способ возбуждения звучания ударного музыкального инструмента и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ возбуждения звучания ударного музыкального инструмента, заключающийся в том, что звучащий элемент ударного музыкального инструмента подвергают импульсным воздействиям электромагнитного поля, отличающийся тем, что воздействия производят одновременно на две диаметрально противоположные точки звучащего элемента этого инструмента, причем горизонтальные составляющие векторов этих воздействий направлены в противоположные стороны, а последующие импульсные воздействия производят в период возрастания амплитуды основных колебаний звучащего элемента инструмента до максимальной.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее источники импульсного воздействия электромагнитного поля с узлом их крепления на музыкальном инструменте, пульт и блок управления, отличающееся тем, что каждый источник импульсного воздействия установлен на узле крепления относительно звучащего элемента инструмента с минимальным зазором, превышающим величину суммы максимальных амплитуд узла крепления и звучащей части инструмента в противоположных направлениях, причем максимальная величина указанного зазора не должна превышать величины скин-слоя :

где - удельное сопротивление материала звучащей части, Ом × мм²/м;

- магнитная проницаемость материала звучащего элемента;

f - частота тока в источнике импульсного воздействия, Гц.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком колебаний звучащего элемента ударного музыкального инструмента и блоком синхронизации, подключенным с одной стороны к датчику, а с другой - к блоку управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к музыкальным инструментам и, в частности, к устройствам игры на ударных музыкальных инструментах, например, карильонах, курантах, звонницах.

Известны устройства, использующие для возбуждения звучания колокола ударный привод и систему бойков: патент США №4677892, кл. G 01 D 13/08, 1992.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство, описанное в а.с. СССР №1835905. Оно содержит колокол со снятым языком, боек с пластиной из электропроводного материала, установленный на подвеске, качающейся вокруг оси, закрепленной на кронштейне. С другой стороны к кронштейну прикреплена консоль с ударным приводом, выполненным в виде плоского индуктора с диэлектрическим корпусом, индуктор электрически соединен с блоком управления. Кронштейн прикреплен к днищу колокола с помощью рымболта и гайки.

Недостатками прототипа являются:

Уменьшение надежности подвески колокола. Отверстие для рымболта является источником концентрации напряжений в материале достаточно нагруженной конструкции. В момент срабатывания ударного привода эти напряжения существенно увеличиваются, что может привести к появлению и разрастанию микротрещин;

Возможность наклепа в месте удара бойка ударного привода. Пятна наклепа - обычное явление для старых колоколов. Суть наклепа - смятие микровыступов колокольной бронзы более твердым языком или бойком, что может привести к появлению микротрещин.

Область применения подвески с помощью рымболта не известна.

Другие крепления ударного механизма, который воздействует только на одну сторону колокола, приводят к раскачиванию колокола. Это отрицательно влияет как на прочность проушин, за которые подвешивают колокол, так и на конструкцию, на которую подвешивают колокол.

Целью изобретения является улучшение сохранности ударных музыкальных инструментов, а также возможность автоматизации игры на них.

Для этого:

Предложено возбуждение звучащего элемента производить, подвергая его импульсным воздействиям электромагнитного поля. Поскольку это воздействие происходит по всей площади взаимодействия электромагнитного поля и металла звучащего элемента, а также рассредоточено по глубине металла на величину скин-слоя, то это воздействие не вызывает смятия микровыступов металла - первопричины наклепа.

Предложено воздействие производить одновременно на две противоположные точки звучащего элемента, причем горизонтальные составляющие векторов этих воздействий направлены в противоположные стороны. Безинерционность воздействия электромагнитного поля обеспечивает одновременность этого воздействия на две точки звучащего элемента, а противоположность расположения точек воздействия на звучащем элементе и то, что горизонтальные составляющие векторов воздействий направлены в противоположные стороны, обеспечивает взаимную компенсацию раскачивающих сил.

Предложено последующие импульсные воздействия производить в период возрастания амплитуды основных колебаний звучащего элемента до максимальной. Согласование импульсного воздействия и колебательного движения обеспечивает возрастание энергии колебаний. Возбуждение звучания серией относительно слабых воздействий позволяет избежать значительных напряжений в материале звучащего элемента, возникающих при возбуждении однократным и сильным воздействием.

На фиг.1 представлена конструкция звучащего элемента музыкального инструмента с источниками импульсных воздействий и узлом крепления этих источников на музыкальном инструменте. На фиг.2 представлена блок-схема устройства, где звучащий элемент инструмента возбуждается однократным импульсным воздействием, пропорциональным силе удара по клавише. На фиг.3 представлена блок-схема устройства, где звучащий элемент инструмента возбуждается серией относительно слабых импульсных воздействий, число которых пропорционально силе удара по клавише. На фиг.4 представлена схема блока управления. На фиг.5 представлена схема блока синхронизации.

Рассмотрим устройство, звучащий элемент которого представлен на фиг.1, а блок-схема - на фиг.2. Оно содержит звучащий элемент 1 музыкального инструмента (колокол), на серьгу 2 которого с помощью болта 3 и гайки 4 закреплен стержень 5, внизу стержень имеет резьбу, на которую навинчены две гайки 6, между ними зажата пластина 7, на концах которой закреплены источники импульсных воздействий 8, электрически соединенные с блоком управления 9. Источник импульсного воздействия 8 установлен на узле крепления относительно звучащего элемента 1 инструмента с минимальным зазором, превышающим величину суммы максимальных амплитуд узла крепления и звучащего элемента 1 инструмента в противоположных направлениях. Максимальная величина указанного зазора не должна превышать величины скин-слоя, ,

,

где

- удельное сопротивление материала звучащей части, Ом × мм²/м;

f - частота тока в источнике импульсного воздействия, Гц;

- магнитная проницаемость материала звучащей части.

