Классический струнный музыкальный инструмент - RU2087947C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к конструкции струнных музыкальных инструментов и может быть использовано в классических струнных смычковых или щипковых музыкальных инструментах семейства скрипичных или гитарных, а также в народных инструментах типа балалайки.

В классических струнных музыкальных инструментах семейства скрипичных, например широко известная скрипка Страдивари (Большая советская энциклопедия. М. Советская энциклопедия, 1976, т. 23, с. 1575), используется набор струн, которые натягиваются с помощью колков в головке инструмента по направлению к приспособлению для закрепления струн поверх мостика, расположенного на верхней деке. Мостик имеет правую и левую опоры. В резонирующей полости несколько сзади правой опоры между верхней и нижней деками расположена звуковая стойка, предназначенная для выполнения функции фазового регулятора между этими деками.

Однако при указанном конструктивном расположении звуковой стойки энергия звука от верхней деки вынуждена проходить к нижней деке извилистым путем, в результате чего эта энергия теряется, снижается мощность и яркость звучания инструмента.

В течение многих лет эволюции струнных смычковых инструментов увеличение мощности и яркости их звучания было достигнуто за счет усиления натяжения струн путем увеличения высоты мостика, а также путем замены жильных струн на металлические.

В старых инструментах типа скрипки Страдивари толщины верхней (еловой) и нижней (кленовой) дек, обусловленные акустическими свойствами древесины, являются оптимальными, однако при возросших начальных статистических нагрузках корпус при данных толщинах дек становится механически перенапряженным, что отрицательно сказывается на тембральных свойствах и чувствительности инструмента.

Таким образом оказалось, что увеличение мощности инструмента без усовершенствования его конструкции как механической системы приводит к потере качественных характеристик звучания инструмента, то есть к ухудшению обертонной наполненности (тембра), усилению неравномерности звучания отдельных струн.

Конструкция широко известных классических струнных музыкальных инструментов семейства гитарных аналогична описанной выше конструкции семейства скрипичных. При этом мостик, поддерживающий струны, размещен на верхней деке всей своей нижней плоскостью, то есть правая и левая опоры мостика выполнены за одно целое. Во время возбуждения струн колебательные усилия от них через мостик передаются непосредственно только на верхнюю деку, в то время как нижняя дека остается пассивным элементом, на который колебательные усилия передаются через обечайки, то есть значительно ослабленными.

В классической конструкции гитары (П.Агафошин. Школа игры на шестиструнной гитаре. М. Музыка, 1983, с. 6, 7) мостик, на который опираются струны, жестко скреплен с верхней декой всей своей нижней плоскостью. При этом он передает на эту деку главным образом продольные колебания от звучащих струн, которые лишь опосредованно (через весь корпус) преобразуются в поперечные колебания дек, необходимые для резонансного усиления звука. В отличие от смычковых инструментов корпус гитары не является механически перенапряженным, однако из-за отсутствия прямого преобразования колебаний струн в поперечные колебания дек исходные предпосылки работы корпуса гитары как резонатора еще менее благоприятны, чем у смычкового инструмента. Указанные факторы не дают возможности оптимально использовать резонирующие свойства древесины и самого корпуса гитары, вследствие чего не достигаются максимальная мощность звучания, яркость и чувствительность инструмента.

Известен классический струнный музыкальный инструмент (патент США N 4867029, 19 сентября 1989, выбранный нами за прототип), содержащий корпус, включающий обечайку, верхнюю и нижнюю деки, образующие резонирующую полость. С одной стороны корпуса имеется шейка, снабженная головкой с колками для натяжения струн, и гриф, над которым натянуты эти струны, а с другой стороны
приспособление для закрепления струн, протянутых между колками и приспособлением для закрепления струн над верхней декой, на которой размещен поддерживающий струны мостик, расположенный поперечно расположению струн, вжимающих его в направлении, перпендикулярном поверхности верхней деки. Мостик имеет правую и левую опоры (если смотреть со стороны головки). Непосредственно под правой опорой в резонирующей полости размещена звуковая стойка, которая своими торцами плотно прилегает к внутренним поверхностям верхней и нижней дек. Продольная ось грифа выполнена под острым углом к продольной оси корпуса. Приспособление для закрепления струн включает подгрифок, стержень для закрепления петли, которая имеет две параллельные нити, и приспособление для изменения угла перелома струн, образованного над мостиком, содержащее множество массивных элементов, предназначенных для того, чтобы мостик делил пополам угол перелома струн.

