Archive for the ‘Teknik’ Category

Global uppvärmning klimatkänslighet och havsytans nivå

30/10/2017

Bakgrund

Vi har under de senaste årtiondena sett en lång rad av domedagsprofetior . Den idag populära varianten är att jorden till följd av ökande koldioxidhalt i atmosfären går mot en snar värmekatastrof som kommer att lägga världens kustområden under vatten och leda till ett okänt antal döda i värmeslag.

Den här artikeln är en fortsättning på en diskussion på FaceBook som startade från en länk till klimatupplysningen.se:
http://www.klimatupplysningen.se/2017/10/19/forskarna-tonar-ned-koldioxidens-betydelse-klimatforandringen/#.WejlNu7eGeV.facebook

I denna tråd diskuterades den såkallade klimatkänsligheten d.v.s. hur mycket jordens temperatur borde stiga vid en fördubbling av koldioxidhalten. Artikeln hänvisar till ca. 40 olika uppskattningar av klimatkänsligheten och det verkar finnas en trend mot ett relativt lågt värde. Den intressanta frågan är naturligtvis hur man skall få ett grepp om klimatkänslighetens ungefärliga storlek. Man brukar definiera klimatkänsligheten som:

dT = lamda * RF

där RF är såkallad ”forcing” som brukar ges som:

RF = 5.35*ln(co2/co2ref)

En enkel överslagsberäkning t.ex. genom att använda satellitdata från 1980 – 2017 (vi gör en överslagsberäkning, det är alltså inte kritiskt hur vi väljer intervallet). En överslagsberäkning ger resultatet:

lamda = 0.52

För en fördubbling av koldioxidhalten i atmosfären skulle det beräknade värdet på lamda ge en temperaturstegring på ungefär:

dT = 0.52*5.35*ln(co2_dubblad/co2_1980)
dT = 0.52*5.35*ln(678/339) = 1.92 C

Klimatforskaren Rahmstorf, som jag uppfattar som en alarmist, gjorde motsvarande uppskattning från förindustriell tid till vår tid och han beräknade uppvärmningen till 2.1 C.  Min uppskattning är antagligen tillräckligt god då IPCC:s uppskattning ligger mellan 1.5 och 4.5 C för en fördubbling av CO2-halten i atmosfären.
Knappast skrämmande och sannolikt på alla sätt en positiv uppvärmning då alla faktorer tas i beaktande.

Överslagsberäkningen är naturligtvis inte hela sanningen. En uppvärmning leder till att mera vatten avdunstar från världshaven vilket gör att luftfuktigheten ökar vilket i sin tur, eftersom vattenånga är en växthusgas, bör leda till en förstärkning av växthuseffekten … problemet är att vattenångan i atmosfären finns i tre olika former (aggregationstillstånd) gas (vilket förstärker växthuseffekten), som dimma d.v.s. vatten i form av små droppar (moln) samt i form av is. Vatten i form av moln eller iskristaller kommer att reflektera bort stora mängder av infallande ljus i vilket det största energiflödet från solen finns. Vi har idag inte den kunskap som behövs för att med säkerhet säga om den återkoppling vi får via vattenånga är positiv eller negativ. Om återkopplingen är negativ så kommer klimatkänsligheten att minska d.v.s. temperaturstegringen till följd av ökande koldioxidhalt blir lägre än väntat. Om återkopplingen är positiv så kommer temperaturstegringen att bli större än det beräknade värdet.

Havet som termometer

Avsikten med den här artikeln är att använda havsytans nivå som en termometer som mäter jordens temperatur genom vattnets expansion då det blir varmare.  Det är skäl att notera att uppskattningen av temperaturstegringen blir mycket grov eftersom vi helt enkelt inte har tillgång till alla data vi behöver:

  • Inverkan från avsmältning från glaciärer
  • Inverkan från användning av grundvattenreserver
  • Inverkan från invallning och torrläggning av havsområden
  • Inverkan från vattnets termiska expansion då temperaturen stiger. Det är denna punkt vi studerar nedan.

Det finns olika uppskattningar om ovanstående parametrar men en uppskattning är att den observerade havsytehöjningen beror till 1/3 av termisk expansion och resten är avsmältning och andra orsaker. Vi kan använda detta till att göra en grovuppskattning av hur mycket havet värms upp per år. Vi kan också uppskatta hur mycket energi som borde lagras i havet per år utgående från förändringen i havsnivån.

Bakgrundsdata

Havens medeldjup uppskattas till 3688 m.

Havens totalyta (70% av jordytan) är ungefär 3.60E+14 m².

Vatten värmekapacitet 4180 J/kg C

Vatten längdutvidgningskoefficient 6.9 E -5 /K

Det finns olika uppskattningar om hur snabbt världshavens yta stiger. Någon form av koncensus säger att stegringen är ca. 3 mm/år vilket jag personligen uppfattar vara taget rätt grovt i överkant eftersom detta helt skulle stoppa upp landhöjningen vid den egna stranden 0.3 m/100 år. Mätstationerna för mätning av havsnivån indikerar inte en så snabb plötslig höjning av havsytan. Ett exempel är Stockholm där man i likhet med Helsingforstrakten i Finland har landhöjning efter istiden på ungefär 0.35 m/århundrade som långsamt avtar av naturliga orsaker.

78_high

Fig. 1  Bilden visar hur havsytan långsamt ”sjunker” i Stockholm till följd av landhöjningen efter istiden. Notera också hur trenden ser helt oförändrad ut sedd över det senaste århundradet. Om vi upplever en extrem  uppvärmning till följd av ökande koldioxidhalt i atmosfären … varför kan vi inte se detta i t.ex. ovanstående bild. Trenden är densamma som den har varit i över hundra år. Notera att en kraftigt stigande havsyta borde synas som bladet på en hockeyklubba vinklat uppåt i bilden. Vi ser inget sådant.

Vi kan nu titta på hur stor uppvärmning av havet vi behöver för att få en signifikant höjning av havsytan. Havet värms uppifrån så att synligt ljus tränger ner i vattnet och sedan förvandlas till värme. Ljus tränger ner till kanske 100 m medan huvuddelen av energin absorberas i de första 30 m av ytskiktet. Vi hittar också, utgående från havens temperaturprofiler, en undre gräns vid ca. 1000 m djup där temperaturen inte i praktiken förändras utan den ligger på en konstant temperatur om ca. 4 C.

320px-annual_mean_temperature_change_for_land_and_for_ocean_nasa_gistemp_2017_october

Fig. 2  Uppskattning av världshavens yttemperatur sedan 1950 (NASA GISS).

En typisk temperaturfördelning i världshaven ges av:

m1u2-sf20fig2-520summer202620winter20temp

Fig. 3  Temperaturfördelningen i världshaven. Notera hur temperaturen når ett någorlunda konstant värde vid ca. 700 – 1000 m djup (ca. 4 grader). Kallt vatten fylls på vid polerna och detta vatten har en temperatur på ca. 4 grader C. Det sker en mycket långsam blandning av det varma ytvattnet och det kalla bottenvattnet.

