Двойная трость духового музыкального инструмента Советский патент 1983 года по МПК G10D9/02 

Изобретение относится к производству деталей духовых музыкальных инструментов и может быть использовано, например, в качестве трости для фагота и гобря.

Известна двойная трость духового музыкального инструмента, состояща я из скрепленных между -.собой выпуклых пластин с образованием между ними вдели 1 и 2.

Недостатками известной двойной трости духового музыкального инструмента являнгася узость динамического диапазона извлекаемых с ее помощью звуков, нестабильность тембра, его ухудшение по мере перехода от среднего регистра инструмента к нижнему регистру.

Поток вдуваемого в трубу воздуха отрывается от краев поперечного среза пластин, который выполнен на входе известной двойной трости. Это приводит к сужению потока по сравнению с зазором щели и к образованию вихрей. Избыточный относительно сечения потока зазор щели отрицательно влияет на тембр: чем больше исходный зазор между пластинами, тем больше должно быть вытеснено воздуха из трости при смыкании пластин, тем

продолжительнее стадия сяФакания, тем меньше крутизна скачка давления в трубе и беднее высшими гармониками спектр извлекаемого звука. Кроме того, избыточный зазор щели затрудняет атаку звука.

Целью изобретения является повышение качества звучания духового музыкального инструмента путем умень10шения исходного зазора щели без j uepба для модулируеьюго тростью потока воздуха..

. .Постав/генная цель достигается тем, что в двойной трости. духового

15 музыкального инструмента, состоящей из скреплённых между собой выпуклых пластин с образованием между ними щели, на торцовой поверхности кгикдой из пластин выполнено скругление,

20 сопрягающееся с ее внутренней поверх ностью, при этом расстояние от кромки пластины до точки сопряжения составляет не менее половины толщины пластиш в данной точке.