Считается, что наличие звуковой стойки и использование симметричных углов позволяет улучшить звучание, яркость и чувствительность инструмента во всем диапазоне его звучания.

Однако данное конструктивное выполнение способно лишь незначительно усилить мощность звучания инструмента поскольку наличие массивного узла, за счет которого достигается выравнивание углов между струнами над мостиком, является одновременно сурдиной (глушителем звука), поглощающей значительную часть звуковой энергии.

Кроме того, остается практически нереализованной присутствующая в колебаниях мостика наряду с вертикальными возвратно-поступательными движениями вращательная (крутильная) компонента, которая превращается во внутренние паразитные напряжения в верхней деке и в мостике и также приводит к потере звуковой энергии.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создать классический струнный музыкальный инструмент с таким конструктивным выполнением его элементов, которое позволило бы увеличить мощность звучания, яркость и чувствительность инструмента.

Эта задача решена созданием классического струнного музыкального инструмента, содержащего корпус, включающий обечайку, верхнюю и нижнюю деки, образующие резонирующую полость, и имеющий с одной стороны шейку, снабженную головкой с колками для натяжения струн, и гриф, над которым натянуты эти струны, а с противоположной стороны для закрепления струн, включающее подгрифок, к одному концу которого жестко прикреплена эластичная петля, опирающаяся на приспособление для изменения угла перелома струн, размещенное на верхней деке, и одевается на стержень, закрепленный на обечайке под приспособлением для изменения угла перелома струн, а к другому концу подгрифка жестко прикреплены струны, протянутые над верхней декой, на которой размещен поддерживающий струны мостик, имеющий две опоры и расположенный поперечно расположению струн, вжимающих его в направлении, перпендикулярном поверхности верхней деки, на наружную поверхность которой своим торцом опирается одна опора мостика, при этом, согласно изобретению в месте размещения второй опоры мостика в верхней деке выполнено отверстие, эта опора выполнена удлиненной, пропущена через отверстие в верхней деке, размещена в резонирующей полости и своим торцом опирается на внутреннюю поверхность нижней деки, при этом угол перелома струн, образованный над мостиком, составляет 165-177^o.

Предлагаемое конструктивное выполнение обеспечивает автономное соединение каждой деки через мостик со струнами. При этом достигается симметричное возбуждение обеих дек корпуса, когда каждая дека возбуждается только в одной точке, в месте контакта каждой опоры мостика с соответствующей декой. При этом исключается эффект сурдины, и резонансные и тембральные свойства материала инструмента используются наиболее полно. Кроме того, предлагаемое конструктивное выполнение инструмента позволяет создать необходимые начальные поперечные усилия на обе деки от натяжения струн. Этот же механизм эффективно работает и в динамическом режиме при колеблющихся струнах, преобразуя возвратнопоступательные и вращательные колебания мостика в поперечные колебания обеих дек одновременно. При этом вследствие увеличения угла перелома струн над мостиком уменьшаются начальные статические нагрузки на корпус, причем динамическое воздействие на корпус от колеблющихся струн не ослабевает, а усиливается, так как оно передается непосредственно от мостика не только на верхнюю, но и на нижнюю деку, которая становится активным резонирующим рабочим элементом. Кроме того, возбуждение каждой из дек только в одной точке позволяет преобразовать вращательную компоненту колебания мостика в дополнительные поперечные колебания дек, улучшая резонансные свойства корпуса и, следовательно, увеличивая мощность звучания инструмента.

