brokešová hrála své koncerty na jeho housle z roku 1922 spolu s houslemi mistra Amatiho. V roce 1924 získal Černý na Všeživnostenské výstavě v Praze za vystavené kvarteto nástrojů nové konstrukce stříbrnou medaili. Toto kvarteto je součástí sbírky hudebních nástrojů Etnografického muzea MM v Brně. Houslař Antonín Eser roku 1932 postavil housle, které vyvolávaly emoce již svým vzhledem (Pilař, Šrámek 1989). Desky jeho korpusu byly vyrobeny tak, že horní i dolní líce měly totožnou šířku a neobvyklý tvar ef. Snažil se docílit toho, aby horní deska byla naprosto souměrná. Na spodní desce se mu podařilo vytvořit něco, co bylo pojmenováno jako Eserův houslový klam. Spočíval ve vnímání tvaru spodní desky, kdy se horní líce jeví podstatně širší než líce spodní. Rozšířením horní líce se snažil podpořit šíření zvukových vln v desce, jenž se šíří ve tvaru elipsy. Kobylka našla 10

odlišné umístění než u standardních houslí přesně v polovině desky, čímž zkrátil délku chvějící se struny a tím snížil akusticko – motorickou sílu. Tento experimentální nástroj byl však označen jako špatně znějící. Houslař Vladimír Pilař nástroj rozebral a upravil vypracování horní desky, pozměnil basový trámec, změnil umístění duše a kobylky. Výsledkem byl nástroj dobře znějící, ovšem nezměnilo se nic na faktu, že vzhledem ke značné šíři horní líce je nástroj špatně ovladatelný ve vyšších polohách.

3.1 Základní typologické a rozměrové členění houslí Pro

nastínění

významu

označení

školní

housle

(synonymum

žákovské

či studentské) jsou velmi vhodné informace z textu Celého (1997). Jako nejkvalitnější nástroje jsou označovány nástroje mistrovské, určené pro profesionální houslisty. Do střední třídy jsou řazeny nástroje koncertní. Za nejlevnější nástroje jsou označovány housle školní, studentské, či žákovské. Někdy je možné se setkat i s označeními jako polomistrovské nebo orchestrální, jedná se o označení jakýchsi mezitypů. Typologie houslí je často dosti individuální, záleží i na způsoby výroby nástrojů. Podle kooperace při výrobě nástroje lze definovat kategorie houslí individuálně stavěných, kdy jde o mistrovský nástroj stavěný výhradně mistrem houslařem, houslí ateliérových, kdy se na stavbě podílí mistr se svými tovaryši a houslí sériových, tyto housle odpovídají nástrojům z tovární výroby. Na posledním typu houslí se podílí značné množství pracovníků s různou výrobní kvalifikací. V Tab.

1 jsou uvedena nejběžněji užívaná označení houslí a jejich stručná

charakteristika. Kromě kvalitativního členění nástrojů je důležité i členění dle velikostí, aby byly zajištěny housle pro žáky školního nebo i předškolního věku. Nástroje vyšší kvality jsou zpravidla vyráběny až ve čtyřčtvrteční velikosti, je-li ovšem zájem, je možné nechat postavit či jinak obstarat kvalitní nástroj v jiné než čtyřčtvrteční velikosti. Tyto případy jsou zřídkakdy obvyklé, mohou se však vyskytovat, například u výjimečně talentovaných žáků uměleckých škol, kdy je dítě motivováno nejen radostí z vlastního umu, ale i požitku znělého zvuku houslí. Přehled velikostí a rozměru houslí je uveden v Tab. 2.

11

Tab. 1: Základní typy houslí (Celý 1997)

12

Tab. 2: Tabulka velikosti houslí (převzato z http://www.dhn.cz)

3.2 Rezonanční dřevo Rudolf Ille (1968) objasňuje ve své práci důvod použití rezonančního dřeva. Rezonanční dřevo smrku se používá k výrobě rezonanční desky strunných hudebních nástrojů a má za úkol zesílit jemný zvuk vyvozený na strunách a vyzářit maximální množství přijaté zvukové energie do okolního vzduchu. Smrkové dřevo vykazuje řadu dobrých vlastností jako vysokou rychlost zvuku, velký útlum a malý vlnový odpor. K charakteristice dřeva Ille dále uvádí: jako rezonanční dřevo je velmi vhodné dřevo jehličnanů pro jejich jednoduchou stavbu. Buňky jsou v pravidelných řadách a skládají se asi z 90 % z jednoho typu buněk (tracheid). Jako nejvhodnější se z tohoto pohledu jeví smrk a jedle. U nás se jedná o lehko dostupné dřeviny světlé barvy v celém průřezu kmene a dlouhé dřevní buňky, zvláště v dospělosti stromu. Strom obsahující rezonanční dřevo již od pohledu splňuje jisté požadavky. Strom musí být rovný, válcovitý, pravidelně rostlý kmen. Ve spodní části, 5 – 6 m, nesmí vykazovat žádné suky. Maulis (2007) dále k popisu udává, že kmen vykazuje velmi malou sbíhavost a má vysoko nasazenou plně symetrickou korunu, špičatou nebo plochou. Kůra je jemná, neodlupuje se, je tvořená malými kulatými šupinkami, neobsahuje stopy po větvích, pryskyřici. O jakosti hudebního nástroje rozhoduje velmi mnoho složitých vztahů. Na výsledných akustických vlastnostech nástroje se významně podílejí tři parametry

13

smrkového dřeva, které jsou zároveň hlavními kritérii pro výběr materiálu pro konkrétní kvalitativní typy nástrojů. Posuzuje se maximální hustota letokruhů, které jsou akusticky významné zvláště ve střední části vrchní desky houslí (zde dochází k největšímu vyzařování zvuku). V okrajích desky je hlavním parametrem estetická hodnota materiálu (Hrivňák (1996) uvádí šířku letokruhu v rozmezí 1-2 mm, rovněž Ille (1974), Bucur (2006) uvádí limitní hodnoty šířky letokruhu 0,8 – 2,5 mm, Požgaj (1993) dokonce 1 – 4 mm. Hrivňák dále definuje rezonanční dřevo objemovou hmotností o hodnotách 400-500 kg/m³, Bucur okolo 400 kg/m³). Přehled hodnot vybraných vlastností je uveden v Tab. 3. Tabulka je doplněna o vypočtené hodnoty modulu pružnosti a akustické konstanty. Hřívňák (1996) uvádí, že jehličnaté dřeviny s úzkými letokruhy zpravidla obsahují více letního dřeva. Rezonanční dřevo má mít také úzké letokruhy, ovšem s úzkou zónou letního dřeva (Obr. 1).

