СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗВУЧАНИЕМ ЗВУЧАЩЕГО ЭЛЕМЕНТА МУЗЫКАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА УДАРНОГО ТИПА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО КОЛОКОЛА, И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF SOUNDING OF SOUNDING ELEMENT OF PERCUSSION MUSICAL INSTRUMENT, PRIMARILY BELL, AND SYSTEM FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к музыкальным инструментам ударного типа, преимущественно колоколам (металлическим, керамическим, стеклянным), используемым в карильонах, звонницах и оркестрах, а также биллам, оркестровым трубчатым колоколам, стержням и т.п. инструментам, имеющим в своем составе звучащий элемент, например корпус.
В указанных инструментах управление звучанием осуществляется путем удара бойка о звучащий элемент. Управление может быть ручным и автоматическим.
Известен способ, реализованный в устройстве (см. описание изобретения к авторскому свидетельству на изобретение SU 1578741 А1, опубликованному 15.07.90, бюллетень №26, заявка: 4363898/24-10 от 15.01.1988). Способ заключается в повышении качества звучания за счет управления силой удара бойка по звучащему элементу с помощью управляемого электромеханического устройства. Блок-схема представлена на фиг.1 (прототип).
При оригинальности технического решения основным недостатком такого способа является возникновение явления искажения звучания отдельного элемента или группы звучащих элементов (например, в карильонах, звонницах, оркестрах), обусловленное тем, что момент удара бойка о звучащий элемент зависит не только от момента подачи управляющего сигнала, но и от фазы колебания звучащего элемента. После удара при продольном (в направлении удара бойка) или поперечном качании звучащего элемента не обеспечивается контакт бойка с корпусом звучащего элемента в требуемой точке, которая находится на прямой, соединяющей место удара бойка с центром окружности внутренней поверхности звучащего элемента, что приводит к биениям (комбинационным частотам), то есть к нежелательной совокупности гармонических колебаний вследствие разбросов моментов удара бойка о звучащий элемент, динамическому удару в подвеске бойка и звучащего элемента. Кроме того, при исполнении музыкальных произведений затухающий акустический сигнал звучащего элемента накладывается на акустический сигнал вновь возбужденного звучащего элемента (элементов), что нарушает построение музыкального произведения, предусмотренное автором.
Известен способ управления звучащими элементами, реализованный в устройстве (см. описание изобретения к патенту 2380764 от 27.01.2010, заявка: 2008128862/28 от 14.07.2008), общий вид которого представлен на фиг.2 (аналог), который заключается в повышении качественного звучания каждого отдельного колокола или аккорда колоколов за счет программного (через строго определенный промежуток времени) глушения звука путем введения в контакт глушителя и звучащего элемента.
Известный способ управления звучащим элементом по своему функциональному назначению, технической сущности и достигаемому техническому результату наиболее близок к заявленному способу.
Недостатком известного способа управления звучащим элементом является нарушение предусмотренной автором музыкального произведения длительности звучания (нарушение исполнения длительности нот), связанное с тем, что программное (через строго определенный промежуток времени) демпфирование колебаний в звучащем элементе (глушение звуков), необходимое для исключения наложения звуков различных звучащих элементов, не позволяет достоверно воспроизвести музыкальное произведение (см. фиг.2), т.к. последнее предусматривает различные длительности нот.
Такой подход к управлению звучащими элементами позволяет исполнять более сложные музыкальные произведения, чем без глушения звуков, однако осуществляет это в искаженном виде, без соблюдения длительности (продолжительности звучания) нот, учета собственных колебаний корпуса, заменяя требуемое по замыслу автора звучание локальными паузами, что нарушает построение музыкальных произведений и обедняет их.
В основу изобретения поставлена техническая задача по разработке способа автоматического управления звучанием звучащего элемента музыкального инструмента ударного типа, преимущественно колокола, и система для его осуществления, обеспечивающих уменьшение явления искажения звучания отдельного элемента или группы элементов за счет регулирования длительностью звучания (с ожидаемой (расчетной) длительностью звучания) и расширение возможностей пользователя управлять построением музыкальных произведений.
Регулирование длительности звучания необходимо, поскольку звучащие элементы имеют различные массы и, соответственно, разное время затухания собственных колебаний после удара. Так, при воспроизведении нот звучащими элементами с большой массой (например, в подзвонных и благовестных колоколах), как правило, требуется глушение звуков до момента затухания собственных колебаний в звучащем элементе, а при использовании зазвонных колоколов с малой массой (2-10 кг), наоборот, необходимо «удлинить» звучание, поскольку собственные колебания в звучащем элементе затухают быстрее, чем требуется для исполнения длительных звуков, особенно с плавным переходом их друг в друга (легато) или при фоновом аккомпанементе аккордами групп колоколов с длительным временем звучания.
Следует отметить, что при жестком ударе бойком генерируется совокупность частот колебаний в звучащем элементе и возникает, так называемое, «мерцание» самого сильного тона в начале звучания: вначале звучит второй тон (фундаментальный), затем низкий и долгозвучащий первый тон (унтертон), и для расширения возможностей пользователя необходимо предусмотреть управление тоном звучащего элемента.
