Способ возбуждения струны музыкального инструмента и устройство для возбуждения струны музыкального инструмента

 

Способ возбуждения струны музыкального инструмента для повышения качества звучания заключается в том, что элемент воздействия выполняют с возможностью получения в нем звуковых колебаний и его взаимодействие со струной осуществляют с взаимным возбуждением звуковых колебаний в струне и элементе воздействия изменением местоположения точки прижатия. В устройстве приводной механизм выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения элемента воздействия на струну для повышения качества звучания, а в другом устройстве устройство передачи управляющего сигнала на приводной механизм использует механический или электромеханический типы связи. 3 с. и 26 з.п.ф-лы, 24 ил.

Изобретения относятся к струнным музыкальным инструментам, в частности к способу возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента и устройству для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента.

Известные клавишно-струнные музыкальные инструменты, такие как фортепиано, клавесин и клавикорд, используют ударный или щипковый элемент воздействия на струну, что не позволяет получать звуки континуального характера, осуществлять по желанию исполнителя все многообразие атак и затуханий звука, вибрато, изменять его внутреннюю динамику, его тембровые и макро- и микрозвуковысотные характеристики. В то же время относительная легкость управления клавишным механизмом этих инструментов позволяет осуществлять виртуозное манипулирование дискретными звуками, извлекаемыми на различных струнах, а также одновременное возбуждение множества струн, что делает возможным игру аккордами и другие виды многоголосия.

Известные струнные смычковые музыкальные инструменты, такие как скрипка, альт, виолончель и контрабас, используют фрикционный механизм звукоизвлечения, что позволяет континуально изменять ряд характеристик единичного звука, таких как атака, затухание, внутренняя динамика, тембр (в известных пределах), осуществлять вибрато, микро- и макроинтервальные изменения звуковысотности и вычленение гармоник за счет использования техники левой руки (движение пальца исполнителя вдоль струны). Однако их конструкция ограничивает количество одновременно звучащих голосов двумя при невозможности извлечения многозвучий на одной струне и не обладает техническими преимуществами вышеописанных клавишно-струнных инструментов.

В обеих описанных выше группах инструментов звучащим телом является струна, а молоточек фортепиано, осуществляющий удар, или смычок струнного инструмента, фрикционно воспроизводящий звук, сами не воспроизводят звуковых колебаний.

Современные электронные музыкальные устройства, управляемые компьютерами и использующие электронные генераторы частот, фильтры, модулирующие устройства и сэмплеры, позволяют работать со звуком на уровне его микроструктур (микротемперации, микроритма и микроартикуляции) и могут предложить композитору все многообразие возможностей работы с континуальным или дискретным звуком при любом необходимом количестве реально звучащих голосов.

Но эти устройства по определению воспроизводят синтезированный звук, который не обладает имманентными качествами звука акустического: его "несовершенством" и "неподготовленностью". В процессе слушания, даже в случае использования систем воспроизведения и управления звучанием в реальном времени (live-electronic), эти качества синтезированного звука не всегда позволяют слушателю войти в прямой эмоциональный контакт с воспроизводимой музыкой.

Известны описания изобретений клавишно-струнно-смычковых инструментов. В ряде описаний изобретений предложены "бесконечные" смычки в виде жилки (А.с. СССР N 1557585), кожи (Заявка Франции N 1286667), волоса (Заявка Франции N 1116966) или вращающихся дисков (Патент США N 1327072), расположенные перпендикулярно струнам. Выполнение приспособлений для извлечения звука в виде "бесконечного смычка" позволяет континуально изменять агогические, такие как атака и затухание, и динамические характеристики звука, но не предоставляет возможности осуществлять на каждой струне микро- и макроинтервальные и тембровые модификации звука, вибрато, многозвучия и обертоны, так как при этом отсутствует свойственная традиционным струнно-смычковым инструментам техника укорачивания и удлинения звучащего участка струны за счет продольного движения пальцев исполнителя, а сам "смычок" всегда воздействует на одно и то же заранее определенное конструкцией инструмента место на струне.

Также известны устройства для получения вибрато в виде конусных катков, колеблющихся вдоль отдельной струны, удлиняя и укорачивая звучащую часть, в результате чего звуки, извлекаемые на струне, плавно понижаются и повышаются (А.с. СССР N 363113). Фортепиано получает вибрированное звучание.

Известны устройства, активизирующие струну "адгезивной" вибрацией (Патенты США N 3525283, 3577823).

Известны также устройства, позволяющие получать основной обертон от соответствующей струны при помощи специального демпфера, управляемого педалью (Патент США N 2267991).

Известны также приспособления, позволяющие укорачивать струну и соответственно получать звуки различной высоты на одной и той же струне, в частности, за счет продольного движения пальца вдоль нажатой клавиши, что позволяет изменять степень натяжения струны (Заявка Франции N 2408188).

Во всех вышеупомянутых источниках патентной информации описаны устройства, позволяющие осуществить в одних случаях агогические и динамические, в других - макро- и микрозвуковысотные, в том числе вибрато, в третьих - в известных пределах - тембровые модификации единичного звука. Тем не менее, ни одно из вышеуказанных изобретений не позволяет осуществить все данные модификации звука в комплексе.

