Перкуссионный идиофонный инструмент

Заявляемая полезная модель относится к музыкальным инструментам, более конкретно - к ступенчатым перкуссионным идиофонам, которые могут быть подклассифицированы как ударный идиофон, так и как идиофон фрикционный (трения). Примером ударного перкуссионного идиофона является ксилофон. Примером фрикционного идиофона является стеклянная гармоника. Другим примером фрикционного идиофона является веррофон [1. Перкуссия (музыка). URL: http://wikiredia.ru/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%BA%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F_(%D0%BC%D1%83%D0%B7%D1%8B%D0%BA%D0%B0); 2. Ударные инструменты // Музыкальный энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - С. 560. - 672 с.].
Известно множество конструктивных решений по такой разновидности инструмента. Характеризуя их устройство, следует укрупненно выделить основные части: по крайней мере один источник звука как объект механического воздействия с целью извлечении звука; основание (варианты названия: рама, корпус); опорные элементы с перемычкой(ами) как часть сборного или цельного основания; устройство подвеса (подвеска) источника(ов) звука(ов) [3. US 1886603, 08.11.1932, М.А. Strothotte; 4. US 2317164, 20.04.1943, Н. Zimmerman; 5. US 2540925, 06.02.1951, Н. Zimmerman; 6. US 3589233, G10D 13/08, 29.06.1971, Paul H. Rowe]. При этом инструмент может быть установлен при игре (по расположению источников звука) горизонтально (здесь - преимущественное положение, в том числе при употреблении таких понятий в описании устройства и функционирования, как «верх», «низ», «вверх», «вниз», «слева», «справа», «горизонтально», «вертикально» и т.д.), вертикально или произвольно в руках пользователя-музыканта.
На текущем этапе чаще можно встретить перкуссионный идиофонный музыкальный инструмент, у которого упругий подвес трубки в гнезде выполнен в виде струны, пропущенной попеременно через сквозное поперечное отверстие в трубке и отверстия в перемычках гнезд основания, с поперечным смещением упомянутого отверстия в трубке относительно отверстий в основании, при этом предусмотрен
механизм натяжения струны, связанный с концами последней; Предпочтительным материалом трубок является кварц, который представляет собой диоксид кремния (двуокись кремния), при допустимости иных материалов [7. US 1575960, 09.03.1926, W. Bartholomae; 8. US 9,330,644, G10D 13/08, 03.05.2016; РСT//В2012/002656, G10D 13/08, 30.05.2014; WO 2013/093588, G10D 13/08, 27.06.2013].
Достаточно близким к заявляемому устройству аналогом по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков является перкуссионный идиофонный инструмент, содержащий П-образное в поперечном сечении основание в виде взаимосвязанных двумя разнесенными перемычками первого и второго опорных элементов, и источники звука в виде трубок, упруго и симметрично подвешенных в сквозных гнездах опорных элементов основания [9. US 2458193, 04.01.1949, J.A. Packheiser].
В нем все посадочные гнезда для трубок и, соответственно, все трубки расположены одноуровнево, горизонтально, при полной параллельности всех трубок. Упругий подвес трубки в каждом гнезде выполнен в виде диаметрально и горизонтально расположенной струны, которая пропущена попеременно через сквозное поперечное отверстие в трубке и отверстия в перемычках гнезд основания, с поперечным смещением упомянутого отверстия в трубке относительно отверстий в основании, при этом предусмотрен механизм натяжения струны, связанный с концами последней. Струна выполнена из отрезка лески.
Однако такая конструкция требует длительных сборки, настройки и разборки инструмента, причем проблема обостряется в случае, когда требуется замена одной трубки (например, разбившейся) или нескольких из числа многих трубок. Ибо в любом случае приходится ослаблять натяжение (а иногда и извлекать из каналов в опорных элементах основания). И эта ситуация усугубляется с ростом числа трубок в инструменте. Кроме того, фиксация трубок от продольного смещения влево-вправо ненадежна, так как основана на кулоновском трении наружной поверхности с весьма малым коэффициентом трения по гибкой связи в поперечном ее направлении при тенденции гибкой связи к провороту, что вступает в практически неразрешимое противоречие с требованием максимальной свободы вибрирования трубок в рабочем режиме (иначе говоря, минимизации глушения «полезной» вибрации в радиальных направлениях подвеской трубок).
