專利名稱：改善樂器樂音的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于改善樂器樂音的方法，特別是一種用于減少 樂器構(gòu)件之間的聲音傳遞的方法。最終通過本發(fā)明還能夠提供一種新 的樂器。
本發(fā)明的"被動區(qū)域"指的是那些被理解成對于直接產(chǎn)生聲音并 非必要的構(gòu)件或構(gòu)件的區(qū)域。例如，鋼琴或三角鋼琴中繃緊琴弦的鑄 鐵板、小提琴的琴頸、繃有鼓膜的鼓身等。
與之相反地，本發(fā)明中樂器的"主動區(qū)域"指的是那些被理解成 對于產(chǎn)生聲音是必須的構(gòu)件或構(gòu)件的區(qū)域。例如，鋼琴/三角鋼琴或小 提琴的琴弦、單簧管的簧片等。
為了進一步闡述本發(fā)明還先后使用了概念"本音"和"次音"。
這兩個概念應(yīng)該如此理解本音是通過主動區(qū)域的構(gòu)件或構(gòu)件的主動 區(qū)域的擺動或振動引起的聲音。換一種說法就是前述樂器發(fā)音時實際 所需要的聲音。相對應(yīng)地次音是通過樂器的被動區(qū)域的構(gòu)件的擺動或 振動產(chǎn)生的聲音，次音與本音疊加在一起形成了總音。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的樂器結(jié)構(gòu)中，次音對本音的影響被認(rèn)為是總音基本上無 法避免的組成部分。
以鋼琴或三角鋼琴為例(如圖1和2):共鳴板13與琴身的其余 部分(鋼琴橫梁6和壁7 )以及樂器的所有構(gòu)件可傳聲地連接在一起。 這意味著樂器的所有部分由本音，即，被由琴弦、弦碼14和共鳴板 13構(gòu)成的發(fā)音區(qū)域的振動帶動共振。
該基本原理同樣廣泛地適用于其他所有樂器例如弦樂器和撥弦 樂器可傳聲地連接共鳴板和橫梁以及樂器頸、管樂器可傳聲地連接嘴
3部和琴身(管)、打擊樂器通過將膜繃在框架上同樣可傳聲地與樂器 身體連接在一起等。
根據(jù)各個構(gòu)件振動時間的不同和不同的振動特性會出現(xiàn)非常復(fù) 雜的干擾模態(tài)和相位差。最終會得到一個總音，該總音雖然是以通過
三角鋼琴，例如由共鳴板13發(fā)出的本音為主體，但是其原本的純度、 清晰度和強度仍然被無數(shù)復(fù)雜的干擾所損害、遮蓋和模糊。
特別是在制造鋼琴和三角鋼琴時，過去一直不斷試圖減小干擾 音。例如在鑄鐵板5上設(shè)置大的聲孔以及試驗性地取消鑄鐵板橫梁。 對三角鋼琴的滾輪11或底墊進行專門設(shè)計(大部分設(shè)計成彈簧或空 氣墊系統(tǒng))從而使三角鋼琴與地面分離。同時保證鋼琴或三角鋼琴的 所有部分自始至終基本上可傳聲地相互連接。將樂器制造本音的區(qū)域
與那些不用于產(chǎn)生本音的區(qū)域隔開以避免這些不發(fā)音的區(qū)域振動的 方法至今從未在樂器上實施過。在專業(yè)領(lǐng)域中都將材料和外殼的共振 看作每個樂器的總音的特殊組成部分。
過去和將來都一直在為克服例如琴鍵和機械部分通過自身運動 產(chǎn)生的額外噪音而努力。傳統(tǒng)的減小機械噪音的方法是利用較軟或較 厚的毛氈消音墊、較軟或較厚的皮墊或類似物。前述殘余噪音都被視 為樂音中無法避免的組成部分。
在一架三角鋼琴中，例如擱板9 (演奏臺)的主要功能是保證形 狀穩(wěn)定地支撐演奏裝置。在不同實施方法中靜音的效果都具有重要意 義，但不希望被加強(或更多的是希望將其阻止)的機械噪音其實一 直都是被忽略不計的。對于三角鋼琴的琴蓋8也是如此為了給拋光 的聚酯漆提供一個良好的基底，板表面的形狀穩(wěn)定性完全依靠其層狀 結(jié)構(gòu)。在聲音技術(shù)上與樂器的其余部分接合在一起并由此激起琴蓋共 振的次音的輻射在該層結(jié)構(gòu)中一直被忽略不不計。因為，由于琴蓋本 身振動所產(chǎn)生的對本音的干擾，即，不希望的琴蓋振動對由共鳴板發(fā) 出被架起的琴蓋反射給聽眾的原始信號的影響迄今為止都是可以接