Vi kan nu utnyttja temperaturprofilen till att uppskatta hur stor den årliga temperaturstegringen i världshaven måste vara för att havsytan skall stiga med ett givet värde. Temperaturprofilen visar att vi inte behöver bekymra oss om havet nedanför ca. 1000 meter eftersom temperaturen går mot ett konstant värde som bestäms av vattnets maximala densitet. Inverkan från termisk utvidgning av havsvattnet kommer alltså från ett ca. 1 km tjockt varmt ytvatten.

Längdutvidgningen i ett material ges av:

dL = alfa * dT * L

där:

alfa är längdutvidgningskoefficienten 6.9*E-5 /K.

L är det aktiva djupet uppskattat till ca. 1000 m

dT är den behövliga uppvärmingen i ytskiktet i grader C (eller K).

Vi löser dT ur formeln ovan och får då:

dT = dL/(alfa*L)

Notera att temperaturstegringen är störst i ytskiktet för att sedan falla mot det konstanta 4 grader på över 1000m djup. Resultatet är att det värde vi beräknar blir grovt i överkant eftersom ytskiktet inte uppvärms homogent. Vi ser idag uppgifter om att havsytan stiger med ca. 3 mm/år även om uppskattningarna varierar mellan ca. 1mm/år och ca. 3.5 mm/år. Ytterligare har man gjort en uppskattning att den termiska utvidgningen idag utgör ca. 1/3 av det totala värdet på höjningen av havsytan.

Om vi accepterar höjningen av havsytan 3.2 mm/år och accepterar att 2/3 av stegringen är till följd av smältande glaciärer och pumpning av grundvatten som på slutändan hamnar i haven och andra faktorer så får vi:

dL = 1.07 mm/år till följd av termisk utvidgning.

För att detta skall vara riktigt måste hela ytskiktet på 1000 m värmas upp med ungefär:

dT = 1.07E-3 m/(6.9E-5 /K * 1000m) = 0.0155 K/år

Om vi beaktar att stegringen är störst vid ytan för att linjärt gå mot 4 grader vid 1000 m djup så måste vi fördubble temperaturstegringen för att få en tillräckligt stor höjning av havsytan se bild 3 ovan. Vi får då ungefär dT = 0.03 C / år.

Vi kan jämföra detta med trenden hos havsytans temperatur (se fig. 2) som under tiden 1950 – 2017 ger en årlig temperaturstegring på ca. 0.009 grader per år. Vi ser alltså att den observerade temperaturstegringen är ungefär en tredjedel (1/3) av vad den skulle behöva vara för att vi skulle få den angivna totala havsytehöjningen på 3.2 mm/år.

Om ovanstående grova överslagsberäkning är korrekt så kan man endast dra slutsatsen att det angivna värdet för stigande havsyta sannolikt har överdrivits åtminstone  2 … 3 ggr.

Vi kan kontrollera riktigheten genom att jämföra vårt värde med ett värde man har fått från tidvattenmätare. Ett medelvärde för 11 uppskattningar ger en stegring av havsytan med ungefär 1.87 mm/år (ca. 19 cm/århundrade).  Vi bör igen använda samma uppskattning att 1/3 av detta värde är termisk utvidgning d.v.s. 0.62 mm/år. Vi kan nu kontrollera hur stor temperaturstegring det behövs för att den termiska utvidgningen skall höja havsytan med 0.62 mm/år.

dT = dL/(alfa*L)

dT = 0.62E-3m/(6.9E-5/K*1000m) = 0.009 K  (grader C)

Det är intressant att notera att detta exakt motsvarar den mätta trenden för havsytans temperatur. Vi bör dock sannolikt göra samma korrektion som tidigare  d.v.s. anta en ungefär linjär temperaturfördelning ner mot 1000 m djup och vi får då 0.018 C/år. Värdet är då ungefär dubbelt större än den observerade vilket tyder på att någon eller en kombination av nedanstående punkter kunde gälla:

  • Uppskattningen att 1/3 av stegringen i havsytans nivå är termisk utvidgning är alltför hög och ett riktigare värde skulle vara t.ex. 1/6.
  • Den uppskattade stegringen i havsytans nivå ligger i den undre kanten av uppskattningarna från kustbaserade mätare (Gomiz and Lebedeff 1987) .
  • Satellitmätningar av havsytans nivå stämmer inte överens med resultatet från konventionella havsnivåmätare (tidal gages) utan uppskattningen är nästan dubbelt större än resultatet från direkta mätningar. Satellitmätningarnas korrektioner har diskuterats rätt mycket och någon klar koncensus finns inte. Under senare år har satellituppskattningarna trimmats uppåt … är det möjligt att dessa justeringar är fel?

Jag avslutar denna artikel med att knyta tillbaka till kommentaren om klimatkänsligheten till följd av ökande koldioxid eftersom vi ovan har utnyttjat temperaturdata gällande havsytans temperatur (NASA GISS) som visar en högsta uppskattningen av temperaturstegring av alla de allmänt utnyttjade globala temperaturuppskattningarna. Min avslutningsfråga blir då:

Då 70% av jordens yta är vatten så borde vi inte då vid beräkning av klimatkänsligheten hellre använda havsytans globala temperaturanomali än mätstationer på land som störs av t.ex. värmeläckage från bebyggelse UHI (Urban Heat Island). Världshaven dominerar vädersystemen och påverkar kraftigt temperaturen på land.

Klimatkänslighet utgående från havsytans temperatur

Vi utgår från den välkända formeln för temperaturförändring till följd av stigande koldioxidhalt i atmosfären (se ovan):

dT = lamda * RF

där:

dT är temperaturstegringen till följd av ökande växthusgaser.

lamda är klimatkänslighetparametern.

RF är påverkan från växthusgaser (radiative forcing).

Vi har dessutom följande uttryck för RF:

RF = 5.35*ln(CO2/CO2_ref)

Då vi kombinerar dessa och löser lamda får vi:

lamda = dT/(5.35*ln(CO2/CO2_ref))

Vi tar världshavens uppvärmning ur figur 2 och uppskattar detta till ungefär 0.6 grader då vi noterar att svansen vid 2016-2017 sannolikt beror på en kraftig ”eEl Ninjo” d.v.s. vi gör en linjär uppskattning av temperaturen. År 1950 var CO2-halten ungefär 307 ppm och 2017 ungefär 404 ppm. Vi lägger in talvärden och beräknar lamda:

lamda = 0.6/(5.35*ln(404/307))

lamda = 0.408

Vi kan nu utnyttja det beräknade värdet på lamda för att få en uppskattning av hur mycket temperaturen skulle stiga vid en fördubbling av koldioxidhalten i atmosfären:

dT = lamda*5.35*ln(614/307)

dT = 0.408*5.35*ln(2) = 1.5 grader C

Skrämmande? Nej! Klimatkänsligheten är så låg att vad vi än gör så kommer vi att ligga under den godtyckliga politiska gränsen 2 C. Politikerna har alltså gjort en helgardering där de inte kan förlora däremot är ju klimatfrågan perfekt för att flytta över pengar i de rikas fickor på de fattigas bekostnad. Klimatfrågan är politiskt omsatt i en ny form av utvecklingsbistånd där man via Världsbanken förbjuder uländerna industrialisering och ett fungerande energisystem oftast baserat på kol med hänvisning till ett ickeproblem.