Наиболее близким к заявляемому устройству аналогом (прототипом) по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков является перкуссионный идиофонный инструмент, содержащий основание в виде взаимосвязанных двумя разнесенными перемычками первого и второго опорных элементов, и источники звука в виде трубок, упруго и симметрично подвешенных (установленных) в сквозных гнездах опорных элементов основания, с ограничением осевого смещения, при этом упругий подвес в каждом гнезде выполнен в виде упругих прокладок, распределенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости гнезда на расстоянии друг от друга [10. US 2117345 А, 17.05.1938, W.O. Miessner].
В нем опорные элементы выполнены сборной конструкции - в виде балок с чередой линейно-разнесенных штырей круглого сечения, пригвожденных к перемычкам основания, и образующих упомянутые гнезда, упругие прокладки расположены в нижней четверти кольцевого зазора между внешней поверхностью трубки и стенками гнезда, то есть полностью ниже уровня расположения продольной оси трубки, а большая часть упругих прокладок поддерживает одновременно две соседние центральные трубки, при этом фиксация трубок в вертикальном направлении обеспечена исключительно силами тяжести трубок, а осевое смещение каждой трубки ограничено парой штырей, идентичных упомянутым, и симметрично пригвожденным на небольшом расстоянии от торцов трубки.
Однако, при всех своих достоинствах, и прототипу свойственны недостатки:
- во-первых, сборная, со множеством пригвождаемых штырей (пусть даже и унифицированных), конструкция, хотя и проще близкого аналога (особенно в отношении облегчения и ускорения сборки/разборки, настройки и ремонтопригодности), но остается относительно сложной, с вытекающими перечисленными выше последствиями;
- во-вторых, неиндивидуальность большинства прокладок (одна прокладка на две соседние трубки - А и Б) приводит к взаимному влиянию колебаний этих трубок друг на друга через данную прокладку-посредника, а индуцированные при воздействии ударника или кисти музыканта на трубку А на трубке Б будет индуцироваться «фоновый» шум в соответствии с собственной частотой трубки Б, что ухудшает качество звучания инструмента;
- в-третьих, расположение упругих прокладок лишь в нижней четверти кольцевого зазора и фиксация трубок при этом исключительно за счет сил тяжести тру-
бок (то есть гравитационного поля) обусловливает весьма ограниченную устойчивость трубок в положениях иных, чем горизонтальное, особенно в процессе игры на таком инструменте; даже статическую устойчивость, не говоря уже о динамической, когда контакт выпуклой поверхности трубки с ребром прокладки резко увеличивает вероятность соскока трубки с такой опоры, а удар по трубке и ее последующая вибрация может сбросить ее вверх-вбок; при этом практически исключена возможность пользоваться инструментом в ручном варианте, затруднена транспортировка в сборе (с неснятыми трубками).
В совокупности все это обусловливает еще недостаточно высокие характеристики прототипа как музыкального инструмента в своем подклассе и определяет потребность в его дальнейшем совершенствовании.
Проблемой (задачей), на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение характеристик прототипа как перкуссионного идиофонного инструмента
Обозначенная проблема (поставленная задача) решается тем, что в перкуссионном идиофонном инструменте, содержащем основание в виде взаимосвязанных, по крайней мере одной перемычкой, первого и второго разнесенных опорных элементов, и источники звука в виде трубок в количестве от одной до нескольких, упруго и симметрично подвешенных в сквозных гнездах опорных элементов основания, с ограничением осевого смещения, причем упругий подвес в каждом гнезде выполнен в виде упругих прокладок, распределенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости гнезда на расстоянии друг от друга, согласно заявляемой полезной модели, гнезда оформлены в виде отверстий непосредственно в опорных элементах, с круглыми стенками, по меньшей мере, ниже уровня расположения продольных осей трубок, упругие прокладки выполнены, в свободном состоянии и с учетом последующей деформации, толщиной, превышающей величину полукольцевой части зазора между внешней поверхностью трубки и стенками гнезда, и распределены в гнезде не менее чем по всей нижней полукольцевой части зазора, с возможностью статической фиксации и ограничения динамического перемещения трубок, в пределах упругого сдвига в прокладках, трением между их поверхностью и поджатыми ими упругими прокладками в любом направлении, включая вертикальное и осевое.
