Larsil2009's Blog

Tankar kring hur de gamla mästarna justerade sina instrument utan mätinstrument

09/10/2013

Dagens massframställning av fioler fabriksmässigt ger en stor mängd vackert byggda fioler. Dagens kinesiska fioler köpta över eBay direkt från Kina är välbyggda och fungerar i allmänhet någorlunda bra då man betalar från $150 uppåt. Jag har dock aldrig upplevt att en billig kinesisk fiol skulle ha fungerat bra direkt, alla har krävt justeringar i form av ny ljudpinne, nytt stall etc.

En allmän uppfattning idag är att en äkta stradivarius är ett fantastiskt instrument. Det här är dock en sanning med modifikation. De kända mästarna byggde många instrument och bland dessa instrument varierade säkert kvaliteten. Tidens tand har säkert lett till att ett riktigt bra instrument har fått vård och underhåll genom århundradena. Ett dåligt instrument är inte intressant och det finns en stor risk att instrumentet råkar illa ut … tiden väljer alltså sannolikt ut de bästa instrumenten!

Det verkar rätt klart att de stora mästarna Amati, Guarneri, Stradivarius hade metoder för att med rätt stor säkerhet producera goda instrument. Vilka kan de verktyg ha varit som dessa byggare kan ha använt? Min personliga uppfattning är att det viktigaste mätinstrumentet var byggarens hörsel. Själva instrumentets dimensioner och därigenom kroppens volymresonans (Helmhozresonansen) är i praktiken fixerad genom den inre eller yttre byggform som användes vid byggandet samt av ljudhålens storlek. Byggformen gav också plattornas huvuddimensioner.

Locket på en fiol formges utifrån så att locket i ett tidigt skede får sin slutliga yttre form. Plattan gröps sedan ur så att den på de tunnaste ställena kan vara kring 2 mm tjock eller något mindre. Hur kunde man pålitligt gröpa ur locket så att man fick jämna ytor? Naturligtvis använde man ögon och fingar men det visar sig att man har mycket stor nytta av hörseln. Då man knackar på ett fiollock i en bestämd punkt kommer man att höra en knacktonhöjd (jämför med t.ex. en stämbar puka, locket motsvarar trumskinnet). Det visar sig att tonen i locket kommer att sjunka då man tar bort material. Genom att hyvla och knacka på locket mellan hyvlingsomgångarna/sickling kan man med extremt god precision uppnå jämn tjocklet på ett område. Är tonen i ett område för hög, jämfört med vad man vill ha, vet man att tjockleken där måste minskas. Knackstämning ger en akustisk jämnhet där den mekaniska tjockleken hos locket kan variera i viss mån beroende av trämaterialets egenskaper, detta ser vi i uppmätta lock/botten. Man ser system i tjockleksmätningarna men det finns skenbart ”slumpmässiga” tjockleksvariationer. Variationerna betyder inte att byggaren skulle ha varit slarvig!

Då man använder knackning för tjocklekskontroll och är van att lyssna är steget inte långt till att gå vidare. Då locket görs ungefär jämntjockt säg 3 mm så visar det sig att olika delar av t.ex. locket då ljudhålen är utskurna, kommer att söka sig till olika knacktoner. Olika områden är naturligtvis falska sinsemellan. En spelman som spelar nyckelharpa eller hardangerfiol vet att instrumentet är dött om resonanssträngarna inte är stämda. Hur strängarna är stämda påverkar naturligtvis klangen men den viktigaste detaljen är att strängarna sinsemellan måste vara harmoniskt stämda. Jämför en hardangerfiol där antalet resonanssträngar är begränsat. Det finns kring tjugo olika sätt att stämma en hardangerfiol men om man inte stämmer resonanssträngarna d.v.s. lämnar dem på slumpmässiga toner så är instrumentet dött och ointressant.

En mycket naturlig fråga för en vetgirig byggare blir då naturligtvis att vad händer om jag medvetet stämmer olika områden av locket till olika harmoniska toner? Jämför med en trumma gjord av en ståltunna. Genom att forma olika områden korrekt får man ett slaginstrument som då man slår på olika punkter kommer att ge olika toner och där olika områden harmoniskt kommer att samverka då instrumentet spelas.

Vi vet att man ända sedan antiken kände till de matamatiska relationerna mellan unison, ters, kvart, kvint, septim och oktav. Man kände bra till att åtminstone ters, kvart, kvint och oktav gav fina harmonier … eftersom den typens harmonier användes i kyrkomusiken. Vad händer med ett stråkinstrument om vi stämmer lock och botten så att olika områden ges sinsemellan harmoniska tonhöjder? Man kan gissa att ju större svängande yta man har desto mera dominerande blir specifika övertoner som passar ihop med de stämda delarna.

Det finns ett antal byggare som har experimenterat med den här typen av avstämning av fioler, en är http://www.instrumentmaking.keithhillharpsichords.com/areatuninghints.html Keith Hill. Andra exempel går att finna på nätet. Det visar sig att då ett instrument stäms enligt t.ex. Hills schema så får man ofta mycket välklingande instrument som av musikern uppfattas som lättspelade eftersom tonen ”tänder” pålitligt. Att fioler stämda på detta sätt kan vara extremt bra framgår av att nya instrument kan betinga priser på över $40000.

Man kan enkelt kontrollera om ett gammalt instrument har stämts genom att försiktigt knacka på olika delar av locket. Erfarenheten visar att många gamla toppinstrument är stämda till specifika intervall.

Att stämma ett instrument är idag möjligt utan att plocka isär instrumentet vilket man var tvungen till tidigare. Genom att använda slipmedel på supermagneter är det inget större problem att stämma en färdigbyggd kinesisk fabriksfiol varvid klangen förbättras ofantligt. Man kan alltså göra den stämning som Hill ovan gör på ett losstaget lock på en stämd och spelbar fiol.

Rubriken säger att ovanstående gjordes utan mätinstrument. Det här är säkert en sanning med en viss modifikation. Man kände till ett ensträngat instrument man ute i byggderna använde som hjälp då man sjöng ”Psalmodikon”. Hill beskriver hur man enkelt kan bygga ett Psalmodikon med ett flyttbart stall. Då stallet flyttas kommer tonen att ändras och det är lätt att på instrumentet märka ut olika intervaller. Andra mätinstrument som har använts är motsvarigheter till xylofontungor d.v.s. man stämmer träbitar till önskade tonhöjder. Det är ofta lättare att uppfatta en tonhöjd då man knackar på en stämd trätunga eftersom tonens karaktär liknar tonen i locket i större grad.

Personligen har jag använt fiolen själv som mätinstrument. Grundtonen man startar från är ofta D (lockets grundarea) eller E (botten, nere under stränghållaren). Eftersom jag kan justera instrumentet i spelbart skick är det naturligt att stämma D-strängen till den ton jag vill stämma locket i. A-strängen stäms en kvint högre än den valda tonen. Genom att stryka med fingrarna på strängen eller genom att svagt knacka på strängen får jag en ton som kan jämföras med knacktonen.

Hur kan stämningen gå till? Följande artikel ger ett förslag till ett arbetsschema för att harmoniskt stämma en fiol.

Publicerat i Fioltrimning, Instrumentbygge, Musik | 2 Comments »

Att lyssna då man trimmar en fiol, rätt ton

07/10/2013

Det finns bland många byggare en utbredd tro att man kan bygga ett fint instrument med hjälp av exakta mätningar (skjutmått, mikrometerklocka etc.). Ett stall ses som en estetisk komponent som naturligtvis skall justeras så att stränghöjden över greppbrädan och vinklarna mellan strängarna blir korrekta men annars fungerar stallet endast som en komponent som håller strängarna på rätt höjd. Stränghållaren ses som en nödvändig komponent i vilken man fäster strängarna. Greppbrädan uppfattas som en stadig komponent som måste ha korrekt konkavitet för att strängarna inte skall klirra då man spelar forte … men annars är greppbrädet en passiv komponent.

Min personliga uppfattning är att ovanstående är en urban myt eftersom jag är säker på att jag kan höra ljudförändringar då man t.ex filar bort någon tusendedels gram från ett stall eller från en kritisk plats på ett lock.

Det är lätt att visa att t.ex. stränghållaren eller greppbrädan inte strålar några betydande mängder ljud. Det är då lätt att tro att man inte behöver beakta dessa komponenter ur akustisk synvinkel. Vilket var tankefelet? Tankefelet då man antar att en icke strålande komponent inte behöver beaktas är att endast komponenter som själva producerar ljud har betydelse. I en fiol som vibrerar samverkar tiotals eller hundratals olika mekaniska resonanser. Man vet att om två resonanser ligger nära varandra som kommer de att ”dras mot varandra” och eventuellt gå ihop till en enda resonans som dock kan vara bredare än de två resonanser som var utgångspunkten. I ovanstående fall så är det självklart att Helmholzresonansen A1 i en fiol kommer att påverkas av kroppsresonansen B1. På en fiol kommer frekvensskillnaden mellan dessa resonanser att ligga mellan kanske 40 och 100 HzInstrumentets responskurva kommer i betydande grad att vara beroende av skillnaden mellan resonanserna A1 och B1. På samma sätt kan t.ex. den icke strålande resonansen i stränghållaren användas till att flytta om olämplig strålande resonans nära greppbrädans frekvens eller någon jämn multippel av greppbrädans frekvens. Om vi har en skrikig ton så kan vi alltså eventuellt tämja den med att lägga en annan resonans under eller över den problematiska tonen så att den sprids ut och plattas ned.