Tab. 3: Hodnoty vybraných vlastností dřeva

14

Obr. 1: Mikrofotografie rezonančního dřeva s jemnými letokruhy (asi 1 mm širokými). Vzorek vlevo má širší zónu letního dřeva a vzorek vpravo velmi úzkou a představuje prvotřídní ozvučné dřevo - zvlášť křehké (Maulis, 2007).

Na obrázku (Obr. 2) je vyobrazena závislost procentického zastoupení letního dřeva na

průměrné

šířce

letokruhu

podle

Illeho

(1974).

Obdobnou

závislost

ve své práci zjistil Prokop (2012). Rozdělení podle Prokopa je oproti rozložení Illeho položeno ve směru svislé osy přibližně o 10 % výše. Prokopovo rozložení je reprezentováno rovnicí polynomu 2. řádu: y = - 41,568x2 + 112,78x – 50,522. Rovněž v práci Prokopa je uveden vztah mezi hustotou a průměrnou šířkou letokruhu, jehož rovnice je: y = - 77,98x2 + 270,79 + 228,08.

Obr. 2: Závislost podílu letního dřeva na průměrné šířce letokruhu (Ille 1974)

15

Sekundárním kritériem výběru je podíl letního dřeva, které by mělo u rezonančního smrku tvořit maximálně 20 % celkové hmoty materiálu (Bucur 2006) udává ¼ letokruhu pro letní dřevo). Letní dřevo je lehké a „řídké“, proto má negativní akustický vliv na kmitání horní desky nástroje. Terciálním kritériem se chápe průchodnost tzv. bělové zóny. Tuto podmínku splňuje dřevo zimního kácení (Celý 1997). K období těžby se vyjadřuje i Ille (1974), udává, že u rezonančního dřeva ve volné přírodě, např. po letním kácení, ale i vývratů ležících ve stínu v husté trávě na vlhké zemi se často vytvoří příznivé podmínky, které vedou k uchování propustnosti dřeva, alespoň ve spodní části kmene spočívající na zemi, zatímco horní část často zahnívá, porůstá trávou, apod. Svoboda (1950) uvádí z literatury řadu takových případů, které dávalo často nejcennější rezonanční dřevo. Cituje též Elišku Krásnohorskou, že zejména vývraty pralesa dávají dřevo zvláštní ozvučnosti. I tyto poznámky z praxe mluví ve prospěch ošetření rezonančního dřeva vodou nebo uložením ve vlhkém prostředí. V závěru práce Svoboda (1950) vysvětluje důvod ošetření dřeva vodou po kácení, které podstatně zkrátí požadované dlouhodobé uskladnění (zrání) dřeva pro smyčcové hudební nástroje (housle a violoncello) vyšší kvality. Ošetřením se zamezí kornatění dřeva během sušení a nahradí se zrání. U smrku a jedle se také uchová propustná běl (s otevřenými póry buněk), která je u hotového nástroje umístěna pod kobylkou po obou stranách spáry, tj. v nejdůležitější partii rezonanční desky. Akustický význam javorových houslových dílců není v porovnání se smrkovou horní deskou tak značný. Proto se preferuje především estetická hodnota materiálu (Celý 1997). Primárním kritériem výběru javorového dřeva je jeho lesk a fládrová textura. Po nanesení povrchové úpravy je dosaženo efektního vzhledu, ve kterém vyniká právě textura dřeva. Sekundárním kritériem je barva dřeva, která by měla být bílá (Celý 1997).

16

4

MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ

4.1 Měřené nástroje Pro experiment byly vybrány tři nástroje, prohlédnuté a ohodnocené houslařem (Kužel, Brno, 2012). Dle jeho slov mají všechny nástroje přibližně stejné období výroby, a to od roku 1900 do roku 1940. Prvním nástrojem (H 1) jsou housle tříčtvrteční velikosti, nepříliš vysoké kvality, vhodné pro začínajícího žáka základní umělecké školy. Housle jsou strojně vyráběné, osazené hmatníkem a kolíky z měkkého dřeva (Obr. 13), (kvalitní hmatníky jsou vyráběny ze dřeva ebenového). Dalším vypovídacím znakem jsou výložky na horní i spodní desce, které jsou pouze naznačeny černou barvou (Obr. 12). Tyto jsou u kvalitnějších houslí zpravidla řešeny jako trojice javorových pásků, z nichž krajní jsou obarveny načerno, a střední je ponechán v přírodní barvě. Po obvodu se pomocí nože a dlátka vydlabe drážka, do níž jsou výložky vsunuty a vlepeny. Ty potom plní zejména mechanickou funkci a chrání desky proti naštípnutí. Po obvodu lubů uvnitř nástroje chybí na horní desce proužek (na Obr. 3 značen jako lining strips) plnící taktéž funkci mechanickou. Z estetického hlediska housle také odpovídají svému určení. Krk a hlavice jsou vyrobeny z javorového dřeva bez žíhání, rovněž spodní deska s luby je bez výraznější textury. Peněžní hodnota houslí se pohybuje v řádech několika set korun. Zvuková kvalita tohoto nástroje je dána jeho určením. U nástroje pro začínající žáky převládá funkce výchovná nad funkcí uměleckou. Zvuk je tišší, nevýrazný, neznělý.

17

Obr. 3: Stavba korpusu (převzato z Johnson 1981)

Druhý nástroj (H 2) jsou housle čtyřčtvrteční velikosti tovární výroby. Hmatník houslí je vyroben z měkčího dřeva a zabarven černou barvou pro docílení efektu ebenového dřeva. Krk s hlavicí jsou vyřezány z javorového dřeva nevýrazné textury. Pro estetické zhodnocení těchto částí bylo doplněno žíhání pomocí barvy (Obr. 15). Tato technika se v dřívějších časech používala pro imitaci kvalitnějšího materiálu. Výložky těchto houslí jsou tentokrát vyrobeny ze dřeva a vsazeny do drážky (Obr. 14). Housle nemají uvnitř korpusu pásek na lubech u horní desky. Horní deska nástroje vykazuje v místech uložení kobylky mírné zvlnění letokruhů. Na výrobu lubů a spodní desky bylo použito materiálu bez vyšší estetické hodnoty. Svojí kvalitou mohou být zařaditelné mezi housle vhodné pro žáka základní umělecké školy. Cenové ohodnocení se podle houslaře pohybuje v relaci 1500 – 2000 Kč. Hlasitost, respektive síla zvuku je srovnatelná s houslemi H 3. Zvuk houslí je však suchý, mdlý. V nízkých polohách působí tlumeně, ve vyšších ostře.

