СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ ДЕК МУЗЫКАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
LAYERED MATERIAL FOR SOUNDBOARDS OF MUSICAL INSTRUMENTS

Изобретение относится к музыкальным инструментам, а именно к слоистым материалам, из которых изготавливают резонансные деки музыкальных инструментов, в частности деки смычковых, щипковых и клавишных инструментов с высокими акустическими свойствами.
Известно, что акустические свойства музыкальных инструментов определяются, во многом, материалами, из которых они изготовлены. На протяжении длительной истории существования смычковые, щипковые и клавишные инструменты изготавливались из определенных пород древесины. С давних времен для инструментов с высоким качеством звучания материалы подбирались таким образом: для верхней деки - ель, а для нижней деки и боковин - клен, кедр, палисандр, что связано с определенными физическими свойствами древесины вообще и упомянутых пород в частности. Особенное значение при этом имеет слоисто-волокнистое строение древесины, характеризующееся, в частности, последовательным чередованием на поперечном срезе годовых колец твердых «зимних», более темных и плотных, с мягкими «летними», более светлыми и менее плотными. Плотность и ширина кольцевых слоев зависит от многих факторов, в частности, породы древесины, географических, климатических и почвенных условий. Еще древними мастерами было выявлено, что в деревянных инструментах функцию распространения звуковых волн выполняют более твердые «зимние» слои, а мягкие «летние» слои являются средой, в которой звуковые волны распространяются и по-разному приглушаются в зависимости от структуры дерева. Указанные свойства твердых «зимних» и мягких «летних» слоев определяют такие характеристики, как скорость звука, резонаторная способность и логарифмический декремент колебаний, определяющие качество звучания музыкального инструмента.
С развитием индустриализации и ростом народонаселения, сопровождающихся вырубкой лесов, становилось все меньше древесины, пригодной для изготовления высококачественных деревянных музыкальных инструментов, в результате чего возникла проблема по обеспечению изготовителей музыкальных инструментов акустическим сырьем.
Необходимо также учесть, что в довольно сложном и длительном процессе обработки древесного сырья имеют место большие потери при отбраковке из-за сучков, свили и других неоднородностей. Кроме того, к недостаткам древесины следует отнести такие ее свойства, как неполная предсказуемость характеристик инструмента в процессе его изготовления, связанная, в частности, с анизотропностью древесины, например разной шириной годовых слоев по мере роста дерева и в зависимости от разных природных факторов, и ухудшение качества инструмента со временем, связанное с растрескиванием древесины под влиянием даже незначительных изменений температуры и влажности окружающей среды.
Указанные выше недостатки предопределили необходимость заменить древесину, как материал для изготовления музыкальных инструментов, искусственным материалом, который, не уступая древесине по акустическим свойствам, может быть изготовлен в необходимых масштабах для удовлетворения потребностей изготовителей музыкальных инструментов, при этом будет лишен недостатков, свойственных древесине.
Известна дека струнных музыкальных инструментов (патент US №4364990, дата публикации - 12.21.1982, кл. В29С 70/02, В29С 70/08, В29С 70/20. В32В 5/28, G10D 1/00, В29С 70/00, В29С 70/10, В32В 5/22), изготовленная из искусственного материала, состоящего из примыкающих друг к другу двух или трех слоев. Один из слоев выполнен из картона, другой слой образован расположенными в произвольных направлениях волокнами, предварительно погруженными в эпоксидную смолу. Возможен трехслойный вариант, когда картон образовывает средний слой, а волокнистые слои примыкают к нему сверху и снизу.
3
Известна дека струнного инструмента (патент US №5905219, дата публикации - 18.05.1999, кл. G10D 1/00), изготовленная из композиции, содержащей ненасыщенную полиуретановую смолу и неорганический наполнитель в виде кусочков полиэфира или стеклянных шариков с удельной плотностью 0.45…0,60 г/см, что соответствует плотности древесины. Сверху наносится слой лака или другого покрытия для придания инструменту вида натурального дерева.
Известен музыкальный инструмент (патент ЕР №0433430, дата публикации - 06.26.1991, кл. G10D 1/00), в котором верхняя дека изготовлена из нескольких, не менее двух слоев, примыкающих один к одному сверху и снизу, каждый из которых образован волокнами углерода, насыщенными полимеризующейся смолой. Сверху и снизу эта слоистая структура закрыта слоем шпона, определяющим вибрационные характеристики инструмента.