Проблема (задача) решается также за счет дополнительных существенных конструктивных признаков (при сохранении сформулированной в предыдущем абзаце совокупности основных конструктивных существенных признаков) устройства:
- упругий подвес трубки в гнезде может быть выполнен в виде трех одинаковых упругих прокладок, включая две боковые и одну нижнюю (это оптимально как теоретически, так и по результатам опытного «перебора» вариантов на базе двух экспериментальных образцов инструмента - см. далее по тексту; обеспечивается наиболее надежная «радиальная» фиксация трубки в гнезде при конструктивной простоте и условии умеренной деформации прокладок; боковые оппозитно расположенные прокладки, в условиях невозможности использования гравитационного поля для фиксации в поперечных направлениях, работают враспор упругой деформации - статической и динамической);
- упругий подвес трубки в гнезде может быть выполнен в виде двух боковых одинаковых упругих прокладок, расположенных частично выше уровня осей трубок, по крайней мере оппозитно (это определяет допустимый по условиям устойчивости трубки в гнезде, в плоскости опорного элемента основания, с учетом к стремлению минимизации суммарной площади контакта в интересах снижения глушения звука в подвесе трубки);
В результате предварительного информационного (литературно-патентного) поиска Заявителем не были обнаружены сведения об устройстве того же назначения, совокупность существенных признаков которого совпадала бы с заявляемой или частично совпадала бы в большей мере, чем выбранное за ближайший аналог (прототип) и упомянутый до него близкий аналог. В то же время, именно за счет выявленной (определенной) совокупности признаков заявляемого устройства достигается технический результат (положительный эффект) как решение поставленной задачи. Таким образом, имеются основания предполагать наличие как мирового уровня новизны заявляемого технического решения, так и причинно-следственной связи между заявляемой совокупностью признаков и получением технического результата.
Так, оформление окон непосредственно в опорных элементах основания обусловливает (причина) взаимосвязанные частные технические результаты (следствие) - упрощение конструкции, повышение ее технологичности; исключение необходимости в имеющихся в прототипе множестве пригвождаемых к основанию
стержней - причина, порождающая, как следствие, такие частные взаимосвязанные технические результаты как облегчение и ускорение сборки/разборки, настройки, и ремонтопригодности инструмента; оппозитное (с перекрытием уровня расположения продольной оси трубки) расположение двух боковых прокладок со статической (начальной) деформацией сжатия является причиной следствия (частного, наиболее выраженного технического результата) - повышения устойчивости трубок при отклонениях основания от горизонтального своего положения, причем во всех направлениях, включая и направление вдоль осей трубок.
В то же время, все получаемые в полезной модели частные технические результаты есть причины другого следствия: они формируют общий технический результат - улучшение (повышение) технико-эксплуатационных характеристик инструмента.