Det finns naturligtvis de som konstaterar att ovanstående beräknade värde på klimatkänsligheten inte är korrekt då uppvärmningen kommer att leda till större avdunstning och mera vattenånga i atmosfären. Vattenånga är i likhet med CO2 en växthusgas … problemet är att vattenånga förekommer i tre olika aggregationstillstånd i atmosfären nämligen vattenånga, vattendimma (moln) och iskristaller (moln). Vi kan inte ännu övertygande uppskatta om ökande molnighet ger positiv återkoppling till följd av mera växthusgas eller negativ återkoppling till följd av att mindre solljus når jordytan. Min uppfattning är att om vi inte ännu kan bestämma återkopplingens förtecken så är det bäst att utgå från det okorrigerade beräknade värdet ovan.

Källor:

  1. Havsnivåmätere (tidal gages) http://sealevel.colorado.edu/content/tide-gauge-sea-level
  2. Havsytans nivå: http://www.ioc-sealevelmonitoring.org/
  3. Stockholm : http://www.psmsl.org/data/obtaining/stations/2131.php
  4. Världshavens temperaturprofil University of Havai: https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/density-effects/ocean-temperature-profiles/compare-contrast-connect-vertical-profiles-ocean
  5. Havsytans temperatur: https://www.epa.gov/climate-indicators/climate-change-indicators-sea-surface-temperature

 

 

Ledbesvär, tabletter & c-vitamin

22/04/2017

Jag stötte på en reklam på Facebook som marknadsförde fantastiska magiska tabletter mot ledbesvär. Den magiska ingrediensen i tabletterna (Finitron) angavs vara kollagen d.v.s. den bindvävnad (lim) som håller ihop hela vår kropp. Jag kommenterade artikeln/reklamen på finska och postade kommentaren som en separat artikel på Facebook eftersom jag antar att kommentaren inte blir långlivad.

Problemet, orsaken till min kommentar, är att naturen och kemin inte fungerar så att pillren kan fungera. Kollagen vi får i oss med maten kan inte användas av kroppen direkt för att byta ut dåligt kollagen utan kollagenet bryts först ner i sina grundkomponenter varefter det byggs upp igen … om det finns förutsättningar för detta.

För personer som har jobbat med glasfiberarmerad plast eller epoxy kan man jämföra situationen med att ingen person vid sina sinnens fulla bruk laminerar glasfiber så att man mal ner gammalt laminat i det material man jobbar med. Problemet är att plastmaterialet (limmet) polymeriserar då det stelnar d.v.s. långa kolvätekedjor svetsas ihop till varandra … det finns inga punkter på det gamla materialet till vilket limämnet kan koppla sina fibrer. Att lägga till malt gammalt glasfiber motsvarar att man lägger till sand i laminatet … något man bildlikt inte vill göra i en rörlig led.

Kollagen produceras ur proteinfibrer som svetsas ihop i knippen om tre fibrer som är vridna runt varandra till en spiral. Vart tredje varv kommer de ingående kemiska komponenterna att ligga i sådant läge till varandra att de kemiskt kan svetsas ihop. Varje fibersvets kräver en c-vitaminmolekyl som förstörs vid processen. Om det finns för lite c-vitamin i omgivningen så kommer endast en del av svetspunkterna att svetsas vilket leder till undermåligt och svagt kollagen.

Fig. 1  Syntetisering av kollagen.

Hur mycket kollagen bildas det i kroppen per dag? Man vet att kroppen består av 25-35% kollagen. Man har också uppskattat att kroppens alla vävnader byts ut på ungefär sju år (detta kan vara i överkant för kollagenet men vi accepterar detta). Ur ovanstående antaganden kan vi lätt räkna ut att en person som väger 80 kg kommer att producera ungefär:

Mängd_per_dag = 0.3*80/(7*365) = 0.009 kg = 9g

Kroppen producerar alltså i medeltal ungefär 9g kollagen per dag.

Om det bildas högklassigt kollagen så kommer de flesta av de möjliga svetspunkterna att vara svetsade vilket betyder att ungefär 5-10g c-vitamin kommer att behövas för produktionen per dag.

Dagens rekommendationer (0,1g/dag) betyder att någonting mellan var femtionde eller var hundrade svetspunkt i ett fiberknippe är svetsad. Vi får alltså inte ett tätt hårt flätat rep/matta utan ett bomullsliknande fluffigt garn. Då kollagen av dålig kvalitet bildas i tex. en blodådervägg så får vi, speciellt på platser där tryck och rörelse är stora tex. nära hjärtat, en vägg som läcker. Eftersom det inte finns tillräckligt c-vitamin i kroppen så att kroppen skulle kunna byta ut det dåliga kollagenet mot högklassigt sådant så måste kroppen ta till reservsystem för att reparera läckorna. De fluffiga dåligt svetsade kollagenfibrerna har kemiska kontaktpunkter, till följd av den dåliga svetsningen då kollagenet bildades, i vilka kolesterol fäster. Kroppen använder vax (kolesterol) till att göra provisoriska reparationer … då c-vitamin i framtiden finns tillgängligt i tillräckliga mängder så kan nytt högklassigt kollagen bildas i stället för det läckande kollagenet varefter vaxet/kolesterolet kan putsas bort. Problemet är dock att människor idag ofta lider av kronisk c-vitaminbrist. Detta leder till att provisorisk lapp läggs på provisorisk lapp vilket leder till att blodådern pluggas igen med tex. en hjärtattack som följd.

Dåligt kollagen leder också till att skelettet blir skört (osteoporos), ledytorna av kollagen som borde förnyas kontinuerligt förnyas inte korrekt utan det börjar uppstå slitageskador. Kvaliteten på kollagenet i dynorna mellan ryggradens kotor blir dåligt vilket gör att dynorna inte håller normala påfrestningar vilket kan leda till brock som kan vara mycket smärtsamt då någon nerv kommer i kläm.

Den viktigaste förutsättningen för friska leder är att kroppen kontinuerligt har tillgång till tillräckligt c-vitamin.  En startpunkt är 2-5g/dag och vid behov kan dosen höjas (nobelpristagaren i kemi Linus Pauling tog 18g/dag). C-vitamin är mycket billigt då det köps i form av askorbinsyra (20E/kg).

Observera att om man antar att en vettig c-vitamindos är 5g/dag (en gorilla som lever i det fria uppskattas äta ca. 5g c-itamin/dag) så motsvarar detta ungefär 60-70 appelsiner per dag vilket inte är vettigt … och knappast hälsosamt att äta. Personligen uppfattar jag att man för att få tillräckligt med c-vitamin måste äta ren c-vitamin utöver det c-vitamin man får genom maten.

Nedan finns en länk till Linus Pauling protokollet. Nobelpristagaren Linus Pauling uppfann ett sätt att snabbt och billigt bota igenpluggade blodådror i hjärtat. Metoden går ut på att garantera en tillräckligt hög c-vitaminkoncentration i blodet kombinerat med 2-5g Lysin/dag. C-vitaminet ger kroppen möjlighet att reparera läckande blodkärl genom att bilda nytt högklassigt kollagen som inte läcker. C-vitaminet kombineras med Lysin som binds till samma kemiska punkter som kolesterolet. Lysinet hjälper alltså att lösa upp placken och samtidigt förhindrar det placken från att fästa på någon annan plats. Det upplösta kolesterolet förbränns i levern.