18

Posledními houslemi (H 3) jsou čtyřčtvrteční housle manufakturní výroby. Z trojice použitých nástrojů jsou od pohledu nejvyšší úrovně, stále se ovšem jedná o školní kus. Hmatník i ladící kolíky jsou vyrobeny z ebenového dřeva. Pro výrobu krku a hlavice bylo použito javorového dřeva výraznější textury než v předešlých dvou případech (Obr. 18). Uvnitř korpusu ovšem také chybí proužek na lubu u horní desky. Výložky desek jsou vlepené jako u houslí H 2 (Obr. 17). I přesto, že nástroje jsou srovnatelné kvality, mají housle H 2 značně horší povrchovou úpravu než housle H 3. Tento nástroj je používán při hře v orchestru. Peněžní hodnota tohoto nástroje se pohybuje v rozmezí 4000 – 5000 Kč. Po

zvukové

stránce

jsou

tyto

housle

dobré,

obstojně

použitelné

pro pokročilejšího hráče. Tón je nosný, plný, sytý, přirozený, jemný. Ve všech polohách hlasitostně vyvážený, příjemný na poslech.

4.2 Měření rychlosti šíření zvuku Pro měření rychlosti šíření zvuku bylo použito přístroje Fakopp Ultrasonic Timer (výrobce Fakopp Enterprise, Hungary). Přístroj pracuje s frekvenčním rozsahem 15-300 kHz, odchylkou měření +/- 1 µs. Budící puls sondy je vyvoláván jedenkrát za dvě sekundy. Napětí budícího pulsu je 200, frekvence ultrazvukové sondy 45 kHz. Princip měření je založen na přenosu ultrazvukových impulzů mezi dvěma piezo – elektrickými sondami, kdy jedna sonda pracuje jako vysílač, druhá jako přijímač. Ve vysílací sondě je generován impulz, který se šíří materiálem. Po zaznamenání impulzu přijímací sondou přístroj vyhodnotí a na displeji zobrazí čas v µs, po který se impulz mezi sondami šířil. K měření byly použity sondy typu US10 (Obr. 5), které mají kruhovou styčnou plochu o průměru 8 mm a také sondy s označením TD45 (Obr. 5) s obdélníkovou styčnou plochou rozměrů 30x15 mm. S oběma typy byla provedena totožná měření a výsledky měření byly vzájemně srovnány. Pro možnost zlepšení přenosu vln z kontaktní plochy do materiálu byl otestován lékařský gel, výsledky při použití gelu a bez něj byly zcela totožné a z užití gelu bylo upuštěno. Měření bylo prováděno na horní i spodní desce houslí, v příčném i podélném směru. Na horní desce ve směru příčném na dvou místech, a to v partiích horní a dolní líce. Ve směru podélném na dvou místech na každé straně houslí, vždy od effa po okraj

19

desky Na spodní desce měření probíhalo v příčném směru totožně s horní deskou, v podélném směru bylo měřeno průběžně od horního ke spodnímu okraji desky. V každé oblasti bylo měřeno šestkrát. Vzdálenosti mezi sondami byly voleny a přizpůsobovány velikosti styčných ploch sond a vypracování desek. Princip měření je vyobrazen na Obr. 5.

Obr. 5: Měřící sondy typu TD45 vlevo, typu US10 vpravo (www.fakopp.com)

Obr. 4: Princip měření rychlosti šíření zvuku

20

4.2.1 Postup měření rychlosti šíření zvuku Na měřenou oblast bylo přiloženo pravítko pro zjištění vzájemné vzdálenosti sond. Po zapnutí přístroje byly přiloženy sondy na požadovaná místa. Ujistili jsme se, že styčné plochy sond dobře přiléhají k desce a přístroj zobrazuje konstantní hodnoty. Po ustálení byly hodnoty zaznamenány a provedeno další měření. Průběh měření viz Obr. 6

Obr. 6: Průběh měření rychlosti šíření zvuku

4.2.2 Kalibrace naměřeného času Protože přístroj zaznamenával čas průchodu v materiálu i v sondách, bylo nutné eliminovat čas pouze na čas průchodu zvuku materiálem. Kalibrace byla provedena tak, že naměřené hodnoty byly vyneseny do grafu, kde na svislé ose byl vynesen čas a na vodorovné ose vzdálenost. Hodnoty byly proloženy přímkou. Pokud by přístroj měřil bez nutnosti korekce, přímka by protnula počátek, tedy souřadnice [0;0]. Absolutní člen rovnice přímky ukazoval hodnotu korekce naměřeného času. Tuto hodnotu bylo nutné od naměřeného času odečíst. Tímto úkonem byl přesunut průsečík přímky se svislou osou do bodu [0;0] a zjištěn čas průchodu signálu v materiálu. Graf pro kalibraci času je zobrazen na Obr. 7.

21

Obr. 7: Graf kalibrace naměřeného času

4.3 Měření šířek letokruhů Při určování počtu letokruhů na 1 cm a podílu letního dřeva se postupuje tak, že se v ozvučné vrstvě na radiálním řezu označí body hranice celých letokruhů v délce 2 – 5 cm. Úsečka a mezi body A a B se změří s přesností na 0,5 mm, poté se spočítají letokruhy na úsečce a. Průměrná šířka letokruhu a počet letokruhů se vypočte ze vztahů: , kde:

n = počet letokruhů na 1cm N = počet letokruhů na úsečce a a = délka úsečky, na které bylo měření provedeno š = průměrná šířka letokruhu

Procentické zastoupení letního dřeva v letokruhuse potom vypočítá ze součtu šířky letního dřeva D ve všech letokruzích na úsečce a s přesností na 1 % podle vztahu:

kde:

m – průměrné % letního dřeva v letokruhu

D – součet šířek letního dřeva v letokruzích na délce úsečky a. (Hrivňák, 1996) V našem případě probíhalo měření na dokončených nástrojích a měření podle uvedené metodiky nebylo možné. Proto bylo zvoleno měření na radiálním řezu, tedy na ploše horní desky. Měření ovšem bylo v jisté míře zkresleno jejím vypracováním. V práci Prokopa (2012) bylo porovnáno měření šířek letokruhů

22

houslařských přířezů na příčném a radiálním řezu na ploše, kde letokruhy vykazovaly větší odklon. Srovnání letokruhových křivek ukázalo téměř shodné překrytí. Při srovnávání získaných dat byla míra zkreslení v rozmezí od 0,01 % do 3,49 %, s průměrnou hodnotou 1,48 %. Měření šířek letokruhů bylo realizováno pomocí stereolupy Leica S6D a posuvného speciálního měřícího stolu TimeTable (TT-85-0-100/5) propojeného s počítačem, kde v programu Past 32 probíhalo zaznamenávání měřených dat. Na houslích byly měřeny letokruhy v místech největších šířek horní a dolní líce. V případě horní líce bylo měřeno od kraje desky po hmatník, v případě dolní líce od kraje desky po struník. Ve všech případech bylo změřeno maximální možné množství letokruhů. Limitujícími faktory pro měření byla čitelnost letokruhů a jejich zřetelnost pod povrchovou úpravou, respektive pod usazenými nečistotami. 4.3.1 Postup měření šířek letokruhů Nejprve byl v počítači nastaven program pro zaznamenávání dat. Měřený nástroj byl umístěn na posuvný stůl pod optiku stereolupy. Optika stereolupy byla vybavena nitkovým křížem, který sloužil k orientaci při měření. Pomocí kliky pro manipulaci se stolem byl nástroj umístěn tak, aby nitkový kříž splynul s hranicí prvního měřeného letokruhu. Poté bylo vynulováno počítadlo a změřena a zaznamenána šířka jarního dřeva prvního letokruhu. Dále byly postupně měřeny šířky letního a jarního dřeva letokruhů. Po změření všech letokruhů bylo měření v programu ukončeno a data vyexportována do tabulkového editoru. Průběh měření je patrný z Obr. 8.

