Tonewoods är träslag som har vissa önskvärda egenskaper som gör dem lämpliga för att tillverka musikinstrument, såsom träblås- eller stråkinstrument - som en flöjt eller en fiol. Alla bra tonved bör skäras radiellt, vilket innebär att linjerna som bildas av årsringarna är perfekt parallella på ytan. Den ska ha en jämn kornstruktur, vara defektfri och inte krympa eller svälla märkbart vid miljöförändringar.

Världens fioler är mestadels gjorda av gran och lönn, träd som odlas på norra halvklotet. Men tänk om inhemska afrikanska skogar från södra halvklotet användes för att skapa en afrikansk fiol? Vi började testa kontinentens inhemska skogar och fann att fyra träslag inte bara kunde fungera, utan fungera bra. Sedan skapade vi två kompletta fioler av dem för att testa deras ljud.

Vilket trä är rätt för en fiol?

Soundboards är en del av fiolens kropp. De är gjorda av träslag som måste ge resonans genom att förstärka svängningen – vibrationen – från stränginstrument. De ska vara lätta men tillräckligt styva för att stå emot strängarnas spänningar och måste fortplanta ljud väl i riktning mot träets ådring. Om träets densitet inte är jämn genomgående kan ljudvågorna spridas. Detta borde göra (sub)tropiska träslag till goda kandidater för ljudplankor eftersom avsaknaden av uttalade växtsäsonger resulterar i trä med knappt synliga årringar och få densitetsvariationer.

Högkvalitativa fioler är dock gjorda av samma träslag över hela världen:gran som klangbotten (toppplatta) och lönn som ramskiva (baksida). Medan gitarrtillverkare verkar vara mer äventyrliga när det gäller att använda alternativa träslag, tenderar fiolmakare att bara använda dessa traditionella träslag. Trä av god kvalitet kommer vanligtvis från kallare regioner, som Kanada eller de europeiska alperna, där träden växer långsammare, vilket resulterar i en enhetlig trästruktur med färre densitetsfluktuationer.

Resonansplattan på fiolens framsida behöver överföra ljud bra, medan ramplattan på baksidan ska ha en hög elasticitetsmodul för att ge stöd åt klangbotten, samtidigt som den utstrålar ljud bra. Båda delarna bör ha en ganska låg densitet för att undvika onödig vikt, vilket skulle göra att spela instrumentet obekvämt.

Baserat på alla dessa krav har vårt forskarteam karakteriserat flera träslag från södra Afrika för att identifiera möjliga alternativ för fioltillverkning. Vi bestämde så småningom att Yellowwood (Podocarpus latifolius) och Knysna Blackwood (Acacia melanoxylon – som strängt taget inte är inhemsk, men har etablerats i de naturliga skogarna i sydvästra delen av Sydafrika sedan tidigt 1900-tal) skulle vara lämpliga som soundboards. Inhemska i Västafrika, Sapele (Entandrophragma cylindricum) och Hardpear (Olinia ventosa) från Sydafrika var mest lämpliga som rambrädor.

Testar den afrikanska fiolen

Hannes Jacobs är en professionell luthier från Pretoria, Sydafrika. En luthier är någon som bygger stråkinstrument. Han gick med på att göra en fullstor fiol från Yellowwood och Sapele. Vi ville säkerställa att kvaliteten på instrumentet skulle vara jämförbar med kommersiella instrument av god kvalitet.

Ljudkvaliteten för detta instrument, kallat "afrikansk fiol", jämfördes sedan med en fiol gjord av traditionella träslag av samma luthier, med samma metodik. Båda instrumenten spelades av samma spelare med samma båge.

Ljudkvaliteten för de två fiolerna bestämdes genom att spela in ljudfrekvensspektra—omfång—av olika enstaka toner för att analysera de urskiljbara övertonerna. Detta är en musikalisk ton som är en del av den harmoniska serien ovanför en grundton. En bra ljudkvalitet består i allmänhet av många övertoner vid högre frekvenser.

Den afrikanska fiolen spelades av olika musiker vid olika tillfällen, och alla var överens om att dess ljud skiljer sig ganska mycket från de flesta andra violiner. Den allmänna bedömningen var att den har ett mycket fylligt, kraftfullt ljud med ett starkt lägre register som projicerar väl genom rummet.

Resonansfrekvenserna för den afrikanska fiolen skiljer sig tydligt från de för den konventionella fiolen. Den har starkare övertoner i lågfrekvensområdet, vilket resulterar i ett fylligt ljud som bär bra. Den visar också fler övertoner vid högre frekvenser. För frekvenser över 3 kHz visar den afrikanska fiolen klart högre amplituder, vilket ger den ett något hårt ljud, medan de lägre amplituderna hos den konventionella fiolen ger ett mjukare ljud. Den afrikanska fiolen kanske är bättre lämpad för modern eller jazzmusik.

De fysiska egenskaperna hos träet som används för den afrikanska fiolen antydde att det kan utstråla ljud mindre bra i högfrekvensområdet än granved. Tvärtemot denna förväntan visar den afrikanska fiolen större resonanstoppar vid höga frekvenser än vad den konventionella fiolen gör. Resonanstoppar är på de frekvenser där klangbotten svänger mest och de komponerar de musikaliska tonerna du hör. Ju fler resonansfrekvenser som är hörbara, desto fylligare ljud.

Sammanfattningsvis

Resultaten av vår studie visar att afrikanska träslag är klart lämpade att användas som tonwoods i fioler. De kan producera ett instrument med ett vackert, men lite annorlunda ljud.

Den afrikanska fiolen har ett betydligt starkare ljud i de lägre frekvenserna som bär mycket bra genom rummet. Den visade också mer övertoner med högre amplituder i de höga frekvenserna, vilket ger den ett hårdare ljud än den konventionella fiolen. Yellowwood och Sapele kan användas för att göra stränginstrument med ett klangfullt, starkt ljud.