Наиболее близким к заявляемому способу относится способ возбуждения струны музыкального инструмента, при котором осуществляют взаимодействие элемента воздействия со струной путем его прижатия и очень незначительного перемещения вдоль струны относительно этой точки с вибрацией струны (Патент США N 3620117). Однако таким образом достигаются лишь незначительные флуктуации звуковысотности (вибрато), а тембровые и макроинтервальные изменения звука не осуществляются.

Наиболее близким к заявляемому устройству относится упомянутое выше устройство для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, содержащее элементы воздействия на струну, соединенные с приводным механизмом, и клавиатуру, связанную с устройством передачи управляющего воздействия на приводной механизм (Заявка Франции N 2408188). Благодаря движению пальца исполнителя вдоль клавиши достигается возможность модификации макро- и микроинтервальных высотных характеристик звука, извлекаемого на струне, за счет изменения степени ее натяжения. Однако такая конструкция, позволяя континуально изменять высоту звука в некоторых пределах, ограниченных физическими свойствами струны и ее способностью к растяжению, не предоставляет исполнителю никаких иных преимуществ в управлении агогическими, динамическими и тембровыми характеристиками звука.

Задачей настоящих изобретений является создание способа возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента и устройства для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, которые позволят расширить возможности звукоизвлечения на струне и получать звуки континуального характера, управлять атакой, затуханием и внутренней динамикой, изменять их тембровые, макро- и микроинтервальные характеристики.

Указанная задача решается тем, что в способе возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, при котором осуществляют взаимодействие со струной элемента воздействия путем его прижатия к ней и перемещения вдоль нее, элемент воздействия выполняют с возможностью получения в нем звуковых колебаний и его взаимодействие со струной осуществляют с взаимным возбуждением звуковых колебаний в струне и элементе воздействия изменением местоположения точки прижатия последнего к струне и фрикционным взаимодействием со струной при перемещении вдоль нее и/или смещении относительно точки прижатия.

Задача решается также тем, что изменение местоположения точки прижатия элемента воздействия на струну и фрикционное взаимодействие с ней ведут с изменением скорости и/или направления перемещения элемента воздействия.

Задача решается также тем, что изменение местоположения точки прижатия элемента воздействия к струне и фрикционное взаимодействие с ней ведут непрерывно или дискретно.

Задача решается еще и тем, что перемещение элемента воздействия и/или его смещение вдоль струны и его фрикционное взаимодействие с ней осуществляют с изменением силы прижатия, при этом указанные перемещение и/или смещение и фрикционное взаимодействие со струной можно производить с изменением площади поверхности соприкосновения элемента воздействия со струной.

Кроме того, при перемещении и/или смещении элемента воздействия дополнительно осуществляют его вибрацию, при этом частоту и/или амплитуду вибрации изменяют.

Решение задачи обеспечивается также тем, что вибрацию элемента воздействия осуществляют в горизонтальной плоскости вдоль или поперек струны или в вертикальной плоскости.

Задача изобретений решается также созданием устройства для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, содержащего элементы воздействия на струну, соединенные с приводным механизмом, и клавиатуру, связанную с устройством передачи управляющего воздействия на приводной механизм, отличающегося тем, что приводной механизм выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль струны и/или изменения угла наклона относительно струны элемента воздействия, который выполнен с резонирующей и фрикционной частями с возможностью получения в нем звуковых колебаний.

Дополнительно устройство может быть снабжено вибратором, соединенным с элементом воздействия на струну.

При этом элемент воздействия на струну может быть полым, либо составным с резонирующей и фрикционной частями, соединенными подвижно или при помощи упругого элемента, либо выполненным в форме шара или эллипсоида, на поверхности которого закреплен по меньшей мере один радиальный палец, либо в форме цилиндрического стержня с телами овальной формы на его концах, либо с охватывающей струну сквозной полостью, внутри которой размещена фрикционная часть для контакта со струной. Поверхность фрикционной части, контактирующая со струной, может быть плоской или выпуклой. Фрикционная 5 часть элемента воздействия для реализации лучшего контакта со струной 3 может быть покрыта тонким слоем канифоли.

Задача решается также тем, что элемент воздействия взаимодействует со струной в точках, соответствующих или не соответствующих одному из обертоновых узлов струны, расположенных в 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 и т.д. ее частях, что позволяет изменять тембровые характеристики получаемых звуков.

Техническим результатом заявляемых изобретений является возможность реализации на каждой струне музыкального инструмента комплекса континуальных агогических, динамических, тембровых модификаций звука, получение звуков абсолютно любой частоты вне системы равномерной темперации, свойственной клавишно-струнным инструментам, и любых, вплоть до самых мельчайших, интервалов между двумя отдельными звуками одной или различных струн, а также игру многозвучиями.

Изобретения поясняются чертежами (фиг. 1-24).

На фиг. 1 изображен элемент воздействия, выполненный в форме шара с радиальными пальцами, а на фиг. 2 - в форме цилиндрического стержня с телами овальной формы на его концах. На фиг. 3 изображен элемент воздействия на струну в форме эллипсоида. На фиг. 4 представлена фотография, иллюстрирующая использование исполнителем элемента воздействия вручную на музыкальном инструменте, обладающем большим количеством закрепленных на деке горизонтально расположенных струн, например фортепиано.