Пример(ы) конкретного конструктивного исполнения заявляемого устройства представлены на фигурах 1-7:
- на фиг. 1 изображен фрагмент инструмента со множеством трубок, пример с открытым сверху гнездом (с нижним полукруглым периметром - стенками), вид сбоку с разрезом по гнезду установки трубки в опорных элементах основания инструмента, где d - внешний диаметр трубки (источника звука); D - диаметр стенки гнезда (или нижней его части при открытом сверху гнезде); L - длина упругой прокладки (в собранном состоянии инструмента, т.е. в деформированном состоянии) в составе упругого подвеса трубки; Т - толщина упругой прокладки (в собранном состоянии инструмента); S - величина зазора между соседними упругими прокладками;
- на фиг. 2 - то же, пример с круглым гнездом (с замкнутым круглым периметром);
- на фиг. 3 - фрагмент инструмента, частный случай выполнения упругой прокладки в форме параллелепипеда или близкой к нему (с учетом угла сходимости опорных элементов основания и деформации при сжатии), вид в плане, где В - средняя ширина упругой прокладки (в собранном состоянии инструмента);
- на фиг. 4 - то же, частный случай выполнения упругой прокладки цилиндрической (с учетом деформации при сжатии), где В - теперь уже средний диаметр прокладки (в собранном состоянии инструмента);
- на фиг. 5 - фото фрагмента экспериментального (авторского) инструмента со всеми взаимно параллельными кварцевыми трубками и их упругим подвесом в
3
виде трех цилиндрических (типа «таблетка») упругих прокладок из вспененного полиэтилена (пенополиэтилена) с плотностью (в свободном состоянии) 25 кг/м, общий вид при снятой крайней трубке;
- на фиг. 6 - то же, вид почти в плане;
- на фиг. 7 - фото фрагмента экспериментального (авторского) инструмента с кварцевыми трубками, установленными в два взаимно перекрещивающихся ряда (с взаимной параллельностью трубок в пределах каждого ряда), - т.н. «Х-образный инструмент», - и их упругим подвесом аналогично фиг. 4, 5.
На фигурах позициями обозначены:
1 - основание; 2 - перемычка основания 1; 3 - первый (правый) опорный элемент основания 1; 4 - второй (левый) опорный элемент основания 1; 5 - трубки (источники разночастотного звука) с номерами (№№1…N); 6 - гнезда в первом (правом) опорном элементе 3 основания 1; 7 - гнезда первого во втором (левом) опорном элементе 3 основания 1; 8, 9 и 10 - соответственно боковые (8, 9) и нижнее(ие) (10) упругие прокладки в гнездах 6 и 7 опорных элементов 3 и 4; 11 и 12 - клеевые соединения каждой упругой прокладки 9, 10 с поверхностью стенки гнезда 6, 7 и внешней поверхностью трубки 5 соответственно.
Перкуссионный идиофонный инструмент содержит U- или П-образное (в данном примере - «промежуточное» между ними, которое можно назвать «слабо выраженным U-образным») в поперечном сечении основание 1. Конструктивно оно выполнено в виде взаимосвязанных, по крайней мере одной перемычкой 2, первого и второго опорных элементов - 3 (правого) и 4 (левого) соответственно. Инструмент содержит также источники звука в виде удлиненных полых трубок 5 (далее по тексту - «трубки 5») с разной собственной частотой, в количестве от 1 до N (в экспериментальном инструменте по фиг. 6 и 7 N=.8; в экспериментальном инструменте по фиг. 7 N=11).
Здесь следует отметить, что в общем случае (отклоняясь от рассматриваемых упрощенных примеров выполнения заявляемого устройства), трубка(и) 5 может(гут) быть выполнена(ы) из неодинакового материала и неодинакового поперечного сечения (прежде всего, диаметра d), из одинаковых заготовок отпиливанием нужной длины L. При этом они расположены, как правило, в нерегулярном порядке изменения длины L вдоль инструмента, соответственно нерегулярным возрастанием собственной частоты образованного таким образом ряда N или более одного ряда, а опорные элементы 3 и 4 расположены с переменной по длине ин-
струмента шириной, соответственно с переменным углом сходимости (например, лирообразно).
Приведен пример инструмента с трубками 5 одинакового диаметра d и в регрессивном спектре их длин (в частности, убыванием их длины по арифметической прогрессии), определяющем упомянутый угол сходимости, упруго подвешенные в гнездах 6 и 7 опорных элементов 3 и 4, с шагом (в данном примере - одинаковым), исключающим их взаимный контакт.
