ЯЗЫЧКОВОЕ ЗВУКООБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МУЗЫКАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И ЯЗЫЧКОВЫЙ МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ, НАПРИМЕР БАЯН, АККОРДЕОН, ГАРМОНЬ И Т.П.
SOUND-FORMING REED DEVICE OF MUSICAL INSTRUMENT AND REED MUSICAL INSTRUMENT, FOR EXAMPLE BAYAN, ACCORDION, HARMONICA ETC

Группа изобретений относится к области музыкальных инструментов (далее - МИ), более конкретно, - к конструкции язычкового звукообразующего устройства (далее - ЗОУ). служащего для образования звука определенной тональности при прохождении воздушного потока через проемы голосовых планок с колеблющимися язычками и резонирования образованных звуков, а также к конструкции язычковых МИ. в которых данное ЗОУ может быть установлено. Группа изобретений может быть использована в производстве язычковых МИ всех разновидностей, например баянов, аккордеонов, гармоней и т.п.
В наиболее распространенных МИ указанного типа многие годы традиционно используется конструкция ЗОУ, включающая корпус с парами полых камер, расположенных одна за другой и образованных вертикально установленным вдоль оси корпуса общим средником с поперечными перегородками, в простенках которых закреплены голосовые планки с проемными клапанами. Сверху корпус прикрыт бруском (Розенфельд Н.Г., Иванов М.Д. Гармони, баяны, аккордеоны. - М.: Легкая индустрия. 1974, см. www.accordion-nt.spb.ru. фиг.2).
Однако производство таких ЗОУ является сложным и трудоемким процессом, требующим значительного расхода материала. При этом масса и объем звуковых камер велики, а следовательно, значительны и масса и объем МИ в целом. Повышенный расход воздуха при игре из-за негерметичности проемных клапанов и существенное время их срабатывания ограничивают исполнительские возможности. Основной причиной этого является применение для звукообразования голосовых планок с язычками. установленными над проемами голосовой планки с противоположных сторон для ее работы в реверсивно движущемся потоке воздуха. При этом отверстие проема голосовой планки, находящееся на противоположной язычку стороне голосовой планки, закрыто проемным клапаном, обычно, лепесткового типа, изготовленным из кожи или других эластичных материалов, который препятствует прохождению воздуха через голосовую планку при движении потока воздуха со стороны, противоположной язычку. Проемные клапаны часто выходят из строя (обвисают, заминаются и изнашиваются), что приводит к неплотному перекрытию проемов, повышая расход воздуха при игре. искажая звук, а замена проемных клапанов требует сложного ремонта, связанного с разборкой МИ. Кроме того. при такой конструкции ЗОУ для создания каждого звука требуется голосовая планка с, по меньшей мере, двумя язычками, работающими попеременно при реверсировании воздушного потока, например при растяжении и сжатии меха язычкового МИ.
Известно также ЗОУ, содержащее корпус, который состоит из двух продольных боковин и поперечных перегородок между ними, сопряженных боковыми гранями с боковинами (Патент России RU 2378716 С1). Каждая поперечная перегородка имеет треугольную форму с расширенной частью, ориентированной в сторону деки. Боковые грани поперечных перегородок сопряжены с боковинами неподвижно. При этом образован ряд звуковых отсеков, а каждый отсек разделен на две камеры - входную и невходную. Для этого вдоль осевой линии внутри отсеков между поперечными перегородками вертикально установлена с возможностью разъема одна кусковая голосовая планка в каждом отсеке или цельная голосовая планка на весь ряд отсеков с определенным набором язычков в каждом отсеке. Причем каждая сторона голосовой планки каждого отсека снабжена, по меньшей мере, двумя язычками, которые установлены без проемных клапанов, а свободные концы язычков направлены во входную камеру. На боковинах для каждой камеры выполнено боковое отверстие, и каждая камера снабжена дековым наружным отверстием для сообщения с меховой камерой и атмосферой.
Все боковые и дековые отверстия обеих камер каждого отсека снабжены лепестковыми клапанами, которые служат для направления на голосовую планку одностороннего воздушного потока из меховой камеры или атмосферы, в зависимости от того, нагнетание или разрежение воздуха осуществляется в данный момент. Один из клапанов расположен во входной камере и выполнен с возможностью двух рабочих положений.
