Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара

Изобретение относится к области щипковых музыкальных инструментов, а именно к конструкции гитар. Гитара состоит из грифа с установленным на нем верхним порожком и ладами, головкой грифа с расположенными на ней колками, струн, корпуса, состоящего из обечайки, верхней и нижней деки, при этом нижний порожек установлен отдельно на наружной поверхности деки. Изобретение обеспечивает сокращение потерь энергии колебаний струн, передаваемых верхней деке, повышение количества энергии струн, преобразуемой в звуковые волны, вследствие чего происходит улучшение всех акустических характеристик гитары. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области щипковых музыкальных инструментов, а именно к конструкции гитар.

Известна акустическая гитара, состоящая из грифа с установленными на нем верхним порожком и ладами, головкой грифа с расположенными на ней колками, корпуса, состоящего из обечайки, верхней и нижней деки, подставки-струнодержателя с закрепленными на ней струнами, опирающимися на нижний порожек и передающимИ колебания струн верхней деке при игре (см. О. Пухоль. Школа игры на шестиструнной гитаре. Москва, Всесоюзное издательство «Советский композитор», 1983 г.).

Главным предназначением любого музыкального инструмента, в том числе и гитары, является его способность воспроизведения звуковых волн с заданными акустическими характеристиками, такими как динамический диапазон (громкость), скорость атаки, тембр. Важнейшей характеристикой гитары как сложной колебательной системы является добротность. Проблема создания инструментов с наилучшими акустическими характеристиками привлекала внимание лучших мастеров во всем мире на протяжении столетий. Не утратила она своей актуальности и сегодня. К недостаткам известной конструкции относятся:

- низкая громкость звучания инструментов. По некоторым оценкам, она составляет 5-8% от энергии колебаний струн. Многие известные музыканты и композиторы сетовали на недостаточно громкое звучание классической гитары;

- большинство инструментов имеют обоснованные претензии к таким характеристикам, как скорость атаки, неравномерность частотной характеристики, малая величина добротности колебательной системы.

К эксплуатационным недостаткам существующей конструкции относится довольно распространенная проблема: частичный или полный отрыв подставки, обусловленный силой натяжения струн.

Проводимые мною научные исследования характеристик акустических гитар с использованием методов, изложенных в моем Патенте РФ №2416128 от 10.04.2011 г. «Способ настройки и измерения динамических характеристик струнных музыкальных инструментов и устройство для его осуществления», показали: перечисленные недостатки в значительной степени обусловлены конструкцией подставки-струнодержателя, размещаемой в центре большого овала верхней деки. Изобретателем подставки считается Дионисио Агуадо (08.04.1784 - 20.12.1849) - испанский гитарист-виртуоз, композитор, педагог. Подставка Агуадо за более чем 170 лет не претерпела существенных изменений и состоит из основания, имеющего значительную площадь (для классической гитары более 10% эффективно излучаемой поверхности большого овала верхней деки) сформированного на нем струнодержателя и нижнего порожка, опирающегося на основание.

Подставки мастеровых гитар изготавливаются, как правило, из палисандра и их средняя масса составляет порядка 35 грамм и более, что зачастую превышает 30-40% наиболее эффективно колеблющейся массы верхней деки, расположенной в центральной части большого овала, главным образом формирующей основные акустические характеристики инструмента. Размещение известной конструкции подставки, обладающей значительной массой и площадью в центре пучности главной моды верхней деки гитары, неизбежно оказывает демпфирующее влияние на процессы распространения упругих колебаний в резонаторе (кузове) гитары, следствием чего является понижение добротности колебательной системы, ухудшение всех акустических характеристик.

Известна конструкция классической гитары, в которой струнодержатель (подставка) в выступающей части разделен на три отдельные части, пропорционально количеству размещенных на них струн, при этом каждая из частей отдельно прикреплена к деке клеево-резьбовым соединением на расстоянии друг от друга, сохраняющем общую геометрическую форму струнодержателя (заявка на изобретение № PCT/UA 2013/000126, дата публикации 8 мая 2014 года). По физическому замыслу данное конструктивное решение призвано увеличить количество энергии струны, передаваемой деке, за счет использования энергии, параллельной составляющей колебаний струны. Известно что, ось струны, при ее возбуждении, вращается по кривой, близкой к эллипсу. В случае, когда струна колеблется перпендикулярно плоскости деки, ее колебания (при существующей конструкции подставки) наилучшим образом передаются деке. В случае, когда струна совершает колебания, параллельные плоскости деки, колебания практически не передаются, поскольку подставка имеет значительную длину, она «зажата» соседними струнами, в результате чего происходит демпфирование данной составляющей колебаний. Разрезание подставки, по замыслу автора, должно увеличить подвижность полученных трех подставок в данной плоскости колебаний. По факту предложенное техническое решение не улучшает акустические свойства инструмента, а ухудшает их. Разрезание подставки так, как это предложено в заявке, недопустимо.