Минимальный зазор между источником импульсного воздействия 8 и звучащим элементом 1 исключает возможность их соприкосновения, что могло бы ухудшить музыкальные свойства инструмента. Максимальный зазор исключает резкое падение эффективности импульсного воздействия при увеличении зазора.

Устройство работает следующим образом. При воздействии (ударе, нажатии) на сенсорный элемент пульта 10 возникает электрический сигнал, один из параметров которого (например, амплитуда импульса) пропорционален силе воздействия на сенсорный элемент. Этот сигнал подается на блок управления 9. В источниках импульсного воздействия 8, присоединенных к блоку управления 9, одновременно возникает импульс тока, происходит бесконтактный удар, вследствие чего возникает звук, сила которого пропорциональна силе воздействия на сенсорный элемент.

Одним из вариантов сенсорного элемента является клавиша, механически соединенная с сердечником соленоида. При ударе по клавише в соленоиде индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения сердечника, то есть силе удара по клавише. Выходной сигнал представляет собой импульс, амплитуда которого пропорциональна силе удара по клавише. Этот сигнал поступает на вход блока управления 9, что вызывает бесконтактный удар по звучащему элементу инструмента.

Устройство, блок-схема которого представлена на фиг.3, отличается от устройства, блок-схема которого представлена на фиг.2, тем, что оно дополнительно снабжено датчиком 11 колебаний звучащего элемента и блоком синхронизации 12, подключенным с одной стороны к датчику 11, а с другой - к блоку управления 9. Возбуждение звучания происходит серией бесконтактных ударов, которые, кроме первого, синхронизированы с основной частотой колебаний звучащего элемента, а число ударов пропорционально силе воздействия на сенсорный элемент (клавишу) пульта 10.

Блок управления 9 состоит из следующих составных частей:

узел питания 13;

узел заряда 14;

узел коммутации 15;

узел входного напряжения 16;

элемент сравнения 17;

реле переключения режимов 18.

логический элемент "И" 19.

Блок управления 9 работает в двух режимах. Когда нет команды на включение реле 18, блок работает в режиме 1 и используется в составе устройства, схема которого представлена на фиг.2. Когда от пульта 10 приходит команда на включение реле 18, блок работает в режиме 2 и используется в составе устройства, схема которого представлена на фиг.3.

Работа в режиме 1 происходит следующим образом. На вход 1 приходит импульс, амплитуда которого пропорциональна силе воздействия на сенсорный элемент пульта 10. Узел входного напряжения 16 запоминает эту амплитуду и включает узел питания 13, в узле 14 происходит накопление заряда. Напряжение узла заряда 16 делится на коэффициент пропорциональности К1 и подается на второй вход элемента сравнения 17. Когда напряжения на входах элемента сравнения 17 станут равными, от него подается команда на выключение узла питания 13 и на включение узла коммутации 15. Заряд, накопленный в узле заряда 14, разряжается на источник импульсных воздействий 8. Возникает звук, сила которого пропорциональна силе воздействия на сенсорный элемент пульта 10.

Работа в режиме 2 происходит следующим образом. От пульта 10 подается команда на включение реле 18, оно подключает к элементу сравнения постоянное напряжение u₀. При этом узел заряда всегда заряжается до напряжения K₁ * u₀.

Когда от блока синхронизации 12 приходит импульс, он поступает на вход логического элемента И 19. Если на другом входе этого элемента есть разрешающий потенциал, т.е. узел заряда 14 заряжен до требуемого уровня, то импульс поступает через контакты реле 18 на узел коммутации 15, и происходит разряд узла заряда 14.

Блок синхронизации 12 состоит из следующих составных частей:

фильтр основной частоты 20;

формирователь синхроимпульса 21;

определитель отсутствия основной частоты 22;

логические элементы И 23 и 24;

Логический элемент ИЛИ 25.

Детектор 26.

Блок работает следующим образом.

Фильтр основной частоты 20 выделяет из сигнала датчика 11 основную частоту колебаний звучащего элемента 1. Если эти колебания малы (звучащий элемент практически не звучит), то на выходе определителя отсутствия основной частоты 22 появляется разрешающий потенциал, который подается на вход логического элемента 24. Когда на другой вход этого элемента приходит импульс от пульта 10, он проходит через этот элемент, затем через элемент 25 на выход блока синхронизации 11. Далее он поступает на узел коммутации 15 блока управления 9, вызывая как итог возбуждение звучания. На входе логического элемента 24 появляется запрещающий потенциал, препятствующий непосредственному прохождению импульса от пульта 10 на выход блока синхронизации 12. Импульс от пульта 10 запоминается детектором 26, а время запоминания пропорционально амплитуде этого импульса.

Разрешающий потенциал детектора 26 подается на вход логического элемента 23. На другой вход этого элемента подается синхроимпульс с выхода формирователя синхроимпульса 21. Передний фронт синхроимпульса совпадает с моментом перехода колебаний основной частоты звучащего элемента от отрицательной полуволны к положительной. Пока есть разрешающий потенциал на входе логического элемента 23 от детектора 26, через логический элемент 23 может пройти несколько синхроимпульсов. Каждый из них, кроме первого, вызывает дополнительное возбуждение звучащего элемента. Число таких синхроимпульсов в серии (пакете) импульсов пропорционально амплитуде импульса от пульта 10.