Охарактеризованное выше ЗОУ выбрано в качестве прототипа первого изобретения предлагаемой группы изобретений. Реализованная в этой конструкции однонаправленность воздушного потока при прохождении им входной камеры (т.е., исключение свойственного первому упомянутому аналогу реверсивного движения потока воздуха) в некоторой мере способствует уменьшению объема и массы ЗОУ. В то же время, его габариты остаются достаточно большими вследствие его призматической формы. Это обстоятельства отрицательно сказывается на общих объеме и массе МИ. Лепестковые клапаны при такой конструкции ЗОУ достаточно велики, что приводит к запаздыванию их срабатывания при переходе работы меха от растяжения к сжатию и наоборот, и, как результат, - к снижению исполнительских возможностей. Кроме того, голосовые планки закрыты боковинами, что ухудшает их звучание в МИ и требует значительной разборки МИ и самого ЗОУ для их ремонта или замены. Большое количество язычков голосовых планок (см. выше), с учетом практически ручного их изготовления и необходимости индивидуальной настройки каждой голосовой планки, также снижают технологичность ремонта ЗОУ и МИ в целом.
Задачей первого из изобретений является создание ЗОУ, которое, за счет изменения конструкции отдельных элементов и связей между ними, было бы более простым по конструкции и компактным, с более совершенным звучанием, более удобным в обслуживании и ремонте, а также более компактным для облегчения модернизации язычковых МИ в направлении уменьшения их объема и массы.
Для этого предлагается язычковое ЗОУ музыкального инструмента, содержащее:
- корпус с входной и выходной камерами;
- расположенную между этими камерами голосовую планку с проемом, перекрытым язычком, прикрепленным со стороны входной камеры,
- наружные отверстия, первое и второе, в корпусе для сообщения его полости с источником воздуха повышенного/пониженного давления, например меховой камерой и атмосферой;
- клапаны для регулирования направления воздушного потока между меховой камерой и входной и выходной камерами и атмосферой. Согласно изобретению
- корпус звукообразующего устройства снабжен четырьмя внутренними отверстиями,
- первое из которых сообщает входную камеру с первым наружным отверстием,
- второе - сообщает входную камеру со вторым наружным отверстием,
- третье - сообщает выходную камеру с первым наружным отверстием, а
- четвертое - сообщает выходную камеру со вторым наружным отверстием,
при этом упомянутые внутренние отверстия оборудованы обратными клапанами таким образом, чтобы:
- при поступлении воздушного потока в первое наружное отверстие он направлялся через первое внутреннее отверстие во входную камеру и, после прохождения проема голосовой планки через выходную камеру и четвертое внутреннее отверстие он направлялся во второе наружное отверстие, а
- при поступлении воздушного потока во второе наружное отверстие он направлялся через второе внутреннее отверстие во входную камеру и, после прохождения проема голосовой планки, через выходную камеру и третье внутреннее отверстие он направлялся в первое наружное отверстие.
При такой конструкции ЗОУ в два раза уменьшается необходимое количество язычков голосовых планок и обеспечивается легкий доступ к голосовой планке для ее ревизии и ремонта, с минимальной разборкой корпуса: достаточно только снять элемент, закрывающий входную камеру сверху. В сочетании с тем, что достигнута возможность установки только одной голосовой планки с, по крайней мере, одним язычком, это снижает трудоемкость изготовления и существенно повышает ремонтопригодность конструкции. Вместо призматической в прототипе, такая конструкция может иметь любую объемную форму, например параллелепипеда или цилиндра, допускающую наличие входного и выходного отверстий, и объема, вмещающего входную и выходную камеры с голосовой планкой и клапаны для регулирования направления воздушного потока. Благодаря компактности и возможности придавать ЗОУ различные объемные формы становится возможным объединение ЗОУ в один или несколько разборных или неразборных блоков для реконструкции существующих и создания новых конструкций МИ в направлении уменьшения их объема и массы.
Кроме того, язычки могут быть установлены на одной голосовой планке в необходимом количестве для получения как тона одной высоты (один или несколько язычков, настроенных в унисон), так и эффекта «разлив», при котором дополнительные язычки расстраиваются относительно основного тона с целью получения «биений». Одна планка с несколькими язычками может быть использована и для получения аккорда из нескольких тонов (нот). Это позволяет как строить традиционные одно-, двух- и более - язычковые инструменты, так и принципиально новые конструкции, позволяющие, например, исполнять на стандартной клавиатуре аккорд нажатием одной клавиши, как, например, на аккомпанементных клавишах басовой части баяна или аккордеона, с тем отличием, что звучать будет одна голосовая планка с несколькими язычками в одном резонаторе на растяжение и сжатие, вместо шести голосовых планок, как в этих инструментах, что, в свою очередь, дает новые возможности для исполнителей.
