Двойная трость духового музыкального инструмента

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2811.80 (21) 3210297/28-12 И}М.К .

G:10 0 9/02 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 15.0283. Бюллетень М2 6 (53) УДК681. 817/

/819(088.8) Дата опубликования описания 15.0283

/

/ (72) Автор изобретения

А.Я. Гохштейн (71) заявитель (54) ДВОЙНАЯ ТРОСТЬ ДУХОВОГО МУЗЫКАЛЬНОГО

ИНСТРУМЕНТА

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

Известна двойная трость духового музыкального инструмента, состоящая .из скрепленных между .собой выпуклых пластин с образованием между ниии . щели (1 ) и $ 2 ).

Недостатками известной двойной трости духового музыкального инстру. мента являются узость динамического диапазона извлекаемых с ее помощью звуков, нестабильнбсть 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 при водит 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 смыкания, тем меньше крутизна скачка давления в трубе и беднее высшими гармониками спектр извлекаемого звука. Ероме тово, избыточный зазор щели затрудняет атаку звука.

Целью изобретения является повышение качества- звучания духового музыкального инструмента путем уменьшения исходного зазора щели беэ ущерба для модулируемого тростью-потока воздуха. ..Поставленная цель достигается тем, что в двойной трости. духового музыкального инструмента, состоящей из скрепленных между собой выпуклых пластин с образованием между. ними щели, на торцовой поверхности каждой из пластин выполнено скругление, сопрягающееся с ее внутренней поверх. ностью, при этом расстояние от кромки пластины до точки сопряжения составляет не менее половины толщины пластины в данной точке.

Внешняя поверхность каждой иэ пластин имеет вогнутость, что обеспечивает выполнение скругления у тростей, имеющий малые толщины пластин, например у тростей из искусственного материала. 99 709 1

Внутренние поверхности пластин

1 и 2 образуют диффузорную часть двойной трости, скругления — конфузорную часть. Точка сопря>кения 8 расположена на границе обеих частей. В этом месте расстояние между пластинами достигает минимального (н продольном сечении трости) значения, которое в центре цели равно а1 „ „,.

В продольном сечении трости угол между касательной к профилю округления 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 поверхностей пластин, также достигает минимального вдоль трости значения, которое в центре щели 3 равно h jg. При достаточной толщине пластин 1 и 2, как, например, у натуральной трости фагота, скругление 5 выполнимо беэ вогнутости 10. В случае, когда про.— филь скругления представляет собой g) окружность радиуса R (фиг. 4), и и условие 1Ъд/2 приобретает вид й7 д/2. Толщина пластины д и точке 8, где скругление сопрягается с ннутренней поверхностью, равна Я5

На фиг. 1 изображена двойная трость Фагота, вид сбоку; на фиг. 2 то >ке, вид сверху; на фиг.. 3 — входной участок двойной трости, разрез (узел на фиг. 1); на Фиг. 4 — вариант выполнения входного участка 5 двойной трости; на фиг. 5 — график изменения давления вдоль канала у известной предлагаемой двойных тростей; на фиг. 6 — зависимости перепада давления на известной предлагае- )0 мой двойных тростях от зазора щели.

Двойная трость духового музыкального 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, сопрягающееся с внутренней поверхностью 6 пластины. Расстояние )1 от кромки 7 пластины до точки 8, где скругление сопрягается с внутренней поверхностью, составляет не менее половины толщины пластины О в данной точке. Внешняя поверхность 9 каждой из пластин 1 и 2 имеет вогну-.. тость 10. В хвостовой части двойной трости пластины 1 и 2 соединены втулкой 11, в центральной части — обжаты деформируемым кольцом 12, служащим для регулировки исходного зазора 30 цели. Боковыми краями 13 пластины соприкасаются между собой по плоскости 14, относительно которой трость . симметрична.

35 минимальному расстоянию от этой точки до внешней поверхности пластины.

Двойная трость духовогс музыкального инструмента работает следуюцим 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 цель 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 цель 3 открыта и по ток воздуха через нее близок к максиглальному .