琴中琴蓋振動產(chǎn)生'的干擾。' 、《P' '、 X
4在此將分別描述與上述規(guī)則不符的個別情況。其中，為了減少聲 音傳遞，即，為了實施分離從而使用了具有低聲阻的材料，即，具有 低聲速和低密度的材料，例如使用彈性伸縮材料如海綿橡膠。
如US4607559 ( ARMI RICHARD(CA)) 1986-08-26中公開了 一種
小提琴，其共鳴板通過泡沫塑料與琴身隔離。此方法運用新材料成倍 減小了聲音的傳播。相應(yīng)地也可以使用具有更低聲特性阻抗的材料， 即，具有低聲速和低密度的材料。
類似的在GB2285848(BOOSEY&HAWKES MUSICAL INSTR(GB)). 1995-07-26中使用了一種具有細(xì)小的棱的、可松散地嵌 入的彈性伸縮材料來減弱銅管樂器中復(fù)位彈簧的振動。
對技術(shù)人員來講，根據(jù)具有隔離作用的材料和樂器本身部分之間 的不同的聲阻將不同的部分相互隔離是完全無需考慮顯而易見的，對 此可以使用具有低聲特性阻抗，即，低聲速和低密度的材料，例如泡 沫塑料(密度大約4 x l(T8g/cm3)。
上述方法實質(zhì)上并不能改善前述樂器的樂音。

發(fā)明內(nèi)容
為了實質(zhì)上改善樂器的樂音，本發(fā)明的目的在于提供一種減小由 于樂器內(nèi)部不同構(gòu)件之間的聲音傳播而產(chǎn)生的次音對本音的影響的 方法。
從方法的角度看， 一種方法令人驚奇地實現(xiàn)了上述目的，在此方 法中根據(jù)權(quán)利要求1為了減小聲音的傳播使用一種密度大于 2.4g/cm3，聲速小于150m/s的材料。從屬權(quán)利要求2至4給出了上述 方法進一步的有利變形。本發(fā)明中對密度大于2.4g/cm3,聲速小于 150m/s的材料的使用是權(quán)利要求5至8的主題。權(quán)利要求9和10限 定了根據(jù)本發(fā)明的樂器。
為了實現(xiàn)動隔離可以有針對性地利用 一種其聲速明顯小于空氣 中聲音340m/s的傳播速度，特別是聲速小于150m/s并且密度大于 2.4g/cm3的材料。該用于動隔離的材料必須總是具有比被相互隔離的
5構(gòu)件更小的聲速。
與現(xiàn)有技術(shù)公開的方法相比，本發(fā)明提供了 一種更具體的措施和 特定材料的使用，這些具體措施以及使用特定材料，使得當(dāng)聲音被導(dǎo) 入那些共振和聲音輻射都是不必要的構(gòu)件中的時候，通過隔離將這種 聲音的導(dǎo)入降到最小，從而不會由干擾使得本音受損且傳播不干凈。 此外，還能夠?qū)τ纱渭壜曉窗l(fā)出的聲音(如琴鍵和機械噪音)進行限 制使其僅在其產(chǎn)生的構(gòu)件當(dāng)中傳播。
根據(jù)本發(fā)明由抑制聲音傳播的材料構(gòu)成的中間層對構(gòu)件形成的 動隔離在本發(fā)明范圍內(nèi)被定義為"動隔離"，所述動隔離將原始的、 由最初的振動發(fā)生物所產(chǎn)生的本音限制在一個明確限定的局部區(qū)域
之相對的還存在樂器的被動構(gòu)件和部件。上述被動構(gòu)件的區(qū)域被定義 為被動區(qū)域，該^皮動區(qū)域應(yīng)與產(chǎn)生聲音的主動區(qū)域相互區(qū)分開，因為 這些被動構(gòu)件和部件必須實現(xiàn)其他的功能(靜音、品種、裝飾以及其 他)。