На фигурах 5 - 10 представлены элементарные схемы устройства для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, использующего механический способ передачи сигнала к элементу воздействия от исполнителя, использующего клавиши фортепиано и дополнительную педаль, связанные между собой и с элементом воздействия на струну системой блоков и жестких нитей, а на фиг. 11-14 - механизм, фиксирующий клавишу в нажатом положении.

На фиг. 15-16 представлены элементарные кинематическая схема устройства возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента и электрическая схема управления.

На фиг. 17-20 представлены варианты применения этой схемы для дистанционного управления от клавиши фортепиано.

На фиг. 21 представлен вариант передачи сигнала от пальца исполнителя к элементу воздействия при помощи команды, переданной компьютеру с использованием track- ball'а, установленного внутри клавиши, а на фиг. 22 - 24 - варианты осуществления при помощи компьютера визуального контроля исполнителем позиции его пальцев на клавишах.

Согласно изобретению устройство для возбуждения струны музыкального инструмента содержит по меньшей мере один держатель 1, на котором закреплен элемент 2 воздействия на струну 3. При необходимости это устройство можно использовать вручную (фиг. 4), заранее выбрав точку прижатия элемента воздействия к струне и с помощью держателя 1 перемещая его в заданном направлении вдоль струны 3. Благодаря особенностям конструкции элемента 2 воздействия и наличию в нем резонирующей 4 и фрикционной 5 частей он образует совместно со струной 3 звукоизвлекающую пару, оба участника которой являются и субъектами звукоизвлечения, оказывая взаимное фрикционное воздействие друг на друга, и в то же время объектами, воспроизводящими звук в результате этого воздействия и резонанса.

На фиг. 3 изображен элемент воздействия 2, закрепленный на держателе 1 своей резонирующей частью 4, выполненной с полостью 6. Резонирующая часть 4 соединена с фрикционной 5 через упругий элемент 7 подвижно. Благодаря этому и возникают звуковые колебания в элементе 2 воздействия на струну, которые при его фрикционном взаимодействии со струной входят в резонанс со звуковыми колебаниями струны, создавая эффект звукоизвлекающей пары.

Изменение характера перемещений вдоль струны элемента воздействия с изменениями скорости перемещения, силы прижатия, направления движения и наложением вибрации позволяет осуществлять тембровый, звуковысотный, агогический и динамический звуковой континуум. Конструктивное выполнение элемента воздействия, материал, из которого он изготовлен, его пространственная форма и объемы, размеры резонирующей части, площадь поверхности и геометрические особенности его фрикционной части влияют на характер изменения отдельных характеристик этого континуума.

Выбор местоположения точки соприкосновения элемента воздействия со струной относительно ее обертоновых узлов позволяет при перемещении элемента воздействия вдоль струны и изменении угла его наклона относительно струны осуществлять игру многозвучиями, в основе которой лежит эффект интерференции обертонов, возникающих в результате расщепления фундаментальных тонов целой струны и каждой из ее отдельных колеблющихся частей между собой и с основным тоном резонирующей части элемента воздействия.

Всех этих эффектов можно добиться мануальным способом. Однако в этом случае ограничена возможность игры на нескольких струнах одновременно (фиг. 4).

Возможна конструкция держателя с несколькими элементами воздействия, но работа с ними будет представлять для исполнителя значительные трудности. Поэтому изобретение предусматривает вариант соединения держателя 1 с механизмом возвратно-поступательного перемещения и/или изменения угла наклона элемента воздействия относительно струны, управление которым исполнитель осуществляет, используя механический, электромеханический или сенсорно-электронный способ передачи сигнала.

Фортепиано может служить идеальной базой для реализации заявляемых изобретений.

Его клавиатура или ее часть, а также при необходимости система дополнительных клавиш и/или педалей могут быть использованы для дистанционного управления механизмом возвратно-поступательного перемещения и изменения угла наклона держателя, соединенного с элементом воздействия. Как и в случае обычного фортепиано, каждая из клавиш осуществляет звукоизвлечение на одной соответствующей струне.

В случае применения самого простого механического способа передачи сигнала от исполнителя соответствующая клавиша 8 может быть снабжена, например, выступающим над поверхностью клавиши при ее нажатии штифтом 9, связанным с механизмом возвратно-поступательного перемещения и изменения степени прижатия и угла наклона держателя.

На фиг. 5 и 6 изображены два варианта расположения приводных нитей внутри клавиши 8: вертикальный (фиг. 5) и горизонтальный (фиг. 6). При этом направление движения держателя и элемента 2 воздействия на струну 3 может соответствовать движению пальца исполнителя, передвигающего штифт 9 к себе или от себя (фиг. 5) или быть противоположным (фиг. 6). На поверхности клавиши делается специальная разметка 10 в виде тонких и утолщенных линий (фиг. 7), напоминающих привычное исполнителю расположение белых и черных клавиш на клавиатуре фортепиано, что позволяет исполнителю визуально контролировать высоту основного тона, извлекаемого на струне при соответствующем местоположении элемента 2 воздействия относительно нее.

Варианты схем реализации изобретений изображены на фиг. 8-10.

При ненажатой педали (позиция 0) инструмент может быть использован как обычное фортепиано (фиг. 8). При воздействии ноги исполнителя на педаль 11 рычаг 12 и система блоков и жестких нитей 13 начинают приподниматься и связанные с ней элемент 2 воздействия и штифт 9 сдвигаются также вверх, приближаясь соответственно к струне 3 и к верхней поверхности клавиши 8.