Man bör dock komma ihåg att en fiol producerar ljud på olika sätt i dess näromgivning och i området långt från fiolen. Det ljud spelaren hör är närfältet och alla de förändringar trimningen ger upphov till ligger likaså i närfältet. Det är inte självklart att små förändringar i närfältet går att uppfatta längre bort, men det verkar självklart att ljudupplevelsen påverkar spelaren. Om fiolen för spelaren låter bra i närfältet så uppfattas fiolen som mera lättspelad vilket violinisten vill ha …

Teknik för att lyssna

Min utgångspunkt är att nästan alla korrektioner görs på ett strängat, stämt och spelbart instrument. Varför? Orsaken är främst att förändringar som görs ofta är små. Det går inte att komma ihåg föregående provspelning om det går ens några minuter mellan provspelningarna. Injusteringscykeln borde ligga på kanske 30 … 60 sekunder så att närminnet ännu fungerar. Då finns det möjlighet att uppfatta trender i justeringen.

Rätt fiolton för justering

Det räcker dock inte med att lyssna. Den som justerar instrumentet måste också kunna prestera en klar fiolton utan onödigt brus. Det här är ett stort problem för många (halv-) självlärda folkmusiker och byggare. Åtminstone i Finland finns en hel generation amatörviolinister som har hjärntvättats med ”tryck inte” och eleverna har bokstavligen trott på detta. Resultatet är en väsande ton med mängder brus utan brillians. Den ton jag söker får du om du spelar kanske 20 mm från stallet och du försiktigt trycker på stråken då de drar den över strängen. Om du får en skrapande ton så höjer du stråkens hastighet tills du får en jämn och klar ton, men du trycker lika mycket. Det kan vara nödvändigt att träna en stund innan du pålitligt får fram en klar ton. När du får fram en klar och brusfri ton så har du möjligheter att börja lyssna efter ljuddetaljer som inte drunknar i bruset från en stråke som slirar över strängen.

Hur provspelar jag en fiol

Jag har en egen melodi som använder alla strängar i första läget som jag alltid använder. Jag tror inte att det spelar någon egentlig roll vad du spelar men däremot är det viktigt att spela samma stycke för att hjärnan då tränas att lyssna på olikheter mellan olika spelomgångar och mellan olika instrumentindivider. Då man justerat fiolen så att den fungerar bra i första läget är det bra att spela i högre lägen för att kontrollera att det inte finns otrevligt placerade vargtoner högre upp. Ett långsamt glissando kan användas för att undersöka om det finns toner som inte fungerar som de skall.

Publicerat i Fioltrimning, Musik, instrumentbygge | 3 Comments »

Kopia av Guarnerius från 1733 (Kreisler)

04/10/2013

Fiolen är köpt som halvfabrikat från kina i september 2013. Byggare Roy (Kang Fa Qi).

Jag beställde en trävit kopia ev en Guarnerius fiol från Kina via ebay i september 2013. Tanken var att experimentera med olika lackningsmetoder samt naturligtvis i senare skeden trimning. Jag valde en något ovanligare Guarnerius som utgångspunkt eftersom min son Sebastian som är yrkesviolinist konstaterade att erfarenheten har visat att Guarnerikopior ofta fungerar bättre än Stradivariuskopior … av någon anledning. Tanken är att lägga in allt det kunnande som samlats under ett antal år i den här kopian för att se om jag min uppfattning om hur en fiol fungerar stämmer. Jag hoppas således att instrumentet åtminstone skall bli en ”bra” fiol även om jag naturligtvis siktar mot att producera en toppfiol.

Då jag hade ropat in fiolen kontaktade jag genast tillverkaren och bad att få ett exemplar med locket endast svagt limmat så att locket skulle kunna tas loss utan skador för kontroll av gradueringen. Det var lätt att på engelska kommunicera med försäljaren Victoria.

Filosofi

Jag har under några års tid importerat ett antal kinesiska fioler som övningsmaterial för violintrimning. Tanken bakom köp av idag relativt billiga kinesiska fioler som justeras så att de fungerar korrekt är att om jag skulle bygga instrumenten själv så skulle jag göra injusteringen kanske en gång per år och risken för att jag skulle glömma åtminstone en del av det jag lärt mig på en specifik fiol skulle vara stor.

Under de senaste åren har jag med någon månads mellanrum börjat justera en ny fiol vilket betyder att det är lätt att hålla focus på justeringsprocessen. Jag gillar att jobba med händerna men det är ett förvånande stort arbete att från början till slut bygga en fiol. Jag råkar, som fysiker, vara mera intresserad av frågan vad det är som skiljer en välfungerande fiol från en något sämre fiol eller en riktigt dålig? För mig är det helt ok att starta från ett välbyggt halvfabrikat där halvfabrikatet d.v.s. den trävita fiolen med nordiska löner motsvarar några timmars arbete. Varför skulle jag satsa en mängd timmar på att åstadkomma ett sämre utgångsmaterial än en extremt erfaren byggare i KIna (Roy Kang Fa Qi)?

Fig. 1 En trävit, mycket välbyggd, fiol av Guarneri modell (1742 Lord Wilton) av Roy (Kang Fa Qi). Greppbrädan har avlägsnats för modifikationer och för att underlätta senare lackning av fiolen.

Inledande arbete

Innan jag tog loss locket borrade jag två 1 mm styrhål vid klossen nära stränghållarsadeln samt vid halsklossen. Styrhålen gör att det är lättare att limma ihop fiolen senare och hålen döljs fullständigt av greppbräda och stränghållare.

Fig. 2 Styrhål borrades vid halsklossen innan locket togs loss för att underlätta montering efter tjockleksmodifikation av locket (graduering). Motsvarande hål borrades vid den nedre sadeln på en plats som döljs av stränghållaren.

Då jag öppnade fiolen visade det sig att den var mycket välbyggd och locket gick att ta bort utan skador. Mätning av lock och botten med mikrometerklocka visade att gradueringen hade gjorts relativt omsorgsfullt men tjockleken låg generellt nästan 0.5 mm över det jag uppfattar som bra. Jag graduerade om plattorna främst med sickel eftersom jag uppfattar att en instrumenthyvel är onödigt grov för denna typ av arbete.

Vid gradueringen använde jag mig av data från en artikel av Robert Hargrave om Guarnerius ”Kreisler” fiol. Gradueringen motsvarar i stort sett de värden Robert Hargrave har angivit. Artikeln finns på nätet på adressen http://www.roger-hargrave.de/Seiten/english/Bibliothek/Bibliothek.htm .

Fig. 3 På insidan av locket ritades ett rutnät som användes vid mätningen av locket. Rutnätet är onödigt tätt. Mätresultaten fördes över till ett kalkylark.

Mina egna modifikationer var:

Områdena vid ändan av basbjälken gjordes något tunnare eftersom invändig slipning av ett antal instrument visar att slipning av dessa områden subjektivt ger en ljudförbättring. Se andra artiklar på denna blogg.
I Hargraves gradueringsdiagram syns två värden 2.3 mm som är en tiondel tunnare än omgivande områden. Jag sicklade en ”linje” d.v.s. 10 – 15 mm område till ungefär 2.3 mm från mitten av den stora kroppsbågen på diskantsidan i riktning mot en punkt mitt emellan ljudpinnen och basbjälken. Erfarenheten visar igen att slipning av (insidan) detta område ofta ger tonförbättring eftersom en gränslinje mellan basbjälkens stora svängningsområde och det lilla området runt diskantsidans f-hål går precis där (se Schleskes mätningar av fiolers svängningsmoder). Hargraves gradueringsmätning kan tyda på att detta gjorts medvetet av Guarnerius men det går inte att dra några säkra slutsatser eftersom mätpunkterna är alltför få.

Experimenterade med gips som tätningsmedel på undersidan av locket. Detta är en riskabel metod. Eftersom gipset är vattenburet kommer det delvis att dras in i träet vilket åstadkommer mycket stora spänningar –> risk för sprickor. Jag lade på gips som prov på insidan av locket. Resultatet var att locket sprack uppe vid halsen ca. 15 mm. Skadan är inget problem men totalt onödig.

Fig. 4 Lockets tjocklek har justerats och insidan har bestrukits med gips slam. Fukten från gipsslammet åstadkom fuktspänningar i trät vilket ledde till att locket sprack ca. 15 mm vid infästningen till halsen! Skadan är betydelselös och sprickan slöts av sig själv då locket torkade på nytt. Observera att en gipsbehandlad yta blir helt genomskinlig då den lackas.