Observera att man inte på tjugo år har gjort ordentliga experiment som skulle verifiera eller förkasta Linus Paulings uppfinning. Det finns ett antal rapporter som påstår att systemet inte fungerar men man har där använt doser som är absurt låga. Min egna dagliga dos ligger på ungefär 100 ggr den rekommenderade amerikanska RDA. En dos på några gånger RDA (t.ex. 500 mg/dag) är en så låg dos att man inte får synliga resultat. Problemet blir värre av att en engångsdos c-vitamin snabbt försvinner med urinen och alltså hålls i kroppen några timmar. Utöver att dosen bör vara tillräckligt stor så bör den också vara uppdelad på flera doser för att garantera att c-vitaminnivån i blodet hålls tillräckligt hör kontinuerligt.

För en fysiker, alltså jag, är världens största kemists uppfinning något jag uppfattar jag förstår och således något mycket vettigt 😉 . Varje läsare måste själv bilda sig en uppfattning om metoden och sedan avgöra om han/hon köper argumenten. Själv har jag under lång tid ätit 5-10g c-vitamin per dag och jag tycker att jag mår bra av det. Min dos ligger på ungefär 100X den amerikanska rekommendationen men på kanske 50% av vad Pauling åt själv.

Vilka effekter verkar c-vitaminet vid denna dos ha. Jag har haft problem med knälederna efter cyklande i ungdomen. Dessa problem har försvunnit. En vän fick diagnosen slitage i knäna och läkaren konstaterade att nästa skede är operation. Stora doser c-vitamin tog bort smärtorna. Jag var mycket försiktig med ryggen innan jag började med maxidoser c-vitamin eftersom jag regelbundet hade ont i ryggen, dock utan att på något sätt ha varit invalidiserad, mina ryggproblem försvann.

Om någon vill experimentera så hittar man, åtminstone i Finland, askorbinsyra d.v.s. ren c-vitamin på hyllan i en vanlig matbutik (påse om 30g bland kryddorna). Vill man köpa c-vitamin ännu billigare så kan det beställas från flera olika källor på nätet. Priset är ungefär 20E/kg och ett kg räcker några månader. Jag har inga ekonomiska kopplingar/intressen i handel med c-vitamin. Om någon vill ha länkar till c-vitaminförsäljare så kan man kontakta mig.

En intressant fråga är varför den amerikanska rekommenderade (RDA) dosen är så låg. Garanterar ett kroniskt c-vitaminunderskott på gränsen till skörbjugg en outsinlig ström patienter … eller är det fråga om förutfattade meningar hos en hjärntvättad läkarkår? Det är kanske skäl att minnas att det tog flera århundraden från det att man lärde sig behandla skörbjugg tills läkarkåren accepterade botemedlet. Läkare idag verkar också tro att skörbjugg inte existerar i vårt samhälle. Verkligheten är dock att skörbjug inte är speciellt ovanlig bland t.ex. långliggare (åldringar) på sjukhem. En intressant fråga är också vilka effekter en långvarig brist på gränsen till akut skörbjugg kan tänkas ha?

Min gissning, baserad på skörbjuggssymtomen från gamla tider är:

  • Depression
  • Blödande tandkött
  • Tandlossning
  • Oförklarliga blånader
  • Ledproblem

Linus Paulings uppfinning kombinerat med erfarenheter av vad som händer med stora apor och gorillor i fångenskap:

  • Hjärtsjukdomar där hjärtats blodådror pluggas igen
  • Hjärtattacker

Skulle man kunna minska på mängden depressioner och sänka självmordsfrekvensen genom att höja på rekommentationerna för dagligt c-vitaminintag till några gram per dag?

Linus Pauling Heart Therapy
paulingtherapy.com

Framtidens teknik 3D-maxiskrivare

18/04/2017

 

Vi ser idag en mycket snabb utveckling av 3D-skrivare. Var och varannan dag dyker det upp nya varianter av skrivare som använder nya utskriftsmaterial. De vanligaste skrivarna använder olika plastmaterial PLA, PET och ABS. Plastmaterial är enkla att använda eftersom plast kan formas vid relativt låg temperatur. Det finns också skrivare som skriver ut i metall (flera olika teknologier används) eller i glas eller keramik.

Det verkar sannolikt att tillverkning av olika objekt speciellt i små serier kommer att flytta tillbaka till västvärlden genom att utskrift av enstaka delar kan göras med 3D-skrivare. Om t.ex. reservdelar kan lagras på dator och utskriften ske lokalt så sparar man stora lager- och transportkostnader.

imgp0028_pef_embedded

Fig. 1  Ett exempel på en billig kinesisk 3D-skrivare

Ett exempel på användning av 3D-skrivare är mitt eget lilla projekt där jag använder 3D-skrivare för att skapa i stort sett hela mekaniken till en nyckelharpa av helt ny typ. Instrumentet är inte ännu spelbart men man börjar så småningom se slutet på projektet.

IMGP0877_PEF_embedded

Fig. 2  Halsenoch nyckelmekanismen utskriven på 3D-skrivaren i fig. 1.

Utskrift av metall med 3D-skrivare

En 3D-skrivare kan skriva ut delar som är så komplicerade att de är omöjliga att konstyruera på konventionellt sätt. Exempel på metallkomponenter är delar till flygplan och rymdsonder utskrivna i t.ex. metallen titan.

Video: Utskrift av metalldelar via laserdeposition.

Samma teknik som i bilden ovan kan också användas för att skriva ut i t.ex. keramik eller i andra exotiska material. Alternativa sätt att skriva ut metall är att använda något som påminner om en bläckstråleskrivare som sprutar lim över en pulverbädd. Nya lager pulver läggs successivt på och resultatet blir ett hoplimmat metallpulverföremål som bränns i ugn så att föremålet sintras till kompakt metall.

Utskrift av hus

Om man bygger en stor 3D-skrivare så kan den förses med ett skrivhuvud som t.ex. pumpar betong. Skrivaren kan då snabbt skriva ut t.ex. ett hus från en ritning skapad på dator.

Video: Utskrift av ett miniatyrslott med 3D-skrivare.

Var det här också forntidens teknik?

Jag tittade på en video om den antika staden Petra i nuvarande Jordanien. Videon är mycket intressant genom att den visar en mix av mycket kraftigt eroderade grottor etc. samt i stort sett helt oeroderade ruiner som är kanske 2000 år gamla. De nya byggnaderna är konstruerade ur ”konventionellt” utskurna stenblock och byggnaderna är konstruerade ur separata formgivna block.

Ungefär 21:44 minuter in på videon stöter man på strukturer som ser ut som väggen på miniatyrslottet ovan. Vad är det? Vid 29:15 visas huvudet av en elefant … igen samma struktur som ovan.

Jag tar inte ställning till vad ovanstående glimtar från videon egentligen visar men fantasieggande är det 😉 .

3D-skrivare intressant verktyg

15/11/2016

Jag skaffade mig en 3D-skrivare nummer två i början av hösten 2016. Jag valde en GEEETech I3 byggsats som är baserad på Prusa I3. Det blev en kines då den kostade 1/3 av vad motsvarande Europeiska maskin skulle ha kostat.