Известен материал для резонансных дек музыкальных инструментов (патент US №2002066354, дата публикации - 06.06.2002, кл. G10C 3/06, G10D 1/00, G10D 3/02, G10C 3/00), образованый из трех или пяти слоев. Толщина среднего слоя, называемого плитой, намного больше, чем толщина слоев, примыкающих к среднему слою сверху и снизу. Средний слой изготовлен из плотного пенопласта или неплотной породы древесины, а крайние слои - с волокнистого ламината с разнонаправленными волокнами. Плотность крайних слоев больше, чем среднего слоя. Отличительным признаком материала является наличие цилиндрических выемок в среднем слое, расположенных в зонах, в которых дека, выполненная из этого материала, будет испытывать незначительные сгибающие напряжения. Назначение указанных выемок - уменьшение величины массы, приводимой в колебание, что способствует улучшению звучания инструмента.
Наиболее близким к заявляемому слоистому материалу для резонансных дек музыкальных инструментов является материал для дек музыкальных инструментов (патент US №7208665, дата публикации - 01.03.2006, кл. G10C 3/06, G10D 1/00, G10D 3/02, G10C 3/00), в котором средний слой материала деки выполнен из бальзы или плотного пенопласта, а сверху и снизу к нему примыкает более плотный слой из волокнистого вещества. Кроме того, для уравновешивания продольных усилий, центральная часть среднего слоя, расположенная по обе стороны от продольной оси деки, выполнена не из бальзы, как остальная часть этого слоя, а из более плотного вещества.
Недостатком известного материала для дек музыкальных инструментов является то, что качество звучания, воспроизводимое инструментами, деки которых изготовлены из указанного материала, уступает качеству звучания, воспроизводимому классическими мастеровыми инструментами, деки которых изготовлены из лучших пород натуральной древесины.
Задачей изобретения является создание слоистого материала для резонансных дек музыкальных инструментов, в котором за счет предложенного выполнения материала обеспечивается изготовление резонансных дек музыкальных инструментов, которые по акустическим свойствам не уступают декам классических мастеровых инструментов, и обеспечивается устранение упомянутых выше недостатков, свойственных натуральной древесине, при расширении тембровой палитры инструментов, изготовленных из искусственного материала.
Поставленная задача достигается предложенным слоистым материалом для резонансных дек музыкальных инструментов, содержащий соединенные между собой мягкие и твердые слои, отличающийся тем, что мягкие и твердые слои расположены перпендикулярно к заданной базовой плоскости материала и многократно чередуются между собой, причем мягкие слои выполнены из пористых материалов, таких как пенополиуретан или пенопласт, или бальза, а твердые слои выполнены из сплава металлов или пластмассы, или твердых пород деревьев.
В качестве сплава металлов используют сплавы алюминия, железа, цинка, титана, меди, серебра и золота.
В качестве пластмассы используют углепластик или карбон.
В качестве твердых пород древесины используют эбеновое дерево, или самшит, или палисандр, или фернамбук.
Лучше, когда мягкие слои имеют толщину 1-4 мм.
Лучше, когда твердые слои имеют толщину 0,1-1 мм.
3
3
При этом удельная плотность мягких слоев составляет 50-900 кг/м, а удельная плотность твердых слоев составляет 5000-20000 кг/м.
В отличие от известных искусственных материалов для дек музыкальных инструментов, в предложенном слоистом материале мягкие и твердые слои расположены перпендикулярно к заданной плоскости материала, являющейся базовой плоскостью резонансных дек музыкальных инструментов, и многократно чередуются между собой. Тем самым достигается полная имитация текстуры натуральной древесины с чередованием годовых слоев разной плотности, мягких «летних» и твердых «зимних», и обеспечивается расположение указанных слоев по отношению к направлению распространения звуковых волн с многократным пересечением звуковыми волнами мягких и твердых слоев разной плотности. При указанном расположении мягких и твердых слоев материала акустические характеристики, определяющие качество звучания инструмента, за счет изменения указанных параметров, могут задаваться в широких пределах: от таких, которые свойственны традиционным мастеровым инструментам из лучших пород древесины, до таких, которые появляются и будут постоянно появляться для обеспечения возможности воспроизведения новой, современной музыки.
