An automated kazoo by Godfried-Willem Raes

<Kazumi>

The name for this robot is derived from Japanese language, where it means harmony, peace or beautiful. It also is a gender neutral name often given to people. For us, the kazu obviously refers to the kazoo and the 'mi'-ending to the simple fact that we have to do with a mirliton.

Just like the invention of hot water is attributed to a Russian scientist, Valery Popov, the invention of the kazoo is claimed by the USA and attributed to a black musician from the southern states named Alabama Vest. It is believed to have happened in 1840. Obviously there not the slightest trace of historic evidence for such a claim. As a matter of fact, kazoo like instruments can be found amongst many tribes of central Afrika long before the USA were even founded. Also we find mirlitons on quite a few wind instruments all over Asia. The Indian bansuri flute is just an example.

For our construction we started of by carefully measuring and analysing a collection of different kazoos. Thus we noticed that the instrument behaves a bit as a compressor: the surface of the inlet relates to the surface of the opening at the other end as 1:3. The membrane can be made of many quite different materials: onion peel, egg shell membrane, cigarette rolling paper, cellophane, mylar... Obviously the sustainability of these materials shows a great variation: cigaret paper for instance lasts about 10 minutes, onion peel about an hour etc. Mylar and thin polyethylene foil last pretty long and of course in designing our automated kazoo, we went for the materials with the best endurance record. Also, ordinary kazoos are made of thin sheet metal, very cheap but it easily rusts despite the thin layer of laquer applied. .The construction itself is also pretty weak. So, in order to make a 'professional' robot, we first had to design a really 'professional' kazoo. We used brass pipe and some brass threaded plumbing parts, silver-soldered. The compression ratio inside the traditional kazoo, 1:3 as said higher, is a proportion we kept in our own design as experimenting with this parameter revealed the functionality here. However, we added a feature using a soft-shift solenoid wherewith we can gradually make the small side orifice smaller and thus the compression ratio higher. Thus some articulation can be applied to the sound as operation of this valve has a dedicated midi controller in our firmware and of course supported by the hardware.

To get a better sound projection, we applied an exponential horn, coupled to the vibrating membrane. This makes the sound less harsh and thus more 'musical' in a way. To mimic the way kazoo's are used by singers, we gave it also some freedom to move: the construction can freely move horizontally, driven by a large stepping motor and a dented belt.

Vanuit organologisch perspektief konden we ons eigenlijk al lang de legitieme vraag stellen of robotjes waarbij resonatoren worden aangestuurd door membranen zoals dat het geval is voor alle automaten behoren tot onze Pi-reeks, niet ook konden worden beschouwd als mirlitons. Immers, de membranen in deze instrumenten worden door een externe trillingsbron in beweging gebracht. Alleen ontbreken bij traditionele kazoos de resonatoren die voor onze instrumenten nogal wezenlijk zijn. Bovendien zijn de membranen in onze Pi-orgeltjes uit relatief stug ferromagnetisch metaal gemaakt. Maar geen van beide punten vormen een echt argument om niet van mirlitons te spreken.

Zoals de uitvinding van het warm water traditioneel wordt toegeschreven aan de Rus Vladimir Popov, zo ook claimen de Amerikanen de uitvinding van de kazoo: een zwarte uit de zuidelijke staten genaamd Alabama Vest zou het instrumentje in 1840 hebben uitgevonden. Daarvoor is evenwel geen enkele bron te vinden behalve dat het verhaal werd opgevist in een humoristische sketch uitgevoerd door een kazoo-kwartet. In Beaufort, South Carolina, blijkt er ook een Kazoo-museum te bestaan, althans volgens Wikipedia. Nochtans kan het werkingsprincipe van het instrument teruggevonden worden in heel wat muziekinstrumenten uit andere dan de Westerse kultuur. Het komt voor in de etnische muziek van geheel centraal Afrika en ook in Azie ontmoetten we o.m. de Indische bansuri fluit (ook wel bansri gespeld) bijvoorbeeld uitgerust met een resonantiemembraan net zoals we dit vinden in de kazoo. In 1900 vinden we ook een patent terug, toegekend aan een zekere Louis Crakow in New York, voor een zogenaamde 'songophone'. Ook hier hebben we te maken met een van de vele mogelijke verschijningsvormen van wat we organologisch een mirliton moeten noemen en enige originaliteit is in de beschrijving van dit patent helemaal niet te ontwaren. Zelf hebben we in de jaren '70, toen we nog erg aktief waren op de koncertpodia op klarinet, een 'preparatie' voor onze klarinet gebouwd door een kazoo-mechanisme te monteren op het tonnetje van het instrument. Dit werkte uitstekend en de geluidssterkte die we zo konden bekomen, tartte alle verbeelding. De tessituur van het instrument werd er wel erg door beperkt maar inzake brutaliteit, kon de klank moeilijk overtroffen worden...