Например, при ..извлечении на фагозе звука си-бемоль контроктавы период колебаний двойной трости составляет 17, 3 мс. Из них поток воздуха близок к максимальному н течение 15,6 мс, т.е. 90% периода колебаний, полностью прерван посредством смыкания щели в течение 1 мс; переходы двойной трости иэ одного состояния (поток практически максимален) в другое (поток ранен нулю) и обратно занимают в сумме 0,7 мс.

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 вибрируюцей части двойной трости настолько мала, что время установления стационарного потока на этом участке чнструмента не превышает 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

997091 на двойной трости (автомодельная об область сопротивления). В стационарных условиях и в интервалах между импульсами смыкания давление в амбушюре складываетея из потерь напора на всех участках канала и на выходе иэ него. Оно равно перепаду давления между такими точками у концов канала, в которых воздух практически неподвижен. Для создания потока воздуха через двойную трость, характе- 10 ризуемого объемным расходом ц, необходимо следующее давление в амбушюре:

Ра . " (5+9 9)+ ., (g+C) .

Wl о где р — плотность воздуха, приближенно постоянная вдоль трости; переменная во времени площадь щели; площадь отверстия на выходе из трости;

K,Ч,4Д;Б- коэффициенты сопротивления; e, — за с т отрыва. потока от 25 сторон цели;

9 — за счет отрыва потока от углов щели; за счет расширения потока в диффузорной части канала трости; за счет изменения формы сечения канала вдоль потокау — за счет потери напора после выхода потока из трости. 35

Все коэффициенты сопротивления, кроме, одинаковы у известной и описываемой двойных тростей; для трости фагота.. ф+ 0 = 0,7; f- =0,8;

8 = 1 практически независимо от того,4() отделена трость от инструмента или нет. У известной двойной трости фагота ф = 0,5 — потери, создаваемые прямым срезом пластин, составляют лоловину скоростного напора в щели, . 45

1(9/2) (U/5щ) .Затачивание пластин

1 и 2 трости снаружи увеличивает потери и может довести $ до 1-. У описываемой двойной трости благодаря конфузору, образованному скруглением, g =О, что значительно снижает сумму потерь давления.

Эффективность описываемой двойной трости подтверждают экспериментальные данные (фиг. 5 и б), полученные при исследовании натуральных двойных тростей фагота. На фиг. 5 расстояние вдоль двойной трости от .кромок пластин 1 и 2 на ее входе, а и Ь вЂ” минимальный и максимальный диаметры сечения канала, которое 60 ограничено двумя дугами,. близкими к дугам окружности, 5 — площадь сечения, р — давление в центре сече- ния канала, отсчитываемое от атмос ферного. Кривые 15, 16 и 17 показы- 65 вают, как размеры сечения (соответ- ственно а, Ь и 5) зависят от )

Кривые 18 и 19 — зависимости р от «) для известной и описываемой двойных тростей соответственно. Измерения р произведены с точностью 5Ъ на всем протяжении кривых. Точками (темными у кривой 18 и светлыми у кривой 19) показаны экстремумы функции р() .

В приведенных примерах описываемая двбйная трость получена из известной двойной трости путем шлифования торцовых поверхностей пластин.

Этим и установкой одного и того же зазора щели 3 (а,.„ =1,0 мм) обеспечено тождества геометрии сопоставляемых двойных тростей по всей их длине, кроме входного участка, пренебрежимо малого 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 d 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, равный 2/3 от тол-. щины пластины, R=$=2d/3 (фиг. 4); в центральной части щели R=0,2 мм, В/ал,„,л=0,2. В данных условиях дальнейшее увеличение отношения R/. а,1, не приводит к существенному снижению потерь давления, тогда как его уменьшение значительно увеличивает потери (в 1,3 R/а „ф0,05 )

Этим обусловлен выбор указанных значений R и /(.. 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 трость поддерживают постоянным, u=455 см /с.