Целесообразно, чтобы удлиненная опора была выполнена полой. Уменьшение ее массы снижает поглощение кинетической энергии вследствие инерции и, тем самым, улучшает резонансные свойства и чувствительность инструмента.

Для усиления мощности звучания инструмента в верхнем диапазоне желательно, чтобы удлиненная опора была выполнена с левой относительно головки стороны.

Для усиления мощности звучания инструмента в нижнем диапазоне благоприятно, чтобы удлиненная опора была выполнена с правой относительно головки стороны. При этом тембр верхнего диапазона смягчается.

Целесообразно, чтобы удлиненная опора была выполнена составной по длине и составные ее части были шарнирно соединены между собой приблизительно на уровне расположения верхней деки. Наличие шарнирного соединения устраняет паразитные внутренние упругие напряжения в удлиненной опоре, возникающие в результате вращательных колебаний мостика, что увеличивает мощность звучания инструмента.

Целесообразно, чтобы угол γ между продольной осью грифа и продольной осью корпуса составлял 180 - (α + β)^o, где:
α угол перелома струн через мостик,
b угол между продольной осью графа и продольной осью струн, расположенных над грифом, равный 1-3^o.

Такое конструктивное выполнение обеспечивает создание заданного угла перелома струн без значительного увеличения массы элементов приспособления для изменения этого угла.

Желательно, чтобы приспособление для изменения угла перелома струн представляло собой порожек, установленный на верхней деке в месте ее стыка с обечайкой на противоположном головке конце и имеющей высоту, обеспечивающую создание угла перелома струн 165-177^o.

Такое конструктивное выполнение позволяет значительно снизить массу указанного приспособления, что значительно уменьшает эффект сурдины, а следовательно, увеличивает мощность звучания инструмента. Кроме того, это позволяет регулировать исходные напряжения в процессе изготовления инструмента.

Благоприятно, чтобы на участке между местом крепления петли к подгрифку и местом контакта петли с порожком, две нити петли были скреплены между собой. Это позволяет максимально использовать вращательную компоненту колебаний мостика, наиболее полно преобразуя ее в поперечные звуковые колебания дек, что увеличивает мощность, яркость и чувствительность инструмента.

На фиг. 1 изображен общий вид скрипки, продольный разрез;
на фиг. 2 поперечное сечение А-А на фиг. 1, с вырывами;
на фиг. 3 место Б на фиг. 1, вид сверху;
на фиг. 4 общий вид гитары, изометрия;
на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 3.

Классический струнный музыкальный инструмент, например скрипка (фиг. 1, 2, 3), выполненная согласно изобретению, содержит корпус 1, включающий обечайку 2, верхнюю деку 3, нижнюю деку 4, образующие резонирующую полость 5. С одной стороны корпуса 1 расположена шейка 6, снабженная головкой 7 с колками 8 для натяжения струн 9, и гриф 10, над которым натянуты эти струны 9. С противоположной стороны корпуса 1 расположено приспособление для закрепления струн 9, протянутых между колками 8 и приспособлением 11 для закрепления струн 9 над верхней декой 3, на которой размещен поддерживающий струны 9 мостик 12, расположенный поперечно расположению струн 9, вжимающих его в направлении, перпендикулярном поверхности верхней деки 3.

Мостик 12 имеет две опоры 13, 14. Одна, например, правая, опора 13 мостика 12 (если смотреть со стороны головки 7) своим торцом опирается на наружную поверхность верхней деки 3. В месте размещения второй (левой) опоры 14 мостика 12 в верхней деке 3 выполнено отверстие 15, при этом левая опора 14 выполнена удлиненной, пропущена через отверстие 15, размещена в резонирующей полости 5 и своим торцом опирается на внутреннюю поверхность нижней деки 4. При данном конструктивном выполнении нижняя кленовая дека 4 становится активным резонирующим элементом и источником более высоких по сравнению с верхней еловой декой 3 3 обертонов. В результате этого связь левой опоры 14, над которой расположена сопрановая струна 9, придает верхнему регистру инструмента большую яркость. Данное расположение удлиненной опоры 14 целесообразно для солирующих инструментов. При этом в резонирующей полости 5 на внутренней поверхности верхней деки 3 непосредственно под правой опорой 13 жестко закреплена пружина 16, предназначенная для механического укрепления верхней деки 3.

