About my blog

In this project we will reverse engineer a mystical part of the saxophone: the mouthpiece. Focused on optimizing the acoustic properties, this includes making CT-scans, parametric modeling and high-grade metal printing. You will autonomously contact several experts and well known (jazz)musicians. Experience with reed or woodwind instruments is preferred! (Expert: Zjenja Doubrovski)

Categories

Disclaimer

De meningen ge-uit door medewerkers en studenten van de TU Delft en de commentaren die zijn gegeven reflecteren niet perse de mening(en) van de TU Delft. De TU Delft is dan ook niet verantwoordelijk voor de inhoud van hetgeen op de TU Delft weblogs zichtbaar is. Wel vindt de TU Delft het belangrijk - en ook waarde toevoegend - dat medewerkers en studenten op deze, door de TU Delft gefaciliteerde, omgeving hun mening kunnen geven.

Posted in October 2011

Gesprek met Leo van Oostrum, de conclusies

4 oktober hadden wij het grote genoegen om met saxofonist Leo van Oostrum in gesprek te komen.

De belangrijkste dingen daaruit waren:

Wat voor invloed het materiaal heeft op de klankkleur is moeilijk te voorspellen. Het doet vermoeden dat dus niet het materiaal maar de vorm van het mondstuk de grootste invloed heeft. Je moet daarbij wel bedenken dat verschillende materialen (rvs, expoxy, hout, plastics) heel anders aanvoelen en het gevoel van spelen sowieso anders is. 

De vorm van de binnenkant van het mondstuk is het belangrijkst. Er zijn een drietal vormen die invloed lijken te hebben, de aanwezigheid van een "kamer", de vorm van de baffle en de vorm van de tip rail. (zie ook de afbeelding hieronder voor een idee over welke delen we praten). 

 

Stukje geschiedenis: De afbeelding hierboven is een mondstuk zoals Adolf Sax die in gedachten had. Met een duidelijk zichtbare kamer. In modernere mondstukken is die kamer zo goed als verdwenen en een buis geworden. Het effecht van een kamer is, aldus Leo, dat het meer kracht kost om te bespelen. Daarbij hoort dat juist door die inspanning er ook veel invloed kan worden uitgeoefend op de lucht die het mondstuk verlaat, het bepalen van klank dus. 
In de moderne mondstukken wordt de lucht bij wijze van "jet-stream" door het mondstuk gejaagd. De meningen zijn verdeeld of dan de lucht (lees klank) nog beinvloedbaar, of mooi is.
  

 

Eerste Print!

 
 
Daar is hij dan, de eerste 3D print van ons mondstuk. Zoals je kunt zien komen niet alle maten helemaal overeen. De volgende stap is om het mondstuk te gaan testen.  

How It’s Made 1980: Metal saxophone mouthpiece

Hieronder is een Youtube filmpje (in slechte kwaliteit) te zien hoe metalen mondstukken geproduceerd worden. Simpelweg met een meerassige CNC-frees wordt pakweg het hele mondstuk gevormd. Waarschijnlijk worden deze wel nabewerkt om een goed geluid te vinden. 

De CNC methode kent natuurlijk een hoop beperkingen op het vlak van vormvrijheid. Hiermee kunnen we dus inspelen met het ontwerpen van onze eigen mondstukken om hopelijk tot verrassende resultaten te komen.  

Hieronder staat ook een illustratie van het saxofoonmondstuk met de terminologie van de onderdelen van het mondstuk erbij.

Mondstuk

EDIT1:In het tweede filmpje zie je hoe een hard rubberen mondstuk geproduceerd wordt.

EDIT2: En het laatste filmpje is eigenlijk wel het mooist om te zien. Daar zie je heel duidelijk hoe met behulp van een draaibank en een frees een houten mondstuk wordt gemaakt.

http://youtu.be/BoJ7kDzobkU

http://youtu.be/q6fHG4VpFJY

http://youtu.be/NaM1ADKbOcQ Continue reading

Scanning results

Thursday October 6

Today the exciting moment was arrived to look at the final scanning results of our two mouthpieces. Luuk and I met ing. W.Verwaal at the restricted scanning area of the building of Civil Engineering. Mr Verwaal had tried very hard to retrieve a good picture of the metal mouthpiece as well as the mouthpiece of hard rubber. Unfortunately, the metal mouthpiece was very hard to scan. A lot of the x-ray beams were reflected by the material, or could not penetrate the metal. To improve the results mr. Verwaal tried to scan the mouthpiece in the Siemens medical scanner, but the results still were not up to our hopefull expectations.

As you can see, the picture is rather blurry. Mr. Verwaal is a persistent person, so he will try to make another scan, but he is not expecting it to be better.
The mouthpiece of hard rubber however, has not been such a problem. The beauty of the pictures struck us with amazement, and also mr. Verwaal was pleased with these results.

In the picture above, you can see different views of the mouthpiece. As you can see in the 3D picture, the text "meyer" is shown on the mouthpiece. None of us could remember this text on the real mouthpiece, but perhaps we were not so alert Tuesday to notice the text.
Mr. Verwaal gave us an enormous amount of data, including 800 pictures of the mouthpiece, from different angles. We now can try to obtain the required software, to actually measure distances of the mouthpiece.
The visit to the x-ray scanner has been very pleasant and informative, thanks to mr. Verwaal.