Een beknopte technische analyse van een van de meest voorkomende types kazoo (zie foto) leert dat de opening aan het mond-uiteinde een oppervlakte heeft van 93 mm2, terwijl de oppervlakte van het gat aan de andere zijde slechts 37 mm2 bedraagt. Hierdoor ontstaat er een kompressie van de druk in een verhouding van nagenoeg 1 op 3. Door het membraan aan de bovenzijde ontsnapt geen lucht zodat de kompressie hierdoor nauwelijks wordt beinvloed.

De hoofdzakelijke geluidsbron in de kazoo wordt gevormd door het membraan dat tegen een klein rooster aan trilt. Niet alle exemplaren hebben echter zo'n rooster en het systeem blijkt inderdaad ook te werken met uitsluitend een klein en dun membraan. Het membraan is echter in dat geval snel aan vervanging toe... Wanneer we dus een akoestische versterker voor een kazoo willen bouwen en ontwerpen, moeten we in elk geval vertrekken vanaf dat trillend membraan. Aangezien een kazoo geacht wordt over een ruime tessituur -overeenkomstig die van een menselijke stem- te kunnen klinken, moeten we een hoorntype kiezen dat zo lineair mogelijk versterking oplevert over de gehele bandbreedte van die tessituur. Akoestisch ligt het gebruik van een zuiver exponentiele hoorn dan voor de hand. Nu zouden we zo'n hoorn natuurlijk zelf kunnen bouwen uit ijzer- of messingblik, maar evengoed kunnen we een hoorn uit een oude akoestische grammofoon recycleren. Deze hoorns werden in de eerste helft van de vorige eeuw immers algemeen gebruikt en steeds als exponentiele hoorn gebouwd. We hadden er nog wel enkele in voorraad en bovendien hadden we dergelijke hoorns ook al gebruikt in bepaalde instrumenten van het Pneumafoonprojekt (met name voor Kolpia en voor Tembo).

Voor de aansturing van het kazoo mechanisme deden we beroep op een Padu membraankompressor. Deze heeft een impedantie van 16 Ohm en een vermogen -volgens opgave van de Chinese fabrikant- van 100 Watt. Een min of meer exponentieel verlopend koppelstuk voor de aanpassing van de membraanhouder op de exponentiele hoorn maakten we uit stukjes messing buis. Op het kleine uiteinde van het mechanisme monteerden we een konisch klepje dat door een Ledex soft-shift elektromagneet bediend kan worden. Hiermee is klankkleur modulatie van het akoestisch geluid goed te realiseren. In feite moduleren we hiermee de kompressieverhouding in het instrumentje. Overigens bouwden we een tiental verschillende kazoo's op om op grond van de evaluatie ervan, de meest optimale uitvoering te kunnen kiezen. Een akoestisch model, laat staan een wiskundig uitgewerkte theorie, voor de akoestiek van de kazoo is immers voor zover wij konden nagaan, nergens gepubliceerd.

Het model waarin gebruikt wordt gemaakt van messing 1/2" fittingen is het meest 'professionele', want naar duurzaamheid en mechanische sterkte optimaal. Ook montage en demontage verlopen bij dit ontwerp redelijk eenvoudig. Niet alleen met het kazoo ontwerp zelf maar ook met het materiaal voor het membraan werd grondig geexperimenteerd, vooral dan -ook hier- met het oog op klank en duurzaamheid. Dunne velletjes van een ui, cigarettevloeitjes, cellofaan, eiervelletjes, allerlei plastic folies, zilverpapier, Hasberg voelerlint 0.01 mm, messingfolie... passeerden de revue. De vier eerstgenoemde leveren weliswaar een goed geluid op, maar gaan van hooguit tien minuten tot zowat een uur mee...