При фиксации наполовину нажатой педали 11 в позиции I при помощи обычного механизма фиксации III демпферной педали фортепиано (фиг. 9) штифт 9 выступает над поверхностью нажатой клавиши 8, в то время как элемент 2 воздействия еще не входит в контакт со струной. Исполнитель, передвигая штифт 9 в прямом или обратном направлении вдоль нажатой клавиши, может тем самым перемещать элемент 2 воздействия вдоль струны без их соприкосновения. Используя для ориентации разметку 10 на клавише, он может, таким образом, выбрать по своему усмотрению любую точку на струне, где впоследствии элемент 2 воздействия и струна могут войти в контакт (фиг. 9).

При дальнейшем воздействии на педаль 11 и ее фиксации в нижней позиции II (фиг. 10) элемент 2 воздействия входит в соприкосновение со струной 3, образуя с ней звукоизвлекающую пару, и может перемещаться вдоль нее в зависимости от передвижения штифта 9 вдоль клавиши 8, осуществляемого пальцем исполнителя при нажатой клавише.

При фиксации педали 11 в позиции II (фиг. 10) у исполнителя имеется возможность небольшого дополнительного движения педали вниз, что позволяет ему регулировать степень прижатия элемента 2 воздействия к струне 3 и управлять таким образом атакой, затуханием и внутренней динамикой звука, получаемого при перемещении элемента 2 воздействия вдоль струны 3, а также осуществлять вертикальную вибрацию звукоизвлекающей пары.

Скорость и направление перемещения элемента 2 воздействия вдоль струны 3 и их изменения, а также горизонтальная вибрация элемента 2 полностью зависят от соответствующих характеристик движения вдоль клавиши пальца исполнителя, находящегося в контакте со штифтом 9.

Одновременное полное (до позиции II) нажатие педали 11 и клавиши 8 при передвижении штифта 9 позволяет получать звук в смешанной технике удар-скольжение.

На фиг. 11-14 изображен механизм, позволяющий зафиксировать клавишу 8 в нажатом положении, что может облегчить работу исполнителя, когда он должен использовать в течение продолжительного времени одни и те же клавиши для звукоизвлечения на соответствующих струнах.

Деталь 14 с прорезью 15 закреплена на оси 16 системы блоков и приводных нитей 13. При нажатии клавиши происходит ее смещение относительно передней рамки кордепиано и относительно оси 16 системы блоков, в результате чего часть 17 детали 14 достигает упора 19, выполненного в виде поперечной пластины, расположенной внутри клавиши над специальным отверстием 20 в ее передней стенке. При нажатии педали 11 ось блока 16 приподнимается, в результате чего противоположный конец 18 детали 14 также приподнимается и деталь 14 приходит в горизонтальное положение. При перемещении штифта 9 в крайнее положение последний воздействует на нее, и она проходит через отверстие 20 клавиши 8 и входит в паз 21 рамки 22. Обратное перемещение штифта 9 не влияет на положение детали 14, часть 17 которой остается в пазу 21, фиксируя таким образом клавишу в нажатом положении. При возвращении педали 11 в исходное положение 0 ось блока 16 смещается вниз и выводит часть 17 детали 14 из паза 21 через отверстие 20 клавиши 8, в результате чего фиксация клавиши прекращается.

Вариант использования электромеханического приводного механизма представлен на фиг. 15 и 16.

На фиг. 15 приведена элементарная кинематическая схема приводного механизма, обеспечивающего перемещение цилиндрического держателя 1, на котором размещены в соответствующих корпусах 23 три сферических элемента 2 воздействия с пальцами 24, каждый из которых может быть выполнен из различных материалов и приводится в контакт со струной 3 своим управляющим электромагнитом М1, М2, М3. Связь их с пальцами на схеме не показана. Для того чтобы пальцы 24 приходили в соприкосновение с разными струнами, корпуса 23 смещены друг относительно друга по поверхности цилиндрического держателя 1 и размещены вдоль разных образующих его цилиндрической поверхности.

Включение электромагнитов производится тумблерами Т1, Т2, Т3 (фиг. 16). В момент включения одного из тумблеров загорается светодиод Л1, Л2 или Л3 соответственно, что свидетельствует о прижатии пальца к заданной струне. Расположение на держателе сразу трех элементов воздействия с тремя пальцами 24 позволяет приводить их в соприкосновение с одной и более струнами 3. Элемент 2 воздействия может быть выполнен таким образом, что его фрикционная часть 5, контактирующая со струной 3, может приходить в соприкосновение только с одной струной. В этом случае число элементов воздействия должно соответствовать числу струн, с которыми каждый элемент воздействия должен вступать в контакт. Степень прижатия пальца (элемента воздействия) к струне зависит от величины тока в электромагните и регулируется потенциометром Р1 при помощи ползунка 28. Движение элемента воздействия вдоль струны осуществляется реверсивным двигателем Дв постоянного тока, который вращает ходовой винт 25 через редуктор 26. Гайка 27, движущаяся вдоль винта 25, соединена с держателем 1, связанным с элементами 2 воздействия. С гайкой 27 связан ползунок 29 реостата Р3 датчика положения. Скорость движения элементов воздействия зависит от числа оборотов двигателя Дв и может регулироваться в определенных пределах с помощью ползунка 30 потенциометра Р2. Его движение осуществляется включением тумблера Т4 в положение "вперед" или "назад". При отпускании рукоятки тумблера он возвращается в нулевое положение "стоп". Для защиты двигателя Дв от перегрузок в крайних положениях установлены конечные выключатели КВН и КВВ. При достижении какого-либо крайнего положения двигатель Дв выключается и может включиться только в обратном направлении тумблером Т4. В качестве индикатора положения может использоваться вольтметр В, напряжение на который подается от ползунка 29 реостата Р3 датчика положения. В крайнем положении "назад" вольтметр показывает "0", а в крайнем положении "вперед" - максимальное значение по шкале вольтметра.