Scanning the mouthpieces

Tuesday oktober 4

 After the interview on tuesday Louise and Luuk headed with Jouke Verlinden and Leo van Oostrom to the CiTG building. We were expected by ing. Wim Verwaal who was going to help us with the scanning. First we got a short tour around the geo-engineering building which ended at the office room of Wim Verwaal where the X-ray scanner, we where going to use, was located.

 Leo van Oostrom brought 2 mouthpieces with him, one made of hard rubber and one made of metal. According to Wim Verwaal the metal mouth piece would be more difficult to scan than the hard rubber piece, so we decided to scan the hard rubber piece first.

In order to scan, the X-ray scanner must clab the object you want to scan. We decided to clab the mouthpiece by the shank (which is the part where the mouthpiece is connected to the saxophone). After all, we’re not really interested in that part of the mouthpiece. But that is the reason why the mouthpieces on the scans are looking a bit short.

When all the parameters where set the scanning could begin. It took about an hour to print, first a fast one and later a more detailed one. When that was done, Wim Verwaal told us to that he would also try to scan the metal mouthpiece on Wednesday but he wasn’t sure it would work. We were told to come back Thursday to collect the data.

Berg Larsen CAD-2.0

Zoals in het einde van het vorige blogbericht werd aangegeven was het gedeelte waar de saxofonist zijn voortanden op zet nog niet goed uitgewerkt. In het huidige model klopt dit al een stuk beter (qua vorm in zij-aanzicht en ook wat betreft de kromming in het vlak).

Het eerste CAD-model

De eerste stap die gezet is ter voorbereiding van het 3D printen van mondstukken is het modelleren van een standaard mondstuk in Solidworks. Een van de groepsgenoten speelt saxofoon en had thuis zelf twee mondstukken die gemodelleerd konden worden. We hebben hierbij gekozen om een RVS mondstuk van het merk Berg Larsen te modelleren.

Een andere optie was geweest om een hard rubberen Selmer S80 mondstuk te modelleren. Dit is een van de meest gebruikte (beginners/standaard) mondstukken die gebruikt wordt voor de alt-saxofoon. We hebben echter toch gekozen voor het RVS mondstuk omdat we het CAD-model willen 3D-printen in titanium. Als we dan het Selmer mondstuk zouden printen, zouden we een mondstuk dat niet ontworpen is als metalen mondstuk in een metaal vervadigen en voor een eerste test leek ons dat minder logisch dan het gebruiken van een metalen mondstuk om in titanium te printen.

Door het mondstuk zorgvuldig op te meten hebben we een redelijk accuraat SolidWorks model gekregen van het mondstuk. De volgende stap is om dit model op te sturen naar Layerwise en ons verder te gaan verdiepen in de wetenschap van het mondstuk om zo interessante/innovatieve/unieke aanpassingen te kunnen maken aan het mondstuk.

Het enige noemenswaardige verschil tussen het echte mondstuk en het model is de afronding van het deel waar de saxofonist zijn tanden op zet. Bij het echte mondstuk is dit een dubbelgekromd vlak en in het model is dit een enkelgekromd vlak. In nieuwe versies van het model kan dit eventueel worden aangepast.

Samenvatting van “Behavior of reed woodwind instruments around the oscillation threshold”

With the two variables of pressure and flow as basis variables, and the assumption this is about a harmonic oscillating system, a series of Fourier calculations and transformations is applied to express the certain frequencies of the reed woodwind instrument. It can be seen that the frequency of oscillation depends on the amplitude of the oscillation, which is a standard property of non-linear systems. The impedance of a saxophone is seen in figure 1, it is clear that the impedance is absolutely dependent on the frequency. By means of an inverse Fourier transformation the impulse response is shown.

According to Worman, a relationship exists between the amplitude of higher harmonics and that of the first harmonic. Although Wormans rule is only proved for a truncated harmonic series, it leads in this study also to coherent results for infinite harmonic series.  

Samenvatting van “Aeroacoustics of musical instruments”

Aeroacoustics is the study of production of sound by flows. In wind musical instruments, the sound is produced by self-sustained oscillations driven by an air flow. With a quasi-stationary pressure balance, a relation between pressure drop and distance between the reed and mouth piece of a clarinet is found. Here is the conclusion that self-sustained oscillations can only occur if the amount of work, done by the musician, is larger than the amount of energy lost by friction in the pipe, which seems obvious.

This first model is quite simple. To improve the model, the inertia of the reed should be taken into account. A damping coefficient of the reed is however almost impossible to find.  Another approach is to describe the reed and the mouthpiece in the form of a simple mass-spring oscillating system.

The frequencies produced in the clarinet are not all the frequencies we hear as a listener. The lower frequencies do not escape the instrument, while the higher frequencies do. 

The conclusion of the article is that flows in the instrument can be reasonably predicted. However, since the sound of the instrument depends on the insignificant details of the air flow, it is not efficient to predict the sound production by using flow simulation. The details in geometry, that can have a great effect on the sound quality, have been changed by musicians and craftsmen by a trial and error procedure, based on their experience and hearing. Therefore the fine tuning of the sound production will be rather the task of the musician than of the scientist.

© 2011 TU Delft