專利名稱：：用于改善樂器樂音的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種改善樂器樂音的方法。特別是一種用于減小聲音輸出和/或減小樂器被動區(qū)域的儲能作用的方法。最終還可通過本發(fā)明提供一種新型的樂器。在本發(fā)明中樂器的"被動"區(qū)域應(yīng)被理解成那些對于直接產(chǎn)生樂音并非必要的構(gòu)件或構(gòu)件區(qū)域。例如三角鋼琴或鋼琴中繃緊琴弦的鑄鐵板、小提琴的琴頸、覆有鼓膜的鼓身等構(gòu)件。與之相反，在本發(fā)明中樂器的"主動區(qū)域"被理解成那些對于產(chǎn)生樂音是必要的構(gòu)件或構(gòu)件區(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)域中的構(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)中次音對本音造成的影響被認為是基本上無法避免的總音的組成部分。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激勵而共振，也就是由琴弦、弦碼14和共鳴板13構(gòu)成的主動區(qū)域的振動所激勵。該基本原理同樣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，該總音雖然是以三角鋼琴共鳴板13發(fā)出的本音為主體，但是其原本的純粹度、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。樂器通過與地板的接觸，例如三角鋼琴或鋼琴通過滾輪11，大提琴或低音提琴通過支撐棒，打擊鼓、定音鼓或豎琴通過其支架以及類似的與周圍環(huán)境接合從而必然導(dǎo)致進一步產(chǎn)生共振。此外，與此相關(guān)的各個構(gòu)件的儲能作用同樣是無法避免的。所述儲能作用通過下述現(xiàn)象來解釋當樂音產(chǎn)生后，該樂音以一個短暫的過程在整個樂器中傳播。在構(gòu)件到達其"靜止"的瞬間之前，各個構(gòu)件先把涌入的聲能一次性地吸收干凈，在這之后才將多余的能量輻射給與其可傳聲地連接的構(gòu)件以及周圍的空氣中。在主動構(gòu)件中(例如鋼琴/三角鋼琴中的琴弦、弦碼14和共鳴板13)這個作用是必須的。但在對于本音毫無意義的被動構(gòu)件中，這個作用導(dǎo)致自一個構(gòu)件到另一個構(gòu)件的聲能大小不一從而出現(xiàn)相位差并且由此對本音產(chǎn)生干擾。更困難的是在樂器的普遍演奏中在極短的時間間隔中會發(fā)出許多不相關(guān)聯(lián)的、不同的樂音。在多聲部演奏時這種情況還會出現(xiàn)重疊。通常來講，在一個新的樂音出現(xiàn)的時候樂器的構(gòu)件并不處于靜止狀態(tài)，而是仍然基于上一個樂音而振動著。由于總的聲音能量在空氣介質(zhì)上的輻射會短促地產(chǎn)生不希望的聲音，所以假設(shè)在共鳴板的某些部分上需要產(chǎn)生聲音的話，那么在其他所有余下的(被動的)構(gòu)件處這種作用會對與次音重疊的本音造成極其不好的影響。極個別的僅有利用鑲嵌在樂器上的寶石，特別是鉆石(http:〃web.archive.org/web/20060112103158/http:〃www.frankundmever.de/)或設(shè)置在樂器上用于改善共振的寶石(http:〃web.archive.org/web/20060205164408/http:〃www.cannonballlmusic.com/stonelion.php)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種阻止或減小次音對本音的影響，特別是阻止次音的產(chǎn)生或至少明顯減小其強度的方法。此目的通?？梢酝ㄟ^具有權(quán)利要求1的特征的方法來實現(xiàn)。