Таким образом, после прижатия одного из пальцев 24 к соответствующей струне 3 приводится в движение элемент воздействия, который перемещается вдоль струны с трением и/или смещается относительно одной из точек прижатия к струне с изменением величины, и/или скорости, и/или направления смещения. Наличие более сложных кинематических связей позволит перемещать держатель с различным углом наклона к струне элементов воздействия.

Описанная выше схема управления движением держателя с элементами воздействия на струну также может быть применена для дистанционного управления от клавиши фортепиано. В этом случае при любом, даже самом легком нажатии клавиши включается расположенный под ней тумблер Т1, в результате чего элемент 2 воздействия прижимается к струне 3.

Потенциометр P1, регулирующий степень прижатия элемента 2 к струне, может быть также расположен под клавишей со стороны, ближайшей к исполнителю, или помещен в переднюю рамку кордепиано, и в том и в ином случае реагируя на степень ее нажатия.

На фиг. 17-18 представлен вариант размещения в рамке кордепиано 22 потенциометра Р1 с ползунком 29 до нажатия клавиши 8 (фиг. 17) и после ее нажатия (фиг. 18).

Потенциометр Р2, регулирующий скорость движения относительно струны, расположен внутри клавиши и реагирует на продольное перемещение пальца исполнителя на поверхности клавиши. Для этого верхняя пластина клавиши изготовлена из упругого эластичного материала, что позволяет нижней поверхности этой пластины вступать в контакт с ползунком 30 потенциометра Р2, расположенного под ней внутри клавиши, и с его помощью давать команду двигателю Дв на перемещение элемента 2 воздействия вдоль струны со скоростью, задаваемой положением пальца исполнителя на клавише. Условная схема расположения внутри клавиши потенциометра Р2 представлена на фиг. 19-20. Два различных положения ползунка реостата на этих фигурах соответствуют двум различным позициям пальца на клавише и двум значениям скорости перемещения элемента воздействия вдоль струны.

Наиболее перспективен вариант реализации изобретения, при котором связь между пальцем исполнителя, перемещающимся вдоль клавиши, и механизмом возвратно-поступательного перемещения элемента воздействия на струну, изменения угла его наклона, степени прижатия и других характеристик взаимодействия со струной осуществляется в системе датчик-приемник через сенсорное устройство, которое будучи расположенным внутри каждой клавиши может отслеживать позицию пальца исполнителя на клавише и его перемещение с той или иной скоростью вдоль нее и передавать цифровой сигнал компьютеру на перемещение элемента воздействия с соответствующими скоростью и направлением. Другое сенсорное устройство, расположенное под клавишей, при нажатии последней будет передавать цифровую команду на сближение элемента воздействия со струной и на осуществление различной степени прижатия к струне. Таким образом, при ненажатой клавише исполнитель имеет возможность, передвигая палец вдоль клавиши, перемещать элемент воздействия вдоль струны без соприкосновения с ней, а при нажатой клавише движением пальца управлять взаимодействием упомянутого элемента со струной.

Еще один вариант реализации изобретения может быть осуществлен при использовании известных систем, управляющих перемещением курсора на экране дисплея при помощи компьютерной мыши или других устройств, например trackball. В этом последнем случае палец исполнителя при нажатой клавише касается поверхности маленького шарика (фиг. 21), установленного внутри нее, и сообщая ему вращение вперед-назад, передает сигнал на перемещение в соответствующем направлении элемента воздействия на струну.

При поперечном смещении пальца исполнителя относительно клавиши и шарика или его вибрации в горизонтальной плоскости (влево-вправо) шарик внутри клавиши крутится в том же направлении влево-вправо и передает сигнал механизму изменения наклона элемента 2 воздействия относительно струны 3. Вертикальная вибрация (вверх - вниз) пальца относительно шарика позволяет осуществлять вертикальную же вибрацию элемента воздействия относительно струны. Другие существующие для управления портативными компьютерами устройства, как, например, Track-Pad, при использовании которого палец исполнителя может рисовать траекторию передвижения на небольшой поверхности, воспринимающей его тактильные сигналы, или Track-Point, или другие Mouse-Point, при легком давлении и перемещении пальца смещающие в соответствующем направлении курсор на экране дисплея, также могут быть использованы применительно к настоящему изобретению. Датчики могут быть помещены внутри каждой клавиши и отслеживать положение пальца исполнителя на ее поверхности с последующим переводом данных о положении и степени нажатия в цифровой сигнал, передаваемый в компьютер, который вырабатывает команду на соответствующее изменение положения держателя с элементом 2 воздействия относительно струны, их сближение со струной, перемещение вдоль нее, изменение угла наклона и степени прижатия, а также скорости перемещения элемента воздействия вдоль струны.