Obr. 8: Průběh měření šířek letokruhů

23

5

VÝSLEDKY A DISKUSE

5.1 Rychlost šíření zvuku Rychlost zvuku byla měřena dvěma typy měřících sond. Při měření za pomoci sond US10 byly u houslí H 1 zjištěny nejnižší hodnoty rychlostí v podélném i příčném směru ze všech tří nástrojů. V podélném směru byla rychlost 4558 m/s, v příčném směru 1505 m/s. U houslí H 2 byly hodnoty obou rychlostí vyšší. V podélném směru rychlost činila 4989 m/s a v příčném 1536 m/s. Nejvyšší rychlost v horní desce byla změřena u houslí H 3 s hodnotou 6006 m/s v podélném směru. U stejných houslí byla naměřena v příčném směru naopak rychlost nejnižší, 1211 m/s. Měřením sondami TD45 byly zjištěny odlišné hodnoty rychlostí než v předešlém případě. U houslí H 1 byla zjištěna pro podélný směr hodnota 4860 m/s, což je v případě těchto sond hodnota nejvyšší. Pro příčny směr houslí H 1 byla hodnota rychlosti 1735 m/s, což je hodnota nejnižší. Nejnižší hodnotu podélné rychlosti při tomto měření vykazovaly housle H 2, a to 4054 m/s. Tyto housle paradoxně měly nejvyšší hodnotu v příčném směru – 1778 m/s. Housle H 3 měly ve směru podélném rychlost 4356 m/s, ve směru příčném 1769 m/s. Hodnoty těchto houslí pro oba směry byly mezi hodnotami houslí ostatních. Srovnání je patrné z grafu uvedených na Obr. 22 v příloze. Pokud bychom tyto hodnoty porovnali s hodnotami vztahů průměrného zastoupení letního dřeva a rychlostí šíření zvuku podle Prokopa (2012), zjistili bychom pro housle H 1 odpovídající rychlost hodnoty 6173 m/s, pro housle H 2 5386 m/s a pro housle H 3 rychlost 5481 m/s. Pro nástroje H 1 a H 2 z tohoto srovnání vyplynulo, že podle rychlosti šíření zvuku by se mohlo jednat pouze o obyčejný smrk, dřevo nerezonanční. V případě houslí H 1 tomuto faktu naznačovaly i další hodnoty, viz níže. Při měření javorových spodních desek sondami US10 byly zjištěny následující hodnoty. Pro housle H 1 byla hodnota rychlosti zvuku v podélném směru 4349 m/s, jednalo se o hodnotu nejvyšší. V příčném směru byla rychlost 1905m/s, též hodnota nejvyšší. Druhé v pořadí, housle H 2 vykazovaly i druhou nejvyšší rychlost v podélném směru, 3932 m/s. Hodnota rychlosti v příčném směru byla u tohoto nástroje nejnižší, 1304 m/s. Nejnižší rychlost v podélném směru s hodnotou 3578 m/s, ukázalo měření houslí H 3. Hodnota pro radiální směr byla 1433 m/s.

24

Sondami TD45 byla zjištěna obdobná rychlost pro podélný směr u houslí H 1, konkrétně 4315 m/s. Ve směru příčném byla zjištěna hodnota 1663 m/s. Rychlost podélného směru houslí H 2 činila 3446 m/s a příčného směru. U houslí H 3 byla také zjištěna podobná hodnota pro podélný směr. Tato rychlost činila 3501 m/s. Rychlost v příčném směru byla 1825 m/s. Graf s odpovídajícími hodnotami viz obr. Obr. 23 přílohy. Zjištěné informaci byly v souladu s literárními průměry, čímž byla do jisté míry obhájena kvalita snímacího zařízení a také do jisté míry potvrzena teorie vyhodnocení smrkových horních desek, viz výše. Dvojice hodnot jednotlivých směrů zjištěné různými sondami se navzájem lišily v rámci několika set m/s. Nejvíce se k sobě blížily hodnoty houslí H 1 a H 3 u spodních desek v podélném směru, rozdíly v rychlostech se pohybovaly v rámci několika desítek m/s. Důvody, proč tomu tak bylo, bylo možné spatřovat v samotném provedení měření. Na horních deskách bylo měření prováděno kvůli přítomnosti hmatníku a celého postrojení v místech, jejichž povrch byl značně klenutý. Na spodních deskách bylo možné nalézt více ploch pro přiložení sond s minimálním klenutím, hlavně v oblasti středu desky. Lze soudit, že pokud by bylo možné měření i v blízkosti středů horních desek, byly by zjištěné hodnoty pro podélný směr více podobné, jako v případě spodních desek. Spíše jako teoretická úvaha bylo řešeno odvození hustoty, akustické konstanty a modulu pružnosti smrkových desek na základě změřených rychlostí šíření zvuku. Pomocí změřených rychlostí a maximální a minimální literární hodnoty akustické konstanty byly spočteny pravděpodobně možné hodnoty hustoty horní desky. Podle změřených rychlostí a spočtených možných hustot bylo sestrojeno spektrum, ve kterém by se tyto hodnoty mohly pohybovat. Dále byla ze změřených průměrných šířek letokruhů odvozena hustota ze závislosti šířky letokruhu (Prokop 2012) na hustotě materiálu. Takto zjištěná hustota byla vynesena do sestrojeného spektra hodnot. Poté bylo možno přesněji definovat pravděpodobnou rychlost šíření zvuku v daném nástroji. Pro housle H 1 byla tímto způsobem odvozena rychlost zvuku v rozmezí 4710 – 4860 m/s. Těmto hodnotám odpovídá akustická konstanta o hodnotách 11,42 – 11,78 kg-1.m4.s-1 a modul pružnosti 9150 – 9742 MPa. Housle H 2 do této úvahy nemohly být zahrnuty, protože hustota vypočtená ze závislosti k průměrné šířce 25