Byggandet gjordes på ungefär en dag men det tog kanske 2 veckor innan jag pålitligt lyckades få ut föremål. Några av problemen:

  • Z-axelns skruvstavar måste justeras så att de rör sig utan friktion. Det finns en flexibel koppling mellan gängstav och stegmotor men det är lätt gjort att montera staven för djupt vilket gör att den flexibla kopplingen inte är flexibel.
  • Skrivaren var försedd med ett 0,3 mm munstycke i extrudern. Jag antog att detta skulle ge bättre utskrifter än 0,4 eller 0,5 mm. Problemet är att ju mindre munstycke man använder desto större mottryck blir det i extrudern. Drivkretsen orkade inte pålitligt mata fram filament vilket gav dåliga utskrifter.
  • Det krävdes en del experimenterande för att rent praktiskt se vad som kan skrivas ut utan problem och att hitta vägar förbi dessa problem. Det krävs också lite tid att lära sig designverktyget (jag använder openscad).

imgp0028_pef_embedded

3D-skrivaren fungerar nu pålitligt och resultatet är rätt bra.

imgp0027_pef_embedded

Reparation av min IMT-500 stämapparat. Vid ett musikuppträdande senaste höst tappade jag locket till batterifacket på stämapparaten. Jag fixade saken med en metalltråd som höll batteriet på plats.  Jag råkade se den söndriga apparaten och beslöt att se om jag kunde skriva ut ett nytt lock.

lock_stamapparatDelen konstruerades i OpenSCAD som fungerar som ett programmeringsspråk men med pre-viewer. Delen skrivs ut på ca. 4 minuter och som man kan se i bild två krävdes några iterationer för att få allt på plats.

Den slutliga delen skapades genom att värma en metalllinjal och därefter försiktigt böja flikarna i rätt form.

Uppdateringar:

  • Extrudern förseddes med en spiralfjäder för att öka friktionen mot filamentet.
  • Bytte munstycke fråm 0,3 mm till 0,4 mm vilket gjorde matningen mycket bättre.
  • Bytte stegmotorkontrollern mot en något kraftigare variant DRV8825 vilket ger bättre drivning d.v.s. extrudern missar inte längre steg (hackar) utan går tyst.
  • Ändlägesbrytaren för Z-axeln flyttades höjdes ca. 10 mm genom att striva ut ett mellanstycke. Justerskruven ligger inte längre i ändläget vilket underlättar justeringar.
  • På bilden ser man en fläkt kopplad till skrivhuvudet. Fläkten är monterad på en adapter som skrivits ut med skrivaren. Fläkten är av rätt typ men anslutningskontakten är felaktig. Jag beställde en lämplig fläkt från kina men har inte ännu fått den. Avsikten med denna uppgradering är att kunna kyla extrudern och också föremålet som skrivs ut. Fläkten går att kontrollera separat vid utskrift.

 

Alternativ färg för fiol

22/02/2015

Maestronet har man diskuterat olika tekniker för att lacka fioler. Det finns antagligen tusentals eller tiotusentals olika recept på lack både färgat och ofärgat. Personligen har jag köpt färdigt lack och jag har inte sett något behov av att börja koka lack själv. Genom de olika lackrecepten strävar man efter:

  • En vacker färg
  • Djup/lyster som framhäver träets struktur
  • En lackyta som håller i flera hundra år
  • Lack som inte förhindrar plattornas svängningar
  • Lack som inte är för tungt

Det finns många metoder för att ge instrumentets dess grundfärg. Den äldsta metoden var att hänga upp den trävita fiolen så att den utsattes för ljus varvid ytskiktet kommer att oxideras vilket gör att fiolen gulnar. Modernare metuder är att man hänger upp fiolen i ett UV-skåp, resultatet blir detsamma som för solbehandling men processen är snabbare … och processen lämpar sig bättre för vårt nordiska klimat.

Andra alternativ är att man tätar träytan med något lämpligt material. Många olika material används såsom gelatin, benlim, kasein etc. Tanken är att man ”tätar” porerna i träytan innan man lägger på färg eller lack. Färgämnet, bränt socker, i den här episteln både färgar och tätar ytan.

IMGP1289

Sockergrund på fiol. Ena halvan (den nedre halvan som är matt) av instrumentet har endast ett sockerlager. Den övre halvan har ett lager lack ovanpå sockerlagret.

Så här ser instrumentet ut som nästan färdigt:

IMGP1528

Sockerfiolen börjar vara färdig att provspela.

Hur tillverkar man sockertätningsmedlet/färgämnet

Häll upp mellan en halv och en deciliter mörk sirap i en liten kastrull. Sirapen kan inte användas obehandlad även om färgen kunde vara lämplig eftersom den obehandlade sirapen inte torkar! Genom att hetta upp sirapen kommer den att delvis förkolna vilket ger en djupare rödbrun färg och samtidigt polymeriseras sockret så att längre sockerkedjor bildas vilket gör att materialet torkar utan att vara klibbigt.

Det har visat sig att det är praktiskt att följa med processen med hjälp av en infrarödtermometer som mäter det smälta sockrets temperatur utan kontakt. Biltema säljer en lämplig IR-termometer för några tior (Euro).

IMGP1897_PEF_embedded

Kokprocessens första skede. Vatten avgår men färgen ändrar inte.

IMGP1898_PEF_embedded

Temperaturen ligger nu på ca. 130 grader C. Färgen börjar tydligt mörkna.

IMGP1899_PEF_embedded

Temperaturen ligger nu på ungefär 150 grader.

IMGP1900_PEF_embedded

Temperaturen är nu mellan 170 och 180 grader C. Längre än detta gick jag inte vid detta kok.

 

Uppvärmningen sker på elspis där plattan kan regleras i sex steg. Jag har kört på halv effekt. Då uppvärmningen startar börjar sirapen bubbla då vattnet avgår som ånga. Då vattnet har kokat bort börjar sirapens temperatur stiga från något över 100 grader upp till ca. 130 grader. Temperaturen kommer att ligga rätt länge på denna nivå medan färgen långsamt mörknar. Efter en stund börjar temperaturen stiga ytterligare. Jag slutade koket då temperaturen gick upp till 175 – 180 grader. Min gissning är att färgen skulle ha blivit bättre om jag hade fortsatt kokningen till ca. 200 grader. Färgen skulle ha blivit brunare och mörkare än den nu relativt gulbruna färgen.

Då sockret har fått den färg jag vill ha lägger jag försiktigt till vatten. Observera att det gäller att vara extremt försiktig eftersom det finns risk för stänk av tvåhundragradigt socker om man lägger till alltför mycket vatten på en gång. Vatten måste läggas till medan sockerfärgen är het eftersom materialet annars då det svalnar blir stenhårt och det krävs mycket tid att lösa upp materialet efter att det stelnat. Resultatet blir sockerfärg som i vattenlösning ser nästan svart ut. Då färgen dras på fiolen blir den guldbrun.

Sockerfiolen nummer två fick nu ett lager sockerfärg. På sockergrunden läggs därefter ett lager klarlack. Efter detta arbetsskede måste resultatet utvärderas. Om det behövs kan jag lägga på lite bärnstensfärgat lack och därefter mera klarlack beroende av vilken slutlig kulör jag vill ha.

Artikeln kommer att uppdateras med bilder på det nya instrumentet.