Еще один вариант реализации изобретения - "безконтактный" может быть осуществлен на основе последних разработок ученых Массачусетского Технологического Университета США, позволяющих управлять компьютерными системами при помощи движения пальцев над поверхностью рабочего стола. В этом случае сенсорные устройства, находящиеся внутри него, считывают сигнал от пальца за счет излучаемого им тепла и/или за счет изменения им электрической емкости при приближении и перемещении (последний эффект был использован Л.С.Терменом применительно к электронным музыкальным инструментам, в частности Терменвоксу - см. патенты РСФСР на его изобретения N 612 и N 890, заявленные свидетельства N 75859 от 15 сентября 1922 года и N 75152 от 23 июня 1921 года).

В случае использования бесконтактного способа управления сигналом применительно к кордепиано принципиальная схема передачи информации от пальцев исполнителя к элементу воздействия на струну остается такой же: приближение пальца к клавише дает команду на сближение и контакт элемента воздействия со струной, его горизонтальное продольное перемещение вдоль клавиши - на перемещение элемента воздействия вдоль струны с соответствующей скоростью, горизонтальное поперечное перемещение или вибрация (влево - вправо) - на изменение угла наклона элемента воздействия относительно струны, а вертикальная вибрация (микроскопическое приближение пальцев к соответствующей клавише и удаление от нее на границе порога, позволяющего контакт с ней) - на вертикальную же вибрацию элемента воздействия относительно струны.

При конкретной реализации изобретения вышеописанные способы передачи сигнала от исполнителя к элементу воздействия на струну: механический, электромеханический и сенсорно-электронный (контактный или бесконтактный) могут дополнять друг друга и при необходимости быть использованы в своего рода гибридных конструкциях. Так, например, использование сенсорно-электронной передачи сигнала от клавиши не исключает применения педали для осуществления сближения элемента воздействия со струной (фиг. 8-10) или описанного выше механического устройства для фиксации клавиши в нажатом положении (фиг. 11-14), а регулировка степени прижатия элемента 2 воздействия к струне 3 в случае, если она осуществляется за счет вертикального движения клавиши вниз при воздействии пальца исполнителя, может быть реализована как при помощи потенциометра (фиг. 17-18), так и с использованием помещенного под клавишей сенсорного устройства.

Но даже в конструкциях-гибридах сенсорно-электронный тип передачи сигнала обладает рядом преимуществ, позволяющих исполнителю контролировать все характеристики звучания с наибольшей точностью по принципу обратной связи.

Для реализации подобного типа контроля характеристики звуков и многозвучий, возникающих при взаимодействии элемента 2 воздействия и струны должны быть заранее проанализированы при помощи электронного анализатора спектра звуков и внесены в электронный каталог, в котором каждое из возможных сочетаний выбора точки взаимодействия, скорости и направления перемещения, угла наклона, степени прижатия, характера горизонтальной или вертикальной вибрации и их взаимного изменения, осуществляемых при взаимодействии элемента 2 воздействия и струны, будет зафиксировано в виде определенного цифрового кода. Каждое значение этого цифрового кода должно в свою очередь соответствовать цифровым характеристикам, описывающим положение пальца исполнителя на клавише, то есть точку его прикосновения, скорость и направление его продольного перемещения, степень его поперечного смещения относительно клавиши, влияющую на характер изменения угла наклона элемента 2 воздействия относительно струны, степень нажатия клавиши, характер продольной или поперечной вибрации пальца относительно клавиши и их взаимное изменение. На установленном в корпусе или в пюпитре кордепиано экране мультипроцессорного компьютера исполнитель видит реализованные графически частотные характеристики звуков или многозвучий, соответствующие тому или иному положению каждого из его десяти пальцев в определенной точке каждой клавиши при той или иной степени давления на нее и ее нажатия, тем или иным скорости и направлению продольного перемещения и/или поперечного смещения и/или продольной или поперечной вибрации.

На фиг. 22 точки прикосновения к клавишам 5 пальцев левой и правой рук исполнителя указаны соответственно при помощи знаков • и •. При движении пальцев исполнителя вдоль каждой из десяти клавиш характеристики получаемых от взаимодействия элемента 2 воздействия и соответствующей струны 3 возникают на экране. В левой колонке фиг. 22 указаны частоты звуков в цифровой форме, в правой - в виде названий нот. В нижнем ряду обозначены названия клавиш, используемых исполнителем в данный момент. С экрана компьютера исполнитель получает информацию о частотах, производимых им: 1) "чистых" звуков (клавиши левой руки "ми ь" - звук "си ь2" и "соль" - звук "до3", клавиши правой руки "ля" - звук до#3 и "до#" - звук ми#), 2) звуков с их ясно слышимыми обертонами (клавиша "ми" левой руки - звуки "соль# " -"соль #1"- "ре#2", клавиша "до" левой руки - звуки "до2"-"соль2", клавиша "си" правой руки - звуки "фа#2"- "фа#3", клавиша "ми" правой руки - звуки "ми1"-"си2"-"ми3") и 3) многозвучий (клавиши "ре" левой руки и "ре# диез" правой).

Как только палец исполнителя перестает касаться одной из клавиш, изображение в соответствующей колонке на экране компьютера исчезает. Если впоследствии этот палец исполнителя касается и перемещается вдоль другой клавиши, то в той же колонке компьютера появляется графическая информация о звуковых частотах, воспроизведенных на новой струне, соответствующей новой клавише.