De excitatie van het kazoo mechanisme -die normaal gezien met de menselijke stem gebeurt- werd bepaald na een heel brede reeks experimenten met diverse algoritmisch gegenereerde golfvormen met meerdere parameters, samples en niet -periodieke signalen. Uiteindelijk bleek een zuivere sinus hier nog het meest realistische effect op te leveren.

Voor de tessituur van deze muzikale robot beperkten we ons tot wat ook binnen het vokale bereik kan vallen. De firmware voor de klankopwekking is gespreid over twee microprocessors en omvat uitgebreide mogelijkheden voor klankkleur modulatie evenals voor de besturing van de omhullende.

Apologie van de kazoo:
Toen we op sociale media ons plan onthulden om een robot kazoo te ontwerpen en te gaan bouwen, kregen we al snel heel wat negatieve reacties. Voor velen is de kazoo klaarblijkelijk zowat het onmuzikaalste ding dat ooit werd uitgevonden of bedacht. Eerder een -onuitstaanbare- grap dan een instrument dus. Een kleine apologie is dan ook aangewezen.
De introduktie van de kazoo in de muziekpraktijk is immers een revolutionaire stap gebleken in het bevrijden van de muziek uit de kluisters van het woord. Vokale muziek was -afgezien van het toch wat marginale genre van de zuivere vocalise- helemaal gebonden aan het woord met alle semantische vervuiling en narigheid vandien. De intrede van het woord in de muziek heeft er de leugen binnengebracht. Erger nog, die vergiftiging van de vokale muziek met woord heeft zelfs een verfoeilijk genre als de opera mogelijk gemaakt en zo de deur opengezet voor enorme geldverspilling en torenhoge korruptie in het muziekbedrijf. Een korruptie die met noodzaak gepaard ging met de institutionalisering van operahuizen als bedrijven met honderden werknemers, werkslaven en vakbondsvertegenwoordigers. Het orkest werd daarbij zelfs naar een bak onder het podium verbannen. Er waren zelfs ooit musicologen van laag allooi die het presteerden ettelijke bladzijden (zoniet hoofdstukken en zelfs boeken) van 'wetenschappelijke' publikaties vuil te maken aan uitvoerige beschrijvingen van opera libretto's, alsof die ook maar iets met muziek zouden hebben uit te staan... Pure waardeloze broodschrijverij natuurlijk en zonde van de omgehakte bomen. Maar goed, dankzij de kazoo is de verlossing uit de hel van de vokale onmuziek mogelijk geworden en misschien ook eindelijk in aantocht. Zelfs met religieuze muziek kan dankzij de kazoo helemaal komaf worden gemaakt, waarmee eindelijk nu ook in de vokale muziek de verlichting kan doordringen. Stel u voor, een volledige Mattheuspassie voortaan met alle koren en solisten op kazoo! Heerlijk toch. Ik kijk nu al uit naar de volgende krematie van een intendant met een Erbarme Dich op een kazoo...

The following information is not intended for the general public nor for composers wanting to make use of the <Kazumi> robot, but may be essential for maintenance and servicing of the robot by our users, clients and collaborators. It also might be usefull for people that want to undertake similar projects and/or improve on our designs.

Relay: SPSDT-NO, 277VAC, 30VDC, 23A - Farnell part nr. 2213773 - Manufacturer part nr.: G4A1AE DC5 - Coil voltage 5V DC

Processor/board
hub - 18F2620	A0	Omron sensor L
	A1	Omron sensor R
	A2	nc
	A3	on/off relay
	A4	mosfet -12V
	C0	mosfet - 12V
	C1	softshift PWM 24 V
	C2	PWM 24V
	C3	mosfet 12V
	C4	mosfet 12V
	C5	mosfet 12V
	B5	watchdog LED
	B4	green LED power on
	B3	nc
	B2	stepping motor ctrl. DIR
	B1	stepping motor ctrl. enable
	B0	stepping motor ctrl. step pulse