Подставка, если она приклеена правильно, помимо функции крепления струн и передачи колебаний деке, является еще и поперечной пружиной, увеличивающей упругие свойства верхней деки, и, таким образом, частично компенсирует негативное влияние увеличения массы. Разрезая подставку, автор устраняет ее пружинную функцию, и она будет действовать только как дополнительный утяжелитель деки, что неизбежно приведет к еще большему снижению добротности колебательной системы и других характеристик, чем это было при использовании классической конструкции.

Задачей настоящего изобретения является:

- улучшение акустических характеристик инструментов;

- повышение излучаемой звуковой мощности;

- сокращение производственных затрат за счет улучшения и упрощения технологии производства;

- повышение надежности и эксплуатационных характеристик инструментов.

Поставленная задача решается тем, что колебания струн передаются без использования традиционной подставки. Вместо нее на наружной поверхности деки устанавливается только нижний порожек. Функцию струнодержателя и пружины одновременно выполняет футер, расположенный на внутренней стороне верхней деки, при этом в верхней деке и футере выполнены сквозные отверстия для каждой струны и на каждой струне выполнен узел-фиксатор, который заведен в соответствующее отверстие и закреплен кнопкой. Такая конструкция позволяет в несколько раз уменьшить массу центральной (наиболее важной для акустических характеристик) области большого овала верхней деки, без понижения упругих свойств, и существенно снизить потери энергии при передаче колебаний от струн корпусу.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая исполнения, где:

- на Фиг. 1 показан вид предлагаемой конструкции акустической гитары;

- на Фиг. 2 показан продольный разрез А-А, обозначенный на Фиг. 1;

- на Фиг. 3 показан вариант исполнения конструкции акустической гитары, отличающийся от Фиг 1, различными расстояниями между нижним порожком и точкой фиксации конца струны на верхней деке;

- на Фиг. 4 - показан вариант исполнения основания нижнего порожка, опирающегося на верхнюю деку двумя точками;

- на Фиг. 5 показан вариант исполнения конструкции акустической гитары, отличающийся от Фиг. 1 тем, что нижний порожек конструктивно разделен на равные не соприкасающиеся друг с другом части пропорционально количеству опирающихся на него струн;

- на Фиг. 6 показан вариант крепления конца нейлоновой струны при помощи фиксатора типа «шпинек» или «пуговица».

Акустическая гитара, состоящая из грифа 1 с установленным на нем верхним порожком 2, ладами 3, головкой грифа 4 с расположенными на ней колками 5, корпуса 6, состоящего из обечайки 7, верхней деки 8, нижней деки 9, нижнего порожка 10, установленного отдельно на наружной поверхности верхней деки 8 и опирающегося на нее через основание 11 на протяжении всей его длины двумя точками, или разделен на равные части пропорционально количеству опирающихся на него струн 15, а струнодержатель, конструктивно выполненный в виде футера 12, расположен на внутренней поверхности верхней деки 8, при этом в накладке 13, верхней деке 8 и футере 12 выполнены сквозные отверстия 14, для каждой струны 15 расположенные на одинаковых или различных расстояниях от нижнего порожка 10, при этом струны 15 заведены в соответствующее отверстие 14 и закреплены от вытягивания наружу узлом-фиксатором 16, выполненным на конце каждой струны, с кнопкой 17 либо фиксатором 18 типа «шпинек» или «пуговица». Для крепления фиксатора 18 конец нейлоновой струны сначала заводится в отверстие с наружной стороны деки, затем вытягивается наружу через резонаторное отверстие, после чего к нему присоединяется фиксатор типа «шпинек» или «пуговица».

Работа предложенного устройства, а также его использование для исполнения музыкальных произведений полностью идентичны традиционной конструкции, при этом достигаются значительные преимущества: эксплуатационные, технологические и что очень важно - акустические.

В предложенном техническом решении проблема отрыва подставки силой натяжения струн решается автоматически: нет подставки, нет проблемы. Сила натяжения струн действует на футер, приклеенный с внутренней стороны верхней деки, и данная сила прижимает футер к деке, а не отрывает основание подставки, как это реализовано в традиционной конструкции.

Изобретение сокращает производственные затраты за счет сокращения расхода материалов и производственно-технологических операций на изготовление подставки и приклейки ее к верхней деке.

За счет того, что струнодержатель теперь «спрятан» внутрь корпуса гитары, а сила натяжения струн только прижимает его к деке, материал для изготовления футера, его форма, размеры, расположение, расположение пружин могут быть подобраны таким образом, что перечисленные факторы обеспечат снижение массы центральной (наиболее значимой для акустики) области большого овала верхней деки в несколько раз. Колеблясь, струны совершают работу по «переносу» массы деки, чем меньше ее масса, тем меньше затрачивается энергии на каждый период, тем выше будет добротность системы и дольше продолжительность колебаний.

Размеры традиционной подставки составляют (180×30) мм, таким образом, ее площадь равна 5400 кв. мм. Вибрации струн, передаваемые через нижний порожек на деку, изначально распределяются по значительной площади основания подставки, вследствие чего воздействие на деку, приводящее к ее упругим деформациям, - незначительно.