Второе изобретение предлагаемой группы относится к язычковому МИ типа баяна. аккордеона, гармони и т.п. Принятый в качестве прототипа МИ упомянут выше и описан в также упомянутой книге Розенфельда Н.Г. и др. Он включает полукорпусы с клавиатурно-клапанными механизмами, мех, меховую камеру, деки с отверстиями и ЗОУ. Как было упомянуто, корпуса ЗОУ с парами камер, закрытых сверху крышками, прикрыты сверху бруском и прикреплены к деке. Клапаны клавиатурно-клапанных механизмов, открывающие и закрывающие соответствующие отверстия в деке, размещены на противоположной стороне. Недостатки такого МИ обусловлены, во-первых, несовершенством конструкции ЗОУ, о котором уже сказано выше. Во-вторых, при таком взаимном расположении элементов МИ и ЗОУ, последние в значительной степени закрыты элементами корпуса МИ, что не только делает невозможным доступ к ЗОУ без разборки МИ, но и ухудшает звучание МИ.
Задачей второго изобретения является создание конструкции язычкового МИ, которая за счет внесения изменений в конструкцию ЗОУ и элементов связи и взаимного положения между ЗОУ и МИ, позволила бы повысить ремонтопригодность МИ в целом и улучшить качество его звучания.
Для этого в язычковом МИ, например баяне, аккордеоне, гармони и т.п., включающем полукорпусы с клавиатурно-клапанными механизмами, мех, меховую камеру, деки с отверстиями и язычковые звукообразующие устройства, согласно изобретению ЗОУ выполнены так, как описано на с.3, абз. 2, каждая из дек выполнена в виде плиты, примыкающей со стороны входной камеры к корпусам ЗОУ соответствующего полукорпуса инструмента и служащей для них общей крышкой, причем в этой плите выполнены проемы, каждый из которых закрыт съемной герметичной крышкой, размеры которых приняты из условия возможности обслуживания и замены голосовых планок ЗОУ, расположенного под этой крышкой.
Помимо тех новых свойств, которые вносятся в МИ только за счет изменения конструкции ЗОУ, которые охарактеризованы выше, передача деке функции закрытия всех ЗОУ и выполнение в ней проемов для доступа к ЗОУ повышает ремонтопригодность МИ. Кроме того устранение промежуточных элементов между звукообразующей частью и декой способствует повышению качества звучания МИ, а компактность ЗОУ позволяет в освободившемся объеме полукорпуса МИ установить дополнительные ЗОУ и управляющие ими элементы клавиатурно-клапанных механизмов.
Для дальнейшего повышения качества звучания МИ упомянутые съемные крышки оборудованы звукопроницаемыми мембранами.
Сущность предлагаемой группы изобретений поясняется схематическими изображениями, где на фиг.1…3 - пример возможной конструкции ЗОУ, выполненного в виде отдельного устройства с кусковой голосовой планкой, содержащей один язычок, в т.ч. фиг.1 - вертикальное сечение А-А корпуса ЗОУ с фиг.2; фиг.2 - разрез Б-Б с фиг.1; фиг.3 - вид сверху на изображение на фиг.1. На фиг.4 и 5 показана принципиальная схема работы ЗОУ при направлении воздушного потока от первого наружного отверстия ко второму наружному отверстию (фиг.4) и при противоположном направлении воздушного потока (фиг.5). На фиг.6…12 - изображение клапанов ЗОУ при различных принципиальных конструкциях клапанов и направлениях воздушного потока, (на фиг.6…9 - при лепестковом выполнении клапанов), причем на фиг.6 и 8 - вид спереди рамки с проемом и клапаном, на фиг.7 и 9 - вид сбоку изображений на фиг.6 и 8, соответственно, а на фиг.10…12 - то же при выполнении клапанов в виде конусов, причем на фиг.10 - вид спереди рамки с проемом и клапаном, а на фиг.11 и 12 - вид сбоку изображения на фиг.10 при различных направлениях движения воздуха, показанных стрелками. На фиг.13 и 14 - вид спереди на голосовую планку при различном устройстве язычков. На фиг.15 показано сечение правого полукорпуса МИ - баяна плоскостью, проходящей через центры входных воздушных отверстий перпендикулярно деке, а на фиг.16 - разрез В-В с фиг.15. На всех фигурах стрелками показано направление воздушного потока.
В качестве приложения на фиг.17 представлен общий вид баяна из упомянутой выше, на с.1, книги Розенфельда Н.Г и др. На фиг.18 - фотография двух голосовых планок из того же источника, сделанная автором данной заявки.