letokruhu byla vyšší, něž pravděpodobná hustota, a vypočtená hustota tedy nezapadala do teoretického spektra hodnot. U houslí H 3 bylo rozmezí hodnot rychlostí zúženo na hodnoty 5300 – 6006 m/s. Odpovídající akustické konstanty k těmto rychlostem byly 11,47 – 13,00 kg-1.m4.s-1. Modul pružnosti pro tuto desku odpovídal hodnotám 12981 – 16669 MPa. Grafy a tabulka s výsledky jsou uvedeny v Tab. 4 přílohy. Pokud bychom porovnali odvozené hodnoty houslí H 1 s hodnotami literárními, zjistili bychom, že rezonanční dřevo je hodnoceno vyššími hodnotami akustické konstanty a modulu pružnosti, než byly zjištěny pro tento nástroj. Za rezonanční dřevo je

považováno

takové,

jehož

akustická

konstanta

má

minimální

hodnotu

12 kg-1.m4.s-1 (Požgaj 1993). Pro tyto housle byla odvozena akustická konstanta v rozmezí 11,42 – 11,78 kg-1.m4.s-1, což bylo méně oproti zmiňovaným 12 kg-1.m4.s-1. Modul pružnosti byl odvozen v rozmezí 9150 – 9742 MPa. V tomto případě je minimá1ní hodnota literární, viz. kapitola 3.2, 10343 MPa (Bucur 2006). Pokud bychom přidali zastoupení letního dřeva, které činilo 27,07 %, což je oproti literárním pramenům (Bucur 2006, Celý 1997, Ille 1974) hodnota vyšší, dalo by se usoudit, že pro výrobu nástroje bylo použito smrkové dřevo nerezonanční. V případě houslí H 3 byla zjištěna akustická konstanta o hodnotě 11,47 – 13,00 kg-1.m4.s-1. Modul pružnosti pro tuto desku odpovídal hodnotám 12981 – 16669 MPa. Tyto hodnoty již lze řadit mezi literaturou uváděné

5.2 Šířky letokruhů Limitujícím faktorem pro měření byla čitelnost letokruhů a jejich zřetelnost pod povrchovou úpravou, respektive pod usazenými nečistotami. V několika případech byl tento fakt byl značně omezující a v jednom případě bylo možné naměřit pouze několik letokruhů Výsledky houslí H 1 ukázaly hodnotu průměrné šířky letokruhu 0,93 mm s podílem letního dřeva 27,07 %. V porovnání s ostatními houslemi šlo o nejužší letokruhy a zároveň o největší podíl letního dřeva. Variační koeficient naměřených letokruhů byl 36,47 %, což byla největší variabilita ze zkoumaných nástrojů. Koeficient udával míru variability šířek letokruhů. Nízká hodnota variačního koeficientu značila menší rozptyl naměřených šířek, tedy konstantnější hodnoty, vyšší variabilita dávala tušit variabilnější data – šířky letokruhů ve větším hodnotovém rozmezí. Variační koeficient podílu letního dřeva činil 39,78 %, taktéž nejvyšší míra variability. Průměrná

26

šířka letokruhu houslí H 2 činila 1,68 mm, podíl letního dřeva 21,29 %. Jednalo se o střední hodnotu šířek letokruhů a nejnižší hodnotu procenta letního dřeva. Variační koeficient naměřených letokruhů těchto houslí byl 33,60 %, variační koeficient zastoupení letního dřeva 31,30 %. Housle H 3 měly průměrnou šířku letokruhu 1,62 mm a 24,18 % letního dřeva, což byla střední hodnota šířky letokruhu nejnižší zastoupení letního dřeva v letokruhu. Variační koeficient šířek letokruhů byl nejnižší z trojice nástrojů, 17,86 %, taktéž u hodnoty 27,30 % koeficientu pro letní dřevo. Celkově byly zjištěné hodnoty procentického zastoupení letního dřeva vyšší, než je uváděno v literárních pramenech, průměrné šířky letokruhů odpovídaly uváděným relacím (viz. kapitola 3.2). Bylo tedy možné spatřovat jistou závislost ve zjištěných hodnotách a akustických vlastnostech nástrojů. Dále byly vzájemně srovnávány šířky letokruhů z každé měřené oblasti houslí. Byl vypočten variační koeficient z variačních koeficientů patřících každé měřené oblasti. Ten nám popsal, jak variabilní byly vůči sobě jednotlivé čtvrtiny desky. Pro housle H 1 nabýval koeficient hodnoty 16,10 %, pro housle H 2 hodnoty 25,30 %. U houslí H 3 dosahoval velikosti 10,23%, tyto housle tedy vykazovaly největší sourodost změřených dat navzájem. Stejným způsobem byl hodnocen i podíl letního dřeva. Pořadí koeficientů bylo stejné jako v předešlém případě. U desky H 1 byl koeficient 14,73 %, u desky H 2byl nejvyšší. 19,68 %, u desky H 3 udával opět nejmenší variabilitu dat, koeficient s hodnotou 9,62 %. Pokud bychom se zaměřili na srovnání pravidelnosti struktury dřeva a akustického projevu nástrojů, bylo by možné konstatovat, že housle H 3 s nejkvalitnějším zvukem byly vyrobeny ze dřeva s relativně stejnorodou strukturou dřeva. Housle H 1 měly v pořadí druhou nejnižší variabilitu struktury dřeva, zvuk tohoto nástroje je ale dle hodnocení nejhorší. Housle H 2 měly míru variability šířek letokruhů nejvyšší. Toto srovnání je ovšem relativní, protože housle H 1 měly nejužší průměrnou šířku letokruhu (0,93 mm). Housle H 2 a H 3 měly šířku srovnatelnou (1,68 a 1,62 mm) Zde bylo potvrzeno, že při téměř stejné šířce letokruhu mají lepší zvuk housle s nižší variabilitou struktury dřeva. Uvedené hodnoty jsou v Tab. 5 přílohy. Grafy rozložení šířek letního dřeva a šířek letokruhů jsou uvedeny na Obr. 27, Obr. 28, Obr. 29 v příloze.

27

U houslí H 2 a H 3 byla nalezena shoda s literaturou (Prokop, 2012) v podobě šířky letokruhu a odpovídajícího procenta letního dřeva. Housle H 1 vykazovaly oproti stejné literatuře nižší hodnotu letního dřeva, a to přibližně o 10 %. Viz. Obr. 9.