該方法的有利變形方案由從屬權(quán)利要求2至8給出。權(quán)利要求9公開的是根據(jù)本發(fā)明為了影響樂器的樂聲對結(jié)晶體的利用，所述結(jié)晶體具有在固體中大于8.000m/s的聲速。權(quán)利要求10給出了根據(jù)本發(fā)明裝配了所述結(jié)晶體的樂器。根據(jù)本發(fā)明通過固定直接的連接使該結(jié)晶體與各個欲釋放動能的樂器構(gòu)件或與這些構(gòu)件的被動區(qū)域相連，特別是與其粘貼在一起或嵌入其中。本發(fā)明的實質(zhì)想法基于這樣一種認知，即，聲能是可能借助在此被稱為"釋放動能"的作用自樂器中傳導(dǎo)出去的。根據(jù)本發(fā)明，通過釋放動能自樂器主動區(qū)域傳播到被動(理想的是靜音)區(qū)域(即樂器其余的所有部分)的能量能夠在樂器出現(xiàn)儲能作用之前直接傳導(dǎo)到樂器周圍的空間中。聲能在周圍空間中傳導(dǎo)直至其不再具有可被聽見的聲能為止。在第一個方案中可以在樂器被動區(qū)域中的構(gòu)件上整體地實施所述動處理，從而避免在該構(gòu)件中產(chǎn)生的儲能作用和此構(gòu)件對當時的或隨后出現(xiàn)的本音產(chǎn)生的不利的反作用(見權(quán)利要求2)。根據(jù)本發(fā)明的方法在同樣配有主動區(qū)域的構(gòu)件的被動區(qū)域中設(shè)置結(jié)晶體也是一個很好的方法。由此能夠阻止通過其他渠道存儲在構(gòu)件的被動區(qū)域中的聲能回流到主動區(qū)域中去并損害隨后出現(xiàn)的本音。如此實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的動能釋放，即，將一種由在固體中具有高聲速(聲速大于8.000m/s)材料構(gòu)成的結(jié)晶體設(shè)置在對產(chǎn)生本音不必要的被動區(qū)域的構(gòu)件上或設(shè)置在樂器上同樣具有主動區(qū)域的構(gòu)件的被動區(qū)域中，從而減小、盡可能地廣泛地排除聲音發(fā)散到周圍環(huán)境中以及減小或避免構(gòu)件的隨振。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的結(jié)晶體的作用決定于結(jié)晶體與釋放動能的構(gòu)件材料之間必然存在的聲速差距。用于釋放動能的材料的聲速必須始終大于被釋放動能的材料的聲速。兩者之間的差距越大作用就越明顯(參見表格1)?？梢酝ㄟ^兩種材料聲速的比例關(guān)系得出樂器構(gòu)件的動能釋放度(穿透系數(shù))。例如利用鉆石來釋放三角鋼琴鑄鐵板(由灰鑄鐵構(gòu)成)的動能時穿透系數(shù)大約為4比1(18000m/s:4.500m/s)。普遍使用在樂器結(jié)構(gòu)中、需要動釋放動能的材料為木頭、灰鑄鐵、黃銅以及類似物，這些材料的聲速介于大約3.000和5.000m/s之間。由此相對于其聲速至少為8.000m/s的材料來講，兩者間的差距足夠?qū)崿F(xiàn)動能釋放。表格1表格1:動能釋放度，以空氣作為參照數(shù)值<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>動能釋放使到達樂器被動區(qū)域中物體的聲能和空氣聲能能夠以簡潔的方式無聲地幾乎在一瞬間傳導(dǎo)到樂器總體以外的區(qū)域中去，致使只有主動區(qū)域作為決定聲音和樂音的元件發(fā)揮作用。由此得到的樂音是一個純正、清晰以及動態(tài)的本音，該本音不受那些未進行動能釋放處理的樂器所無法避免的干擾和損害的影響。這就意味著在動能釋放過程中本音不會消弱流失。動能釋放也可以直接反作用于主動區(qū)域。例如單簧管的簧片有一個主動(即，自由振動的)區(qū)域和一個被動(即，被固定張緊的)區(qū)域。所述動能釋放借助根據(jù)本發(fā)明的方法直接將一個根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶體設(shè)置在夾緊部分來減小簧片主動區(qū)域上固定夾緊部分的隨振的反作用。