СМЫЧКОВЫЙ И ЩИПКОВЫЙ СТРУННЫЙ МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ЯБЛОНСКОГО Российский патент 2002 года по МПК G10D1/02 G10D1/08 

Использование: изобретение может быть использовано при изготовлении струнных смычковых или щипковых музыкальных инструментов, а также при переделке инструментов в мастерских по ремонту.

Сущность изобретения заключается в том, что голосники в виде зиг или круглого отверстия резонатора струнного музыкального инструмента заменены отверстием, превышающим размеры мостика и выполнены в зоне мостика а мостик проходит через этот голосник и крепится к нижней деке и имеет упор-качалку, который крепится к пружине или поперечине между обечайками у нижней деки, верхняя и нижняя деки с пружинами выполнены симметричными с условием поэлементного соответствия выражению

а в зоне мостика это условие обеспечивается установкой на отверстие голосника окантовки-рупора.

2. В качестве прототипа предлагаемого инструмента может быть виолончель, контрабас, скрипка, гитара и народные музыкальные инструменты, имеющие корпус-резонатор с верхней и нижней деками.

Рассмотрим два прототипа: классический струнный музыкальный инструмент /патент США 4867029, 19 сентября 1989 г./ и гитару /П. Агафошин. Школа игры на шестиструнной гитаре. - М.: Музыка, 1983 г., с.6, 7./
Первый прототип содержит корпус-резонатор, содержащий обечайку, крепящую верхнюю и нижнюю деки, в верхней деке которого имеется голосник в виде двух щелей - зиг.

С одной стороны корпуса имеется шейка с грифом и головкой с колками для натяжения струн, с другой - приспособление для закрепления струн, протянутых от колков над грифом и верхней декой.

Поперечно струнам под ними на деке установлен мостик упора струн, а под его правой опорой между верхней и нижней деками установлена звуковая стойка.

Второй прототип - гитара от первого - скрипки отличается только тем, что не содержит звуковой стойки а мостик, на который опираются струны, жестко связан с верхней декой и является элементом крепления основания струн. Возбуждение колебаний в резонаторе от струн происходит через мостик. Качественными показателями струнного инструмента являются его чувствительность, длительность звучания ноты и равномерность амплитуды звучания в пределах всего звукового ряда конкретного типа инструмента. Экспериментальный эволюционный путь улучшения этих показателей еще не достиг оптимальных значений. Так чувствительность инструмента, определяемая величиной потока звуковой энергии от воздействия на струну инструмента импульса силы, в основном зависит от величины преобразования продольных колебаний струн в поперечные колебания верхней деки, возбуждающей резонатор.

Это преобразование производится у скрипки посредством мостика, подпирающего струны. Коэффициент передачи этого преобразователя в небольших пределах зависит от угла перелома струн через мостик и составляет доли 1. Еще хуже этот коэффициент передачи у гитары, у которой мостик жестко связан с верхней декой и преобразователем являются элементы всего корпуса резонатора.

Аналогично с вопросом длительности и равномерности амплитуды звучания в пределах всего звукоряда инструмента.

Все это зависит от количества наличия резонансных областей, в которых верхняя и нижняя деки образуют резонанс на какой-то частоте.

Существующие резонаторы еще далеки от идеального резонатора, который бы резонировал на всех частотах звукоряда инструмента.

При резонировании верхняя и нижняя деки совершают колебательные движения одновременно навстречу друг другу и одновременно в разные стороны аналогично колебаниям ножек камертона при его звучании.

Условием звучания камертона на одной частоте, т.е. наличия у него резонанса, является геометрическое равенство размеров его ножек.

Определим условия наличия резонанса корпуса резонатора струнного музыкального инструмента, который должен иметь обечайку, две деки с отверстием голосника и мостиком на верхней деке.

Решением уравнения

где в системе СИ m - масса деки резонатора,
U - величина амплитуды колебаний деки,
R - акустическое сопротивление окружающей среды,
F - сила воздействия от мостика на деку,
ω - циклическая частота,
T - период внешнего воздействия от мостика на деку,
G - величина жесткости деки,
R_М - механическое сопротивление колебаниям деки
является

где

Откуда условием резонанса на частоте является

а амплитуда колебаний при резонансе будет

Таким образом, условием резонанса двух дек резонатора будет равенство

Существующая конструкция корпусов резонаторов струнных музыкальных инструментов не удовлетворяет условию равенства (3).

Если соответствующая масса и жесткость в местах отверстия голосника и мостика верхней деки, выполненной из ели, скомпенсированы по равенству (3) применением нижней деки из клена, который имеет большую жесткость, то в остальных местах верхняя дека относительно нижней деки, имея меньшую жесткость, условий для резонанса в соответствии с равенством (3) не имеет.

И последнее: в прототипе патент США 4867029 между верхней и нижней деками установлена звуковая стойка, по патенту Российской Федерации 9511045 3/12 от 23.06.95 г. мостик, как и звуковая стойка, связывает механически верхнюю и нижнюю деки.