25

Внешняя поверхность каждой из пластин имеет вогнутость, что обеспечивает выполнение скругления у, тростей, имеющий малые толщины пластин, например у тростей из Искус30ственного материала. На фиг. 1 изображена двойная трость фагота, вид сбоку на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг.. 3 - вход ной участок двойной трости, разрез (узел 1 на фиг. 1); на фиг. 4 - вариант выполнения входного участка двойной трости; на фиг. 5 - график изменения давления вдоль канала у известной предлагаемой двойных трос тей; на фиг. б - зависимости перепада давления на известной предлага мой двойных тростях от зазора щели. Двойная трость духового музыкаль ного инструмента состоит из выпуклых пластин 1 и 2, скрепленных между собой с образованием щели 3 между ними. На расположенной вдоль щели ,3 торцовой поверхности 4 каждой пластины 1 и 2 выполнено скругление 5, сопрягакяцееся с внутренней повер ностью 6 пластины. Расстояние Л- от кромки 7 пластины до точки 8, где скругление сопрягается с внутренней поверхностью, составляет не менее половины толщины пластины (Г в данной точке. Внешняя поверхность 9 ка дой из пластин 1 и 2 имеет вогну-. тесть 10. В хвостовой части двойной трости пластины 1 и 2 соединены вту кой 11, в центральной части - обжат деформируемым кольцом 12, служащим для регулировки исходного зазора щели. Боковыми краями 13 пластины соприкасаются между собой по плоскости 14, относительно которой трос . симметрична. Внутренние поверхности пластин 1 и 2 образуют диффузорную часть двойной трости, скругления - конфуз ную часть. Точка сопряжения 8 распо ложена на границе обеих частей. В этом месте расстояние между пластинами достигает минимального (в продольном сечении трости) значения, которое в центре щели равно . В продольном сечении трости угол между касательной к профилю скругле ния и плоскостью симметрии трости монотонно убывает с удалением точки касания от кромки 7 пластины вплоть до обращения в нуль в точке сопряжения 8. В месте вогнутости 10 расстояние между симметрично расположенными точками внешних поверхнос тей пластин .также достигает миниМсшьного вдоль трости значения, кот рое в центре щели 3 равно Нугии- При достаточной толщине пластин 1 и 2, как, например, у натуральной трости фагота, скругление 5 выполнимо без вогнутости 10. В случае, когда прог филь скругления представляет собой окружность радиуса R (фиг. 4), X ft к условие 2 приобретает вид R7/0/2. Толщина пластины О в точке 8, где скругление сопрягается с внутренней поверхностью, равна минимальному расстоянию от этой точки до внешней поверхности пластины. Двойная трость духового музыкального инструмента работает следующим образом. Музыкант обжимает двойную трость губами в средней ее части, оставляя входной конец свободным. При фиксированном положении губ поток воздуха, проходящий через щель 3 трости в трубу, зависит от создаваемого, музыкантом давления воздуха (давление в амбушюре). Рост давления воздуха ускоряет его движение в щели 3, но вместе с тем сближает пластины 1 и 2 и уменьшает щель 3. Поэтому по мере роста давления в амбушюре поток воздуха, проходящий через щель 3, вначале возрастает, достигает максимума и затем убывает до нуля, что обусловлено полным смыканием щели 3. Для .возбуждения колебаний столба воздуха в канале духового музыкального инструмента необходимо, чтобы давление .в амбушюре приблизительно соответствовало максимуму потока воздуха (порог атаки звука) и чтобы сформированные тростью волны давления отражались от противоположно--, го конца канала и возвращались к трости. В этих условиях колебания двойной трости имеют вид коротких импульсов смыкания, в промежутках между которыми щель 3 открыта и поток воздуха через нее близок к максимальному . Например, при -извлечении на фагозе звука си-бемоль контроктавы период колебаний двойной трости сое- тавляет 17,3 мс. Из них поток воздуха близок к максимальному в течение 15,6 мс, т.е. 90% периода колебаний, полностью прерван посредством смыкания щели в течение 1 мс; переходы двойной трости из одного состояния (поток практически максимален) в другое (поток равен нулю) и обратно занимают в сумме 0,7мс. Временем перехода определяются крутизна скачка давления в канале инструмента и, следовательно, тембр звука. Величина скачка давления и вместе с ней сила звука определяются потоком воздуха, проходящим через двойную трость в разомкнутом состоянии. Длина вибрирующей части двойной трости настолько мала, что время установления стационарного потока на этбм участке инструмента не превыает 0,1 мс. При громком и умеренном звучании число Рейнольдса на выходе из двойной трости близко по порядку к 10. В этих условиях поток воздуха через трость характеризуется стационарной квадратичной зависимостью от потери полного давления на двойной трости (автомодельная об область сопротивления). В стационарных условиях и в интервалах межд импульсами смыкания давление в амбушюре складывается из потерь напор на всех участках канала и на выходе из него. Оно равно перепаду давления между такими точками у концов канала, в которых воздух практическ неподвижен. Для создания потока воз духа через двойную трость, характеризуемого объемным расходом и, необ ходимо следующее давление в амбушюре:) (4VD)4 где р - плотность воздуха, приближенно постоянная вдоль трости; S. - переменная во времени площадь щели; SQ - площадь отверстия на выход из трости; ,КЧТ коэффициенты сопротивления - за счет отрыва- потока от сторон щели; J за счет отрыва потока от углов щели; -V - за счет расширения потока диффузорной части канала трости; . за счет изменения формы се чения канала вдоль потока 8 - за счет потери напора посл выхода потока из трости. Все коэффициенты сопротивления, кроме , одинаковы у известной и описываемой двойных тростей; для трости фаготаг ) 0,7;.ЗГ 0,8; практически независимо от тог отделена трость от инструмента или нет. У известной двойной трости фагота 0,5 - потери, создаваемые прямым срезом пластин, составляют лоловину скоростного напора в щели (р/2) (u/Sy) .Затачивание пластин 1 и 2 трости снаружи увеличивает потери и может довести ( до 1. У оп сываемой двойной трости благодаря конфузору, образованному скругл.ением, 0, что значительно снижает сумму потерь давле ния. Эффективность описываемой двойно трости подтверждают экспериментальные данные (фиг. 5 и 6), полученные при исследовании натуральных двоиных тростей фагота. На фиг. 5 расстояние вдоль двойной трости от кромок пластин 1 и 2 на ее входе, а и Ь - минимальный и максимальней диаметры сечения канала, которое ограничено двумя дугами, близкими к дугам окружности, S - площадь сечения, р - давление в центре сечения канала, отсчитываемое от атмосферного. Кривые 15, 16 и 17 показы ают, как размеры сечения (соответственно а, Ь и S) зависят от у . Кривые 18 и 19 - зависимости р от f| для известной и описываемой двойных тростей соответственно. Измерения р произведены с точностью 5% на всем протяжении кривых. Точками (темными у кривой 18 и светлыми у кривой 19) показаны экстремумы функции В приведенных примерах описываемая двойная трость получена из известной двойной трости путем шлифования торцовых поверхностей пластин. Этим- и установкой одного и того же зазора щели 3 (ayyyj l,0 мм) обеспечено тождество геометрии сопоставляемых двойных тростей по всей их длине, кроме входного участка, пренебрежимо милого по сравнению с длиной трости. Результаты опытов остаются теми же и при обратном переходе - от описываемой двойной трости к известной путем стачивания конфузорной части. Длина исследованных-двойных тростей 5,8 см. Толщина пластины сГ 0,3мм в центральной части-щели 3, протяжен-ностью 5 мм, и 0,2 мм на концах щели. Шлифованием было выполнено скругление с радиусом R, равным 2/3 от толщины пластины, К Л 2сГ/3 (фиг. 4); В центральной части щели ,2 мм, ,2. В данных условиях дальнейшее увеличение отношения R/ayy,,jy, не приводит к существенному снижению потерь давления, тогда как его уменьшение значительно увеличивает потери (в 1,3 раза и более приR/a sO ,05 ) Этим обусловлен выбор указанных значений R и Л. Во время испытаний двойная трость находится в барокамере при 25°С. Хвостовая часть трости выходит наружу через отверстие в стенке барокамеры и отделена от эса фагота. Расход воздуха через тродть поддерживают постоянным, см /с. Число Рейнольдса в выходном сечении трости составляет 0,7-10. На каждой из кривых 18 и 19 имеются .три минимума, расположенных в зоне разрежения (): при / rt, 0,1 ,,2 см; ,2 см; ,4 см. Они обусловлены сужениями потока воздуха; при - между сторонами щели 3, при между углами щели 3, при ,- во всех направлениях. Сужение потока при VJ-), обусловлено геометрией двойной трости, а именно деформацией канала трости посредством кольца 12. При v| сужение потока происхода1Т, несмотря на местное расширение канала двойной трости, и вызвано инерцией воздуха, затекающего в щель 3 извне. При 1 у описываемой трости сечение потока, близко к минимальному сечению канала на входе в трость; у известной