主動區(qū)域由此能夠盡快地恢復(fù)到其原始的最佳能量狀態(tài)，避免了樂音的疊加。動處理同樣不會減弱次音，而是在到達被動區(qū)域的聲能被存儲在被動區(qū)域中以及由此干擾本音之前就將其毫無遲疑地直接傳導(dǎo)出去。如上所述，將結(jié)晶體設(shè)置在樂器的被動區(qū)域中，其中，可以通過模擬或?qū)嶒灆z測出設(shè)置該結(jié)晶體的最佳位置。在鋼琴或三角鋼琴中所述安置位置可能處于例如箱角(Kastenwinkel)、鑄鐵板和箱角之間的板楔、鑄鐵板、琴腳、滾輪等位置上。所述結(jié)晶體最好是具有較高晶體排列的晶體，其中，通過單晶體能達到最好的效果。基本上在所選結(jié)晶體的晶體中聲速越高，根據(jù)本發(fā)明的方法的作用就越大。固體的晶體的排列和純度越高，在其中的聲速也越高。具有根據(jù)本發(fā)明用于動能釋放所需特性的材料為，例如鉆石(天然的或人工的，具有立體面心的晶體結(jié)構(gòu)以及聲速約為18000m/s)或陶瓷材料如碳化硼、氧化鋁、氮化硼、二氧化鋯或類似的(聲速大于8000m/s)。申請人做出的一系列模擬和試驗表明結(jié)晶體的尺寸(如其體積)對動能釋放的作用沒有任何影響。但是鑒于結(jié)晶體的設(shè)置位置則力求其尺寸盡可能地細小和不引人注目，優(yōu)選地該晶體邊長或直徑的范圍在幾個納米和幾個厘米之間。本發(fā)明闡述了通過動能釋放如何能在次音的干擾下無損害、純正地將本音傳播出去的最初手段和方法，其中，被導(dǎo)入不希望有聲能的構(gòu)件中的聲能被直接導(dǎo)出從而避免了所述的儲能作用和由其引發(fā)的干擾。下面將結(jié)合附圖地通過具體實施實例對本發(fā)明的其他優(yōu)勢進行闡述。附圖的簡單描述圖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是在圖1中所示的三角鋼琴的箱角中根據(jù)本發(fā)明設(shè)置用于動處理的結(jié)晶體的示圖，其中，結(jié)晶體被插入在配合孔中；圖4是類似圖3的示圖，區(qū)別在于所述結(jié)晶體被粘貼在平坦的面上；圖5是根據(jù)本發(fā)明在鑄鐵板的橫梁上設(shè)置結(jié)晶體從而使其所處的構(gòu)件實現(xiàn)動處理的示圖6是常見樂器產(chǎn)生聲音(樂音)的總音的過程(包絡(luò)線)概要圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明方法被改變的樂器產(chǎn)生的聲音(樂音)的總音的過程(包絡(luò)線)概要圖。
發(fā)明內(nèi)容在圖1和2中展示了一架鋼琴或作為一種采用根據(jù)本發(fā)明的方法可能的樂器分離的琴身。三角鋼琴由中心的主要構(gòu)件和框架構(gòu)成，所述框架由壁7和橫梁6構(gòu)成，由設(shè)有滾輪11的琴腳10支撐所述框架并且從上面由琴蓋8將其封閉。在框架前下方設(shè)有擱板或演奏臺9,其上設(shè)有敲擊琴弦用的演奏裝置，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)件的、粘合在橫梁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的、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撐梁。支撐梁和鑄鐵板5通過箱角4連接，琴弦和共鳴板13通過與共鳴板固定相連的弦碼14連接。鋼琴前上部設(shè)有樂譜架12。在三角鋼琴中只有主動構(gòu)件琴弦、弦碼14和共鳴才反13真正用于產(chǎn)生本音，即，形成產(chǎn)生樂音所需要的振動。但是，這些部件與被動區(qū)域的其他構(gòu)件，如鑄鐵板5、箱角4、橫梁6、壁7和琴腳10可傳聲地連接在一起。