Гнезда 6 и 7 выполнены (оформлены, сформированы) стенками, непосредственно в опорных элементах 3 и 4, с возможностью расположения упругих подвесов (подвесок) в них трубок 5 одной группы (см. фиг. 5, 6) или первой и второй группами (см. фиг. 7). Причем в примере по фиг. 7 - на разных уровнях в первом 3 и втором 4 опорных элементах.
Гнезда 6 и 7 в каждом опорном элементе 3, 4 выполнены в количестве N, в виде либо всех разомкнутых (см. фиг. 1, 3-6), конкретно - открытых сверху), либо частично (для нижнего ряда гнезд) замкнутых по периметру отверстий, преимущественно круглых (хотя бы на части периметра), диаметром, несколько (на величину 2T) превышающим диаметр d, а частично (для верхнего ряда) - тоже разомкнутых сверху, в примере с двухрядным набором трубок (см. фиг. 2, 7).
Упругий подвес трубки в каждом гнезде 6, 7 выполнен в виде двух, трех или более, как правило, одинаковых упругих прокладок, включая две боковые 8, 9 и по меньшей мере одну нижнюю 10, при сохранении условия симметрии подвеса в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси трубки 5.
В свободном состоянии, в обеспечение и с учетом деформированного состояния в сборке, прокладки 8 и 9 выполнены толщиной 7, превышающей величину полукольцевой части упомянутого зазора между внешней поверхностью трубки 5 и стенками гнезда 6, 7, и распределены в гнезде 6, 7 не менее чем по всей нижней полукольцевой части зазора. При этом предусмотрена возможность статической фиксации и ограничения динамического перемещения трубок 5, в пределах упругого сдвига в прокладках 8, 9, трением между их поверхностью и поджатыми ими упругими прокладками 8, 9 (как упругими элементами опор трубок 5) в любом направлении, включая вертикальное и осевое вдоль продольной оси трубки 5).
Прокладки (при их количестве свыше двух) распределены на одинаковом расстоянии S друг от друга в нижней половине кольцевого зазора (при гнезде-
отверстии 6, 7) или в полукольцевом зазоре (при открытом сверху гнезде 6, 7) между внешней поверхностью трубки 5 и стенкой гнезда 6, 7.
Дальнейшее описание устройства распространяется только на дополнительные (выше не оговоренные), более рациональные частные случаи (примеры) конструктивного выполнения инструмента.
Упругий подвес трубки в гнезде выполнен, предпочтительно, в виде трех одинаковых упругих прокладок - двух боковых 8, 9, и одной нижней 10 (см. фиг. 1-7).
При этом две боковые прокладки (8 и 9) установлены с перекрытием уровня расположения продольной оси данной трубки 5 (см. фиг. 1, 2), предпочтительно, оппозитно (т.е. симметрично относительно указанного уровня).
Альтернативный частный случай конструкции - только с двумя боковыми прокладками 8, 9, расположенными оппозитно или почти оппозитно (на иллюстрациях не показано).
Средняя длина В (в устройстве по фиг. 3 - c прокладками-параллелепипедами или близкими к ним) или средний диаметр В (в устройстве по фиг. 4 - c прокладками-цилиндрами или близкими к ним) каждой упругой прокладки 8-10 соизмерима с зазором S между соседними прокладками 8-10 (см. фиг.1, 2, 5-7) S≈B.
Выбор той или иной формы прокладок 8-10 из указанных двух определяется приоритетной доступностью соответствующей заготовки (как правило, заготовка - покупное изделие).
Прокладки 9, 10 или часть прокладок 9, 10 приклеены к стенке гнезда 6, 7 и к поверхности трубки 5: клеевые соединения 11 и 12 соответственно (на фиг. 1, 2 показаны жирными слоями, в примере с приклеевом слоем на всех поверхностях контактов).
3
Упругие прокладки 8-10 выполнены из вспененного полиэтилена (пенополи-этилена) с плотностью от 20 до 200 кг/м, который сам по себе известен и промышленно освоен [10. Вспененный полиэтилен. URL: https://ru.m.wikipedia.org/wiki/].