Fråga: Borde gips om det används blandas med tex. propolis i alkohol för att torkningen skall bli snabbare vilket ger mindre spänningar. Alternativt kan kanske ren propolislack användas med extra lager av spritlack ovanpå. Det finns också byggare som anser att insidan inte skall behandlas över huvudtaget. Obehandlad insida torde leda till större årstidsvariationer i instrumentet då det under sommaren suger i sig fukt och under vintern torkar. Man vet att fioler kan få intressanta fel då fuktigheten ändrar.

Fiolen lackades med ett lager propolis löst i sprit på insidan och på utsidan. Propolis är relativt vaxrik och täpper igen träts porer innan den egentliga lackeringen. Propolis är relativt mjukt och härdar inte men verkar binda bra till fransk polityr eftersom båda är spritbaserade. Efter grundbehandlingen målade jag på ett rätt tjockt lager spritbets. Största delen av färgen slipades därefter bort igen med stålull vilket gav en mycket intressant yta som framhävde ådringen (kårorna) i trät.

Jag har inte tidigare använt polityr och jag lärde mig några intressanta nya lackningsdetaljer.

Lacka alltid i samma riktning och endast ett drag över en given yta per lackningsomgång. Om någon liten punkt förblir torr så vänta på att lacklagret torkar innan du försöker på nytt. Lacket torkar extremt snabbt.
Då lack påförs med mycket lätt hand växer lacklagrets tjocklek.
Då lack påförs så att trasan trycks mot materialet så minskar(!) lacklagrets tjocklek.
Genom att trycka lacktrasan mot ytan kan färg ”tvättas bort”.
Färg kan om man så önskar läggas till.

Limning

Jag har skruvtvingar för fiollimning vilket gör att limningen inte tekniskt är besvärlig. Man måste dock vara alert på att trycka sargen i korrekt läge i förhållande till lockets hörn. Så länge locket inte är på plats så saknar kroppen stadga vilket betyder att locket trots styrhål kan limmas fel om man inte är uppmärksam på problemet.

Min vän Anders påpekade att det kan vara skäl att med en enkel gigg mäta att halsvinkeln är korrekt då man limmar ihop fiolen. Jag uppfattar att fiolens stall är kanske 2 mm för lågt vilket främst är ett estetiskt problem. Jag skulle utan problem ha kunnat justera halsvinkeln till önskat värde om jag hade tänkt på saken!

Lackningsprocess

Beslöt att använda fransk polityr vilket är en känd ytbehandlingsmetod. Underbehandling med propolis löst i alkohol vilket ger en lackliknande yta som är mjuk och stänger porerna.

På insidan av locket testades gips med ett lager propolis.

Kommentar till lackningen:

Om man vill göra något annat än en enfärgad fiol lönar det sig att lägga på mörk spritbets (i detta fall eftersom spritbaserat lack senare används) först. Största delen av betslagret slipas bort med stålull så att önskad ytstruktur erhålls. Nu kan ytterligare lager ljusare bets läggas på i ett jämnt lager som igen slipas ner med stålull för att modifiera färgen.

Observera!

Allt metalludd från stålullen måste putsas bort. Använd torr trasa + dammsugare etc. för att putsa ytan före nästa behandling. Använd inte vatten! Jag putsade ytorna med en fuktig trasa och fick plötsligt en yta på vilken polityr inte fastnade. Sökning på nätet indikerar att orsaken kan vara att kraftigt polärt lack drar till sig vattenmolekyler så effektivt att det inte finns kvar ”färstpunkter” i vilka följande lager lack kan fästa vid. Problemet försvann först då jag relativt aggressivt ruggade upp ytan på nytt med stålull. Stålullsbehandlingen avlägsnade mycket färg vilket ledde till att jag delvis fick starta processen på nytt.

Då färgen blivit den önskade börjar man lägga på polityr med en luddfri tygtrasa. Börja t.ex. uppe vid halsen och drag trasan nedåt längs mitten, gå tillbaka upp till halsen och dra ett drag bredvid det tidigare draget o.s.v. tills halva locket har fått ett mycket tunt lager polityr.

Observera!

Drag aldrig trasan av och an, gå alltid i samma riktning och gå inte på nytt över ett vått område, korrigera eventuella fel vid nästa omgång då det föregående skiktet har torkat. Spritlack torkar rätt snabbt men efter att man dragit på några lager måste ytan få torka ordentligt för att inte fingeravtryck skall fastna i lackytan.

Gips blir genomskinligt men ger en ”smutsig” känsla. Provade på insidan av locket. Gick över lockets insida med stålull innan limning för att göra insidan möjligast lätt.

Rekommendaras inte för utsidan av utseendeskäl, kräver ytterligare experiment innan jag vågar använda materialet på utsidan som grund.

Propolis upplöst i sprit verkar i sig lovande som grundmaterial.

Greppbrädan

Innan lackningen tog jag loss greppbrädan. Normalt är en rå greppbräda rätt grovt tillfräst. Jag kontrollerade dimensionerna och justerade undersidans tjocklek så att ungefär samma knackton erhölls längs greppbrädan. Då tjockleken i greppbrädan minskar sjunker knacktonen. Detta kan användas till att enkelt justera tjockleken steg för steg genom att lyssna. En fördel av justeringen är att fiolen blir något lättare (ebenholz är tungt!).

Jag fräste också ett ca. 6 mm brett spår längs hela greppbredan ungefär lika djupt som urfräsningen på stallsidan. Frässpåret gör att greppbrädan är lättare att ta loss i ett senare skede utan att skada halsen. Fräsningen gör också att det finns mindre risk för att greppbrädan slår sig om luftfuktigheten ändrar.

Stränghållaren

Jag hade en oanvänd utsirad stränghållare i miljonlådan. Jag gröpte ur stränghållaren på baksidan så att knacktonen tvärs över var jämn och knacktonen längs stränghållaren var relativt jämn (jfr. greppbrädan).

Stränghållaren sena justerades så att den fria stränglängden mellan stall och stränghållare blev exakt 55 mm. Detta arbete krävde två justeringar eftersom ”senan” töjde då fiolen stämdes. Meningen med denna justering är att skapa fyra resonanssträngarsom kommer att vara stämda två oktaver plus en kvint över spelsträngarna. Den här justeringen görs alltid på toppfioler men fungerar dåligt om stränghållaren är försedd med finstämmare eftersom stränglängden mellan stall och stränghållare kontinuerligt ändras då man använder finstämmaren(-rna).

Stämskruvar

Jag använder Wittners högteknologiska utväxlade (8.5/1) stämskruvar http://www.wittner-gmbh.de/cgi-bin/db_search_e.pl?rubrik=Finetune-Peg&gruppe=Peg%20and%20Peg%20Shaper . Fördelen är att inga finstämmare behövs eftersom ett varv på stämskruven vider mittdelen av stämskruven 1/8 varv. En ytterligare fördel är då att den fria stränglängden mellan stall och stränghållare kan justeras till en exakt bråkdel av mensuren. I princip får man då gratis fyra stycken resonanssträngar i stil med resonansträngarna på en Hardangerfiol. I praktiken torde exakt renhet på dessa strängstumpar inte gå att uppnå men samverkan mellan spelsträngarna och nästan rena resonanssträngar bör kunna bredda vissa resonanser vilket bör påverka helhetsklangen positivt.

Strängar

Fiolen byggs för Dominant strängar (syntetisk kärna). Dominantsträngarna är lätta att få tag i. Stall och kropp justeras så att balans mellan strängarna fås för Dominantsträngar. Användning av andra strängar är möjligt men kan kräva efterjustering om de alternativa strängarnas egenskaper kraftigt skiljer sig från dominantsträngar. Optimal funktion med andra strängar kräver justering av stallet.

Ljudpinne

Jag valde ett relativt tättvuxet material d.v.s. många årsringar i ljudpinnen eftersom årsringarna i locket ligger tätt. En generell tumregel är att ljudpinnens årsringstäthet ungefär skall motsvara tätheten i stallet på ljudpinnens plat. Min uppfattning är att detta val av material ger en viss mekanisk impedansanpassning.

Fiolen strängades i detta skede temporärt, dock utan att kraftigt spänna strängarna, för att mäta korrekt längd på ljudpinnen på rätt plats. Strängarna får inte spännas utan ljudpinne eftersom locket kan ta skada. På samma gång kontrollerade jag stallets höjd så att stallet kan skäras ner till lämplig spelhöjd. Stränghöjden över greppbrädan är för tillfället alltför stor.

Första provspelningen

Klangen var generellt rätt bra men speciellt a-strängen klingade dåligt i förhållande till övriga strängar. Problemet löstes genom att flytta ljudpinnen kanske en halv millimeter utåt mot diskantsidan.

Efter detta började jag justera stallet.

Bågen mellan stallsfötterna hade höjts från början rätt mycket med kniv. Eftersom tonen var relativt mörk (typisk Guerneri) slipade jag först på bassidan vilket gav mera övertoner i ljudet.
Därefter snedslipade jag bassidans kanter på stallet. Detta ger igen mera diskant. Tonen började i detta skede vara mycket tilltalande. Jag slipade motsvarande kanter på diskantsidan också av utseendeskäl … detta gör tonen mörkare vilket delvis tar ut bassidans slipning.
Jag började därefter alternera mellan justering av bas/diskant för att locka fram mera volym. Volymen var redan bra i detta skede.
D-strängen hade inte samma volym/tonkaraktär som de övriga strängarna. Detta korrigerades genom att fila hålet i hjärtat under a-strängen.