根據(jù)本發(fā)明進行作用的動隔離實現(xiàn)了主動區(qū)域產(chǎn)生的本音到樂 器的其他被動區(qū)域的零傳遞。此外，在各種房間(音樂廳、戲臺和類 似的)地板上放置任意一種樂器都能避免樂器通過其底座、滾輪、支 架或類似物與地板進行聲學(xué)上的連接。同樣也能夠?qū)⒛切┥杀举|(zhì)上 對所需聲音產(chǎn)生干擾音(例如三角鋼琴或鋼琴演奏臺中的機械噪音) 的樂器構(gòu)件與剩余的構(gòu)件聲學(xué)上隔離，從而將干擾音的輻射以及其對 樂器總音產(chǎn)生的影響最小化。
舉例來講，本發(fā)明意義上的動隔離的材料應(yīng)該是一種柔軟可彎曲 的具有無機填充物的塑料墊，例如位于德國阿德海茲多夫
(Adelheidsdorf)的施坦克威茲(Stankiewicz )有限公司的名為 "Bary-X"的聲速約為60m/s、在3mm厚度下具有8kg/m2單位面積 重量的材料。根據(jù)通用的EG安全參數(shù)，"Bary-X"的厚度在2.45g/cm3 和2.7g/cn^之間并且由此其聲音特性阻抗大約在147000Ns/n^和 162000Ns/m3之間。這類的板能夠插入(例如粘貼)在例如鋼琴或三角鋼琴的主動區(qū) 域和被動區(qū)域之間的連接位置上，從而實現(xiàn)各個構(gòu)件或區(qū)域間完全的 動隔離。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求7將抑制聲音傳播的材料應(yīng)用在樂器構(gòu)件的 多層結(jié)構(gòu)的一個中間層中從而在構(gòu)件本身上制造出 一個聲學(xué)的靜音 位置。也就是說，無論是樂器殼體的傳導(dǎo)還是接觸到的空氣噪音都不 能引起所述構(gòu)件自身的振動從而也不會產(chǎn)生干擾本音的次音。例如， 三角鋼琴的琴蓋就可以選用這種結(jié)構(gòu)從而本質(zhì)上阻止其產(chǎn)生干擾共 振。
下面將通過結(jié)合具體實施實例和引用附圖再一次詳細(xì)地對本發(fā) 明的優(yōu)勢和特征進行闡述。


圖l是一架鋼琴的三維視圖，該鋼琴是一種可能應(yīng)用按照本發(fā)明 所述方法的樂器；
圖2是圖1所示三角鋼琴琴身的示圖3是用于將琴身與共鳴板相互分離的可能的結(jié)構(gòu)變形的局部圖
示；
圖4與圖3類似，是中間插入了共鳴板支承的結(jié)構(gòu)變形示圖5與圖3類似，是用于分離連接元件的結(jié)構(gòu)方法示圖6是用于自剩余琴身上分離演奏臺的結(jié)構(gòu)方法的概要示圖；以
及
圖7是在一個多層結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明自剩余外殼上分離擱板的方法。
具體實施例方式
在圖1和2中展示了一架鋼琴或與其琴身分離的、作為一種采用 根據(jù)本發(fā)明方法的可能的樂器。
所述鋼琴由中心主要構(gòu)件和框架組成，該框架由壁7和橫梁6構(gòu)
7成并由具有滾輪11的琴腳10支撐，而且從上面由琴蓋8封閉。在框 架前端的下面具有擱板或演奏臺9，其上設(shè)有敲擊琴弦所必須的演奏 裝置，該裝置具有鋼琴鍵盤(琴鍵)和擊弦機。在框架中設(shè)有作為主 要構(gòu)件粘接在橫梁6上的共鳴板13,其一般由云杉制成。所述共鳴板 13上面設(shè)有一般由灰鑄鐵制成上面繃有琴弦的鑄鐵板5。所述共鳴板 13下面設(shè)有用于支撐琴身的支承梁。支承梁和鑄鐵板5通過箱形角4 連接，琴弦和共鳴板13由與共鳴板固定相連的弦碼14連接。鋼琴前 端的上部設(shè)有樂譜架12。