Поскольку при резонансе деки колеблются навстречу друг другу, эти элементы (звуковая стояка и мостик такой конструкции) следует рассматривать как механическое сопротивление колебаниям дек. Тогда выражение (2) примет вид

т.е. амплитуда звуковых колебаний резонансной частоты уменьшится.

Известен смычковый струнный музыкальный инструмент, содержащий корпус-резонатор, включающий обечайку, две деки и щели-зиги, и мостик, гриф с колками и струнами, натянутыми между колками и приспособлением для крепления струн, расположенных сзади резонатора.

Известен и щипковый струнный музыкальный инструмент, содержащий корпус-резонатор, включающий обечайку, две деки и голосниковое отверстие, и мостик, гриф с колками и струнами, натянутыми между колками и мостиком с закрепленными на нем струнами (RU 2087947, 20.06.1997).

Недостатком известных музыкальных инструментов является недостаточный резонанс верхней и нижней дек на всех частотах звукоряда инструментов.

Техническим результатом изобретения является создание резонанса верхней и нижней дек на всех частотах звукоряда инструментов.

Достигается это тем, что щели-зиги выполнены с образованием отверстия, при этом отверстие расположено в месте размещения мостика, величина размера отверстия превышает величину размера мостика, а последний выполнен удлиненным и проходит через отверстие.

А для другого инструмента достигается это тем, что голосниковое отверстие выполнено в месте размещения мостика, при этом величина размера голосникового отверстия превышает величину размера мостика, а последний выполнен удлиненным и проходит через отверстие.

Причем отверстие выполняет задачу голосника, а мостик крепится к нижней деке или к ее пружине.

При этом к мостику прикреплен одной стороной упор-качалка, нижний противоположный конец которого прикреплен к поперечной пружине нижней деки или к поперечине между боками обечайки около нижней деки.

Целесообразно, чтобы верхняя и нижняя деки корпуса были выполнены симметричными и с условием поэлеметного соответствия равенству

Также целесообразно, чтобы отверстие голосника содержало окантовку-рупор.

Итак, целью изобретения является создание струнного (смычкового или щипкового) музыкального инструмента, который имеет мостик с высоким коэффициентом передачи преобразования продольных колебаний струн в поперечные колебания деки и который имеет резонатор, обеспечивающий по любому участку всей длины деки выполнение условия равенства (3), обеспечивающего резонанс верхней и нижней дек на всех частотах звукоряда инструмента.

Эта задача решена созданием струнного музыкального инструмента, фиг.1-4, содержащего корпус резонатора с шейкой, грифом и головкой с колками для натяжения струн. Струны от колков протянуты над грифом и другим концом закреплены на мостике 2, (сверху, как на фиг.1 или сбоку, как на фиг.3) или закреплены в приспособлении 9 фиг.2.

Мостик 2 проходит через смещенное по верхней деке отверстие голосника 1 и крепится внутри резонатора к нижней деке 7 или ее пружине. Мостик 2 соединен с упором-качалкой 4, который упирается своим соединением в поперечную пружину нижней деки или в отдельную поперечину 5 между боками обечайки 8.

Упор-качалка 4 направлен в сторону грифа при выгнутых наружу деках и в противоположную при вогнутых.

Дека верхняя и нижняя выполнены одной толщины из дерева одной породы с одинаковыми симметричными пружинами или разной толщины и материала, но при условии соблюдения равенства (3).

Увеличение массы и жесткости нижней деки 7 в месте крепления мостика 2 к деке компенсируется в соответствии с равенством (3) соответствующей массой и жесткостью отверстия голосника за счет окантовки его окантовкой-рупором 3, который обеспечивает подстройку резонанса области мостика и согласует направление звуковой волны от резонатора. Конструкция мостика с присоединенным к нему упором-качалкой обеспечивает передачу продольных колебаний струн под углом 90^o непосредственно на нижнюю деку с коэффициентом передачи почти равным 1, создавая возбуждение колебаний в корпусе резонатора.

Учитывая, что экспериментальная проверка по переделке существующих музыкальных инструментов с учетом настоящего изобретения показала, что инструменты приобретают кроме увеличения громкости и длительности звучания струны богатую звуковую палитру всего звукоряда инструмента и учитывая, что музыкальные струнные инструменты различаются по фамилиям их создателей, например по скрипке Страдивари - Италия, Батист Вильям - Франция, Андрей Батов - Россия, по гитаре - Краснощеков и т.д., струнные музыкальные инструменты, содержащие отличительные признаки формулы настоящего изобретения, считаю необходимым отличать фамилией Яблонского.