為了阻止在被動區(qū)域的這些構(gòu)件中以及在主動作用(直接參與生成本音)構(gòu)件的被動區(qū)域中產(chǎn)生的儲能作用并且避免扭曲的次音對本音的干擾，根據(jù)本發(fā)明在三角鋼琴的被動區(qū)域中設(shè)置結(jié)晶體1,該結(jié)晶體由一種在固體中聲速大于8.000m/s的材料如鉆石、碳化硼或類似的構(gòu)成。這種結(jié)晶體1必須與被動區(qū)域需釋放動能的部分(例如箱角4、琴蓋8或鑄鐵板5，參見圖3至圖5)如此連接，即，一方面與構(gòu)件全面地直接接觸，而另外的面無接觸。所述連接可以通過一個以配合孔2形式的沉孔(見圖3)或在平坦的表面上的粘貼3(見圖4)來實現(xiàn)。用于釋放動能的結(jié)晶體1的尺寸或體積取決于所用的材料和各自的設(shè)置點以及其他要求，其直徑可以自納米級直至幾厘米。圖6和7中示意性展示了根據(jù)本發(fā)明的方法對相應(yīng)被操作或使用的樂器的總音的影響。在這兩幅圖中，圖6展示的是具有常見構(gòu)造的樂器產(chǎn)生的樂音總音的包絡(luò)線的時間曲線，圖7展示的是具有根據(jù)本發(fā)明方法進行改造的相應(yīng)構(gòu)造的樂器產(chǎn)生的樂音總音包絡(luò)線的時間曲線。在這兩種情況中，聲音的結(jié)構(gòu)在"爆發(fā)"和"衰減"階段以及余聲"持續(xù)"階段都是相同的，由于所述釋放動能阻斷了儲能作用，在"釋放"階段中振動衰減過程明顯變短處于理論上的完美狀態(tài)。如圖7所示，振動衰減時間接近為零。在此先僅借助三角鋼琴和鋼琴的結(jié)構(gòu)來闡述所述動能釋放使次音對本音影響最小化的工作原理。但是這個工作原理也可以類似地轉(zhuǎn)用在其他樂器上。在管樂器和管風琴中進行動能釋放的應(yīng)用實例管樂器的樂音由管內(nèi)部的一個氣柱產(chǎn)生。所述管不應(yīng)該影響氣柱，因為管或嘴部本身的振動會產(chǎn)生干擾從而改變本音。由此根據(jù)本發(fā)明同樣要對管樂器的管/外殼進行動能釋放，其中，所述材料(鉆石、碳化硼或類似的)與管可傳聲地連接，例如直接處于嘴部后面、處于喇p八的附近或類似的位置。在弦樂器和撥弦樂器中進行動能釋放的應(yīng)用實例弦樂器和撥弦樂器的本音由激起振動的琴弦產(chǎn)生，所述琴弦通過弦碼接合在共鳴蓋上。該共鳴蓋可以增強弦音。此時不希望被動構(gòu)件例如具有指板的頸產(chǎn)生振動。根據(jù)本發(fā)明該被動構(gòu)件同樣通過前述方法進行動能釋放。該方法同樣也適用于例如大提琴和低音提琴的支撐棒。對振動發(fā)生器，例如音錘(鋼琴和三角鋼琴)，琴弓(弦樂器)、琴撥(撥弦樂器)、錘和棒(打擊樂器)和類似物的釋放動能的應(yīng)用實例生成樂音時各個振動發(fā)生器都在振動。在產(chǎn)生下一個樂音的時間點上，上一個樂音的能量會存在振動發(fā)生器中從而對后續(xù)的樂音產(chǎn)生扭曲的影響。在此可以通過前述方法實施動能釋放。類似的在其他樂器中也可以應(yīng)用該方法膜發(fā)聲樂器，例如打擊鼓和定音鼓，可以通過動能釋放來減小其外殼或鼓身的振動對鼓膜產(chǎn)生的影響，以及其他的打擊樂器，木琴樂器，震音鋼片琴、馬林巴琴和更多的。在利用結(jié)晶體減小由樂器構(gòu)件的被動區(qū)域產(chǎn)生的反作用直接樂器上造成的隨震時，最終該結(jié)晶體必須與待是釋放動能的構(gòu)件的被動區(qū)域在一面上直接完全地接觸但在其他面無接觸地連接在一起(未示出)。前述構(gòu)件既是主動區(qū)域的一部分也是被動區(qū)域的一部分(例如，木管樂器的簧片，其由主動的，即，自由振動的部分和被動的，即，被固定夾緊的部分構(gòu)成)。同時，這樣選擇結(jié)晶體的位置，使其不會阻礙構(gòu)件所需的振動功能。當結(jié)晶體例如在簧片處直接連接在夾緊部分上時，即不會阻礙簧片的自由振動又可以進行動處理?；善纱烁杂傻卣駝硬⑶野l(fā)音更直接。