зв
зв
зв
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе автоматического управления звучанием звучащего элемента музыкального инструмента ударного типа, преимущественно колокола, заключающемся в формировании команд управления и отработке их исполнительным устройством, осуществляющим перемещение бойка до соударения со звучащим элементом, а также демпфировании колебаний звучащего элемента за счет обеспечения контакта демпфера со звучащим элементом, производится возбуждение колебаний звучащего элемента посредством удара основного бойка либо бойка с демпфирующей накладкой, а также посредством электромагнитного воздействия на звучащий элемент на характерной для него резонансной частоте (частотах), причем при необходимости получения звучания звучащего элемента в течение времени τ, меньшего времени затухания собственных колебаний звучащего элемента, по команде управляющего устройства осуществляют удар бойком по звучащему элементу, при необходимости получения звучания звучащего элемента в течение времени τ, большего времени затухания собственных колебаний звучащего элемента, по команде управляющего устройства осуществляют возбуждение колебаний звучащего элемента посредством электромагнитного воздействия на резонансной частоте (частотах), при необходимости получения фундаментального тона звучания звучащего элемента по команде управляющего устройства осуществляют удар основным бойком, при необходимости получения долгозвучащего тона (унтертона) по команде управляющего устройства осуществляют удар бойком с демпфирующей накладкой, а демпфирование колебаний звучащего элемента производят по команде управления демпфированием по истечении времени τ с момента возбуждения колебаний в звучащем элементе.
Указанный технический результат также достигается тем, что в системе автоматического управления звучанием звучащего элемента музыкального инструмента ударного типа, преимущественно колокола, содержащей звучащий элемент с основным бойком и бойком с демпфирующей накладкой и управляющее устройство, причем к его выходам подключены входы электромеханических исполнительных устройств перемещения основного бойка и бойка с демпфирующей накладкой, электромеханического исполнительного устройства с глушителем, а глушитель выполнен из соединенных между собой упругой и звукопоглощающей вставок и усилителя, с последовательно соединенным с ним электромагнитным исполнительным устройством возбуждения звучащего элемента.
зв
с.к.
Функционирование системы основывается на согласовании фактического времени окончания (начала) удара бойка по корпусу звучащего элемента, времени звучания τ звучащего элемента, априорной длительности затухания свободных собственных колебаний корпуса τ звучащего элемента после удара и начала (окончания) демпфирования колебаний корпуса звучащего элемента после удара, описываемого программой исполнения музыкального произведения.
Система автоматического управления звучанием звучащего элемента музыкального инструмента ударного типа, преимущественно колокола, содержит (см. фиг.3) корпус звучащего элемента 1, основной боек 2, упругую А и звукопоглощающую Б вставки глушителя 3, управляющее устройство 4, электромеханическое исполнительное устройство перемещения основного бойка 5, электромеханическое исполнительное устройство перемещения глушителя 6, электромагнитное исполнительное устройство возбуждения колебаний корпуса звучащего элемента 7, усилитель 8, электромеханическое исполнительное устройство перемещения бойка 9 и боек 10 с демпфирующей накладкой В.
Для воспроизведения музыкальных произведений с выходов управляющего устройства 4 (например, микроконтроллер х51 или AVR, PIC и др.), обеспечивающего хранение программ исполнения музыкальных произведений и исполнение их в установленной последовательности, в промежутки времени, определяемые в соответствии с программой исполнения музыкального произведения требуемыми длительностью звучания и тоном звучащего элемента 1, на входы электромеханического исполнительного устройства перемещения основного бойка 5, электромеханического исполнительного устройства перемещения глушителя 6, усилителя 8 и электромеханического исполнительного устройства перемещения бойка 9 подаются управляющие сигналы.
зв
При необходимости получения звучания звучащего элемента 1 в течение времени τ, меньшего времени затухания собственных колебаний звучащего элемента 1, по команде управляющего устройства 4 электромеханическим исполнительным устройством перемещения основного бойка 5 или электромеханическим исполнительным устройством перемещения бойка 9 осуществляют удар основным бойком 2 или бойком 10 с демпфирующей накладкой В, соответственно, по звучащему элементу 1.
зв
При необходимости получения звучания звучащего элемента 1 в течение времени τ, большего времени затухания собственных колебаний звучащего элемента 1, по команде управляющего устройства 4 электромагнитным исполнительным устройством возбуждения колебаний корпуса звучащего элемента 7 осуществляют возбуждение колебаний звучащего элемента 1 посредством электромагнитного воздействия на него на его резонансной частоте (частотах).
При необходимости получения фундаментального тона звучания звучащего элемента 1 по команде управляющего устройства осуществляют удар основным бойком 2, а при необходимости получения долгозвучащего тона (унтертона) по команде управляющего устройства осуществляют удар бойком 10 с демпфирующей накладкой В.
зв
По истечении времени звучании τ с момента удара основного бойка 2 (или бойка 10 с демпфирующей накладкой В) по звучащему элементу 1 по команде управляющего устройства 4 под действием электромеханического исполнительного устройства перемещения глушителя 6 производят перемещение глушителя 3 до контакта со звучащим элементом 1. Глушитель 3, прижимаясь упругой вставкой А, с основной частотой колебаний, близкой к одной из неосновных частот колебаний звучащего элемента 1, обеспечивает демпфирование продольных и поперечных колебания звучащего элемента 1 после удара и в первый момент заглушает неосновные частоты акустического сигнала звучащего элемента 1, посредством преобразования их в высокочастотные, поглощаемые звукопоглощающей вставкой Б глушителя 3, а затем и полностью.
Таким образом, появляются возможности отрабатывать сложные музыкальные произведения с соблюдением длительности (продолжительности звучания) нот, тона звучащего элемента, ритма произведения и построения музыкальных произведений в соответствии с замыслом автора.