最初的聲音，即預(yù)期的樂音由鋼琴或三角鋼琴通過例如振動的琴 弦生成，通過弦碼14傳遞到共鳴板13并由共鳴板將其增強。因此， 鋼琴或三角鋼琴的主動區(qū)域是由琴弦、弦碼14、共鳴板13以及其剩 余的所有組成部分(肋、橫梁和邊梁等)共同構(gòu)成的。被動區(qū)域則由 所有其余的構(gòu)件，即，樂器器身(壁7和橫梁6)、鑄鐵板5、琴蓋8 和樂譜架12等構(gòu)成。
以三角鋼琴為例，根據(jù)本發(fā)明可以利用共鳴板13的圍繞支承來 實現(xiàn)主動區(qū)域的動力隔離。
所述共鳴板13的支承可以直接由適于隔離的材料1制成(如圖3 ) 或通過橫梁6的局部區(qū)域的隔離而粘在共鳴板上(如圖4)。此外， 在主動區(qū)域和被動區(qū)域之間所有的連接件、螺釘、木釘或其他的接觸 位置都被置入由隔離材料制成套("木釘")3中(如圖5)，從而 實現(xiàn)徹底隔離且有效地將主動區(qū)域和被動區(qū)域分開。這就意味著可以 利用適合的材料將樂器中所有的可能將本音傳導(dǎo)到樂器的被動區(qū)域 的位置-無論該位置的地點和大小-隔離。
在鋼琴和三角鋼琴中由鑄鐵板5承受琴弦的拉力?；谶@個功能， 使琴弦與鑄鐵板5隔離是不可能的。由于這種連接會使聲能自琴弦通 過鑄鐵板5傳導(dǎo)到樂器所有的其他構(gòu)件上去，所以鑄鐵板5必須與三 角鋼琴剩余的被動構(gòu)件相互隔離(也就是說，在鑄鐵板5上不希望出 現(xiàn)但無法避免的聲能將同樣被限制在一個盡可能小的局部區(qū)域中)。 與上述方法類似，同樣利用整體的支承以及將鑄鐵板5嵌入一種適于
8動力隔離的材料1中來隔離主動區(qū)域(如圖5:鑄鐵板5或板邊螺栓 4不僅與共鳴板13隔離，同樣也與橫梁6和壁7 P鬲離)。假如鑄鐵板 5與其他構(gòu)件不可分地連接在一起(例如與音柱15),那么要分別在 下一個可能的構(gòu)件處實現(xiàn)分離以便未做聲能隔離的構(gòu)件的總數(shù)盡可 能小(見圖6:其中將音柱15、壁7和橫梁6隔離，因為由于結(jié)構(gòu)的 原因不可能隔離鑄鐵板5和音柱15)。
擱板9 (演奏臺)是不希望出現(xiàn)的次音"機械噪音"的初級放大 器，這種次音由琴鍵的和設(shè)置于其后的機構(gòu)運動形成。為了局部地限 制這種聲音或避免這種機械噪音的聲能被傳播到整個樂器，同樣需要 通過擱板9與橫梁6、壁7和周邊空氣的動力隔離以及通過擱板的多 層結(jié)構(gòu)來進行局部的限制，在擱板中需要嵌入一個或多個用于隔離的 材料1的層(見圖7)。其他局部限制機械噪音的方法還有通過在鍵 盤框架中加入材料1、將機械框架或鍵盤框架支撐在所述材料或其他 可能的材料上。
所述類似的方法是可行的并且出于聲學(xué)技術(shù)原因該方法對于其 他能夠帶來不希望的連接、共鳴或放大附加噪音的外殼部分，例如琴 蓋8、樂譜架12、上下框架、三角鋼琴壁7等類似的部分也是很有意 義的。
在上述具體實施實例中借助鋼琴或三角鋼琴作為樂器實例闡述 本發(fā)明。與前述樂器中類似，其他所有樂器原則上都可以應(yīng)用所述將 主動區(qū)域與被動區(qū)域動力分離的原理來實現(xiàn)樂音的優(yōu)化。
帶嘴的管樂器如薩克斯風(fēng)、單簧管、雙簧管以及其他具有壺嘴狀 部分的樂器都可以例如將所述嘴部與樂器器身(管)進行動力隔離。 這種措施使得產(chǎn)生本音所必要的氣流雖然在管中由傳遞速度放大，但 不會激勵管樂器外殼材料(即器身)產(chǎn)生次干擾聲。
在弦樂器和撥弦樂器如小提琴、大提琴或吉他中，例如其橫梁和
具有指板的頸都只是用于提供彈奏功能或用于穩(wěn)定樂器的被動構(gòu)件。 在共鳴板和蓋板之間通過音柱的連接實際上就是發(fā)音的相關(guān)部分。因