же трости из-за резкого входа в канал поток не успевает преодолеть инерции и сужается до сечения, значительно меньшего, чем сечение канала на входе.

Потери давления, связанные с , локализуются вблизи )/( , дотери, связанные с Ч, - вблизи.. Совпадение кривых 18 и 19 при показывает, что местное сопротивление, создаваемое кромками пластин, практически не влияет на местные сопротивления, расположенные ниже по потоку. В частности, изменение профиля краев пластин, сильно меняняцее , не затрагивает суммы Ч+V. Из данных фиг. 5 следует, что при одинаковых потоках воздуха и размерах щели обусловленный потерями перепад давления на описываемой трости в 1,5 раза меньше, чем на известной (15,9 гс/см и 23,6 ГС/см соответственно).

На фиг. 6 поток воздуха через те же образцы двойной трости фиксирован на том же уровне, , максимальном для характеристики поток давление известной двойной трости. Кривые 20 и 21 показывают, как перепад давления на трости рд зависит от зазора щели соответственно у известной и описываемой двойных тростей. При этом зазор переменная величина, не зависящая от давления, что достигнуто путем фик сации щели 3.

В отсутствие избыточного давления на двойную трость зазор щели равен исходному. В условиях работы двойной трости максимум потока достигается при зазоре, меньшем исходного.

a.. ka Ха. J ir

где а:., и а- - регулируемые исход

ie

ные зазоры щели; - зазоры щели в максиа и ар муме потока соответственно у известной и описываемой двойных тростей, Фиг. 6 позволяет определит: }, каким следует установить исходный зазор описываемой трости, чтобы по газодинамическим параметрам она была идентична известной трости, т.е. чтобы один и тот же поток воздуха достигался в обеих тростях при одном и том же давлении в амбушюре. В рассматриваегллх опытах исходный зазор известной двойной трости ,20мм При этом 0,80 мь, 4eMS на кривой 20 соответствует рр 35 гс/см. Тому же давлению рд на кривой 21 соответствует а.0,57 мм, откуда ,86 мм - искомьлй исходный зазор описываемой трости. Он значительно меньше, чем у известной двойной трости, благодаря чему длительность фронта импульса смыкания сокращается в 1,20/0,86 1,4 раза.

Кроме того, обеспечиваемое данной конструкцией двойной трости уменьшение исходного зазора позволяет увеличить толщину пластин, а также снизить пороговое давление, необходимое для атаки звука, ,

При уменьшении зазора щели описываемой двойной трости ее характеристика pin) приближается к характеристике известной двойной трости в области У)Д,2 см, где обе характеристики при одинаковых зазорах расходятся (фиг. 5), в частности, углубляется первый минимум. Если же зазор

описываемой двойной трости оставлен таким же, как у известной двойной трости, то в пропорции возрастают максимальный поток воздуха и звуковое давление, что приводит к

увеличению громкости звука.

Целесообразно выбрать исходный зазор описываемой двойной трости a-.

MW

между указанными значениями а о ,. Тогда расширение спектра звука и увеличение громкости характеризуются соответственно коэффициентами

f ioа. /а. . Ю 1C

Например, при ,0 мм коэффициенты принимают значения ,20 и ,16, т.е. применение данной двойной трости на 20% сокращает длительность скачка давления в канапе инструмента и одновременно на 16% увеличивает высоту этого скачка.

Изобретение позволяет получить более яркое и сильное звучание духового музыксшьного инструмента во SB сем его диапазоне, облегчает атаку звука.

Формула изобретения

1.Двойная трость духового музыкального инструмента, состоящая из скрепленных между собой выпуклых пластин с образованием между ними

щели, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества звучания, на торцовой поверхности каждой пластины выполнено скруглание, сопрягающееся с ее внутренней поверхиостью, при этом расстояние от кромки пластины до точки сопряжения составляет не менее половины толщины пластины в данной точке.

2.Двойная тросхь по п,1, о т личающаяся тем, что внешняя

поверхность каждой из пластин имеет вогнутость.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Назаров Н.В. Школа игры на гобое. М., Государственное музыкальное издательство, 1959, с, 283.

2.Терехин Р.П. Школа игры на фаготе. М., Музыка, 1972, с. 3.