Obr. 9: Srovnání zjištěných údajů s lietraturou (Prokop 2012)

5.3 Špičatost rozdělení Bucur (1995) uvádí, že pro materiál na výrobu houslí je vhodnější špičatější rozdělení letokruhů. U testovaných houslí toto rozdělení nebylo zjištěno v žádném z případů. Rozdělení u houslí H 3 bylo nejvíce ploché, hodnota špičatosti byla -0,49, housle H 1 vykazovaly mírnější plochost, konkrétně -0,11. Housle H 2 měly koeficient špičatosti -0,004, dalo by se tedy říci normální rozdělení. Pokud bychom hodnoty vztáhli ke zvukovým projevům nástrojů, mělo by být teoretické pořadí výsledků H 3, H 2 a nejméně špičaté rozdělení u H 1. Grafické srovnání je zobrazeno v grafu na Obr. 10.

Obr. 10: Porovnání koeficientů špičatosti rozložení šířek letokruhů jednotlivých houslí

28

5.4 Porovnání jednotlivých typů sond Při porovnání rychlostí šíření zvuku podél vláken se u výsledků smrku jeví jako přesnější měření sondami US10, kdy se hodnoty blížily více hodnotám literárním (průměrná hodnota tabelovaná 5611 m/s, sond US10 5184 m/s, sond TD45 4423 m/s). Oba dva výsledky byly oproti průměru podhodnocené, zvláště sond TD45. V radiálním směru byla situace obdobná. Průměrná hodnota měření US10 byla bližší literárnímu průměru (průměrná hodnota tabelovaná 1509 m/s, sond US10 1417 m/s, sond TD45 1761 m/s). Výsledky obou směrů sond US10 byly lokalizovány pod průměrnými tabelovanými hodnotami, stejně tak tomu bylo v případě hodnot pro podélný směr získaných sondami TD45. Naopak hodnoty radiálního směru byly lokalizovány nad literární průměr. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v Tab. 8 přílohy. U měření javorových zadních desek byly zjištěné průměrné hodnoty v případě sond US10 3953 m/s, s rozdílem k průměrné literární hodnotě +109 m/s. V případě sond TD45 činily 3754 m/s, s rozdílem k průměrné literární hodnotě menším, a to -90 m/s. Průměrná hodnota udávaná literaturou byla 3844 m/s. V radiálním směru byly průměrným tabelovaným hodnotám (1801 m/s) bližší výsledky sond TD45 (1730 m/s), oproti sondám US10 (1564 m/s). Hodnoty rychlostí viz Tab. 9 v příloze. Výsledky byly vyhodnocovány i z pohledu míry variability souboru dat. Měření v podélném směru sondami US10 dávalo výsledky s 8,09-% hodnotou variačního koeficientu, ve směru radiálním s hodnotou 21,87 %. Při použití sond TD45 byly hodnoty variačního koeficientu pro podélný směr 6,09 %, pro radiální směr 9,21 %. 5.4.1 Vyhodnocení korekcí časů Hodnoty korekcí se značně lišily jak v rámci jednotlivých desek, tak v rámci všech houslí. Různost výsledků korekcí bylo možné do jisté míry vysvětlit tím, že ve většině případů nemohl být dodržen exaktní postup měření z důvodu povahy měřeného materiálu a také malým množstvím srovnávaných hodnot. Minimální hodnota korekce při měření sondami typu US10 činila 0,1425 µs, maximální pak 17,1500 µs. Při měření sondami TD45 činila minimální hodnota 0,3992 µs, maximální 13,7250 µs. Větší rozdíly mezi jednotlivými měřeními jsou

29

patrné z variačních koeficientů. Pro sondy US10 byl průměrný variační koeficient pro radiální směr 45,70 %. Pokud bychom opět vypočetli variační koeficient všech variačních koeficientů pro radiální směr, dostali bychom hodnotu 62,09 %. Tedy značné rozdíly mezi variacemi jednotlivých desek. V podélném směru byl průměrný variační koeficient o hodnotě 52,65 %. Jednalo se o vysokou variabilitu naměřených dat a variabilitu větší než v radiálním směru. Variace variačních koeficientů udávala hodnotu 30,50 %, což ukazovalo na menší rozdíly mezi jednotlivými deskami než v příčném směru. Pro sondy TD45 byl zjištěn průměrný variační koeficient v radiálním směru 43,10 %, nepatrně nižší hodnota než u předešlých sond. Variace variačních koeficientů byla potom 45,59 %, což byla hodnota o téměř 17 % nižší vůči sondám US10. V podélném směru byla vypočtena průměrná hodnota variačního koeficientu 20,08 %, tato hodnota byla ze všech směrů nejnižší. Ovšem hodnota variace variačních koeficientů byla 95,47 %. Tato hodnota nám ukázala opravdu značnou nevyrovnanost v rámci podélného směru. Viz Tab. 6, Tab. 7 a Obr. 30, Obr. 31. I přesto, že hodnoty změřené sondami TD45 byly oproti tabelovaným hodnotám celkově nižší, než hodnoty změřené pomocí sond US10, podle variačního koeficientu bylo nasnadě usoudit, že sondy TD45 nám dávaly přesnější, méně variabilní soubory dat. S přihlédnutím k faktu, že zjištěné informace nebylo možné porovnávat s reálnými daty konkrétních nástrojů, lépe řečeno surového materiálu pro výrobu těchto nástrojů, pouze empirickými, nabízí se zde prostor pro další práci v oboru srovnávání měřících zařízení. Při hodnocení jednotlivých typů měřících sond bylo nutné brát v potaz povahu měřeného materiálu, čímž byly korpusy hotových houslí, tedy značně nerovný, zvlněný povrch. Přes tento fakt si paradoxně lépe vedly sondy s relativně velkou obdélníkovou styčnou plochou. Dalším faktorem ovlivňujícím spolehlivost naměřených dat byla přítomnost povrchové úpravy. Dle slov mistrů houslařů má aplikace nátěrové hmoty značný vliv na výsledný zvuk nástroje. Tento fakt je doložen i literaturou (Pilař a Šrámek 1986). Lze usuzovat, že i měření rychlosti přes nátěrový film mohlo být do jisté míry zkresleno. Literární hodnoty pro srovnání byly převzaty z literatur Maulis (2007), Požgaj (1993).