Предложенное изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид искусственного слоистого материала для резонансных дек музыкальных инструментов.
3
3
Искусственный слоистый материал для резонансных дек музыкальных инструментов содержит соединенные между собой мягкие слои 1 и твердые слои 2, расположенные перпендикулярно к заданной базовой плоскости материала 3, и многократно чередующиеся между собой. Заданная базовая плоскость 3 является базовой плоскостью резонансных дек музыкальных инструментов. Мягкие слои 1 выполнены из пористых материалов таких, как бальза, или пенополиуретан, или пенопласт. Твердые слои 2 выполнены из сплава металлов таких, как сплавы из алюминия, железа, цинка, титана, меди, серебра и золота, или твердых пород деревьев таких, как эбеновое дерево, самшит, палисандр, фернамбук, или пластмасс таких, как углепластик, карбон. Мягкие слои 1 имеют толщину 1-4 мм, а твердые 2 слои - 0,1-1 мм. Мягкие слои 1 имеют удельную плотность 50-900 кг/м, а твердые слои 2 - 5000-20000 кг/м.
Слоистый материал для резонансных дек музыкальных инструментов получают следующим образом. Изготавливают заготовки мягких слоев 1 толщиной 1-4 мм из пористых материалов таких, как бальза, пенополиуретан или пенопласт. Изготавливают заготовки твердых слоев 2 толщиной 0,1-1 мм из сплава металлов таких, как сплавы алюминия, железа, титана, меди, цинка, серебра, золота, или твердых пород деревьев таких, как эбеновое дерево, самшит, палисандр, фернамбук, или пластмасс таких, как углепластик, карбон. Соединяют между собой мягкие слои 1 и твердые слои 2 химическим или термическим методом, располагая мягкие слои 1 и твердые слои 2 перпендикулярно к заданной базовой плоскости материала 3, являющейся базовой плоскостью резонансных дек музыкальных инструментов, и многократно чередуя их между собой. Готовый слоистый материал после полного высыхания разрезают на заготовки, используемые для изготовления резонансных дек музыкальных инструментов.
Предложенное изобретение поясняется примерами слоистых материалов для дек музыкальных инструментов, в частности альта и скрипки.
Пример 1. Слоистый материал для резонансной деки альта «Бетховен» содержит соединенные между собой мягкие слои 1 и твердые слои 2, расположенные перпендикулярно к заданной базовой плоскости материала 3, являющейся базовой плоскостью деки альта, и многократно чередующиеся между собой. При этом заготовки мягких слоев 1 выполнены из бальзы толщиной 1-4 мм, высотой 20 мм и длинной 410 мм, а заготовки твердых слоев 2 - из эбенового дерева шириной 0,2-0,5 мм, высотой 20 мм и длинной 410 мм. Заготовки мягких слоев 1 и твердых слоев 2 соединены между собой склеиванием при помощи полимерного клея для дерева.
Пример 2. Искусственный слоистый материал для резонансной деки скрипки «Соломия Крушельницкая» содержит мягкие шары 1 и твердые шары 2, расположенные перпендикулярно к базовой плоскости материала 3, являющейся базовой плоскостью деки скрипки, и многократно чередующиеся между собой. Заготовки мягких слоев 1 выполнены из пенополиуретана шириной 1-3 мм и бальзы шириной 0,2-4 мм. При этом мягкие слои 1 из пенополиуретапа расположены в центральной части материала, а мягкие слои 1 из бальзы - по краях материала. Заготовки твердых слои 2 выполнены из алюминия шириной 0,1 мм, бука шириной 0,3 мм и фернамбука шириной 0,3 мм. При этом твердые слои 2 из алюминия расположены в центральной части материала, твердые шары 2 из бука - в средней части материла слева и справа от центральной части материала, а твердые шары 2 из фернамбука - по краям материала.
Таким образом, изобретение позволяет создавать искусственный слоистый материал для резонансных дек музыкальных инструментов, из которого изготавливают деки музыкальных инструментов, не уступающие по акустическим характеристикам декам классических мастеровых инструментов. Кроме того, в искусственном слоистом материале для резонансных дек музыкальных инструментов обеспечивается устранение описанных выше недостатков, свойственных натуральной древесине, при расширении тембровой палитры инструментов, деки которых изготовлены из указанного материала.