ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
ELECTRIC MUSICAL INSTRUMENT

Изобретение относится к области производства электромузыкальных инструментов, в частности к производству электромузыкальных струнных инструментов с металлическими электропроводящими струнами, например гитара, рояль, скрипка, виолончель, контрабас, балалайка, домра, а также к области производства ударных электромузыкальных инструментов, например, барабанов.
Известны электромузыкальные инструменты, содержащие электромагнитные звукосниматели, устанавливаемые под струнами электрогитары, включающие катушку индуктивности с постоянным магнитом (пат. RU №2289857, US 4534258).
Основными недостатками известных электромузыкальных инструментов являются высокое внутреннее сопротивление электромагнитных звукоснимателей и высокая собственная емкость, поскольку катушки индуктивности обладают значительными габаритами или имеют сильно вытянутую форму, охватывающую все струны гитары.
Снизить внутреннее сопротивление звукоснимателя можно путем увеличения диаметра намоточного провода или уменьшения числа витков катушек, что приведет к еще большему увеличению его габаритов или уменьшению ЭДС, вырабатываемой звукоснимателем. Главным недостатком известных звукоснимателей является их большая индуктивность из-за большого количества витков катушек, а также межвитковой емкости и, как следствие, наличие сильного перекоса спектра звукового сигнала в сторону низких частот
Другим недостатком является низкая скорость нарастания напряжения полезного сигнала. Скорость намагничивания и перемагничивания массивных полюсных наконечников (сердечников), изготовленных из магнитомягкого железа, на которых намотаны катушки индуктивности, существенно сказывается на динамике возникающего в катушке переменного напряжения. То есть влияние массивного сердечника начинает проявляться уже на частотах 1500…2000 Гц, при этом возникают динамические и частотно-фазовые искажения полезного сигнала. Такие звукосниматели могут работать только со стальными или никелевыми струнами, т.е. струнами, сделанными из ферромагнитных материалов. Еще одним недостатком является то, что катушка очень хорошо улавливает электромагнитное излучение, то есть чувствительна к различного рода внешним электромагнитным помехам (наводкам), например сетевые 50 Гц, неприятные шумы от флуоресцентных ламп, и т.д.
Известен струнный электромузыкальный инструмент, содержащий 2n соединенных последовательно электропроводников (струн), образующих два встречных - параллельно включенных контура, согласующий трансформатор и источник постоянного магнитного поля. Источник постоянного магнитного поля представляет собой набор расположенных параллельно один другому в области формирования звука, плоских постоянных магнитов с чередующимися полюсами, причем струна 1-1…1-2n расположена между чередующимися полюсами (SU №1525730).
Основным его недостатком является невозможность получения звука с каждой струны индивидуально, независимо от смежных электропроводников (струн), что уменьшает функциональные возможности инструмента по подключению необходимого количества различных электронно-усилительных звукопреобразующих устройств. Музыкальные инструменты обязаны быть с четным количеством струн, что ограничивает возможность использования таких инструментов, как балалайка, семиструнная гитара и т.д. Использование металлических ладовых порожков на грифе музыкального инструмента будет приводить к электрическому перемыканию 2n струнных секций между собой, что приведет к некорректной работе всего устройства.
Указанный электромузыкальный инструмент не содержит электромагнитных катушек. Таким образом, в инструменте частично решена задача избавления от реактивных составляющих электрического звукового сигнала и помехозащищенности.
Но введение суммирующего согласующего трансформатора свело к минимуму желаемый технический результат, т.к. трансформатор обладает собственной индуктивностью и межвитковой емкостью, что не позволяет получить максимально идеальный электрический звуковой сигнал на выходе инструмента. Наличие сердечника согласующего трансформатора из-за перемагничивания уменьшает скорость нарастания ЭДС звукового электрического сигнала.
Отсутствие соединения общей шины инструмента с экраном выходного кабеля снижает помехоустойчивость электромузыкального инструмента.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является электромузыкальный инструмент (WO 1998002868 А1), содержащий как минимум один электропроводник, размещенный в зоне действия источника постоянного магнитного поля, выполненного в виде пластинчатого магнита, установленного неподвижно относительно корпуса инструмента в области формирования звука.
Источник постоянного магнитного поля в прототипе выполнен в виде нескольких разнополюсных пластинчатых магнитов. Это ведет к следующим недостаткам. Струна, находящаяся в магнитных силовых линиях между различными полюсами двух разных магнитов, не дает чистого звука, и реально слышен неприятный звенящий призвук. Струна начинает колебаться по дуговой траектории, что приводит к паразитным дополнительным пикам ЭДС на фоне звукового сигнала (паразитная модуляция).
Кроме того, в прототипе выход каждой струны не подается индивидуально на различные звукопреобразующие электронные устройства, а сразу смешивается в один комплексный суммарный сигнал на электромузыкальном инструменте посредством электронного блока 38. Это ведет к получению шумов и помех (тепловые внутренние шумы полупроводников). При этом требуется отдельный источник электропитания схемы инструмента 38. Все это усложняет устройство инструмента.