 

 

 

Experiment med konvertering av musik till noter

18/02/2015

Bakgrund

Min äldre bror stötte nyligen på ett nytt intressant programspråk ”Julia” som har influerats av Python, Matlab och många andra programmeringsspråk. Julia har en relativt intuitiv syntax vilket betyder att det är rätt enkelt att lära sig språket då man har använt andra programmeringsspråk. Julia påminner om språket Python men Julia kan vara tiotals gånger snabbare … nästan lika snabbt som kompilerad c-kod trots att Julia är ett tolkat språk med alla de fördelar detta medför (bl.a. enkelt att skriva program stegvis och tista medan man skriver).

Problemet att ur spelad musik har intresserat mig länge men jag har inte kommit mig för att skriva verktyg. Julia råkade nu bli den faktor som gjorde att jag började experimentera med notgenerering för att samtidigt lära mig språket Julia.

Det här kommer antagligen att bli en serie artiklar där olika aspekter av problemet behandlas … och det finns inga garantier för att slutresultatet på riktigt blir användbart.

Existerande hjälpmedel

Tanken är inte att skriva allt som behövs själv utan existerande programkod kommer att användas. Följande program används för närvarande.

  • Programmet Audacity används för inspelning. I samband med inspelningen normaliseras ljudfilen till standardamplitud eftersom detta förenklar analysen.
  • Julia används för programmeringen och Julia innehåller de FFT (fast fourier transform) rutiner som behövs för att plocka ut toner ur ljudmassan.
  • Programmet LilyPond används för att generera noter

Konvertering av ljudfilen till musikaliska toner

Det första programmet extract_notes.jl läser block om 8152 ljudsampel från ljudfilen som är samplad i CD-kvalité d.v.s. 44100 Hz. Ett datablock motsvarar då ungefär 200 ms ljud och den teoretiska upplösningen i spektret som skapas med FFT är ungefär 5 Hz.

Tanken är att analysera hela filen i 200 ms block. blocken/tonerna kan senare kombineras till något som motsvarar verkliga noter men detta är något för framtiden. Det är självklart att inte endast en ton utan en hel serie toner kommer att hittas i varje tonblock eftersom en fiolton innehåller en lång serie övertoner. Hur jag väljer att utnyttja övertonsserierna är också ett problem som lämnas för framtida optimering.

Programmet extract_notes.jl skapar en textfil som innehåller de noter programmet hittade samt amplituden för de olika tonerna (tonstyrkan). Textfilen ser för närvarande inte vacker ut:

Length:605696
Längd i sekunder:13.734603174603174
N ASCIIString[”d'”,”a””,”a”'”,”c”””,”d”””,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”, … ,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”]
A [-31.890321498989003,-30.634769023040928,-32.27245706229339,-30.018825559930626,-29.475444684452142,-9999.0,-9999.0, … , -9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0,-9999.0]
N ASCIIString[”d'”,”d””,”a””,”c”””,”d”””,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”, … , ”?”,”?”,”?”,”?”,”?”,”?”]

o.s.v.

En rad som börjar med ”N” innehåller detekterade noter t.ex. ” d’ ”  , ” a” ” . ”?” betyder att ingen not har hittas för denna position i tabellen.

En rad som börjar med ”A” innehåller amplituder. En amplitud med värdet -9999.0 betyder att ingen amplitud finns för denna not.

Notnotationen är den som används i LilyPond.

Generering av noter

För att generera noter behöver vi nu endast plocka ut notvärdena ur tabellen och skriva ut noterna (de harmoniska övertonerna) som ett ackord i LilyPond.

Ett ackord i LilyPond betecknas med:

< not0 not1 not2 … >

Då vi plockar ut noterna får vi:

<   d’    a”   a”’  c””  d”” >

Vi kan titta på noterna genom att helt enkelt lägga till LilyPond startkod och slutkod så att man får en LilyPondfil som kan kompileras. Jag har skrivit ett separat litet program som läser textfilen ovan och konverterar den till kompilerbar LilyPond-kod. Programmet heter process_notes.jl .

Startkoden är:

\version  ”2.16.2”
{

Slutkoden är:

}

Resultatet för melodin ”Gubben noak” blev:

\version  ”2.16.2”
{< d’  a”  a”’  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  fis”’  a”’ >
< d’  dis’  d”  a”  fis”’ >
< d’  d”  a”  a”’  c”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  fis”’  a”’ >
< cis’  d’  d”  a”  c”” >
< d’  d”  a”  fis”’  c”” >
< d’  d”  a”  a”’  c”” >
< d’  d”  a”  fis”’  a”’ >
< d’  dis’  d”  a”  a”’ >
< d’  dis’  d”  a”  a”’ >
< fis’  cis”’  fis”’  cis”” >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  cis”” >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  cis”” >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  cis”” >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  cis”” >
< e’  g”’ >
< e’  e”  b”  g”’  gis”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< dis’  e’  e”  b”  g”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  e”’  gis”’ >
< dis’  e’  e”  b”  gis”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< g’  d”’  g”’  b”’  d”” >
< g’  d”’  g”’  b”’  d”” >
< g’  d”’  g”’  b”’  d”” >
< g’  d”’  g”’  b”’  d”” >
< fis’  g’  cis”’ >
< fis’  cis”’  fis”’  cis”” >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  ais”’ >
< fis’  cis”’  fis”’  ais”’  cis”” >
< fis’  cis”’  fis”’  cis”” >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  ais”’ >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  ais”’ >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  ais”’ >
< fis’  fis”  cis”’  fis”’  ais”’ >
< fis’  cis”’  cis”” >
< e’  e”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  b”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  gis”’  b”’ >
< e’  e”  gis”’  b”’  cis”” >
< e’  e”  gis”’  b”’  cis”” >
< e’  e”  gis”’  b”’  cis”” >
< e’  e”  gis”’  b”’  cis”” >
< cis’  d’ >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  d”  a”  c””  d”” >
< d’  a” >

Den här filen kan nu LilyPond processa:

lilypond mellanresultat.ly

Resultatet blir en pdf-fil som heter mellanresultat.pdf .

ofiltrerad

Rå notutskrift då programmen har analyserat början av ”Gubben Noak”.

Mängden av toner är en följd av att en fiolton är mycket övertonsrik och spektret således inte innehåller endast en ton utan en mycket lång rad harmoniska och icke harmoniska övertoner.

Då man betraktar bilden så ser man en hel del dubletter som ligger på ett halvt tonstegs avstånd från varandra. Detta betyder inte att tonen är skärande dissonant utan på att ifrågavarande ton är relativt kraftig och spektraltoppen relativt bred. Resultatet är att analysprogrammet kommer att få flera träffar vid en ton. Frågan blir då hur man bäst filtrerar bort de oönskade tonerna?

Svaret på frågan får vila till nästa artikel 🙂 .

Fiolbygge: Experiment med omöjligt material (8)

06/06/2014

Att mäta attack

Det är ett känt faktum att det för en violinist har en stor betydelse hur snabbt, och pålitligt, tonen tänder i instrumentet. Om tonen tänder långsamt tvingas violinisten hela tiden tänka på detta och accentuera varje ton. Om instrumentet tänder genast och distinkt kan mera, mental, energi användas till att göra musik i stället för att medvetet jobba med att få tonen att tända distinkt.