30

6

ZÁVĚR Cílem práce bylo na třech kvalitou odlišných školních houslích změřit parametry

makroskopické stavby dřeva a rychlost šíření zvuku. Na základě zjištěných údajů odvodit další parametry vybraných fyzikálních a mechanických vlastností. Dále zjištěné výsledky srovnat s literaturou, zjistit, zda existují rozdíly v parametrech jednotlivých nástrojů a porovnat je se subjektivním dojmem akustických projevů každého nástroje. Pro housle H 1 byla zjištěna průměrná šířka letokruhu 0,93 mm, zastoupení letního dřeva v letokruhu 27,07 %, rychlost šíření zvuku v rozmezí: v podélném směru 4710 – 4800 m/s, v příčném směru 1505 – 1536 m/s pro horní desku, v podélném směru 4302 – 4331 m/s, v příčném směru 1719 – 1956 m/s pro spodní desku, hustota 412 kg/m3, modul pružnosti v rozmezí 9150 – 9742 MPa, akustická konstanta v rozmezí 11,42 – 11,78 kg-1.m4.s-1. Pro housle H 2 byla zjištěna průměrná šířka letokruhu 1,68 mm, zastoupení letního dřeva v letokruhu 21,29 %, rychlost šíření zvuku v rozmezí: v podélném směru 4092 – 5044 m/s, v příčném směru 1548 - 1704 m/s pro horní desku, v podélném směru 3446 – 3988 m/s, v příčném směru 1298 - 1701 m/s pro spodní desku, hustota 463 kg/m3, modul pružnosti v rozmezí 9270 - 11522 MPa, akustická konstanta v rozmezí 9,67 – 10,78 kg-1.m4.s-1. Pro housle H 3 byla zjištěna průměrná šířka letokruhu 1,62 mm, zastoupení letního dřeva v letokruhu 24,18 %, rychlost šíření zvuku v rozmezí: v podélném směru 4740 - 5720 m/s, v příčném směru 1210 - 1784 m/s pro horní desku, v podélném směru 3465 - 3510 m/s, v příčném směru 1432 - 1890 m/s pro spodní desku, hustota 462 kg/m3, modul pružnosti v rozmezí 12981 - 16669 MPa, akustická konstanta v rozmezí 11,47 – 13,00 kg-1.m4.s-1. Výsledky mohly být do jisté míry méně objektivní z důvodu malého množství porovnávaných dat. Podle výsledků zjištěných v této práci lze potvrdit, že existují rozdíly v materiálu použitém ke zhotovení různě kvalitních nástrojů stejné výrobní kategorie. Nástroj v našem případě špatně znějící vykazoval hodnoty podprůměrné nebo mimo literaturou uváděné, naopak nástroj z naší trojice zvukově nejkvalitnější byl svými hodnotami v relacích hodnocení rezonančního dřeva. Zde je tedy nasnadě potvrdit, že výběr kvalitního materiálu je prvotním krokem ke tvorbě kvalitního nástroje, ovšem důležité je také podotknout, že pokud nebude nástroj vyroben zkušenou rukou, i sebelepší materiál nepovede ke kýženému výsledku.

31

V další práci se nabízí výběr jiných metod zkoumání, například frekvenční analýza desek. Metoda měření zvuku pomocí dvou odlišných typů snímačů přinesla závěry, že přesněji měří snímače typu TD45 s velkou styčnou plochou, použití pro měření houslí je ale v obou případech dosti omezeno.

32

7

SUMMARY The aim of this work was to measure macroscopic structures of wood

and the speed of sound in three different quality parameters of school violin. Based on the data are derived other parameters of selected physical and mechanical properties. Furthermore, the results obtained are compared with the literature to determine whether there are differences in the parameters of each instrument and compare them with the subjective impression of the acoustic properties of each instrument. For Violin H 1 the mean annual ring width 0,93 mm was found, the representation of summer annual rings of wood in 27,07 %, speed of sound ranging in the longitudinal direction 4710 - 4800 m/s in the transverse direction 1505 - 1536 m/s for the upper plate in the longitudinal direction of the 4302 - 4331 m / s in the transverse direction 1719 - 1956 m/s for the bottom plate, the density 412 kg/m3, modulus of elasticity in the range 9150 to 9742 MPa, acoustic constant in the range from 11,42 to 11,78 kg-1.m4.s-1. For H 2 violins the mean annual ring width 1,68 mm was found, the representation of summer annual rings of wood in 21,29 % the speed of sound ranging in the longitudinal direction from 4092 to 5044 m / s in the transverse direction from 1548 to 1704 m/s

for the upper plate in the longitudinal direction

of the 3446 - 3988 m/s in the transverse direction 1298 - 1701 m/s for the bottom plate, the density of 463 kg/m3, modulus of elasticity in the range 9270 to 11522 MPa, acoustic constant in the range 9,67 – 10,78 kg-1.m4.s-1. For violin H 3 the mean annual ring width 1,62 mm was found, the representation of summer annual rings of wood in 24,18 %, speed of sound ranging in the longitudinal direction from 4740 to 5720 m / s in the transverse direction from 1210 to 1784 m / s for upper plate in the longitudinal direction of the 3465 - 3510 m / s in the transverse direction 1432 - 1890 m / s for the bottom plate, the density of 462 kg/m3, modulus of elasticity in the range 12981 to 16669 MPa, acoustic constant in the range from 11.47 to 13,00 kg-1.m4.s-1. The results could be somewhat less objective because of the small amount of data compared. According to the results obtained in this work, we can confirm that there are differences in the material used for manufacturing various quality instruments of the same product category. Instrument in our case showed a poor sound or below average values of cited literature, while the instrument of our trio with best sound was

33

with the values in the evaluation of session resonant wood. Here it is obvious to confirm that the choice of quality materials is the primary step towards the creation of quality instruments, but it is also important to note that, unless an instrument made by experienced hand, and the best material used it will not lead to the desired result. In another work it is offered a selection of other research methods such as frequency analysis of plates. Method of measurement of sound using two different types of sensors brought conclusions that accurately the TD45 type sensor measures with a large contact area. The use of measurements for violin is in both cases quite limited.

34

8

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

Bucur, V., 1995. Acoustics of Wood. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-4801 Bucur, V., 2006. Acoustics of Wood. 2nd Edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN-10 3-540-26123-0 Celý, P., 1997. Individuální a kolektivní výroba v současném houslařství. Diplomová práce. Masarykova univerzita v Brně

Dominy, J. , Killingback, P., 2008. The development of a carbon fibre violin, University of Nottingham, UK, [online]. Dostupné na http://www.iccm-

central.org/Proceedings/ICCM17proceedings/Themes/Industry/OTHER%20APPLICAT IONS/A6.2%20Dominy.pdf Hrivnák, Š., 1996. Vyhl’adávanie a určovanie rezonančního dreva. Drevo, Ročník 51

Inta, R., Smith, J., Wolfe, J., 2005. Measurement of the effect on violin sof ageing and playing, University of New South Wales, Sydney 2052 NSW. [online]. Dostupné na http://www.phys.unsw.edu.au/jw/reprints/IntaViolin.pdf Ille, R., Ozvučné dřevo smrku, Sborník VLÚ VŠZ v Praze, 11/1968 Ille, R., Výzkum rezonančního dřeva smrku, Práce VVÚD Sv.9/1974, Vývojový ústav dřevařský Praha, Praha, 1974

Jansson, E., 2002. Acoustics for Violin and Guitar makers. Royal Institute of Technology, Dep. of Speech, Music and Hearing, Stockholm.