Предлагаемое ЗОУ содержит корпус 1 (фиг.1…3), выполненный из двух боковин (не обознач.), соединенных между собой поперечными планками 2. Снизу корпус плотно закрыт нижней крышкой 3, а сверху, в случае изготовления и поставок ЗОУ как комплектующего узла, верхней крышкой 4 с крепежными отверстиями (не обозначены).
Для образования звука воздушная полость внутри корпуса 1 перекрыта голосовой планкой 5, состоящей из рамки с проемом голосовой планки 6 и, по крайней мере, одного язычка 7. Планка 5 установлена на поперечных планках 2 навстречу воздушному потоку той стороной, на которой закреплен язычок. Планка делит внутреннее пространство корпуса на две камеры, входную 8 и выходную 9.
Объем, образуемый деталями входной и выходной камер, представляет собой резонатор для голосовой планки. При этом геометрические размеры резонатора рассчитаны таким образом, чтобы собственная частота колебаний язычка голосовой планки определенным образом соответствовала резонансной частоте объема резонатора для максимального усиления звука за счет резонанса, получения максимальной громкости и лучшего тембра звучания описываемого устройства.
Наружные отверстия 10 и 11 служат для сообщения камер 8, 9 с источником воздуха повышенного/пониженного давления, например меховой камерой 12 (фиг.15) и атмосферой. Например, отверстие 10 сообщено с меховой камерой, а отверстие 11 - с атмосферой. Это сообщение осуществляется посредством четырех внутренних отверстий, 13…16, проход воздуха через которые регулируется четырьмя обратными клапанами 17…20. Отверстия 13 и 14 сообщены с входной камерой 8, а отверстия 15 и 16 - с выходной камерой 9.
Принцип регулирования направления воздушных потоков через ЗОУ наиболее наглядно виден на фигурах 4 и 5. Клапаны 17…20 установлены таким образом, чтобы при направлении воздушного потока со стороны отверстия 10, в случае образования в его зоне области повышенного давления, при сжатии меха, клапаны 17 и 19 были открыты, а клапаны 18 и 20 - закрыты. Воздушный поток при этом может проходить от отверстия 10 через отверстие 13 во входную камеру 8 и, после прохождения проема голосовой планки и выходной камеры 9, - в отверстия 15 и 11. При обратном направлении воздушного потока, т.е. со стороны отверстия 11, в результате образования в зоне отверстия 10 области более низкого, чем атмосферное, давления, при растяжении меха открыты клапаны 18 и 20, а клапаны 17 и 19 - закрыты. Воздушный поток при этом может проходить от отверстия 11, через отверстие 14 во входную камеру 8 и, после прохождения проема голосовой планки и выходной камеры 9, - в отверстия 16 и 10. Таким образом, в паре отверстий, сообщенных с одним из отверстий, 10 или 11, воздушный поток может перемещаться только во встречном направлении. Так же встречно установлены клапаны в каждой паре отверстий, 13 и 14, 15 и 16, сообщенных, соответственно, с входной 8 или выходной 9 камерами.
Обратные клапаны могуч быть любого типа, подходящего для выполнения своих функций в описываемом ЗОУ. Например, они могут быть лепесткового типа, как показано на фигурах 6…9, или конусного типа, как отображено на фигурах 10…12. Здесь приняты следующие обозначения: 21 - тело клапана; 22 - проем клапана; 23 - запорный элемент.
Корпус 1 изготавливается из дерева либо других материалов, позволяющих получить хорошие акустические характеристики ЗОУ.
Конструктивно ЗОУ может быть выполнено как в виде отдельного устройства для одной кусковой планки, что и изображено на прилагаемых чертежах, так и в виде единой конструкции из нескольких ЗОУ, объединенных в единый блок, состоящий из цельной или нескольких кусковых голосовых планок. Эти планки находятся в корпусе ЗОУ, разделенном на звуковые отсеки, каждый из которых соответствует описанному ЗОУ для одной голосовой планки и является резонатором. Такое ЗОУ имеет общий корпус, состоящий из звуковых отсеков для голосовых планок, являющихся резонаторами, общие для всех или отдельные для каждого, верхние и нижние крышки корпуса, отдельные для каждого отсека клапаны, соответствующие клапанам для рассмотренного отдельного ЗОУ, и может быть использовано вместо традиционного резонатора в, например, музыкальных инструментах. При этом допускается конструктивно выполнить ЗОУ с общим выходным отверстием, соответствующим, например, отверстию 16, имеющем общий выпускной клапан, соответствующий клапану 20, что еще более упрощает конструкцию резонатора для ЗОУ МИ (не показано).