Поскольку каждое из возможных сочетаний выбора точки взаимодействия, скорости и направления перемещения, угла наклона, характера вибрации и их взаимного изменения, осуществляемых при взаимодействии элемента 2 воздействия и струны 3 зафиксированы в виде цифрового кода, композитор имеет возможность в процессе работы над сочинением ввести в компьютер все необходимые макро- и микровысотные, тембровые, динамические и агонические характеристики звукового материала произведения, сведя их в графическую партитуру. Каждой точке графика каждого голоса этой партитуры будет соответствовать определенное сочетание характеристик движения элемента 2 воздействия относительно струны, обладающее тем же цифровым кодом. В этом случае данная партитура с максимальной точностью может быть реализована и без исполнительского участия, как в случае произведений для всевозможных механических музыкальных инструментов XVI - начала XX веков или графических партитур современной электронной музыки, написанных с применением компьютера. Но в отличие от первых реализованная на компьютере графическая партитура кордепиано позволяет воспроизвести все характеристики звучания, а не только звуковую высоту и ритм, а в отличие от последних в ней реализовано звучание акустического музыкального инструмента с его "живым" звуком, а не синтезированные звуки электронной музыки. В случае же реализации этой партитуры исполнителем аналогичный записанному в партитуре цифровой код воспроизводится им при взаимодействии его пальцев с клавишей инструмента и передается элементу воздействия на струну. Варианты подобной партитуры изображены на фиг. 23-24, где графические линии на экране компьютера в реальном времени указывают соответствие частот воспроизводимых звуков положению пальцев (для простоты изображения в данных примерах на графиках указаны лишь основные тоны струн без обертонов и многозвучий). Цифровое обозначение и цвет каждой линии графика для наглядности соответствует цифровому обозначению и цвету точки, указывающей позицию пальцев исполнителя на клавишах. Изображенный графически звуковой результат, отмеченный точками на 8-й секунде звучания в данном примере является тем же самым, что и на фиг. 22.

Таким образом, при этом последнем варианте реализации изобретения устройство может: а) считывать положение и характеристики движения пальцев исполнителя на клавишах кордепиано в реальном времени; б) сообщать музыканту о соответствии положения его пальцев желаемому звуковому результату; в) реализовывать записанную композитором на компьютере графическую партитуру сочинения без участия исполнителя.

Преимуществом клавишно-педальной системы управления элементом воздействия на струну при всех вышеописанных вариантах механическом, электромеханическом или сенсорно-электронном является еще и то, что для исполнителя, знакомого с техникой игры на фортепиано, действия при извлечении звука в соответствии с новым способом будут достаточно привычными, соответствующими строению руки и не противоречащими уже известным приемам исполнения.

Другое преимущество заключается в том, что взятое за основу привычное для исполнителя фортепиано, будучи дополнено вышеописанным устройством для возбуждения звуковых колебаний струны, использующим клавишно-педальную систему передачи сигнала от исполнителя к элементам воздействия на струну, может быть использовано и для исполнения традиционной фортепианной музыки при помощи классического способа звукоизвлечения и в то же время при использовании специальных педалей и передаточных механизмов - в качестве нового струнно-клавишного инструмента При необходимости в соответствии с авторским замыслом исполнитель может также использовать одновременно технику кордепиано на части клавиш в зафиксированном состоянии (фиг. 11-14) и обычное фортепианное звукоизвлечение на остальных незафиксированных клавишах. Все перечисленные выше достоинства заявляемых изобретений открывают широкие возможности для дальнейшего применения и развития заявляемого способа звукоизвлечения и создания новых клавишно-струнных инструментов на основе фортепиано.

Согласно изобретениям новый инструмент, обладая всеми техническими преимуществами клавишных инструментов, такими как возможность одновременного звучания множества голосов и игра аккордами, легкость визуального контроля и т. д. , значительно расширяет экспрессивные возможности звучания, позволяя осуществлять звукоизвлечение новым способом и получать звуки континуального характера, сознательно управлять всеми возможными его характеристиками: атакой, затуханием, внутренней динамикой и характером вибрации, изменять тембровые характеристики получаемых звуков за счет выделения различных обертоновых формант, осуществлять на каждой отдельной струне игру многозвучиями, а также воспроизводить звуки абсолютно любой частоты вне системы равномерной темперации, свойственной клавишно-струнным инструментам.

Предоставляя музыкантам возможность работать со звуком на уровне микроструктур, изменять его микроинтервальные, микротембровые, микродинамические характеристики, что до последнего времени было возможно лишь при студийной работе над звуком в электронных студиях, кордепиано остается тем не менее полностью акустическим инструментом. Использование в нем компьютера ограничивается лишь механизмом управления воспроизведением акустического звука, но не для создания новых звуков путем электронного синтеза или модификации натуральных акустических звуков при помощи электронной обработки сигнала. Для его полноценного функционирования в условиях концерта нет необходимости (кроме специально предусмотренных композитором случаев) в использовании звукоусилительной аппаратуры, колонок и т.д.

В случае реализации сенсорно-электронного механизма, управляемого при участии компьютера, кордепиано станет первым в мире представителем нового класса акустических компьютерных музыкальных инструментов, на которых реализация сочинения может быть осуществлена с участием исполнителя или без его участия.