При необходимости усиления мощности звучания инструмента в нижнем диапазоне удлиненной может быть выполнена правая опора. Поскольку при стандартно подобранной паре: клен для нижней деки 4, ель для верхней деки 3, клен имеет более высокую обертонную окраску, то связь правой опоры (если она будет выполнена удлиненной), над которой располагается басовая струна, с нижней декой 4 будет в большей степени добавлять нижним струнам высоких обертонов, усиливая яркость их звучания. Такое расположение удлиненной опоры в большей степени подходит ансамблевым и оркестровым, преимущественно аккомпанирующим инструментам. Пружина 16 под верхней декой 3 в данном случае должна быть перенесена на противоположную сторону, симметрично относительно продольной оси инструмента.

Для уменьшения массы удлиненная опора 14 выполнена полой. Это увеличивает чувствительность инструмента как резонатора. При этом удлиненная опора 14 выполнена составной по длине и ее составные части шарнирно соединены между собой приблизительно на уровне верхней деки 3. Наличие шарнирного соединения устраняет паразитные внутренние упругие напряжения в удлиненной опоре 14, возникающие в результате вращательных колебаний мостика 12, что увеличивает мощность звучания инструмента.

Как было описано выше, струны 9 протянуты над верхней декой 3, на которой размещен поддерживающий струны 9 мостик 12, и закреплены на противоположном конце корпуса 1 посредством приспособления 11 для закрепления струн 9.

В месте контакта струн 9 с мостиком 12 струны 9 имеют угол перелома, составляющий 165-177^o. Экспериментально установлено, что указанный угол a перелома струн 9 через мостик 12 достаточен для создания необходимого начального давления на верхнюю и нижнюю деки 3, 4 и для оптимальной работы корпуса 1 в динамическом режиме. При величине угла a больше 177^o начальное давление недостаточно, и слишком "дряблые" струны 9 не могут в нужной степени возбудить корпус 1. Из-за этого мощность звучания инструмента снижается, звук оказывается тусклым, вялым. При величине угла меньше 165^o корпус 1 становится перенапряженным, что, как указывалось выше, ведет к потере качественных характеристик звука.

Создание указанного угла a перелома струн 9 может быть достигнуто, если угол g между продольной осью грифа 6 и продольной осью корпуса 1 будет составлять 180 - (α + β)^o, где:
α угол перелома струн 9,
b угол между продольной осью грифа 6 и продольной осью струн 9, расположенных над грифом 6, равный 1-3^o.

Приспособление 11 для закрепления струн содержит приспособление для изменения угла перелома струн, представляющее собой порожек 17, установленный на верхней деке в месте ее стыка с обечайкой 2 на конце, противоположном головке 7. Кроме того, приспособление 11 для закрепления струн 9 содержит подгрифок 18, к одному концу которого жестко прикреплены струны 9, а к другому концу металлическая или жильная петля 19, которая опирается на порожек 17. Регулируя высоту порожка 17, можно изменять угол перелома струн 9 через мостик 12. Такого же эффекта можно добиться, регулируя высоту мостика 12.