Efter diskussion med min son Sebastian kom vi fram till att pizzicato borde vara en enkel och relativt reproducerbar metod för att mäta instrumentets respons. Vid pizzicato (knäppning) matas en extremt kort puls ljudenergi in i instrumentet. Vi kan sedan t.ex. använda fördröjningen mellan det första detekterade ljudet och maximinivån som ett mått på instrumentets respons. Det verkar rätt självklart att fördröjningen bör vara en funktion av hur instrumentets resonanser ligger men också en funktion av plattornas massor. Ju tyngre plattor desto långsammare kommer plattornas svängningar igång.

Nedan visas tre inspelningar med Audacity. Den första bilden visar Strad #1 som jag jobbar med för tillfället. Bild två är en tysk altfiol Edmund Paulus och det tredje instrumentet är min Guarnerius #1. Experimentet visar klart att Edmund Paulus med tjocka plattor kommer igång mycket långsammare än de båda fiolerna. Notera också hur de tjocka plattorna i Paulus altfiol har mycket högre dämpning än de båda fiolerna. Tonen försvinner mycket snabbare  i altfiolen än i fiolerna.

Strad1_g-string_pizzicato

Stradivarius ”birds eyes” pizzicato på G-strängen. Tonen når maxvolym på ca. 5 ms.

Paulus_g-string_pizzicato

Altfiol Edmund Paulus Markneukirchen pizzicato på G-strängen. Tonen når maxvolym på ca. 18 ms d.v.s. två till tre gånger långsammare än fiolerna.

Guarnerius1_G-strin_pizzicato

Guarnerius #1 pizzicato på G-strängen. Tonen når maxvolym på 5 – 8 ms.

Jag är intresserad av synpunkter på hur det lönar sig att mäta instrumentets respons på något enkelt sätt. Om du känner till något annat enkelt sätt att mäta en fiols respons så kommentera gärna.

 

 

Fiolbygge: Experiment med omöjligt material (7)

05/06/2014

Justering av bottenplattan och resonansen B1+

Då bottenplattan har ”rågraduerats” kommer de grundläggande resonanserna att ligga lite slumpmässigt och det är lätt att lura sig själv och tro att fiolen inte blev bra. Hutchins ansåg att en fiol för en solist bör ha ungefär följande grundresonanser och att resonanserna bör ligga i vettiga förhållanden till varandra.

Följande förhållanden anses gälla för ett solistinstrument:

B1+ – B1-    =   75 … 95 Hz

B1+ – A1     =   60 … 90 Hz

A1 –  B1-     =  0 … 16 Hz

Problemet är att det kan finnas flera tänkbara kandidater till B1- och B1+.  Vid intrimningen gäller det då att lyfta fram (öka amplituden) på de resonanser man vill ha och undertrycka de icke önskade resonanserna. Om vi betraktar utgångsläget för ”birds eye” Stradivariusen så startar vi från:

A1      =    462 Hz  (denna resonans bestäms av fiolens geometri och den ändras inte)

B1-    =    410 Hz dominerande topp samt 10 dB lägre 445 Hz

B1+   =    518 Hz dominerande samt 5 dB lägre 550 Hz

Om vi accepterar den nyss hoplimmade fiolen får vi som resultat:

B1+ – B1-   =   108 Hz vilket ligger utanför Hutchins gränser.

B1+  –  A1   =    56 Hz vilket är relativt lågt för ett solistinstrument.

A1  –  B1-   =   52 Hz vilket ligger skyhögt ovanför det önskade intervallet.

Vad kan man göra? Den normala metoden skulle antagligen vara att skära loss locket och försöka med omgraduering. Problemet är dock att resultatet rätt långt är fråga om tur. Extremt små tjockleksförändringar ger stor inverkan på resonanserna. Jag brukar justera med ca. 2 um d.v.s. 2/1000 mm arbetssteg. Eftersom en mätklocka i bästa fall mäter med noggrannheten 5/1000 mm så ligger justeringarna som är tydligt hörbara utanför våra mekaniska mätmöjligheter. Det här betyder samtidigt att en stor förändring där man tar loss locket och sicklar vissa punkter är en extremt grov metod för justering.

Då vi justerar lock och botten är det inte så mycket fråga om att flytta en resonanstopp som att förstärka de toppar vi är intresserade av utan att förstärka de oönskade topparna. Det visar sig att om vi justerar in ringmoden i lock och botten, se tidigare inlägg, så kommer automatiskt de önskade svängningsmoderna att förstärkas och då locket ”ringer” korrekt så kommer de svaga alternativa B1- och B1+ att dominera. Genom att justera ringmoden kommer vi alltså att börstärka B1- = ca. 445 Hz och B1+ = ca. 550 Hz.

Om vi lyckas med justeringen så kommer vi att få:

B1+  –  B1-   =   105 Hz vilket ligger utanför Hutchins gränser men rätt nära ett toppinstrument.

B1+  –  A1     =    88 Hz vilket motsvarar ett topp solistinstrument.

A1  –  B1+   =   17 Hz vilket ligger mycket nära värdet för ett toppinstrument.

Vi ser att om vi lyckas förstärka de svaga topparna så går instrumentet in som ett topp solistinstrument (om Hutchins klassificering gäller)! Notera att det inte i allmänhet är möjligt att förstärka den önskade toppen utan att den i viss mån flyttar plats. Toppens plats verkar dock i allmännhet inte flyttas mer än ca. +/- 10 Hz.

B1+_start_commented

Några identifierbara toppar i B1+ knackspektrum.

Artikel nummer fem i serien visar var det lönar sig att slipa.

Efter justering av bottenplattan, det största arbetet var att justera ringmoden uppe vid halsen, är resultatet:

B1+_final_commented

Slutresultat efter justering.

Notera!

Hela justeringsprocessen har gjorts med fiolen stämd och den har justerats i mycket små intervaller genom inre slipning  och den har provspelats mellan de olika justeringarna.

Justeringsprocessen för resonansen B1+ avslutas nu tillfälligt. Det är möjligt att jag återkommer och gör någon mindre korrektion senare då plattorna har härdat efter justeringen och fiolen har ”satt” sig.

Fiolen känns mycket bra då den provspelas.

Hur låter bottnens ringmod efter justeringen?
Bilden nedan visar vilka områden jag knackar på i ljudproven.

Bottom_plate_ring_mode_initial

Ljudprov #1:

Knackning mitt på ringmoden vid L ger ”referenston.  Därefer knackar jag från L utåt mot LL och den nedre klossen till vänster och sedan tillbaka till L. Jag går sedan tillbaka till L och knackar startreferens och sedan ut mot mot LR och den nedre klossen till höger och tillbaka till L.

Ljudprov #2:

Knackning mitt på ringmoden vid U ger ”referenston.  Därefer knackar jag från U utåt mot UL och den övre klossen till vänster och sedan tillbaka till U. Jag går sedan tillbaka till U och knackar startreferens och sedan ut mot mot UR och den övre klossen till höger och tillbaka till U.

Ljudprov #3:

Knackning mitt på bottenplattan nere vid största bredd, vid C-bågarna samt uppe vid största bredd.