Уровень выходного сигнала с каждой струны недостаточно высокий, чтобы было возможно подключать каждую струну индивидуально напрямую к MIDI устройства, а не через предварительный блок усиления 38.
В устройстве отсутствует соединение общей шины инструмента с экраном выходного гнезда 42, что снижает помехоустойчивость электромузыкального инструмента.
В данном устройстве отсутствует цель получения звуковой ЭДС с каждой струны индивидуально, что сужает возможности использования инструмента.
Технический результат изобретения - получение звука с каждого электропроводника индивидуально для подключения различных музыкальных процессоров и возможности получения бесконечного количества звуковых эффектов с одновременным повышением помехозащищенности музыкального инструмента при достижении естественного натурального звучания инструмента.
Для достижения технического результата в электромузыкальном инструменте, содержащем как минимум один электропроводник, размещенный в зоне действия источника постоянного магнитного поля, выполненного в виде пластинчатого магнита, установленного неподвижно относительно корпуса инструмента в области формирования звука, согласно изобретению, источник постоянного магнитного поля, выполнен в виде единого мощного магнита из редкоземельного материала, а электропроводник соединен одним концом с электрическим звуковым выходом инструмента, а вторым концом - с общей шиной, которая соединена с экраном выходного кабеля, идущего к электронно-усилительному устройству, для получения звуковой ЭДС индивидуально с каждого электропроводника независимо от других проводников.
Благодаря использованию единого мощного редкоземельного магнита достигается высокий уровень выходного сигнала с каждого электропроводника (струны), создающего возможность подключать напрямую струны к MIDI устройствам, а не через предварительный блок усиления 38 как в прототипе, что исключает шумы и помехи (тепловые внутренние шумы полупроводников) и упрощает устройство.
Единый мощный магнит позволяет расположить струны на наиболее ровном участке напряженности силовых линий магнитного поля, на достаточном расстоянии от ребер полюсов магнитной пластины, на которых всегда возникают непредсказуемые концентрации магнитных силовых линий, что неблагоприятно сказывается на создании звуковой ЭДС в струне и ведет к искажению звука.
В заявляемом объекте выход каждого электропроводника (струны) подается индивидуально напрямую на различные звукопреобразующие электронные устройства.
Дополнительное электропитание при этом не требуется, т.к. амплитуда ЭДС выходного сигнала, за счет применения единого мощного магнита, достаточна для работы звукопреобразующих электронных устройств.
Получение звука с каждого электропроводника индивидуально независимо друг от друга позволяет подключать различные музыкальные усилительные устройства для получения бесконечных комбинаций звуковых эффектов.
Электрическое сопротивление каждой струны имеет десятые доли ома. За счет мизерного выходного сопротивления устройства достигается колоссальная устойчивость к помехам.
На фиг. 1 представлен общий вид электромузыкального инструмента - гитары,
На фиг. 2 - то же, вид сбоку,
На фиг. 3 представлен общий вид электромузыкального инструмента - барабана,
На фиг. 4 - вид А-А на фиг. 3,
На фиг. 5 - схема подключения электропроводника электромузыкального инструмента - барабана.
Электромузыкальный инструмент содержит корпус 1, на котором закреплен электропроводник 2, размещенный в зоне действия источника 3 постоянного магнитного поля, установленного неподвижно относительно корпуса 1 инструмента в области формирования звука.
Источник 3 постоянного магнитного поля выполнен в виде единого мощного пластинчатого редкоземельного магнита.
Электромузыкальный инструмент содержит как минимум один электропроводник 2, соединенный одним концом 4 с электрическим звуковым выходом инструмента, а вторым концом 5 - с общей шиной 6, которая соединена с экраном 7 выходного кабеля, идущего к электронно-усилительному устройству.
Пример описания электромузыкального инструмента - гитара (фиг. 1, 2).
Электромузыкальный инструмент - гитара, содержит корпус 1, на котором закреплены электропроводники - струны 2, размещенные в зоне действия источника постоянного магнитного поля 3, установленного неподвижно относительно корпуса 1 инструмента в области формирования звука, под струнами музыкального инструмента.
Источник постоянного магнитного поля выполнен в виде единого мощного пластинчатого редкоземельного магнита. Струны 2 гитары соединены одним концом 4 с одной стороны инструмента с электрическими звуковыми выходами инструмента. Вторые концы 5 струн электрически соединены вместе в районе установки натяжителей струн (колков) после верхнего порожка. Эта точка соединения имеет функцию общей шины 6, т.е. «земли» схемы, которая соединена с экраном 7 выходного кабеля, идущего к электронно-усилительным устройствам.
В грифе гитары выполнена канавка с тыльной стороны для прокладки общей шины 6 к экрану 7. Возможно, для этой цели использовать металлический анкер, установленный во всю длину внутри грифа или выполнить этот узел в виде свободно размещенного подключенного провода.
На нижнем порожке 8 струны электроизолированы друг от друга и имеют индивидуальные контакты для подключения выходного кабеля.
Таким образом, общий выходной кабель имеет семь проводов (шесть струнных и одну общую шину).