В основу создания нового струнно-клавишного инструмента могут быть положены заявляемые изобретения.

Формула изобретения

1. Способ возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, при котором осуществляют взаимодействие со струной элемента воздействия путем его прижатия к ней и перемещения вдоль нее, отличающийся тем, что элемент воздействия выполняют с возможностью получения в нем звуковых колебаний и его взаимодействие со струной осуществляют с взаимным возбуждением звуковых колебаний в струне и элементе воздействия изменением местоположения точки прижатия последнего к струне и фрикционным взаимодействием со струной при перемещении вдоль нее и/или смещении относительно точки прижатия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение местоположения точки прижатия элемента воздействия и фрикционное его взаимодействие со струной ведут с изменением его скорости и/или направления.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что изменение местоположения точки прижатия элемента воздействия и фрикционное его взаимодействие со струной ведут непрерывно или дискретно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение и/или смещение элемента воздействия и его фрикционное взаимодействие со струной ведут с изменением силы прижатия.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что перемещение и/или смещение элемента воздействия на струну и его фрикционное взаимодействие со струной ведут с изменением площади поверхности его касания со струной.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при перемещении элемента воздействия и/или смещении дополнительно осуществляют его вибрацию.

7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что изменяют частоту и/или амплитуду вибрации.

8. Способ по п.2 или 6, отличающийся тем, что вибрацию элемента воздействия осуществляют в горизонтальной плоскости вдоль или поперек струны или в вертикальной плоскости.

9. Устройство для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, содержащее элементы воздействия на струну, соединенные с приводным механизмом, и клавиатуру, связанную с устройством передачи управляющего воздействия на приводной механизм, отличающееся тем, что приводной механизм выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения элемента воздействия на струну и/или изменения его угла наклона относительно струны, а элемент воздействия на струну выполнен с резонирующей и фрикционной частями с возможностью получения в нем звуковых колебаний.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что элемент воздействия на струну выполнен полым.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что элемент воздействия выполнен составным с резонирующей и фрикционной частями, соединенными подвижно.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что резонирующая и фрикционная части соединены упругим элементом.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено вибратором, соединенным с элементом воздействия на струну.

14. Устройство по п.9, отличающееся тем, что элемент воздействия выполнен в форме шара или эллипсоида, на поверхности которого закреплен по меньшей мере один радиальный палец.

15. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что элемент воздействия на струну выполнен в виде цилиндрического стержня, снабженного на обоих концах телами овальной формы.

16. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что элемент воздействия на струну выполнен со сквозной полостью, охватывающей струну, внутри которой размещена фрикционная часть для контакта со струной.

17. Устройство для возбуждения звуковых колебаний струны музыкального инструмента, содержащее элементы воздействия на струну, соединенные с приводным механизмом, и клавиатуру, связанную с устройством передачи управляющего воздействия на приводной механизм, отличающееся тем, что устройство передачи управляющего сигнала на приводной механизм использует механический, электромеханический или электронно-сенсорный контактный или безконтактный типы связи.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что механический, электромеханический или электронно-сенсорный контактный или безконтактный типы связи используются в смешанно-гибридных конструкциях.

19. Устройство по п.17, отличающееся тем, что командная часть приводного механизма расположена внутри и/или под клавишей клавиатуры и/или в передней рамке инструмента.

20. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что команда на продольное перемещение элемента воздействия относительно струны осуществляется при перемещении пальца исполнителя вдоль клавиши.

21. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что команда на сближение элемента воздействия со струной осуществляется при помощи дополнительной педали.

22. Устройство по п.17, отличающееся тем, что команда на вертикальную вибрацию элемента воздействия со струной осуществляется при помощи дополнительной педали.

23. Устройство по п.17, отличающееся тем, что клавиша зафиксирована в нажатом положении.

24. Устройство по п.17, отличающееся тем, что механизм фиксации клавиши в нажатом положении приводится в действие при помощи дополнительной педали.

25. Устройство по п.17, отличающееся тем, что команда на взаимодействие элемента воздействия со струной осуществляется при взаимодействии пальца исполнителя с сенсорной поверхностью track-pad, расположенной на поверхности каждой клавиши.

26. Устройство по п.17, отличающееся тем, что команда на взаимодействие элемента воздействия со струной осуществляется при взаимодействии пальца исполнителя с шариком компьютерной мыши, расположенной у поверхности каждой клавиши.

27. Устройство по п.17, отличающееся тем, что команда на взаимодействие элемента воздействия со струной осуществляется при взаимодействии пальца исполнителя с любыми системами, используемыми для дистанционного управления компьютерами, каждая из которых расположена внутри и/или у поверхности каждой клавиши.

28. Устройство по п.17, отличающееся тем, что каждое из возможных сочетаний выбора точки взаимодействия, скорости и направления перемещения, угла наклона, характера вибрации и их взаимного изменения, осуществляемых при взаимодействии элемента воздействия и струны зафиксированы в виде цифрового кода.

29. Устройство по п.17, отличающееся тем, что воспроизведение партитуры, записанной цифровым кодом, может быть осуществлено без участия исполнителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24

RH4A - Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение

Дата выдачи дубликата: 06.03.2006

Наименование лица, которому выдан дубликат:Белимов Сергей Александрович (RU)

Извещение опубликовано: 27.04.2006        БИ: 12/2006