Для повышения качества звука в одну из крышек, 3 или 4, или в обе крышки ЗОУ встроена звукопроницаемая мембрана 24. Если в нижнюю крышку эта мембрана может быть встроена всегда, в отношении верхней крышки это делается при изготовлении отдельных ЗОУ, в виде комплектующих. При изготовлении всего МИ согласно данному предложению, когда общей крышкой всех ЗОУ полукорпуса МИ является дека, звукопроницаемые мембраны могут встраиваться как в нижнюю крышку ЗОУ, так и в деку МИ (фиг.15).
ЗОУ может иметь симметричную конструкцию, при которой безразлично, какой стороной устанавливать ЗОУ к отверстию 11 в деке 25, т.е. в сторону атмосферы, и какой стороной внутрь в сторону меха 26.
Устройство язычкового МИ типа баяна, аккордеона, гармони и т.п., в котором использовано охарактеризованное выше ЗОУ, показано на фиг.15, на примере схематического изображения правого полукорпуса баяна. В собственно полукорпусе 27 перпендикулярно стенкам 28 закреплена дека 25, конструктивно выполненная в виде общей крышки всех корпусов ЗОУ, размещенных в данном полукорпусе МИ. В деке имеются наружные отверстия 11, которые закрываются или открываются клапанами 29, соединенными рычагами 30 с клавишами на грифе 31 клавиатурно-клапанного механизма. В соответствии с примененными выше обозначениями отверстия 11 сообщают внутренние пространства ЗОУ с атмосферой. Для их сообщения с меховой камерой 12 служат отверстия 10. В деке выполнены проемы деки 32, размеры которых соответствуют размерам соответствующих голосовых планок ЗОУ, таким образом, чтобы через эти проемы можно было голосовую планку, по необходимости, настроить, отремонтировать или заменить. Каждый из проемов закрыт съемной герметичной крышкой 33, которая может быть оборудована встроенной звукопроницаемой мембраной 24. Мембрана 24 служит для улучшения звучания ЗОУ, при этом крышка может быть применена без такой мембраны.
Работа ЗОУ и МИ
При растяжении меха 26 и открытии клапаном 29 соответствующего отверстия 11, когда воздушное давление у отверстия 11 превышает воздушное давление в меховой камере 12, т.е. в области отверстия 10, в ЗОУ образуется воздушный поток, направленный от отверстия 11 к отверстию 10. Этот поток запирает клапан 20 в отверстии 16, открывает клапан 17 в отверстии 13, запирает клапан 18 в отверстии 14, открывает клапан 19 в отверстии 15 и выходит в отверстие 10. При этом воздушный ноток проходит через проем 6 голосовой планки 5, прикрытый язычком 7, который под действием проходящего воздушного потока колеблется и образует звук.
При сжатии меха 26 и открытии клапаном 29 соответствующего отверстия 11, когда воздушное давление у отверстия 10 превышает воздушное давление у отверстия 11, в ЗОУ образуется воздушный поток, направленный от отверстия 10 к отверстию 11. Этот воздушный поток запирает клапан 19 в отверстии 15, открывает клапан 18 в отверстии 14, запирает клапан 17 в отверстии 13, открывает клапан 20 в отверстии 16 и выходит в отверстие 11. При этом также образуется соответствующий звук, как описано выше.
Вне зависимости от того, направлен ли воздушный поток от отверстия 10 к отверстию 11 или от отверстия 11 к отверстию 10, внутри ЗОУ воздушный поток повторяет свое движение, проходя из входной камеры 8 сквозь проем рамки голосовой планки со стороны язычка в выходную камеру 9 и вызывая образование звука язычком голосовой планки, который усиливается за счет возникающего в корпусе ЗОУ резонанса. Возникший звук выходит из корпуса через открытые отверстия и звукопроницаемые мембраны 24.
При необходимости замены, ремонта или настройки голосовой планки из проема деки извлекается соответствующая герметичная крышка 33, производятся необходимые действия с голосовой планкой, после чего эта крышка устанавливается на место и МИ готов к эксплуатации.
ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1.
Корпус ЗОУ
21
Тело клапана
2.
Поперечная планка
22
Проем
3.
Нижняя крышка
23
Запорный элемент
4.
Верхняя крышка
24
Звукопроницаемая мембрана
5.
Голосовая планка
25
Дека
6.
Проем голосовой планки
26
Мех
7.
Язычок
27
Полукорпус МИ
8.
Входная камера
28
Стенка полукорпуса
9.
Выходная камера
29
Клапан
10, 11.
Наружное отверстие
30
Рычаг
12.
Меховая камера
31
Гриф
13…16.
Внутреннее отверстие
32
Проем деки
17……20.
Обратный клапан
33
Крышка