В предложенном конструкторском решении площадь основания, на который опирается нижний порожек, составляет (80×9) мм=720 кв. мм. Таким образом, соотношение площадей опоры нижнего порожка в традиционном и предложенном варианте составит 5400/720=7,5 раз. Из этого следует, что колебания струн в предлагаемом изобретении будут воздействовать непосредственно на верхнюю деку (а не на подставку, как это реализовано в традиционном варианте) и сила этих колебаний значительно возрастает. В связи с возрастанием силы вибраций струн, передаваемых через нижний порожек, увеличивается и величина деформации верхней деки, и соответственно возвращающая деку в исходное состояние сила упругости, которую по закону Гука можно записать как , где E - модуль упругости, - величина деформации деки. Поскольку величина этих двух сил увеличивается, возрастает и амплитуда изгибных упругих механических колебаний, возбуждаемых в деке, что в свою очередь приводит к увеличению громкости звучания инструментов.

За счет того, что главный узел, ответственный за передачу колебаний струн, уменьшился в несколько раз как по площади, так и по массе, уменьшилась и инерционность системы в целом. Вследствие этого параллельные кузову колебания струн будут передаваться деке значительно лучше, за счет этого улучшаются и все акустические характеристики гитары.

Предложенное изобретение расширяет экспериментальные возможности в направлении создания инструментов, обладающих наилучшими звуковыми характеристиками. Так, появляется возможность увеличения плеча приложения силы, в зависимости от длины волны возбуждаемой конкретной струной, за счет увеличения расстояния между нижним порожком и точкой фиксации конца струны на верхней деке. Изменение количества точек опоры нижнего порожка, их площади дает возможность нахождения оптимальных вариантов передачи всех составляющих колебаний струн верхней деке. Размеры футера, его форма, материал, расположение, позволяют добиваться снижения массы центральной части большого овала верхней деки, без ухудшения упругих свойств колебательной системы.

При изготовлении инструмента гитарный мастер на стадии изготовления деталей корпуса, таких как верхняя дека, нижняя дека, производит определенные резонансно-частотные настройки. После сборки корпуса путем шлифовки верхней и нижней деки, данная работа может быть продолжена. Целью таких настроек является достижение наилучших параметров звука. После приклейки традиционной подставки, частотные характеристики инструмента меняются непредсказуемым образом. Учитывая, что приклейка подставки в технологическом цикле изготовления гитары является практически последней операцией, внести какие-либо частотные корректировки в готовый инструмент - весьма проблематично. В предлагаемой конструкции, установка нижнего порожка, в силу его малой массы и площади не оказывает влияния на акустические характеристики инструмента, вследствие чего значительно проще достигнуть планируемых акустических параметров на готовом инструменте.

Подводя итог всему сказанному, необходимо подчеркнуть следующее:

- при традиционном варианте подставка оказывает демпфирующее действие при передаче упругих колебаний от порожка деке, следствием этого являются потери энергии колебаний струн. В предлагаемом решении колебания передаются верхней деке значительно лучше, что приводит к повышению количества энергии струн, преобразуемой в звуковые волны, вследствие чего происходит улучшение всех акустических характеристик гитары;

- в отличие от традиционной конструкции в предлагаемом решении возбуждающие силы прикладываются к верхней деке с двух сторон, что способствует более эффективному, менее инерционному возникновению изгибных упругих колебаний;

- вследствие того, что струнодержатель (футер) размещается с внутренней стороны верхней деки, его отрыв натяжением струн полностью исключается.

1. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара, состоящая из грифа с установленным на нем верхним порожком и ладами, головкой грифа с расположенными на ней колками, струн, корпуса, состоящего из обечайки, верхней и нижней деки, отличающаяся тем, что нижний порожек с основанием установлен отдельно на наружной поверхности верхней деки, основание опирается на верхнюю деку на протяжении всей его длины, а струнодержатель, конструктивно выполненный в виде футера, расположен на внутренней поверхности верхней деки, при этом в верхней деке и футере, вне основания, выполнены сквозные отверстия для каждой струны, расположенные на одинаковых расстояниях от нижнего порожка, а на каждой струне выполнен узел-фиксатор, который заведен в соответствующее отверстие и закреплен кнопкой.

2. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара по п. 1, отличающаяся тем, что сквозные отверстия для фиксации струн расположены на различных расстояниях от нижнего порожка.

3. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара по п. 1, отличающаяся тем, что нижний порожек опирается на верхнюю деку, через основание, двумя точками.

4. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара по п. 1, отличающаяся тем, что сквозные отверстия для фиксации струн расположены на различных расстояниях от нижнего порожка, а нижний порожек опирается на верхнюю деку, через основание, двумя точками.

5. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара по п. 1, отличающаяся тем, что нижний порожек конструктивно разделен на равные не соприкасающиеся друг с другом части, пропорционально количеству опирающихся на них струн.

6. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара по п. 1, отличающаяся тем, что концы струн заведены в отверстия меньшего диаметра и закреплены фиксатором типа «шпинек» или «пуговица».

7. Щипковый музыкальный инструмент - акустическая гитара по п. 1, отличающаяся тем, что на наружной поверхности верхней деки, отдельно от основания, установлена накладка со сквозными отверстиями для струн.