附圖標記列表1結(jié)晶體2穿透孔3粘貼4箱角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:潛架13共鳴板14弦碼權(quán)利要求1.用于減小樂器的被動區(qū)域，即，對樂音的產(chǎn)生不是直接必要的構(gòu)件的聲音輸出和/或儲能作用的方法，其中，在至少一個構(gòu)件(4、5、6、7、8、9、10、11、12)上直接平面地設(shè)置至少一個在固體中聲速大于8.000m/s的結(jié)晶體(1)。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶體設(shè)置在完全不用于產(chǎn)生本音的構(gòu)件，即，對樂音的產(chǎn)生不是直接必要的構(gòu)件上。3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述結(jié)晶體被設(shè)置在一個構(gòu)件的被動區(qū)域中，所述被動區(qū)域?qū)芬舻漠a(chǎn)生非必要的區(qū)域，所述構(gòu)件用于產(chǎn)生本音的、具有主動區(qū)域，即，生成樂音所直接需要的區(qū)域的構(gòu)件的，即，不是直接必要的區(qū)域中。4.按照上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，至少一個結(jié)晶體(1)是一個具有高晶體排列的晶體，優(yōu)選地是單晶體。5.按照上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，至少一個結(jié)晶體(1)是由下述材料氧化鋁(A1203)、碳化硼、氮化硼、二氧化鋯、鉆石構(gòu)成的晶體。6.按照上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，結(jié)晶體的邊長和/或直徑處于幾納米至幾厘米的范圍中。7.按照上述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其特征在于，至少一個結(jié)晶體(1)被粘貼在構(gòu)件(4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14)上。8.按照權(quán)利要求1至6中任意一項所述的方法，其特征在于，至少一個結(jié)晶體(l)被嵌入構(gòu)件(4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14)中。9.利用結(jié)晶體(1)影響樂器的樂音，其特征在于，所述結(jié)晶體(l)直接平面地與樂器相連并且其在固體中的聲速大于8.000m/s。10.具有與其至少一個構(gòu)件(4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14)直接平面相連的、在固體中聲速大于8.000m/s的結(jié)晶體(1)的樂器。全文摘要本發(fā)明涉及一種通過避免能夠?qū)е聵芬舾蓴_和損害的儲能作用來改善樂器樂音的方法。根據(jù)該方法，在聲能對樂器本音產(chǎn)生影響之前，將聲能從對樂音的產(chǎn)生不是直接必要的構(gòu)件中有針對性地導(dǎo)出(動處理)。另一方面，通過動能釋放盡可能快速地恢復(fù)生成樂音所需的最小能量水平并由此使樂器所有產(chǎn)生本音所必須的構(gòu)件恢復(fù)其原始輸出狀態(tài)。本發(fā)明通過在樂器構(gòu)件的被動區(qū)域中設(shè)置至少一個在固體中聲速大于8.000m/s的結(jié)晶體(1)來實現(xiàn)動處理。文檔編號G10D7/00GK101512635SQ200780032697公開日2009年8月19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蛏暾埲?史坦威&桑斯