Число Рейнольдса в выходном сечении трости составляет 0,7 ° 104.

На каждой из кривых 18 и 19 имеются три минимума, расположенных в зоне разрежения (р<0): при ))

1I<,q; 0,1.см()„<0,2 см; я =1,2 см;

, =3,4 см. Они обусловлены сужениями

Я у у потока воздуха; при — между сторонами щели 3, при, — между углами щели 3, при «) — во всех направле- . ниях..Сужение потока при ) обусловлено геометрией двойной трости, а именно деформацией канала трости посредством кольца 12. При сужение потока происходит, 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

997091 8 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 Ц, локализуются вблизи q, ïoòåðè, связанные с Ч, вблизи. . Совпадение кривых 18 и 19 при ъя.2 показывает, что местное сопротивление, создаваемое кромками пластин, практически 1О не влияет на местные сопротивления, расположенные ниже по потоку. В частности, изменение профиля краев пластин, сильно меняющее g не затрагивает суммы Ф+ . Из данных фиг. 5 15 следует, что при одинаковых потоках воздуха и размерах цели обусловленный потерями перепад давления на описываемой трости в 1,5 раза меньше, чем на известной (15,9 гс/см и

23,6 гс/см+ cooTветственно) .

На фиг. 6 поток воздуха через те же образцы двойной трости фиксирован на том же уровне, 0=455 смэ/с, мак- 25 симальном для характеристики "поток . давление" известной двойной трости.

Кривые 20 и 21 показывают, как перепад давления на трости pä зависит от зазора щели а „„.„ соответственно 30 у известной и опйсйваемой двойных тростей. При этом зазор а „„„- переменная величина, не зависящая от давления, что достигнуто путем фик сации щели 3. 35

В отсутствие избыточного давления на двойную трость зазор щели равен исходному. В условиях работы двойной трости максимум потока достигается при зазоре, меньшем исходного, 4О

a„= ka„где а„и а„. — регулируемые исходные зазоры цели; 45 а и а — зазоры цели а максиТ С муме потока соответcTsGHHo у известной и описываемой двойных тростей, МФ2/3. фиг. б позволяет определить, 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 рассматриваемых опытах исходный зазор известной двойной трости а„,. =1,20мм.

При этом а -=2 а ./3 = 0,80 мм, чему 60 на кривой 20 соответствует р„=

35 гс/см . Тому же давлению pä на кривой 21 соответствует а =0,57 мм, откуда a„- =3 а /2=0,86 мм — искомый.исходный зазор описываемой трос- 65 ти. Он значительно меньше, чем у из-. вестной двойной трости, благодаря чему длительность фронта импульса смыкания сокращается в 1,?О/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 р (g ) приближается к характеристике известной двойной трости в области g <,1,2 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 а /а возрастают максимальный поток воздуха и звуковое давление, что приводит к увеличению громкости звука.

Целесообразно выбрать исходный зазор описываемой двойной трости а„. между указанными значениями а(<а„о< (а..г. Тогда расширение спектра звука и увеличение громкости характеризуются соответственно коэффициентами а. /а. (1 10

g а. /а.

° 1о ic

Например, при а о =1,0 мм коэффициенты принимают значения f-=1,20 и

9=1,16, т.е. применение данной двойной трости на 20% сокращает длительность скачка давления в канале инструмента и одновременно на 16% увеличивает высоту этого скачка.

Изобретение позволяет получить более яркое и сильное звучание духового музыкального инструмента во всем его диапазоне, облегчает атаку звука. формула изобретения

1. Двойная трость, пухового музыкального инструмента, состоящая иэ скрепленных между собой выпуклых пластин с образованием между ними цели, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества звучания, на торцовой поверхности каждой пластины выполнено скругление, сопрягающееся с ее внутренней поверхностью, при этом расстояние от кромки пластины .цо точки сопряжения составляет не менее половины толцины пластины в данной точке.

2. Двойная трость по п.1, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что внешняя

997091

10 поверхность каждой из пластин имеет вогнутость.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

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