Возможна установка пластинчатого магнита на корпусе 1 между существующими на практике электромагнитными звукоснимателями без ухудшения их качества звучания, а при этом увеличиваются функциональные возможности музыкального инструмента. Единственное условие - возможность геометрического пространственного размещения магнита 3 между звукоснимателями на корпусе 1.
Электроинструмент, в частности электрогитара, работает следующим образом:
При извлечении звука во время игры на музыкальном инструменте возникают механические колебания металлической струны 2, находящейся в постоянном магнитном поле мощного пластинчатого редкоземельного магнита 3. Относительно струны магнитное поле является изменяющимся, что, по законам физики, наводит в струне переменную ЭДС, пропорциональную по частоте и амплитуде звуку струны.
Испытания показали, что уровень ЭДС заявляемого технического решения вполне сопоставим с уровнем ЭДС известных аналогов - инструментов с обычными электромагнитными звукоснимателями, содержащими в своем составе сердечник, включающий источник постоянного магнитного поля и намотанную на него катушку. Не требует согласующих трансформаторов и предварительных усилителей (преампов). Заявленный электромузыкальный инструмент подключается непосредственно на вход любого электронного усиливающего устройства.
Субъективные ощущения от чистоты звучания дают неоспоримый приоритет такому устройству.
Пример описания электромузыкального инструмента - барабана (Фиг. 3, 4, 5).
Барабан содержит корпус 1 с мембраной 1а, на которой установлен электропроводник 2 в поле источника постоянного магнита 3, например, приклеен. Источник 3 постоянного магнитного поля выполнен в виде мощного пластинчатого редкоземельного магнита, который установлен неподвижно относительно корпуса 1 инструмента в области формирования звука. Возможна установка его снаружи или внутри корпуса 1 на мембране или под мембраной также неподвижно относительно корпуса.
Магнит 3 установлен на спицевых опорах 9. Барабан содержит один электропроводник 2, расположен одним концом 4 на краю мембраны 1а барабана и соединен с электрическим звуковым выходом барабана, а вторым концом 5 соединен с общей шиной 6, которая соединена с экраном 7 выходного кабеля, идущего к электронно-усилительному устройству. Электропроводник выполнен в виде нитки из любого электропроводящего материала, например металл, углеволокно и т.д.
При колебаниях мембраны 1а электропроводник 2, находящийся на ней, колеблется в постоянном магнитном поле мощного пластинчатого магнита 3, что приводит к возникновению звуковой ЭДС в этом электропроводнике 2.
Преимущества заявляемого электромузыкального инструмента заключаются в следующем.
Благодаря использованию мощного редкоземельного магнита уровень выходного сигнала с каждой струны достаточен для подключения напрямую со струны к MIDI устройства, а не через предварительный блок усиления 38, как в прототипе. Тем самым, исключаются шумы и помехи (тепловые внутренние шумы полупроводников), упрощается устройство инструмента.
В заявляемом объекте в отличие от прототипа, выход каждой струны подается индивидуально на различные звукопреобразующие электронные устройства.
Не требуется электропитание, т.к. амплитуда ЭДС выходного сигнала достаточна для работы звукопреобразующих электронных устройств.
Получение звука с каждого электропроводника индивидуально независимо друг от друга позволяет подключать различные музыкальные усилительные устройства для получения бесконечных комбинаций звуковых эффектов.
Электрическое сопротивление каждой струны имеет десятые доли ома. За счет мизерного выходного сопротивления устройства достигается колоссальная устойчивость к помехам.
Отсутствие электромагнитных катушек дает почти нулевую индуктивность и емкость, что исключает искажения, вносимые в звук указанными реактивными составляющими, присутствующими в известных электромагнитных звукоснимателях, и обеспечивает натуральность звучания.
Электропроводник, колеблющийся в поле мощного постоянного магнита, вырабатывает на своих концах звуковую ЭДС, пропорциональную по частоте и амплитуде колебаниям указанного электропроводника, что дает возможность получения максимально неискаженного звука, максимально приближенного к натуральному.
Достигается возможность использования инструментов с любым (в том числе нечетным) количеством струн, таких как балалайка, семиструнная гитара и т.д.
Возможность использования токопроводящих ладовых порожков на грифе музыкального инструмента без ухудшения работы ЭМИ.
Немаловажное значение имеет тот факт, что материал струн может быть выполнен из любого электропроводящего материала, а не только ферромагнитного, что расширяет спектр получаемых звучаний.
Известные электромузыкальные инструменты подключаются к одному входу усилителя. Заявляемое техническое решение тоже возможно подключить к одному входу усилителя, если сложить выходные звуковые ЭДС струн через известную активную электронную суммирующую схему (микшерский пульт). При этом сохраняются все вышеуказанные преимущества заявляемого инструмента.
Повышается универсальность электромузыкального инструмента за счет возможности использования его для системы автоматической настройки струн инструмента подобно устройству фирмы «TRONICAL».
Появляется возможность использовать электромузыкальный инструмент с гитарными миди интерфейсами типа «ROLAND».