Resultat: En extremt trevlig och mustig och stor ton. Jag ser med stort intresse fram mot att min son provspelar instrumentet. Det här är utan tvivel den hittills absolut bästa fiol jag har korrigerat/justerat/byggt.

Fig. 5 De sista slutjusteringarna görs. På bilden syns en del av de verktyg som används. Från vänster nedtill skjutmått och mätare för längden på ljudpinnen, extremt vass täljkniv med mycket litet knivblad, skruvmejsel för hakstöd, stall, ljudpinneverktyg, ändknapp, hakstöd. Upptill från vämster mikrometerklocka för mätning av plattornas tjocklek, diamantfilar för justering av stallet samt stållinjal för att bl.a. kontrollera konkaviteten på greppbrädan. Den rustika färgen kommer att mörkna ytterligare med åren.

Publicerat i Fiolstall, trimning, Fioltrimning, Instrumentbygge, Justering av ljudpinnen i en fiol | 3 Comments »

Två intressanta C:n på en fiol

25/09/2013

Jag har i en tidigare artikel diskuterat trimning av ett fiolstall ( https://larsil2009.wordpress.com/2013/03/07/trimning-av-fiolstall/ ).

Det första C:t finns i stallet

Bilden visar ett typiskt fiolstall. C-bågen mellan stallsfötterna saknas ofta helt på billiga fabriksfioler. I stället finns det en rak utskuren slits. Erfarenheten visar att då man strängar upp fiolen och stämmer den så att den är spelbar så kommer höjning av C:t som på bilden kallas Volym/klarhet att ge en betydligt förbättrad ton.

Då man filar området under E och A strängarna påverkas klangen i G och D strängarna mest. Då man filar under G och D strängarna påverkas diskanten. Om man lyssnar noga så kan man alltså i viss mån justera balansen mellan de olika strängarna. Främst fungerar dock detta område på ett råstall som sordin d.v.s. ljudet dämpas.

Det andra C:t

Det andra C:t finns i fiolkroppen d.v.s. inbuktningen på diskantsidan i sargen nära f-hålet. Egna experiment visade av en slump att klangen i ett instrument (jag har övat på något tiotal fioler) ofta förbättras avsevärt genom att göra diskantsidans sarg tunnare på diskantsidan.

Observera! Fila inte på bassidan, ljudet blir strävt och torrt om samma operation görs på bassidans C-båge.

Jag hade förmånen att tillsammans med min son Sebastian som är yrkesviolinist provspela några handbyggda fioler i prisklassen 10 000 Euro. Jag fick då bekräftelse på att justeringen av kroppens C-båge på diskantsidan antagligen är en yrkeshemlighet känd av vissa byggare. Fiolerna vi provade visade spår av justering i sargen på diskantsidan. Man kunde se att sargen antagligen hade slipats på denna plats eventuellt i flera omgångar. Gissningsvis hade de första justeringarna gjorts med fiolen trävit, följande då den hade lackats. Efter justeringen hade ett tunt lager lack lagts på.

Då man googlar på fiolkonstruktion på nätet visar det sig att det finns diverse toppinstrument med förvånande tunn sargkant på diskantsidan (ner mot 0.5 mm då sargen normalt är ca 1 mm tjock. Det finns spekulationer om att man gjorde sargen extremt tunn för att undvika behovet av att med värme böja sargen, det kan å andra sidan hända att byggarna visste att en tunn sarg här också positivt påverkade ljudet.

Hur kan man justera det andra C:t?

Bilden visar min hardangerfiol. Det är självklart att en rikt utsirad fiol inte kan justeras genom att slipa sönder lack och tuschfigurer. Min metod är att slipa C-bågen från insidan med instrumentet stämt och spelbart.

Bilden visar mina specialverktyg gjorda av supermagneter. Det första verktyget från vänster är en liten magnet som är limmad på en remsa tjockt papper. Detta verktyg används tillsammans med de två följande slipmedelsklädda magneterna till att slipa området mellan halsinfästningen och basbjälken. De två runda magneterna säljs av Claes Ohlsson och jag har limmat P40 och P80 slipmedel på dem. För att slipa C-bågen från insidan använder jag en stor supermagnet klädd med filt (gröna). Jag fäller in en liten magnet i instrumentet och söker upp den med en stor magnet på utsidan. Med hjälp av den stora magneten för jag därefter slipmagneten till önskat ställe C-bågen och börjar slipa. Med bildens magneter har det visat sig att en lämplig ”dos” slipning är 20 drag längs kanten vid locket, 20 drag på mitten och 20 drag längs kanten vid bottenplattan. En tydlig förändring bör vara hörbar efter en slipningsomgång.

Finns det risk att jag slipar genom sargen? Jag gjorde en serie experiment där jag slipare bitar av rödbok. Det visade sig att slipningshastigheten på rödbok var ungefär 0.1 um ( 1/10000 mm) per drag. Risken att slipa igenom är i praktiken rätt obefintlig.

Intressanta fenomen

Som jag har nämnt i andra artiklar så backar de förändringar man gör genom slipning då den slipade träytan oxideras på nytt och ”läker”. Om man någongång har en känsla av att man slipade lite för långt är det skäl att stoppa och vänta någon dag. Det är rätt sannolikt att slutresultatet då träytan härdar på nytt blir precis det man önskar sig.

Observera!

Gör alla förändringar i små steg och lyssna mellan stegen. Om du märker att resultatet blev sämre efter ett steg så slipa inte mera på det området. Sannolikt självläker den skada du gjorde i så hög grad att problemet inte kommer att märkas delvis eftersom andra förbättringar kommer att dominera. Alla förändringar görs naturligtvis på egen risk. Om du vill vara på den säkra sidan medan du lär dig kan det vara skäl att beställa 2-3 billiga fioler i prisklassen 150 dollar och experimentera på dem (kvaliteten är ok och efter grundlig justering brukar dessa instrument bli förvånande bra). Intresserade kan kontakta mig om de är intresserade av ett justerat instrument.

Om du har ett probleminstrument där tonen tänder dåligt, tonen inte är vad du vill att den skall vara o.s.v. kan jag mycket väl mot en liten ersättning titta på den och eventuellt ge förslag på hur förbättringar kan göras.

Jag bor i Esbo i Finland

Du kan nå mig via bloggens kommetarfunktion. Ingenting läggs ut på bloggen om du meddelar att det är ett privat meddelande. Alla meddelanden modereras.

Publicerat i Fiolstall, trimning, Fioltrimning, Musik, instrumentbygge | 1 Comment »

Fiolhalsens och greppbrädans akustik

25/09/2013

Den kända fiolbyggaren Martin Schleske behandlar filhalsens och greppbrädans akustik på sin vebbsida http://www.schleske.de/en/our-research/handbook-violinacoustics/fingerboard-acoustics.html .

Martin Schleske konstaterar att man får till stånd ett toppinstrument endast då alla svängande komponenter i instrumentet samverkar på ett positivt sätt. Normalt brukar man se på lock och botten som de dominerande akustiska komponenterna i en fiol. Det verkar dock självklart att lock och botten endast är delar, om än viktiga sådana, av helheten.

Vilka kan de olika delarna vara som samverkar till att en fiol klingar väl? Nedan försöker jag göra en lista över alla komponenter jag kan tänka mig att har någon inverkan:

Strängar
Lock
Botten
Ljudpinne
Basbjälke
Sarger
Hals inklusive snäcka
Greppbräda
Stränghållare
Den fria strängen mellan stall och stränghållare

Intressant! Jag tror att jag fick med nästan alla komponenter det ingår i en violin! Man kan eventuellt gå lite vidare och konstatera att klossarna inne i fiolen sannolikt har betydelse. Toppfioler har i praktiken alltid klossar även om dessa rent tekniskt/hållfasthetsmässigt kan lämnas bort. Min gissning är att klossarna tvingar fram en reguljär svängningsform i locket som annars inte nödvändigtvis uppstår automatiskt.

Då man gör matematiska modeller (FEM) av en fiol antar man ofta att sargerna är fasta och inte svänger … det här stämmer antagligen inte. Jag har upptäckt att C-bågen på diskantsidan verkar ha en stor betydelse för klangen. Antagligen fungerar C-bågen som en energilagrande fjäder eller förmedlare av energi mellan lock och botten. Jag fick min observation bekräftad då jag fick tillfälle att provspela några nybyggda ungerska toppfioler. Då man tittade noga kunde man se att tjockleken på diskantsidans C-båge hade justerats efter lackningen varefter detta område i efterhand tydligen hade bättrats på med nytt lack. Personligen anser jag att denna justering skall göras genom slipning från insidan då fiolen är spelfärdig (se andra artiklar).