Основание 1 целесообразно выполнять из прозрачного или объемно-подкрашенного акрила (также известен и промышленно освоен).
Возможность практической реализации («промышленного осуществления») заявляемой полезной модели на современном технологическом уровне подтверждается не только многовековым развитым сегментом «перкуссионный идиофонный инструмент», но и успешным изготовлением и испытаниями (с эмпирической
оптимизацией конструкции и выбора материала упругих прокладок в подвесе трубок 5) двух полномасштабных экспериментальных образцов инструмента с заявляемой совокупностью существенных конструктивных признаков (см. фото на фиг. 5-7).
Это завершает формирование двуединого критериального условия для признания заявляемого технического решения полезной моделью.
Заявляемое устройство работает (им пользуются) следующим образом.
Если инструмент был поставлен пользователю производителем не в собранном и настроенном виде изготовителем, торгующей организацией или иным посредником, то его предварительно (до использования по назначению, т.е. до игры на нем) собирают (монтируют) и настраивают сами пользователи.
Для использования по назначению инструмент можно устанавливать на столе (предпочтительно), вертикально на подставке, на стене или удерживать при игре в руках (хват за основание 1).
Звуки требуемой частоты извлекают путем либо ударного (кратковременного) воздействия ударником (ударной палочкой определенной конструкции и определенного материала, не показан, но входит в комплект с инструментом как приложение) по открытой поверхности трубки 5 соответствующего номера в пределах существующей гаммы (трубки 5 №№1…N), либо трением пальцами или ладонью(ями) кисти(ей) рук(ки) в условиях смазки, как правило, водой (увлажнения).
При указанном рабочем воздействии пользователя на трубку 5 «полезные» вибрации последней (собственно и порождающие звук с собственной частотой данной трубки на подвесе в двух гнездах 6, 7) затухают (с соответствующей упругой деформацией упругих прокладок 8-10 и поглощением энергии колебаний в их материале) постепенно, с достигнутым, в основном путем оптимизирующего экспериментального подбора, допустимым уровнем глушения (с оценкой по логарифмическому декременту колебаний). При этом нижнее или боковое симметричное расположение прокладок 8-10 в кольцевом или полукольцевом зазоре гнезд 6, 7 обеспечивает необходимую устойчивость трубки 5 на подвесе, а клеевые соединения 11, 12 (в частном примере выполнения) во всех или в части контактных поверхностей надежно исключают осевое смещение («сползание» влево-вправо) трубки 5.
Охват трубки 5 прокладками 10 и особенно 8, 9, причем по достаточно большой длине окружности, обеспечивает весьма устойчивое положение трубки 5 не
только в статическом, но и в динамическом, с разнообразным положением инструмента в пространстве, надежно предотвращая «соскок трубки 5 с ее подвеса 8-10.
Пенополиэтилен, при рабочих колебаниях трубки 5, благодаря его заперто-ячеистой структуре и собственно полимерной основы, обладает весьма хорошим, стабильным коэффициентом упругости (жесткости) в указанном допустимом диапазоне плотности, без явления значимого гистерезиса.
Этот материал отвечает также экологическим требованиям в диапазоне возможных рабочих температур и химического состава атмосферы, плюс технологически легко подвергается объемной окраске в различные цвета (здесь применен голубой цвет, гармонирующий с акриловым основанием 1 (предпочтительно с цветомузыкальной подсветкой) и хрустальными (диоксид кремния) трубками 5.
То есть предложена оптимизация уже по нескольким основаниям, что еще больше усиливает положительный эффект от технического предложения.
Использование изобретения позволяет, таким образом, решить поставленную задачу (снять проблему), улучшив характеристики перкуссионного идиофонного инструмента в части:
- облегчения и ускорения сборки/разборки, настройки, и ремонтопригодности;
- повышения качества звука за счет снижения взаимного влияния соседних трубок через упругие прокладки;
- надежности осевой фиксации трубок, а значит - их устойчивости и возможности использовать инструмент не только в горизонтальном его положении.