Историю эволюции смычковых и щипковых струнных музыкальных инструментов, использующих для извлечения и усиления звуков струны и резонатор, можно отнести к первому веку нашей эры. Так, например, еще в 1200 г. при постройке Софийского собора в Новгороде для улучшения акустики в стены под куполом были встроены резонансные горшки разных размеров с отверстиями из горшков и стен - голосниками. Сохранились сведения о струнных музыкальных инструментах, которые для усиления и улучшения звучания имели два отдельных резонатора, аналогичные резонаторам Софийского собора. За много лет эволюции струнных инструментов в поисках наилучшего и громкого звучания изменялись форма и материал изготовления резонатора, мостика, грифа, струн и т.д. Большой вклад в эту эволюцию внесли в Италии - Страдивари, во Франции - Батист Вильям, в России - Андрей Батов по скрипке и Красношеков - по гитаре. В современных формах лучшие по звучанию струнные инструменты имеют гриф черного дерева, который соединяет головку для натяжения струн с резонатором, над которым проходят струны от головки. Резонатор состоит из двух дек - верхней из ели и нижней из ясеня, соединенных между собой фигурной обечайкой. На верхней деке имеется голосник в виде круглого отверстия, как у гитары, или в виде двух прорезей (зиг), как у скрипки. Струны над верхней декой подпирает мостик, который у некоторых инструментов, как, например, гитара, одновременно является и элементом крепления струн. При колебании струн смычком или щипком продольные колебания струн посредством мостика преобразуются в поперечные колебания верхней деки, которая с нижней декой образует ряд резонансных контуров, наибольшее количество которых и определяет богатство звуковой палитры струнного инструмента. В идеале резонатор должен иметь резонансы на всех частотах звукоряда типа инструмента. Так у гитары должны обеспечиваться резонансы на частотах от "РЕ" контроктавы до "РЕ" второй октавы. Звукоряд скрипки уже, но смещен в сторону более высоких частот, и т.д. Таким образом громкость инструмента в основном зависит от величины преобразования мостиком продольных колебаний струн в поперечные колебания деки. Этот коэффициент не превышает долей единицы, а звуковая палитра инструмента определяется количеством резонансных контуров резонатора, соответствующих звукоряду. Величина частоты при резонансе ω_p определяется по формуле где m - масса деки, G - жесткость деки, измеряемая в системе СИ - Н/м (Справочник по международной системе единиц Бурдин). Поэтому условием резонанса верхней и нижней дек будет равенство

Однако резонаторы современных струнных музыкальных инструментов соответствуют этому условию только в зонах голосника и мостика, где соответствующая масса и увеличенная за счет отверстия и мостика жесткость верхней деки соответствует массе и повышенной жесткости нижней деки, выполненной из более плотного ясеня относительно плотности ели верхней деки. Остальная часть верхней и нижней дек условию резонанса не соответствует, т.е. образует звуковые провалы в звукоряде инструмента. Автором создан смычковый и щипковый струнный музыкальный инструмент (которым может быть скрипка, виолончель, контрабас, гитара и др.), который имеет коэффициент преобразования продольных колебаний струн в поперечные колебания деки почти равный 1, а верхняя и нижняя деки по всей площади поэлементно согласованы из условия обеспечения резонансов частот звукоряда. Высокий коэффициент преобразования обеспечивается удлиненным по высоте мостиком, соединенным с упором-качалкой, которые передают продольные колебания струн нижней деке, так как мостик закреплен своим нижним концом к нижней деке или к ее пружине, а удлиненной частью - к упору-качалке, упирающемуся в поперечную пружину или в поперечину между обечайками около нижней деки. Условие обеспечения резонансов дек выполняется переносом отверстия голосника в зону мостика, выполнением верхней и нижней дек с условием поэлементного соответствия равенству

и обеспечением этого условия в зоне голосника, через который проходит мостик, установкой на отверстие голосника окантовки-рупора. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Смычковый струнный музыкальный инструмент, содержащий корпус-резонатор, включающий обечайку, две деки и щели-зиги, и мостик, гриф с колками и струнами, натянутыми между колками и приспособлением для крепления струн, расположенным сзади резонатора, отличающийся тем, что шели-зиги выполнены с образованием отверстия, при этом отверстие расположено в месте размещения мостика, величина размера отверстия превышает величину размера мостика, а последний выполнен удлиненным и проходит через отверстие. 2. Щипковый струнный музыкальный инструмент, содержащий корпус-резонатор, включающий обечайку, две деки и голосниковое отверстие, и мостик, гриф с колками и струнами, натянутыми между колками и мостиком с закрепленными на нем струнами, отличающийся тем, что голосниковое отверстие выполнено в месте размещения мостика, при этом величина размера голосникового отверстия превышает величину размера мостика, а последний выполнен удлиненным и проходит через отверстие. 3. Инструмент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отверстие выполняет задачу голосника, а мостик крепится к нижней деке или к ее пружине. 4. Инструмент по пп. 1-3, отличающийся тем, что к мостику прикреплен одной стороной упор-качалка, нижний противоположный конец которого прикреплен к поперечной пружине нижней деки или к поперечине между боками обечайки около нижней деки. 5. Инструмент по пп. 1-4, отличающийся тем, что верхняя и нижняя деки корпуса выполнены симметричными и с условием поэлементного соответствия равенству

6. Инструмент по пп. 1-5, отличающийся тем, что отверстие голосника содержит окантовку-рупор.