Många studier anser att halsens och greppbrädans resonanser är såkallade icke strålande resonanser d.v.s. de producerar inte ljud. Min personliga uppfattning är att detta sannolikt är en sanning med modifikation. Genom att välja en lämplig egenfrekvens eller lämpliga egenfrekvenser för hals och greppbräda i förhållande till kroppens grundläggande resonanser så är det möjligt att använda hals och greppbräda till att bredda existerande kroppsresonanser.

Bilden är tagen från Martin Schleskes hemsida (se länk ovan).

Då man har mätt högklassiga Stradivarius fioler har man kunnat se en koppling mellan resonansen #2 i bilden (greppbräda/hals) och Helmholzresonansen A0. Helmholzresonansen är bunden av fiolkroppens dimensioner/volym samt av f-hålens storlek. Kopplingen mellan böjmoden (#2) som ofta kallas B0 och Helmholzmoden A0 ger ett instrument som av musiker uppfattas som livligt och resonant alltså allmänt som en önskvärd egenskap.

Mätning av B0-frekvensen

Halsens/greppbrädans grundfrekvenser kan uppskattas på fäljande sätt. Använd t.ex. programmet Audacity (gratisprogram som finns både för LINUX och Windows). Använd programmet till att spela in en knackimpuls från halsen på följande sätt:

Dämpa strängarna med en bit filt men så att halsen inte dämpas. Trä filten mellan strängarna inte mellan greppbräda och strängarna. Om du explicit vill mäta bara greppbrädans resonans lönar det sig att låta snäckan ligga mot dämpande material.
Montera axelstöd på fiolen och ställ halsinfästningen på en bit filt t.ex. på en träbit precis under halsinfästningen vid fiolkroppen. Tanken är att skapa en situation där halsen kan svänga möjligast fritt i förhållande till kroppen. Snäckan och halsen i övrigt får inte dämpas mot underlaget.
Montera en bra mikrofon en bit från bassidans f-hål.
Dämpa f-hålen med t.ex filt eller vadd.
Starta inspelningen från Audacity och knacka på snäckan med ett hårt föremål. Var dock försiktig så att du inte åstadkommer skador på snäckan. Någon våldsam kraft behövs inte vid knackningen. Det kan löna sig att knacka 2 – 3 ggr med kanske 5 sekunders intervall. Alternativt kan man knacka på t.ex. greppbrädans hörn på bassidan.
Stoppa inspelningen och skär bort olika yttre störningar ur inspelningen om sådana finns.
Välj hela det kvarvarande ljudspåret och normalisera det (programmet justerar amplituden till standardvärden)
Välj en eller flera knackningar och använd FFT för att beräkna ett spektrogram (log – log skala) i Audacity.
Det kommer att finnas ett antal resonanser ”spikar”. Om bandningen lyckades borde det finnas en tydlig resonans i trakten av Helmholzresonansen (ca. 290 Hz).

Man kan kontrollera vilken resonans som är greppbräda/halsresonansen genom att lägga till vikt/ta bort vikt på halsen. Om fiolen inte ännu är strängad kan man tex. ta bort stämskruvar (håll reda på var de hör hemma, blanda inte ihop dem). Om man tar bort stämskruvar så kommer halsen att bli lättare medan styvheten är oförändrad. Resultatet bör vara att resonansfrekvensen för kombinationen hals/greppbräda stiger. Observera att de resonanser vi ser kommer att vara en mix av hals, greppbräda och lock. Innan man börjar göra förändringar är det skäl att experimentera så att man kan vara säker på vilken komponent som är orsak till problemet. Vi vill inte göra modifikationer som går i fel riktning och som inte kan korrigeras senare. Gör modifikationer långsamt och i små steg och spela instrumentet för att få en bild av vad som händer.

Då resonansen har identifierats så finns det olika alternativ.

Om greppbrädans resonans ligger alltför långt under Helmholzresonansen (289 – 290 Hz) kan detta åtgärdas på flera olika sätt t.ex. genom att minska på vikten av stämskruvlådan, ändra viktfördelningen i greppbrädan (minska vikten i ändan av greppbrädan) samt eventuellt i viss mån korta av greppbrädan.
Om halsresonansen verkar ligga alltför högt kan detta bero på att halsen är onödigt grov. En försiktig sikling av halsen gör halsen mindre styv och sänker resonansfrekvensen. Observera att en uttunning av halsen är mycket effektiv. Ta inte bort alltyför mycket material!

Observera att greppbrädans/halsens/kroppens resonanser om de ligger nära varandra kommer att blandas ihop och det kan krävas en del mätningar för att man skall kunna se vilken resonans som ger upphov till problem. Observera att Schleskes kurva inte är en direkt frekvens/amplitudkurva. En FFT analys ger alltså en annan form på kurvan men det går oftast att med lite detektivarbete få fram vilken/vilka resonanser som skiljer mycket från Helmholzresonansen. Kom också ihåg att vi inte eftersträvar en exakt matchning utan en breddning av Helmholzresonansen vilket betyder att vi inte vill lägga halsens resonanser precis ovanpå Helmholzresonansen.

Jag kommer att återkomma till den här artikeln under de närmaste veckorna. Jag planerar en del experiment gällande lackning av en ny fiol. Då instrumentet börjar vara färdigt kommer jag naturligtvis att göra korrektioner av de viktigaste delarna på instrumentet för att få det att svänga bra. Jag hoppas då kunna presentera exempel på direkta mätningar och hur jag justerar ifrågavarande fiol.

Publicerat i Fioltrimning, Musik, instrumentbygge, Uncategorized | Leave a Comment »

Linux/Raspberry Pi för ungdomar och utvecklingsländer

25/09/2013

Vad är Raspberry Pi?

Raspberry Pi är en liten, extremt billig dator som kör Linux. Raspberry Pi är baserad på en ARM mikroprocessor d.v.s. samma typ av elektronik som används i en mobiltelefon. Eftersom tillverkningsmängderna för denna typ av mikroprocessorer är ofantliga är priset på hårdvaran lågt. Det är fråga onm en såkallad RISC (Reduced Instruction Set Computer) vilket betyder att processorn är enkel men trots detta snabb. Enkelheten tillåter att kringutrustningen integreras på samma kiselbrikka som den egentliga processorn … man bygger alltså system på en enda kiselbrikka (SOS = system on a chip).

Raspberry Pi (RPi) har designats främst för undomar intresserade av datorer, programmering och kanske senare elektronik. RPi har utgångar till vilka det är lätt att ansluta egen kringutrustning och eftersom själva datorn kostar 25 – 30 dollar så är det inte någon större katastrof om ungdomar förstör datorn vid sina experiment, man lär sig och den förstörda hårdvaran kan lätt bytas ut.

Varför en ny dator?

Dagens datorer byggs så att de är allt mer slutna vilket gör att det krävs mycket kunskap för att ens ansluta en blinkande led/lampa till datorn. Saken blir inte bättre av att t.ex. en normal bärbar dator kostar några hundra euro. Hur många föräldrar är intresserade av att en intresserad tonåring tar till skruvmejsel och voltmätare och plockar isär datorn … ofta med slutresultatet att den aldrig fungerar igen?

RPi är ett försök att återuppliva folkrörelsen bakom BBC mikrodatorn på 1980-talet (engelsk företeelse). Man vill ge tekniskt intresserade ungdomar tillgång till en extremt billig plattform för experimenterande utan att på konstgjord väg begränsa möjligheterna. RPi är en fullfjädrad, men i vissa fall något långsam, dator som kör ett helt normalt fönsterbaserat opertivsystem baserat på Debian Linux för ARM processorer.

Eftersom RPi har digitala anslutningar till vilka man kan koppla sensorer, servomotorer, transistorer etc. så kan datrorn enkelt användas som plattform för t.ex. en självgående robot. Eftersom RPi har I2C-buss (samt SPI-buss) så är det lätt att ansluta en mängd avancerad hårdvara till datorn. Det finns mängder av I2C-baserade elektroniska kretsar som alla kan anslutas till datorn via två trådar plus jord. Själv använder jad RPi för extremt noggrann temperaturmätning med 18-bitars AD-omvandlare som är ansluten till RPi via I2C bussen. Jag har också följt med hur sallad växer i artificiellt ljus genom att dygnet runt i 30 dagars tid fotografera den växande salladen med RPis kamera.

Användning i utvecklingsländer

Datorn används för IT-utbildning i Cameroon http://www.digitaltrends.com/computing/raspberry-pis-power-computer-lab-in-underdeveloped-african-village/

Rymdforskning … nästan!

The big jump där en mjukisnalle hoppar från en väderballong från över 40 kilometers höjd. Höjden är så stor att man tydligt ser jordytans krökning och himlen är nästan svart eftersom största delen av atmosfären är nedanför ballongen. Naturligtvis används en RPi till att övervaka och fotografera det som händer.

http://www.raspberrypi.org/news/page/3

Andra intressanta projekt

Fotografering med hjälp av RPis kamera:

http://www.raspberrypi.org/archives/4799

http://www.raspberrypi.org/archives/4832

Publicerat i Uncategorized | Leave a Comment »

Är klimatvetenskapen en pseudovetenskap?