Notera att justeringen av bottenplattan inte ännu är färdig. Man kan tydligt höra att nodlinjerna inte är i balans d.v.s. att tonen på mittlinjen inte är densamma som då man går ut mot klossarna. Bottenplattan kommer att justeras under de kommande veckorna i mycket små steg. Grundproblemet vid justering är att det tar kanske ett dygn för instrumentet att ”sätta sig” efter en justering.  För att inte göra stora dumheter lönar det sig att gå mycket långsamt framåt.

 

Fiolbygge: Experiment med omöjligt material (6)

05/06/2014

Några kommentarer om hur man justerar tonfärgen på en fiol

Många byggare är rädda för att göra locket alltför tunt.  Orsaken är arädsla för att få ett instrument som låter som om det skulle spelas i en tunna … mörkt, runt, dovt … inte bra. Orsaken till det här ljudet är att man har gjort området uppe vid halsen för tunt. Speciellt området i ändan av basbjälken uppe vid halsen är kritiskt. Extremt små förändringar här har en stor effekt på instrumentets tonfärg. Det är inget problem att höra förändringar då tjockleken ändras med 1/100 mm (beräknat utifrån mätt bearbetningshastighet). Notera att en mekanisk  mikrometerklocka mäter med kanske 5/100 mm d.v.s. vi hör utan problem en förändring som ligger långt under det vi mekaniskt kan mäta.

Ur byggarens synvinkel är situationen dock den att fiolens klangfärg är en följd av en balans (kompromiss) mellan mjukheten uppe vid halsen och mjukheten hos motsvarande kanal i ändan av basbjälken nere vid stränghållaren. Då man betraktar en fiol så ser man att ljudpinnen står osymmetriskt i förhållande till locket. Avståndet från ljudpinnen till den övre kanalen (vid halsen) är betydligt längre än avståndet till den nedre kanalen (vid stränghållaren). Det kortare avståndet från ljudpinnen till stränghållaren påverkar i högre grad högre frekvenser (kortare våglängd) och det längre avståndet från ljudpinnen till området uppe vid halsen påverkar lägre frekvenser. Ljudfärgen är en blandning av låga och höga harmoniska övertoner. Genom att justera övertonernas amplitud kan vi påverka tonfärgen.

Erfarenheten visar att:

  • Tonen kan göras mörkare genom att slipa kanalen uppe vid ändan av basbjälken. Slipningen kan göras på utsidan eller på insidan. Personligen slipar jag alltid på insidan eftersom man då inte gör åverkan på den lackerade ytan.
  • Om tonen uppfattas som alltför mörk kan det åtgärdas genom att slipa kanalen vid ändan av basbjälken bredvid stränghållaren.

Notera att effekten är mycket kraftig speciellt uppe vid halskanalen. Slipa mycket försiktigt och gör justeringen i små steg med provspelning mellan varje steg.

Justering av bottenplattan följer delvis samma regler men effekten är inte lika tydlig.

Sound_color_adjustment

Jutering av tonfärgen mörk/ljus. Slipning vid området ”Lighter” gör tonen ljusare och slipning vid området ”Darker” gör tonen mörkare. Effekten är kraftig gör alla justeringar i små steg.

Notera!

Experimentera på en ”skräpfiol”. Ge dig aldrig på ett värdefullt instrument. Många problem med äldre goda instrument kan bero på stallet, ljudpinnen står fel, någon limning har gått upp etc.

Fiolbygge: Experiment med omöjligt material (5)

03/06/2014

För att fiolen skall klinga korrekt måste lock och botten stämmas så att åtminstone ”ring”-moden och X-moden i både lock och botten svänger korrekt. Då man påbörjar justeringen är det rätt vanligt att lock/botten då man knackar på dem har ett dött ointressant ljud. Det här betyder helt enkelt att plattorna inte börjar svänga som de skall. Bilden nedan visar de områden i bottenplattan det lönar sig att justera på det strängade spelbara instrumentet genom inre slipning.

Bottom_plate_ring_mode_initial

Börja vid L och jämför med LL och LR. Om knacktonen för ett område är låg så slipar man ringmoden i den punkt som är låg. Då området vid L, LL samt LR börjar klinga gör man samma justering vid U, UL och UR. Knacktonen vid L kan sättas till t.ex. C# och vid U till F#. Kom ihåg att det inte går att backa! Gör förändringar i små steg och mät vid behov med t.ex. Audacity. Man ser enkelt vilken knacktonen är genom att spela in knacktonen vid L och U och sedan i spektret undersöka vilka de dominerande topparna är mellan t.ex. 400 och 800 Hz. Jämför med vad du uppfattar med örat.

Då man börjar få ringmodens nodlinjer inslipade nedtill och upptill blir bottenplattans knackton melodisk d.v.s. det är lätt att höra att plattan klingar. Om fiolen nu provspelas märker man att tonen är kraftig men relativt mjuk. Hur man lägger till must i tonen diskuteras i en senare artikel.

Om man kontrollerar tonen vid de fyra sidoklossarna märker man att tonen här i allmänhet är låg i förhållande till LL, LR, UL och UR. Det är lätt att flytta knacktonerna vid klossarna närmare de tidigare slipade områdena genom att slipa vid klossarna. Samma regel som tidigare gäller här. Då man slipar på en nodlinje så stiger knacktonen i den slipade punkten.

Vad händer med tonen då man justerar ringtonen i locket?

I en tidigare artikel visade jag hur Stradivariusens övertonsspektrum på de lösa strängarna hade högre amplitud inom området 1000 – 2000 Hz vilket gör att tonen lätt låter något nasal. En viss nasalitet är önskvärd, men inte alltför mycket. Då ringmoden i locket och i bottenplattan justerades så dämpades amplituden på övertonerna inom området 1000 – 2000 Hz betydligt (3 … 6 dB). Dämpningen är betydande, efter justeringen ligger effekten inom det kritiska området på 1/2 eller 1/4 av vad det var tidigare. Notera att skalan på Y-axeln är logaritmisk d.v.s. en förändring med 3 dB betyder en fördubbling. Å andra sidan är det mänskliga örat också logaritmiskt gällande känsligheten. Den minsta förändring örat pålitligt uppfattar är av storleksordningen 3 dB.

G-string_bottom_ring_mode

Notera hur den röda kurvan (efter justering) ligger betydligt lägre än den svarta (ojusterad) kurvan inom området 1000 – 2000 Hz. Lägg också märke till att övertonerna över 2000 Hz har förstärkts betydligt vilket ger en subjektivt ljusare klang.


Pointman's

A lagrange point in life

THE HOCKEY SCHTICK

Lars Silén: Reflex och Spegling

NoTricksZone

Lars Silén: Reflex och Spegling

Big Picture News, Informed Analysis

Fashionable dogma. Religious zealotry. We're bigger than that. (This blog is written by Candian journalist Donna Laframboise)

JoNova

Lars Silén: Reflex och Spegling

Climate Audit

by Steve McIntyre

Musings from the Chiefio

Techno bits and mind pleasers

Bishop Hill

Lars Silén: Reflex och Spegling

Watts Up With That?

The world's most viewed site on global warming and climate change

TED Blog

The TED Blog shares interesting news about TED, TED Talks video, the TED Prize and more.

Larsil2009's Blog

Lars Silén: Reflex och Spegling

%d bloggare gillar detta: