Звучащий элемент ударного музыкального инструмента

 

Изобретение предназначено для использования в акустике при изготовлении звучащих элементов ударных инструментов, воспроизводящих благозвучный колокольный звон в храмах. Звучащий элемент выполнен в виде прокатанной металлической пластины из бронзы, латуни, чистого титана или алюминиевых сплавов. Длина пластины составляет 1,3 - 1,45 ее ширины. Толщина пластины 4 - 70 мм, что составляет 0,02 - 0,05 ее длины. На плоской поверхности пластины выполнены сквозные отверстия, расстояние между которыми равно частному от деления длины и ширины пластины на показатель, равный 1,4 - 1,9. Прямые углы пластины могут быть выполнены со срезами, размер которых составляет не более 0,1 ширины пластины. Технический результат - увеличение диапазона и точности звучания, а также обеспечение возможности воспроизведения благозвучного колокольного звона. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к акустике, а именно к изготовлению звучащих элементов ударных музыкальных инструментов.

Известно музыкальное устройство, в котором звучащий элемент выполнен в виде пластин различной формы и конфигурации, имеющих прорези (патент WO 96/04643, G 10 K 1/26, 1996 г.).

Недостатком звучащего элемента является то, что из-за наличия прорезей на нем невозможно достигнуть октавного звучания и поэтому он не пригоден для воспроизведения колокольного звона на церковных звонницах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является звучащий элемент ударного музыкального инструмента, выполненный в виде прокатанной металлической прямоугольной пластины толщиной более 4 мм, на плоской поверхности которой имеются отверстия, расположенные в нейтральных для колебаний зонах пластины (патент ФРГ N 4306522, G 01 D 13/06, 1994 г.), прототип.

Однако известный звучащий элемент обладает ограниченным диапазоном звучания, так как не обеспечивает многозвучие и октавное звучание пластины и поэтому не может использоваться для воспроизведения колокольного звона.

Задачей заявляемого изобретения является расширение диапазона и точности звучания, а также обеспечение возможности воспроизведения благозвучного колокольного звона.

Для решения поставленной задачи в звучащем элементе ударного музыкального инструмента, выполненном в виде прокатанной металлической прямоугольной пластины толщиной более 4 мм, на плоской поверхности которой выполнены отверстия, расположенные в нейтральных для колебаний зонах, толщина пластины не превышает 70 мм и составляет 0,02 - 0,05 ее длины, при этом длина составляет 1,3 - 1,45 ее ширины, а расстояние между отверстиями пластины равно частотному от деления соответственно длины и ширины пластины на показатель, равный 1,4 - 1,9.

Кроме того, все прямые углы пластины могут быть выполнены со срезами, размер которых не боле 0,1 ее ширины как по длине так и по ширине пластины. При этом пластины изготавливаются из бронзы, латуни, чистого титана или алюминиевых сплавов.

Отличием предлагаемого изобретения от прототипа является то, что толщина пластины не превышает 70 мм и составляет 0,02 - 0,05 ее длины, при этом длина пластины составляет 1,3 - 1,45 ее ширины, а расстояние между отверстиями пластины равно частному от деления соответственно длины и ширины пластины на показатель, равный 1,4 - 1,9.

Кроме того, все прямые углы пластины могут быть выполнены со срезами, размер которых не доложен быть более 0,1 ширины пластины как по ее длине, так и по ширине.

Указанные соотношения размеров металлической пластины (длина, ширина и толщина), а также расположение отверстий в нейтральных для колебаний зонах пластины в указанных пределах, определяемых с помощью показателя, равного 1,4 - 1,9, обеспечивают ей акустические свойства, позволяющие использовать ее для воспроизведения колокольного звона в камерных оркестрах и в храмах на звоннице.

Выполнение пластины со срезами прямых углов размером не более 0,1 ее ширины повышает точность акустического звучания пластины за счет возможности настройки пластины путем подбора величины и формы индивидуального среза.

Использование в качестве материала пластины бронзы, латуни, чистого титана или алюминиевых сплавов позволило обеспечить наиболее благозвучное звучание колокольного звона и красоту тембра.

На фигуре 1 показан общий вид звучащего элемента в изометрии; на фигуре 2 - то же, со срезами прямых углов.

Звучащий элемент на фигуре 1 представляет из себя прокатанную металлическую пластину прямоугольной формы. Пластина может быть изготовлена из бронзы, латуни, чистого титана или алюминиевого сплава. Пластина имеет длину L, ширину B и толщину D.

На плоской поверхности 1 пластины выполнены четыре сквозных отверстия 2, расположенные в нейтральных для колебаний зонах. Отверстия расположены симметрично относительно осей координат прямоугольной пластины и имеют между собой расстояние A и C по длине и ширине пластины соответственно.

Звучащий элемент на фигуре 2 отличается тем, что все четыре прямых угла пластины выполнены со срезами 3. Срез 3 имеет размеры f и h по длине и ширине пластины соответственно. Остальные параметры L, B, D, A и C аналогичны как у пластины, изображенной на фигуре 1.

Многочисленными исследованиями и моделированием установлено, что только определенное соотношение длины L, ширины B и толщины D пластины обеспечивают ей октавное звучание, так как непременным условием благозвучия является условие, когда первые две гармоники звукового спектра имеют интервал октавы, т. е. их частоты имеют соотношение 1:2. Октавное звучание может быть достигнуто, когда длина пластины превышает ее ширину в 1,3 - 1,45 раза, а ее толщина составляет 0,02 - 0,05 от длины пластины и находится в пределах 4 - 70 мм.

Так, например, для латуни средним значением соотношения длины и ширины является 1,375, а для чистого титана ВТ1-0 такое среднее значение длин сторон - 1,346 вдоль проката и 1,405 поперек проката.

Расстояние между отверстиями пластины равно частному от деления соответственно длины L и ширины B пластины на величину показателя, равного 1,4 - 1,9. Выбор величины показателя зависит от габаритов пластины, а также материала, из которого она изготовлена. Выполнение отверстий 2 в указанных пределах не ухудшает акустического звучания пластины и это позволяет использовать отверстия 2 для подвески звучащего элемента в храмах (на звоннице) с помощью звукоизоляционных материалов и приспособлений. Извлечение звона производят с помощью ударного элемента, например, молоточка.

Для акустически более точного звучания пластины необходимо выполнять срезы 3 прямых углов в пределах не более 0,1 ее ширины как по длине, так и по ширине пластины. Для каждой пластины и материала, из которого она изготовлена, величина срезаемых углов выбирается (рассчитывается) индивидуально. Этим приемом достигается, чтобы третий (по порядку, а также и по уровню звукового давления) звук (тон) звукового спектра имел частоту в 1,5 раза выше основного тона, т.е. стал чистой квинтой. Наличие чистой квинты является необходимым, когда предъявляются повышенные требования к качеству и точности звучания музыкального инструмента.

Пример 1. Был изготовлен звучащий элемент, воспроизводящий колокольный звон для камерного оркестра с заданной высотой звучания. Для этого прокатали пластину из латуни толщиной D = 6 мм. В соответствии с формулой изобретения толщина D = (0,02 - 0,05) · L.

Определим длину пластины из соотношения L = D : (0,02 - 0,05) = 6 : (0,02 - 0,05) = 120 - 300 мм. Длина L была выбрана 200 мм.

Ширина B определена из соотношения L = (1,3 - 1,45) · B, т.е. B = L : (1,3 - 1,45) = 200 : (1,3 - 1,45) = 137,9 - 153,8 мм. Определили B = 150 мм.

После этого были определены координаты расположения сквозных отверстий в нейтральных для колебаний зонах: A = L : (1,4 - 1,9) = 200 : (1,4 - 1,9) = 105,3 - 142,8 мм; C = B : (1,4 - 1,9) = 150 : (1,4 - 1,9) = 78,9 - 107,1 мм.

Путем индивидуального акустического прослушивания пластины расстояния между отверстиями были уточнены: A = 112 мм и C = 88 мм. Это позволило достигнуть октавного звучания элемента для воспроизведения колокольного звона в музыкальном оркестре при игре в закрытых залах.

Пример 2. Был изготовлен звучащий элемент для воспроизведения благозвучного колокольного звона на звоннице в храме. Он был изготовлен из высококачественной бронзы толщиной D = 22 мм. Аналогично (как в примере 1) были определены соответствующие габариты пластины и координаты сквозных отверстий: L = 1000 мм, B = 720 мм, A = 694 мм, C = 486 мм.

Для акустически более точного звучания пластины и улучшения ее тембровых характеристик потребовалось произвести срезы прямых углов пластины, при этом величина среза h по ширине пластины B составила 70 мм, т.е. 0,097В, а величина среза f по длине пластины L составила 54 мм, т.е. 0,05В.

Несмотря на внешнюю простоту, изготовленный звучащий элемент позволил достигнуть красоту и силу звучания, сопоставимую с колокольным звоном.

Таким образом, предложенное изобретение позволило создать звучащий элемент в виде плоской прямоугольной пластины для воспроизведения колокольного звона взаимен традиционного тюльпанообразного колокола, не уступающего ему по своим тембровым характеристикам и силе звучания, а в некоторых случаях и превосходящим его. При этом предложенный звучащий элемент имеет меньший вес, габариты и стоимость, что позволяет использовать его на церковных звонницах в различных подборах и сочетаниях.

Формула изобретения

1. Звучащий элемент ударного музыкального инструмента, выполненный в виде прокатанной металлической прямоугольной пластины толщиной более 4 мм, на плоской поверхности которой выполнены отверстия, расположенные в нейтральных для колебания зонах, отличающийся тем, что толщина пластины не превышает 70 мм и составляет 0,02 - 0,05 ее длины, при этом длина пластины составляет 1,3 - 1,45 ее ширины, а расстояние между отверстиями пластины равно частному от деления соответственно длины и ширины пластины на показатель, равный 1,4 - 1,9.

2. Звучащий элемент по п.1, отличающийся тем, что все прямые углы пластины выполнены со срезами.

3. Звучащий элемент по п.2, отличающийся тем, что размер среза прямых углов пластины составляет не более 0,1 ширины как по длине, так и по ширине пластины.

4. Звучащий элемент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена из бронзы.

5. Звучащий элемент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена из латуни.

6. Звучащий элемент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена из чистого титана.

7. Звучащий элемент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена из алюминиевого сплава.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2