16/09/2013

Nobelpristagaren i fysik (delat nobelpris) 1973 Dr Ivar Giaever diskuterar global uppvärmning/klimatförändring och konstaterar att klimatvetenskapen har blivit en ny religion. Varför? Orsaken är att att man inte kan/får diskutera klimatvetenskap … han går därefter vidare och diskuterar olika avarter av vetenskap och avslutar det hela med pseudovetenskaper.

Dr Ivar Giaevers internetsida om nobelpriset finns här.

http://www.nobelprize.org/nobel_prize…

Video om pseudoklimatvetenskap … mycket sevärd. Videon är på engelska.

Etiketter: ivar, nobel prize, nobelpris, nobelpriset
Publicerat i Fysik | Leave a Comment »

Att mäta temperatur

09/09/2013

Uppdaterad 12.9.2013. (Automatisk testkörning + uppdatering av texten)

Jag har länge planerat att bygga ett enkelt mätsystem för att direkt mäta temperaturstegringen från koldioxiden i atmosfären. Växthuseffekten till följd av koldioxid beror på att koldioxiden i atmosfären absorberar den infraröda strålningen från marken och därigenom hindrar den från att direkt stråla ut i rymden. En koldioxidmolekyl som har absorberat en foton antas efter ett kort ögonblick skicka iväg en motsvarande foton i en slumpmässig riktning. En del av fotonerna som koldioxiden absorberade kommer då också att träffa marken som då bör varmas upp.

Dagens klimatologer antar att den extra uppvärmningen från koldioxiden i atmosfären borde vara ungefär en grad C per fördubbling av koldioxidhalten. En grads uppvärmning, eller något i denna storleksordning bör vara relativt lätt att mäta direkt. IPCCs siffror på 4 till 6 grader är en följd av att IPCC antar att mängden vatten i atmosfären ökar och då vattenånga är en ännu kraftigare växthusgas än koldioxid så kommer det att ske en positiv återkoppling d.v.s. vattenångan förstärker effekten av koldioxid.

Man har redan för hundra år sedan försökt uppskatta hur stor växthuseffekten är. Fysikern R.W. Wood gjorde ett experiment år 1909 där han gjorde två identiska växthus (små!), det ena med glas som släpper igenom synligt ljus men inte infraröd strålning. Det andra var försett med ”glas” av natriumkloridkristall som släpper igenom infraröd strålning. Logiskt sett bör resultatet av att glas inte släpper ut IR betyda att det växthuset värms mera än växthuset klätt med NaCl kristall. Man har ofta hänvisat till Woods experiment i klimatsammanhang. Det visar sig dock att det inte är lätt att göra ett övertygande experiment. Fysikern Roy Spencer har försökt verifiera Woods experiment delvis med moderna material. Intresserade läsare kan bekanta sig med Spencers experiment via länken nedan.

http://www.drroyspencer.com/2013/08/revisiting-woods-1909-greenhouse-box-experiment-part-i/

Personligen ser jag Woods experiment som mycket tvivelaktigt. Orsaken till detta är att uppvärmningen av marken i växthusen kommer att leda till att varm luft stiger upp från den varma marken. Det kommer snabbt att uppstå konvektion d.v.s. luften rör sig. Luft i rörelse transporterar mångdubbelt mer värme än stillastående luft och också mycket mer än utstrålningen via IR. Vi har en situation där luften i rörelse effektivt värmer glaset som i sin tur värmer luften på utsidan. Det stora problemet blir att hålla koll på alla de möjliga felen till följd av konvektion.

Jag har tänkt svänga på experimentet. Jag använder ett rör som står vertikalt. Överst finns elektriska värmemotstånd som simulerar den varma marken och som kommer att stråla ut infraröd strålning på samma sätt som marken i ett växthus. Ca. 150 mm nedanför värmemotstånden placerar jag en välisolerad temperatursensor som är isolerad uppåt mot värmaren och tittar ner i röret. Temperatursensorn bör mäta den omgivande luftens temperatur men om det finns signifikanta mängder tillbakastrålad IR så bör strålningen ge en extra temperaturhöjning.

Varför bygga experimentet upp och ned? Orsaken är att vi då åstadkommer en naturlig temperaturinversion där den varma luften är i huvudsak i toppen av röret och kallare luft finns nere i röret. Resultatet är en situation där konvektion inte uppstår och vi har eliminerat mängder av felkällor.

Kan man faktiskt köra experimentet i ett kort rör, atmosfären sträcker sig ju långt över 10 km upp? Denna fråga analyseras mera i detalj nedan.

Jordens atmosfär innehåller ca. 400 ppm koldioxid d.v.s. ungefär 400 molekyler på en miljon är koldioxid (d.v.s. ungefär en molekyl på 2500 är koldioxid).

Vi kan uppskatta den absoluta mängden koldioxid i luftpelaren från marken till atmosfärens yttersta gräns på följande sätt. Det är fråga om en överslagsberäkning, men det är tillräckligt för mina behov. Vid en atmosfärs tryck är trycket mot en yta på en kvadratcentimeter 1 kp vilket samtidigt betyder att atmosfären ovanför ytan väger 1 kg vilket betyder att volymen avanför är ungefär 1/1.2 m³ (en kubikmeter luft väger ca. 1.2 kg). Volymen koldioxid i denna luftmängd är om gaserna är väl blandade (400/1000000)*(1/1.2)*1000 liter = 0.333 liter.

Vi kalylerar nu hur långt ett rör med tvärsnittsytan 1 cm² måste vara för att det skall innehålla samma mängd koldioxid som hela atmosfären från jordytan upp till rymden. En meter rör kommer att rymma 100 cm² vilket betyder att vi behöver ett 3.33 meter långt rör för att det optiskt skall motsvara all koldioxid i atmosfären.

Min idé är att montera elektriska effektmotstånd upptill i ett stående rör. Effektmotstånden kommer att ge ifrån sig infraröd strålning (IR) precis som en varm markyta på jorden. Då röret är fyllt av koldioxid kommer en del av IR-strålningen att absorberas av koldioxiden och slumpmässigt emitteras i olika riktninga också bakåt tillbaka mot värmekällan. Om en välisolerad temperaturgivare som ser ner i röret placeras något nedanför värme-elementen så bör sensorn detektera en del av den tillbakastrålade IR strålningen vilket bör leda till högre temperatur.

Varför placerar jag uppvärmningen upptill och inte nedtill? Orsaken är att jag vill studera hur IR strålningen påverkar temperaturen utan en massa störande konvektion. Om jag skulle värma luften i botten av röret skulle den uppvärmda gasen börja stiga uppåt och kallare luft uppifrån skulle ”rinna” ner. Värmetransporten via konvektion är betydligt effektivare än värmetransport via strålning … det är inte utan orsak man använder fläktar för att skapa luftflöden över komponenter som skall kylas. Kylning som sker endast via strålning är ett måste i rymden men nere på jorden använder man värmeledning och konvektion. Genom att bygga systemet upp och ned kan jag på ett väldigt enkelt sätt förhindra i stort sett all konvektion.

Det är självklart att ett mätsystem av denna typ kräver god temperaturmätning. Det är inte viktigt att den absoluta temperaturen är exakt, däremot är jag intresserad av att detektera små temperaturförändringar.

Det första steget i processen är att se hur små temperaturvariationer det går att detektera.

Fig. 1 Bilden visar två körningar. Den övre kurvan visar temperaturdrift i rummet och mitt i kurvan värms motstånden med 5W i en minuts tid. Man kan tydligt se hur temperaturen stiger och sedan börjar falla igen. Den nedre röda kurvan visar en senare körning där luftens temperatur i rummet har ändrat. Då temperaturen börjar stiga värms motstånden med 9W under en minuts tid. X-axeln är i sekunder d.v.s experimenten har gått på ungefär en timme per körning. Y-axeln är graderad i tusendedelsgrader men så att hela grader har subtraherats.

Mätningarna görs med en analog LM35 linjär temperatursensor. Utspänningen från sensorn mäts med hjälp av en 18-bitars analog till digitalkonverter men så att adkonvertern gör trettio mätningar under ca. sju sekunders tid varefter ett medeltal beräknas. Mätningar lagras med trettio sekunders intervall. De första körningarna visar att brusnivån ligger på ca. 2/10000 grader. Observera att detta inte säger något om sensorns kortvariga inre temperaturdrift. Tillverkaren anger att långtidsstabiliteten är ungefär +/- 80/1000 grader mätt över tusen timmar. Kortvarig drift kan då eventuellt antas vara proportionell mot mätningens längd vilket skulle vara ungefär 1/10000 grad C. Detta är också ungefär systemets brusnivå.

Bilden visar tydligt att den relativa upplösningen är bättre än en tusendedels grad. Experimenterande visar att systemet är så känsligt att det tydligt störs av att jag sitter vid datorn en halv meter från det 100 mm pvc rör i vilket sensorn befinner sig. En människa representerar en värmeeffekt på kanske 100 W vilket mätsystemet utan problem ser som ökad temperaturdrift.