此只要將橫梁和頸與樂器的其余部分根據(jù)本發(fā)明進行動力隔離從而
9將本音限制在主動部分上即可(在大提琴和低音提琴中還有樂器與支 撐棒頭部以及底板與支撐棒底部)。
這種方法可以任意轉(zhuǎn)用在其他樂器上，經(jīng)證明借助本發(fā)明權(quán)利要 求提供的方法能夠?qū)a(chǎn)生本音所需的樂器的主動區(qū)域與所有不具有 直接發(fā)聲功能的構(gòu)件動力隔離。
附圖標(biāo)記列表
1. 用于分離的材料
2. 共鳴板支承
3. 由用于分離的材料制成的木釘
4. 板邊螺栓
5. 鑄鐵板
6. 橫梁
7. 壁
8. 琴蓋
9. 擱板(演奏臺)
10. 琴腳
11. 滾輪
12. 樂譜架
13. 共鳴板
14. 弦碼
15. 音柱
權(quán)利要求
減小聲音在樂器構(gòu)件之間傳播的方法，其中，在構(gòu)件之間的連接位置上設(shè)置一個由能夠減小聲音傳播的材料制成的中間層，其特征在于，所述減小聲音傳播的材料具有至少為2.0g/cm3，特別是大于2.4g/cm3的密度以及小于150m/s的聲速。按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，減小聲音傳播的材料具有2.45g/cm3至2.7g/cm3的密度。按照上述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在樂器的主動和被動構(gòu)件之間設(shè)置減小聲音傳播的材料，所述主動構(gòu)件是對產(chǎn)生聲音是直接必要的構(gòu)件，而被動構(gòu)件是對產(chǎn)生聲音不是直接必要的構(gòu)件。按照上述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，減小聲音傳播的材料被設(shè)置在裝有可機械運動的元件的構(gòu)件和相鄰構(gòu)件之間的連接位置上。在樂器構(gòu)件之間的連接位置上使用密度大于2.4g/cm3，聲速小于150m/s的材料。按照權(quán)利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述材料具有2.45g/cm3至2.7g/cm3的密度。在樂器構(gòu)件的多層結(jié)構(gòu)的至少一個中間層中使用密度大于2.4g/cm3、聲速小于150m/s的材料構(gòu)成其靜音位置。按照權(quán)利要求7，其特征在于，所述材料具有2.45g/cm3至2.7g/cm3的密度。具有至少兩個構(gòu)件的樂器，其中，在構(gòu)件間的連接位置上嵌入密度大于2.4g/cm3聲速小于150m/s的材料。按照權(quán)利要求9所述的樂器，其特征在于，所述材料具有2.45g/cm3至2.7g/cm3的密度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過將樂器直接產(chǎn)生本音的區(qū)域與非直接產(chǎn)生本音的構(gòu)件和部件隔離開來改善樂器樂音的方法。通過限制聲音主動區(qū)域來阻止主要具有平衡、品種、外觀功能的構(gòu)件(6、7)的振動和聲輻射，因為所述振動和聲輻射會干擾和損害本音。根據(jù)本發(fā)明在構(gòu)件間的連接位置上設(shè)置一個由一種能夠減小聲傳播的材料(1)構(gòu)成的中間層。
文檔編號G10C1/00GK101517635SQ200780032688
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月4日
發(fā)明者漢斯-烏爾里?！だ?申請人:史坦威&桑斯