Под порожком 17 в резонирующей полости 5 размещен крепежный элемент 20, жестко соединяющий верхнюю деку 4 и обечайку 2. В обечайке 2 и крепежном элементе 20 выполнено сквозное отверстие, ось которого параллельна продольной оси корпуса 1. В этом отверстии установлен деревянный стержень 21 со шляпкой 22, на который одевается петля 19. При этом на участке между местом крепления петли 19 к подгрифку 18 и местом контакта петли 19 с порожком 17 две нити петли 19 скреплены между собой, например, перекрещены. В результате этого противодействие вращательным колебаниям подгрифка 18 становится минимальным и подгрифок 18 становится более активным инерционным элементом, способствующим превращению накопленной в процессе возбуждения струн 9 смычком или щипком кинетической энергии во вращательные колебания мостика 12 и через его посредство в звуковые колебания дек 3, 4 в режиме свободного затухания.

Для инструментов типа гитары, где продолжительность звучания зависит именно от времени затухания колебаний струн 9 после щипка в свободном режиме, данное конструктивное выполнение существенно улучшает чувствительность и резонансные свойства инструмента. Для смычковых инструментов указанное улучшение проявляется прежде всего при игре щипками (пиччикато). При этом пружина 16 под верхней декой 3, которую вопреки акустическим свойствам инструмента требовалось выполнять достаточно массивной для придания верхней деке 3 необходимой прочности, при данном конструктивном выполнении петли 19, может быть уменьшена по массе, что улучшает чувствительность инструмента и уменьшает эффект сурдины, возникающий от любой паразитной массы.

Для связи резонирующей полости 5 с окружающим пространством в верхней деке 3 выполнены отверстия 23.

Классический струнный щипковый инструмент, например, гитара (фиг. 4, 5), выполненная согласно изобретению конструктивно аналогична описанной выше скрипке с той лишь разницей, что в щипковых инструментах гриф 10 выполняется параллельным к поверхности верхней деки 3, и корпус 1 не подвержен излишнему начальному напряжению. Кроме того, расположение пружин 16 на верхней и нижней деках 3, 4 обычно симметрично относительно продольной оси инструмента, поэтому нет необходимости менять места из установки.

Предлагаемое согласно изобретению конструктивное выполнение может быть использовано в любых других смычковых или щипковых музыкальных инструментах, таких как виолончель, альт, контрабас, а также в любых струнных народных музыкальных инструментах, например, в балалайке, домре, мандолине, которые отличаются друг от друга только формой элементов, а по сути являются аналогичными инструментами, корпус каждого из которых выступает как резонатор.

Для изготовления предлагаемых музыкальных инструментов используют, как правило, следующие материалы: ель для верхней деки и пружин, клен для нижней деки, обечайки, шейки, головки, мостика, черное дерево (эбони) для грифа, подгрифка, колков, стержня, порожка. Струны выполняют металлическими или жильными. Регулируя в процессе изготовления инструмента высоту мостика, высоту порожка и угол g достигают создание угла перелома струн в заданном диапазоне.

От возбуждения струн 9 смычком или щипком упругие колебания передаются на корпус 1: через стержень 21, прожек 17, место крепления шейки 6 к корпусу 1(продольные колебания), через мостик 12 (поперечные колебания) непосредственно на верхнюю деку 3 и нижнюю деку 4. Колебания корпуса 1 возбуждают колебания внутреннего объема воздуха, находящегося в резонирующей полости 5, который, будучи связанным с внешним пространством через отверстие 23 в верхней деке 3, становится источником распространения звука вовне. Использование предлагаемого изобретения увеличивает мощность звучания инструмента с одновременным увеличением яркости звучания и чувствительности инструмента.

Реферат

Использование: изобретение может быть использовано в производстве классических струнных смычковых или щипковых музыкальных инструментов. Сущность изобретения: заключается в том, что одна опора мостика, на который опираются струны выполнена удлиненной, пропущена через отверстие, выполненное в верхней деке в месте расположения этой удлиненной опоры, размещена в резонирующей полости и своим торцом опирается на внутреннюю поверхность нижней деки, при этом угол перелома струн, образованный над мостиком составляет 165-177^o. 7 з. п. ф-лы, 5 ил.

Формула