Bilderna ovan visar tydligt hur temperaturen i rummet hela tiden förändras, tiondelsgrader har stor inverkan på mätningarna. Hur tänker jag hantera en föränderlig temperatur i omgivningen där förändringarna är betydligt större än de temperaturdifferenser jag hoppas se?

Lösningen är att jag låter datorn (Raspberry Pi) sköta både temperaturmätningen och kontrollen av värmemotståndet. Då datorn sköter datainsamlingen och kontroll av värmemotstånden behöver jag inte själv vara på plats och störa experimentet. En bättre noggrannhet går också att uppnå genom att låta datorn göra ett (stort) antal mätcyklar. Jag mäter alltså grundtemperaturen, därefter slås värmen på en stund t.ex. en minut varefter datorn mäter tumperaturen den närmaste timmen. Därefter mäts den nya bastemperaturen varefter värmen slås på under en minut o.s.v.

Mätningarna kalibreras i luft d.v.s. ett tillräckligt antal temperaturcykler mäts så att jag vet hur stor temperaturstegringen blir i luft. Då luften senare byts mot koldioxid kan dessa mätningar senare jämföras med mätningarna i luft.

Fig. 2 Den grå rörstumpen är den övre ändan av vad som skall bli mitt växthuseffektexperiment. Röret är överst pluggat med en plugg av PVC. Längs den inre kanten av denna plugg finns fyra effektmotstånd om 3 W. Totalt kan alltså motstånden ge ut max 12 W. Jag räknar med att kunna gå något högre eftersom uppvärmningen sker endast under kort tid. Med 6 volts drivspänning ger motstånden effekten 9W d.v.s. 2.25 W per motstånd. Vid 7.5 volt är effekten ca. 3.5 W per motstånd (14W totalt) vilket borde vara OK under en kort stund. Till höger i bilden ses min salladsodling i artificiellt ljus. En 100W ledlampa som producerar rött och blått ljus används (se andra artiklar). Bakom den runda plattan på framsidan finns temperatursensorn. Sensorn är monterad på en polyuretanplatta som är överdragen med aluminiumfolie. Tanken är att aluminiumfolen reflekterar IR strålning. Själva sensorn är monterad med tejp på nedre sidan av isolatorn utanför aluminiumfolien. Värmeledning i folien bör ge temperaturfel men jag hoppas trots detta se skillnader mellan vanlig luft och ren koldioxid. Bilden visar två Raspberry Pi Linux datorer, Den lilla datorn ost-sydost om mätröret sköter temperaturmätningen. En annan likadan Raspberry Pi fotograferar hur salladen växer då artificiell belysning används.

Effekten per kvadratmeter är med 7.5 volts drivspänning 1778 W/m². Vid 6 volts uppvärmningseffekt är effekten 1143 W/m². Eppvärmningseffekten är större än den utstrålade effekten från jordytan vid normal temperatur. Jag hoppas att effekten skall vara tillräcklig för att detektera något …

Fig. 3 Bilden visar en automatisk testkörning den 12.9.2013.

Kontroll av mätningar och av värmare sker nu helt automatiskt. Driften i systemet minskar i mycket hög grad då allt styrs automatiskt och jag inte själv behöver sitta bredvid systemet och störa det. I fig 3 kan man se ett steg på ungefär 10 mK (10/1000 grad) vid ungefär 6700 sekunder. Detta temperatursteg är en följd av att jag gick in i rummet, satte mig vid datorn, slog på bildskärmen och kontrollerade om körningen fortfarande var igång … det var den varpå jag genast gick ut igen. Vid 8000 sekunder lämnade jag dörren öppen vilket gav kraftig temperaturdrift.

Bilden är skalad i tusendedelsgraders förändring från en bastemperatur. Då uppvärmningen aktiveras för ungefär en minut vid 2100 sekunder stiger temperaturen med ungefär 0.2 grader. Uppvärmningseffekten är 9W vilket ger en uppvärmning som ungefär motsvarar den effekt som i medeltal träffar en yta på jorden. Uppvärmningen begränsas av de röda linjerna.

Mitt program som gjorde mätningen ovan har följande utseende:

echo "*************"
echo "Program start"
echo "*************"
rm myFile.dat
echo "Measure temperature base line"
./repeat.py 40 interval 55 { ./measure_ad.py 1 18 4 10 myFile.dat }
echo "Set heater to on"
./heater.py on myFile.dat
./repeat.py 30 interval 2 { ./measure_ad.py 1 18 4 10 myFile.dat }
./heater.py off myFile.dat
./repeat.py 120 interval 55 { ./measure_ad.py 1 18 4 10 myFile.dat }
echo "Program done!"

Jag skrev några enkla Pythonprogram repeat.py och heater.py som används för att upprepa enkla operationer. Fördelen är att jag inte hela tiden behöver skriva om ett stort mätprogram. De kritiska delarna kan då hållas små och enkla att förstå. Skriptet/Programmet ovan läsar av programmet controller.py som kör en rad i taget.

Programmet börjar efter diverse kommentarer med att temperaturen mäts 40 gånger med en minuts intervall. Mätningen sköts av programmet measure_ad.py . Parametrarna betyder kanal nummer 1, ad konverterns upplösning 18-bitar, förstärkning 4x, antalet mätningar i resultatet 10 (medeltal). Mätresultatet lagras i filen myFile.dat .

Kommandot heater.py on myFile.dat gör att värmen slås på och den exakta tidpunkten lagras i filen myFile.dat .

Temperaturen mäts nu snabbt under den tid värmaren är på.

Värmaren stängs av (off) varefter programmet gör 120 mätningar med en minuts intervall.

Denna artikel kommer att uppdateras under de närmaste månaderna då jag kompletterar mätsystemet med mera funktionalitet.

Publicerat i Fysik | Leave a Comment »

Häxförföljelse, har de senaste århundradena lärt oss något?

28/08/2013

Dr. Sally Baliunas höll nyligen ett mycket intressant föredrag (på engelska) om hur man i Europa reagerade på den lilla istiden och de väderfenomen den förde med sig. De extrema väderförhållandena var sådana att ingen hade kunnat se något motsvarande … alltså måste onda människor ligga bakom dessa fenomen.

Vädret hade sedan värmeperioden på 1000-talet långsamt blivit sämre och vädret var speciellt dåligt mellan ungefär 1500 och 1700 en period man brukar kalla den lilla istiden.

I augusti 1562 drabbades mellaneuropa av ett våldsamt oväder med hagel som dödade fåglar och boskap. Man noterade snabbt att något motsvarande inte hade inträffat i mannaminne alltså måste ovädret ha skapats av människor.

Till följd av köld och missväxt i maj 1626 med en meter hagel och träd som svartnade och dog avrättades tusentals människor. Myndigheterna beslöt att göra något åt problemet. I Bamberg avrättades 600 som skyldiga till ovädret, i Wũrtsburg 900, i Main 900 och i Westfalia 2000. De här avrättningarna gällde endast ett år … terrorn pågick mer än ett århundrade.

Det fanns naturligtvis människor som var skeptiska och som vågade ställa sig upp och tala mot hysterin, men i många fall kom de här skeptikerna att också anklagas för häxeri och i vissa fall med otrevliga följder för dessa modiga människor.

Auktoriteter varnade för att varje land som tolererar skeptikerna själva kommer att drabbas av ovädren.

Så här har det sett ut de senaste åren:

‘Execute’ Skeptics! Shock Call To Action: ‘At what point do we jail or execute global warming deniers’ — ‘Shouldn’t we start punishing them now?’

Death threats anyone? Austrian Prof: global warming deniers should be sentenced to death

Observera motiveringen varför t.ex. Breivik bör skonas men inte skeptiker:

“GW deniers fall into a completely different category from Behring Breivik. They are already causing the deaths of hundreds of millions of future people. We could be speaking of billions, but I am making a conservative estimate.”

”Skeptiker till Global uppvärmning hör till en annan kategori än Behring Breivik. De är redan orsak till att hundratals miljoner framtida människor dör. Vi kan tala om miljarder men jag gör en konservativ uppskattning.”

… De är redan orsak till …

http://sppiblog.org/news/climate-change-deniers-witch-hunt-at-doi#more-9679

http://www.prisonplanet.com/global-warming-alarmist-calls-for-eco-gulags-to-re-educate-climate-deniers.html

Då argumenten tryter tar man till våld … http://notrickszone.com/2013/08/25/growing-german-intolerance-greens-carry-out-violent-attacks-against-co2-and-euro-skeptical-afd-party/

Har mänskligheten sist och slutligen överhuvudtaget lärt sig någonting under de senaste femhundra åren.

Publicerat i Uncategorized | Leave a Comment »

IPCC och 95% är ett vetenskapligt skämt

26/08/2013

IPCC kommer att ge ut sin följande rapport i september 2013. En preliminär version av rapporten har redan länge cirkulerat på nätet och det är lätt att se att IPCC borde upplösas eftersom den inte har någon som helst vetenskaplig trovärdighet kvar.