Johnson, E., 1981. The Acoustics Of The Violin, Department of Applied Acoustics, University of Salford Kurfürst, P. Jan Černý – samouk houslař a vynálezce. Národopisné aktuality. 1985, č. 1, ročník 22.

35

Matsutani, A., 2001. Study of Violin by Photoelastic Observation and Frequency Analysis, Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers, 43 (5a), pp. 2754 – 2755, 2002. [online]. Dostupné na http://lib.ioa.ac.cn/ScienceDB/18TH-ICA/pdf/Tu2.C1.5.pdf

Matsutani, A., 2002. Study on Bridge of Violin by Photoelastic Observation. Japanese Journal of Applied Physics, Volume 41, Issue 10, pp. 6291.

Maulis, V., 2007. Rezonanční dříví. Bakalářská práce. Praha: Česká zemědělská univerzita v Praze, Lesnická a environmentální fakulta Pilař, V., Šrámek, F., 1986. Umění houslařů. 1. vydání. Praha 1, Panton. Pilař, V., Šrámek, F., 1989. Umění houslařů. Praha, Panton. Požgaj, A., 1993. Štruktúra a vlastnosti dreva. 1.vyd. /. Bratislava: Príroda, 485 s. ISBN 80-07-00600-1. Prokop, F., 2012. Dendrochronologické datování a měření akustických vlastností strunných hudebních nástrojů. Diplomová práce. Brno. Rajčan, E., a kol., 1999. Aplikácia akustiky pri štúdiu vlastností dreva. Technická univerzita vo Zvolene.

Wanga, L. M., Burroughs, S. B. (The Pennsylvania State University) Acoustic radiation from bond violins, [online]. Dostupné na http://digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1021&context=archengfacpu b, Woodhouse, J., 2005. On the “Bridge hill” of the Violin, Cambridge University Engineering Department, [online]. Dostupné na http://www2.eng.cam.ac.uk/~jw12/JW%20PDFs/BridgeHill.pdf 36

Internetové zdroje: http://absolventi.gymcheb.cz/2006/krnovot/popis%20housli.html Příručky a ostatní: Fakopp Ultrasonic Timer User’s Guide

37

9

SEZNAM OBRÁZKŮ

Obr. 1: Mikrofotografie rezonančního dřeva s jemnými letokruhy (asi 1 mm širokými). Vzorek vlevo má širší zónu letního dřeva a vzorek vpravo velmi úzkou a představuje prvotřídní ozvučné dřevo - zvlášť křehké (Maulis, 2007). ............................................. 15 Obr. 2: Závislost podílu letního dřeva na průměrné šířce letokruhu (Ille 1974) ............ 15 Obr. 3: Stavba korpusu (převzato z Johnson 1981) ........................................................ 18 Obr. 4: Princip měření rychlosti šíření zvuku ................................................................. 20 Obr. 5: Měřící sondy typu TD45 vlevo, typu US10 vpravo (www.fakopp.com) ........... 20 Obr. 6: Průběh měření rychlosti šíření zvuku ................................................................. 21 Obr. 7: Graf kalibrace naměřeného času ........................................................................ 22 Obr. 8: Průběh měření šířek letokruhů............................................................................ 23 Obr. 9: Srovnání zjištěných údajů s lietraturou (Prokop 2012) ...................................... 28 Obr. 10: Porovnání koeficientů špičatosti rozložení šířek letokruhů jednotlivých houslí ............................................................................................................................... 28 Obr. 11: Housle H 1 - horní a spodní deska.................................................................... 42 Obr. 12: H 1 - barevně naznačené výložky ..................................................................... 42 Obr. 13: H 1 - krk z měkkého dřeva dokončený černou barvou ..................................... 42 Obr. 14: H 2 - výložky vyrobené z proužků javorového dřeva ...................................... 43 Obr. 15: H 2 - krk houslí - barevné doplnění žíhání dřeva ............................................. 43 Obr. 16: Housle H 2 - horní a spodní deska.................................................................... 43 Obr. 17: H 3 - výložky vyrobené z proužků javorového dřeva ...................................... 43 Obr. 18: H 3 - krk a hlavice vyrobené z žíhaného javorového dřeva ............................. 43 Obr. 19: Housle H 3 - horní a spodní deska.................................................................... 43 Obr. 20: Seřazené nástroje - H 1, H 2, H 3 - spodní desky ............................................. 43 Obr. 21: Seřazené nástroje - H 1, H 2, H 3 - horní desky ............................................... 43 Obr. 22: Porovnání rychlostí šíření zvuku horních desek z dvou typů snímačů ............ 43 Obr. 23: Porovnání rychlostí šíření zvuku spodních desek z dvou typů snímačů .......... 43 Obr. 24: Graf odvození rychlosti podle hustoty houslí H 1 ............................................ 43 Obr. 25: Graf odvození rychlosti podle hustoty houslí H 2 ............................................ 43 Obr. 26: Graf odvození rychlosti podle hustoty houslí H 3 ............................................ 43 Obr. 27: H 1 - porovnání šířek letokruhů ze všech měřených čtvrtin horní desky ......... 43 Obr. 28: H 2 - porovnání šířek letokruhů ze všech měřených čtvrtin horní desky ......... 43

38

Obr. 29: H 3 - porovnání šířek letokruhů ze všech měřených čtvrtin horní desky ......... 43 Obr. 30: Průměrné hodnoty korekcí časů rychlosti šíření zvuku .................................... 43 Obr. 31: Hodnoty variačních koeficientů korekcí časů rychlosti šíření zvuku .............. 43

39

10 SEZNAM TABULEK Tab. 1: Základní typy houslí (Celý 1997) ...................................................................... 12 Tab. 2: Tabulka velikosti houslí (převzato z http://www.dhn.cz) ................................. 13 Tab. 3: Hodnoty vybraných vlastností dřeva ................................................................. 14 Tab. 4: Výsledky odvozených vlastností horních desek ................................................ 43 Tab. 5: Výsledky měření letního dřeva a šířek letokruhů .............................................. 43 Tab. 6: Korekce časů jednotlivých desek a sond ........................................................... 43 Tab. 7: Přehled variačních koeficientů korekcí časů a jejich variací ............................. 43 Tab. 8: Výsledné hodnoty rychlostí šíření zvuku v horních deskách ............................ 43 Tab. 9: Výsledné hodnoty rychlostí šíření zvuku ve spodních deskách ........................ 43

40

11 PŘÍLOHY V příloze jsou uvedeny ilustrační fotografie použitých nástrojů a nejdůležitější grafy a tabulky s výsledky. K práci je přiložen datový disk obsahující dokument bakalářské práce ve formátu *.pdf, dále sešity aplikace Microsoft Office Excel s veškerými tabulkami a grafy.

41