Keele võnkumine on ühtpidi justkui lihtne asi, aga teistpidi võib sellega hulluks ajada üsna paljud füüsikatudengid. Kõik need keele võrrandid, mis kirjeldavad toonide ja harmoonikute omavahelist suhet. Ja kõike seda eeldusel, et protsessid on lineaarsed. Mida need tegeliku keele puhul ometi ei ole.
Kuid siiski saadakse keele toimimisest üldjoontes aru, mida ei saa öelda aga kõlakoja kohta. See tähendab keelpilli kõlakasti kohta. Ei viiuli ega klaveri ega teiste nende sugulaste puhul.
Ometi on viiuleid ehitatud vähemasti 450 aastat, kui Andrea Amatist pihta hakata. Noh, ja kui inimene ka ei mõista seda, kuidas on võimalik mängida säherdust pilli, kus puuduvad märgid, kuhu näpud mõne noodi tõmbamiseks panna, siis Stradivari nime on ta kuulnud ikka. Kui mitte muidu, siis seoses mõne oksjoniga, kus mõni tolle salapärase meistri pill hirmkallilt maha müüdud.
Traditsiooni jõud
Üheks Stradivari viiuli saladuseks on peetud kasutatud puidu keemilist töötlemist. Kas see ikka nii oli, on viimastel aastatel uurinud USA Texase ülikooli teadlane Joseph Nadyavari ja ta kolleegid. Nad mõõtsid tuumamagnet-resonantsi meetodiga ja infrapunaspektroskoopiaga Stradivari ja teise kuulsa viiulimeistri Guarneri del Gesu valmistatud viiulite küljest võetud puutükikesi ning võrdlesid nende omadusi värske ja töötlemata Bosnia vahtraga. Tulemused näitavad, et suurte meistrite kasutatud puu oli kindlasti keemiliselt töödeldud.
Kuulsatest mänguriistadest kasutati mõõtmisteks vahtratükikesi, mis olid üle jäänud nende restaureerimise käigus. Uurimise all olid Stradivari 1717. aasta viiul, Guarneri del Gesu 1741. aasta viiul, Grand-Bernandeli 1840. aastatel Pariisis valmistatud vioola ja Hanry Jay 1769. aastal Londonis valmistatud vioola. Võrdluseks kasutati ka Bosnia ja Kesk-Euroopa uusi kõlapuid.
Kõige rohkem erinesid teistest itaalia klassikute viiulid. Teadlased jõudsid järeldusele, et puidu töötlemisel olid kasutatud oksüdeerimist ja hüdrolüüsi ehk siis vee eemaldamist. Kuid seda oli tehtud puidu säilitamise huvides, nii nagu traditsiooniliselt oli ikka tehtud. Võib-olla muutis see ka puidu mehaanilisi ja akustilisi omadusi. Ehk on oma osa ka lakil, millega kõlakast kaeti. Kuid kuidas ka asja ei uurita, vägisi tullakse mõttele, et Stradivari sattus puidu soodsa töötlemise meetoditele juhuslikult, mitte tahtsi. Õieti kasutas ta täpselt samu nippe, mida tema elukohas oli puidu säilitamiseks kasutatud ammusest ajast. Ta vaid sattus olema õigel ajal õiges kohas.
Teadlased kasutavad viiulite saladuse avastamiseks ka muid kõrgtehnoloogilisi meetodeid peale keemia. Püütakse uurida, millise panuse annavad helisse pilli osad. Näiteks jagatakse viiuli pind mõõtmispunktideks – vaadatakse, kuidas viiuli pind võngub. Väike arvutiga juhitav haamrike koputab viiuli roobile, viiul on aga ümbritsetud 13 mikrofoniga. Võnkeid registreeritakse igas punktis kolme laserikiirega.
Seejärel ehitatakse arvutimudel. Selgus, et tähtsaimad on võnkumised üles-alla, mitte kõrvale. Lained levivad piki kõlakasti puud, too hakkab vibreerima, sõrmistikki mängib siin kaasa. Iga noot või sagedus tekitab unikaalse helivälja.
Saksa viiulivalmistaja Martin Schleske kasutas oma pillide ehitamiseks võrdluspillina “Schreiberi” stradivaariust aastast 1712, see mängib praegu Freiburgi sümfooniaorkestris.
Kuid julgetakse proovida ka uusi materjale. Schleske kasutab viiuleid ehitades grafiitfiibreid, mis loovad võimaluse tugevamateks helideks. Laevaehitaja Douglas Martin aga ehitab viiuleid, materjalideks sünteetiline vaht, süsinikfiiber ja balsapuu.
Keelpill nanopianistidele
Kui teil oleks mõnenanomeetrise läbimõõduga näpud, saaksite mängida maailma pisimat klaverit. Nimelt on Delfti tehnoloogiaülikooli teadlased edukalt valmistanud ja häälestanud maailma pisima klaverikeele. Keeled tehti süsinikust valmistatud nanotorudest, mille läbimõõt on umbes kaks nanomeetrit. Keelte pikkus on üks mikromeeter, see tähendab umbes tuhat korda läbimõõdust suurem. Tavalise ühemillimeetrise kitarrikeele puhul tähendaks see meetripikkust keelt. Nii et proportsioonid on paigas. Nanotorud ühendati elektroodidega ja asetati ränioksiidist kihile. Seejärel graveeriti ränioksiidkiht osaliselt happega, nii et keelekesed jäid rippuma.
Ränioksiidi alla asub ränikiht, millele rakendatakse tugev ja sageduselt vahelduv vool, mis jääb nanotorud võnkuma. Suurimaks võnkeamplituudiks mõõdeti 8 nanomeetrit.
Kui voolu sagedus läheneb keele omasagedusele, hakkab see ägedamalt võnkuma. Sellised sagedused on kümnete megahertside piirkonnas, mis tähendab, et inimkõrv neid ei kuule – kõrv on liiga suur. Kui muuta rakendatud voolu tugevust ja sagedust, saab keeli häälestada nagu häälestatakse kitarrikeeli neid pingutades.
Delfti teadlased on ka arendanud mudeli, mis ennustab, kuidas nanotorud võnkuma hakkavad. Selliste keelte peal küll muusikat mängida ei saa, ent nende abil saaks ehitada näiteks üliväikese massi mõõtja. Et nanotorud on väga kerged, saab näiteks neile riputatud viirus neile parajaks koormuseks ja selle mass seega mõõdetavaks. Torukesi võiks ka kasutada GSM-süsteemide vibraatorites, mis oleksid siis nanokeeltele omamoodi kõlakojaks.