Hårda ord? När har för övrigt en vetenskaplig rapports sammandrag för beslutsfattare med finkam gåtts igenom av de politiska beslutsfattarna själva … så att rapportens slutledningar skall passa beslutsfattarna. Det är så här IPCC arbetar.

Se på IPCCs påstående om ”95% säkerhet” att människan i huvudsak ligger bakom uppvärmningen sedan 1950-talet. I verklig vetenskap beräknas felmarginaler (se t.ex. beräkning av felgränser) utgående från verkliga data, inga sådana beräkningar ligger bakom IPCCs påstående. Uppskattningen 95% är skakad ur rockärmen på ett mycket litet antal IPCC skribenter, talet är alltså taget direkt ur tomma luften.

Styrdokumenten för IPCC konstaterar att det är acceptabelt att använda experters åsikter och anger hur dessa åsikter skall översättas till procent. Det procenttal man anger har alltså ingenting att göra med naturvetenskapers sätt att statistiskt beräkna felgränser, IPCCs tal är inte vetenskap utan en gissning framkastad av en mycket liten grupp forskare som dessutom noggrannt övervakas av politiker. Det intressanta är naturligtvis att då man ser tillbaka på tidigare projektioner/förutsägelser av IPCC så har träffsäkerheten varit erbarmlig … finns det verkliga experter inom IPCC eller finns där endast politiska aktivister iklädda en bildlik vit rock …

Myndigheterna skulle gå mycket hårt åt ett företag som skulle sälja produkter under devisen ”sannolikt säker” (enligt IPCC alltså mellan 66 och 75%) men i klimatvetenskap är det tydligen helt ok.

Konsistens i IPCCs rapporter är inte deras styrka. Rapporten år 2007 påstod att en liten ökning i solens utstrålade energi inte var tillräcklig för att åstadkomma uppvärmning. Det är ett välkänt faktum att solens aktivitet under 1900-talet var hög och att aktivitetsspiken var på 1990-talet. För tillfället ser det ut som om vi skulle vara på väg in i en period av ytterst låg solaktivitet, man har t.o.m. talat om motsvarigheten till ett såkallat Maunderminimum.

Fig. 1 Solaktiviteten från 1600-talet framåt. Vi borde vara på en aktivitetstopp för tillfället men aktiviteten är idag extremt låg. Observera den extremt höga solaktiviteten under 1900-talet.

Då solen senast hade en lika låg aktivitet som vi har nu så hade man nödår i Finland eftersom sommaren kom extremt sent vilket ledde till att skördarna slog fel. Vi vet nu med facit på hand att temperaturen statistiskt sett inte har stigit överhuvudtaget under de senaste 16 åren. I IPCCs senaste rapport konstaterar man att detta kan vara en följd av låg solaktivitet … godmorgon! Borde inte solaktiviteten logiskt påverka temperaturen båda vägarna?

Fig. 2 Video från NASA om solens tillstånd för närvarande. Det dubbla maximum man i videon förutspår har inte materialiserats …

IPCC påstår att frånvaron av temperaturstegring delvis är en följd av vulkanutbrott och vulkanisk aska. Påståendet är rena vansinnet eftersom det har varit mycket få stora vulkanutbrott under de senaste åren, påståendet håller helt enkelt inte. Man måste gå tillbaka till Mount Pinatubos utbrott på Filippinerna år 1991 eller till El Chicons utbrott i Mexiko 1982 för att se utbrott som sänkte den globala temperaturen med någon tiondels grad. För att påståendet skulle stämma borde vi under de senaste två årtiondena ha sett en ökande vulkaniskt aktivitet … detta går inte att se. Slutsatsen måste då vara att påståendet är taget ur tomma intet alltså en ren lögn.

Jokern som alltid plockas fram för att förklara varför jorden inte har blivit varmare är att värmen på något mystiskt sett har sökt sig ner i oceanerna. Havsdjupen har faktiskt värmts en aning men mätdata finns endast för de senaste tio åren … osäkerheten i mätningarna är betydligt större än den mätta uppvärmningen. Man har också korrekt frågat varför vissa data har uteslutits, har vi igen en situation där man via korrektioner skapar det resultat man vill ha?

Den intressanta frågan är dock hur man menar att värmen har tagit sig ner i havsdjupen. Alla som läst fysik på högstadie eller gymnasienivå vet att vattnets värmeledningsförmåga är dålig. Ett exempel på detta är att fylla ett provrör med vatten och därefter värma rörets övre ända med en gaslåga. Det är inget problem att få vattnet att koka i provrörets övre ända medan det utan problem går att hålla i röret i den nedre ändan med fingrarna. Kallt vatten matas främst ner i havsdjupen via polerna. Kallt ca. +4 graders saltvatten sjunker ner då is bildas vid polerna. Det här betyder att havsdjupen hela tiden får påfyllnad av vatten med konstant temperatur … den inmatade värmen kan alltså knappast komma via polerna. Om vatten är alltför varmt så sjunker det helt enkelt inte! Instrålad energi från solen värmer det översta 20 – 30 m vattenlagret men detta vatten kan i normalfallet inte tränga ner i havsdjupet eftersom dess täthet är mindre än det kalla vattnets täthet. Det varma ytvattnet förs av havsströmmar upp mot polerna där det kyls av för att igen sjunka mot bottnet men med en ungefärligen konstant temperatur. Vilken är den fysikaliska mekanism som har värmt upp havsdjupen … om detta har skett?

Politikerna betonar att kring 4000 vetenskapsmän ligger bakom IPCCs rapporter. Det här är en sanning med modifikation. Ett givet avsnitt har sällan mer än tio författare. Allmänt taget är IPCCs arbetsprocess sådan att en eller två författare skriver ett utkast till ett givet avsnitt som sedan behandlas/misshandlas av ungefär lika många författare. Alternativt kan de ansvariga författarna använda material av som utgångspunkt. Ovanför de egentliga författarna finns de koordinerande författarna, typiskt två eller tre som har ansvar, och i praktiken diktatorisk makt att avgöra vad som tas med eller inte, i ett givet avsnitt.

Det här betyder att endast en handfull människor skriver olika avsnitt eller godkänner det som skrivits.

Det sista arbetsskedet sköts därefter av politikerna. IPCC står för ”Intergovernmental Panel on Climate Change” d.v.s. hela IPCC är ett politiskt verktyg och de sista detaljerna bestäms på politisk nivå. Om någon verklig vetenskap har överlevt färden genom IPCCs arbetsprocess så kan detta fortfarande åtgärdas då politikerna tar vid. Mycket arbete läggs nu vid att slipa det verkliga slutdokumentet ”sammandraget för beslutsfattare” (SPM). I tidigarer rapporter har man sett hur man har korrigerat den vetenskapliga rapporten utgående från sammandraget … d.v.s. vetenskapen skräddarsys enligt den politiska beställningen.

IPCCs arbetssätt är från början till slut en metod att garantera att resultatet inte har något att göra med vetenskap. Man ser mängder av körsbärsplockning d.v.s. man väljer ut endast de data som stöder den egna agendan, logiska felslut och förvrängning av i sig korrekta vetenskapliga resultat. Påståendet om 95% säkerhet visar entydigt att det skulle vara på tiden att upplösa IPCC.

Källor:

John McLean: The ‘95% certainty’ is that the IPCC can’t be trusted

Analysis: The ’95% certainty’ is that the UN IPCC can’t be trusted

Analysis: The ‘95% certainty’ is that the UN IPCC can’t be trusted

WUWT: When somebody hits you with that new ‘IPCC is 95% certain’ talking point on global warming, show them this http://wattsupwiththat.com/2013/08/20/when-somebody-hits-you-with-that-new-ipcc-is-95-certain-talking-point-show-them-this/

As real temperatures subside, the IPCC heats up the fight! – See more at: http://www.cfact.org/2013/08/22/as-real-temperatures-subside-the-ipcc-heats-up-the-fight/

Artikel från 2004 ”Solen är aktivare än någon annan period under de senaste 8000 åren: http://www.mpg.de/495993/

Publicerat i Global uppvärmning - klimat | 1 Comment »

Dela detta:

Teknik för att lyssna

Rätt fiolton för justering

Hur provspelar jag en fiol

Dela detta:

Filosofi

Inledande arbete

Limning

Lackningsprocess

Greppbrädan

Stränghållaren

Stämskruvar

Strängar

Ljudpinne

Första provspelningen

Dela detta:

Det första C:t finns i stallet

Det andra C:t

Hur kan man justera det andra C:t?

Intressanta fenomen

Dela detta:

Mätning av B0-frekvensen

Dela detta:

Vad är Raspberry Pi?

Varför en ny dator?

Användning i utvecklingsländer

Rymdforskning … nästan!

Andra intressanta projekt

Dela detta:

Dela detta:

Dela detta:

Dela detta:

Källor:

Dela detta:

Sidor

Följ bloggen via E-post

Kategorier

Senaste inläggen

De bästa artiklarna

Kalender över publicerade artiklar

RSS: Reflex och Spegling inlägg och kommentarer

Bloggar jag följer

Kategorier