改善乐器乐音的方法

专利名称：改善乐器乐音的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改善乐器乐音的方法，特别是一种用于减少 乐器构件之间的声音传递的方法。最终通过本发明还能够提供一种新 的乐器。
本发明的"被动区域"指的是那些被理解成对于直接产生声音并 非必要的构件或构件的区域。例如，钢琴或三角钢琴中绷紧琴弦的铸 铁板、小提琴的琴颈、绷有鼓膜的鼓身等。
与之相反地，本发明中乐器的"主动区域"指的是那些被理解成 对于产生声音是必须的构件或构件的区域。例如，钢琴/三角钢琴或小 提琴的琴弦、单簧管的簧片等。
为了进一步阐述本发明还先后使用了概念"本音"和"次音"。
这两个概念应该如此理解本音是通过主动区域的构件或构件的主动 区域的摆动或振动引起的声音。换一种说法就是前述乐器发音时实际 所需要的声音。相对应地次音是通过乐器的被动区域的构件的摆动或 振动产生的声音，次音与本音叠加在一起形成了总音。
背景技术：
在传统的乐器结构中，次音对本音的影响被认为是总音基本上无 法避免的组成部分。
以钢琴或三角钢琴为例(如图1和2):共鸣板13与琴身的其余 部分(钢琴横梁6和壁7 )以及乐器的所有构件可传声地连接在一起。 这意味着乐器的所有部分由本音，即，被由琴弦、弦码14和共鸣板 13构成的发音区域的振动带动共振。
该基本原理同样广泛地适用于其他所有乐器例如弦乐器和拨弦 乐器可传声地连接共鸣板和横梁以及乐器颈、管乐器可传声地连接嘴
3部和琴身(管)、打击乐器通过将膜绷在框架上同样可传声地与乐器 身体连接在一起等。
根据各个构件振动时间的不同和不同的振动特性会出现非常复 杂的干扰模态和相位差。最终会得到一个总音，该总音虽然是以通过
三角钢琴，例如由共鸣板13发出的本音为主体，但是其原本的纯度、 清晰度和强度仍然被无数复杂的干扰所损害、遮盖和模糊。
特别是在制造钢琴和三角钢琴时，过去一直不断试图减小干扰 音。例如在铸铁板5上设置大的声孔以及试验性地取消铸铁板横梁。 对三角钢琴的滚轮11或底垫进行专门设计(大部分设计成弹簧或空 气垫系统)从而使三角钢琴与地面分离。同时保证钢琴或三角钢琴的 所有部分自始至终基本上可传声地相互连接。将乐器制造本音的区域
与那些不用于产生本音的区域隔开以避免这些不发音的区域振动的 方法至今从未在乐器上实施过。在专业领域中都将材料和外壳的共振 看作每个乐器的总音的特殊组成部分。
过去和将来都一直在为克服例如琴键和机械部分通过自身运动 产生的额外噪音而努力。传统的减小机械噪音的方法是利用较软或较 厚的毛毡消音垫、较软或较厚的皮垫或类似物。前述残余噪音都被视 为乐音中无法避免的组成部分。
在一架三角钢琴中，例如搁板9 (演奏台)的主要功能是保证形 状稳定地支撑演奏装置。在不同实施方法中静音的效果都具有重要意 义，但不希望被加强(或更多的是希望将其阻止)的机械噪音其实一 直都是被忽略不计的。对于三角钢琴的琴盖8也是如此为了给抛光 的聚酯漆提供一个良好的基底，板表面的形状稳定性完全依靠其层状 结构。在声音技术上与乐器的其余部分接合在一起并由此激起琴盖共 振的次音的辐射在该层结构中一直被忽略不不计。因为，由于琴盖本 身振动所产生的对本音的干扰，即，不希望的琴盖振动对由共鸣板发 出被架起的琴盖反射给听众的原始信号的影响迄今为止都是可以接
琴中琴盖振动产生'的干扰。' 、《P' '、 X
4在此将分别描述与上述规则不符的个别情况。其中，为了减少声 音传递，即，为了实施分离从而使用了具有低声阻的材料，即，具有 低声速和低密度的材料，例如使用弹性伸缩材料如海绵橡胶。
如US4607559 ( ARMI RICHARD(CA)) 1986-08-26中公开了 一种
小提琴，其共鸣板通过泡沫塑料与琴身隔离。此方法运用新材料成倍 减小了声音的传播。相应地也可以使用具有更低声特性阻抗的材料， 即，具有低声速和低密度的材料。
类似的在GB2285848(BOOSEY&HAWKES MUSICAL INSTR(GB)). 1995-07-26中使用了一种具有细小的棱的、可松散地嵌 入的弹性伸缩材料来减弱铜管乐器中复位弹簧的振动。
对技术人员来讲，根据具有隔离作用的材料和乐器本身部分之间 的不同的声阻将不同的部分相互隔离是完全无需考虑显而易见的，对 此可以使用具有低声特性阻抗，即，低声速和低密度的材料，例如泡 沫塑料(密度大约4 x l(T8g/cm3)。
上述方法实质上并不能改善前述乐器的乐音。

发明内容
为了实质上改善乐器的乐音，本发明的目的在于提供一种减小由 于乐器内部不同构件之间的声音传播而产生的次音对本音的影响的 方法。
从方法的角度看， 一种方法令人惊奇地实现了上述目的，在此方 法中根据权利要求1为了减小声音的传播使用一种密度大于 2.4g/cm3，声速小于150m/s的材料。从属权利要求2至4给出了上述 方法进一步的有利变形。本发明中对密度大于2.4g/cm3,声速小于 150m/s的材料的使用是权利要求5至8的主题。权利要求9和10限 定了根据本发明的乐器。
为了实现动隔离可以有针对性地利用 一种其声速明显小于空气 中声音340m/s的传播速度，特别是声速小于150m/s并且密度大于 2.4g/cm3的材料。该用于动隔离的材料必须总是具有比被相互隔离的
5构件更小的声速。
与现有技术公开的方法相比，本发明提供了 一种更具体的措施和 特定材料的使用，这些具体措施以及使用特定材料，使得当声音被导 入那些共振和声音辐射都是不必要的构件中的时候，通过隔离将这种 声音的导入降到最小，从而不会由干扰使得本音受损且传播不干净。 此外，还能够对由次级声源发出的声音(如琴键和机械噪音)进行限 制使其仅在其产生的构件当中传播。
根据本发明由抑制声音传播的材料构成的中间层对构件形成的 动隔离在本发明范围内被定义为"动隔离"，所述动隔离将原始的、 由最初的振动发生物所产生的本音限制在一个明确限定的局部区域
之相对的还存在乐器的被动构件和部件。上述被动构件的区域被定义 为被动区域，该^皮动区域应与产生声音的主动区域相互区分开，因为 这些被动构件和部件必须实现其他的功能(静音、品种、装饰以及其 他)。
根据本发明进行作用的动隔离实现了主动区域产生的本音到乐 器的其他被动区域的零传递。此外，在各种房间(音乐厅、戏台和类 似的)地板上放置任意一种乐器都能避免乐器通过其底座、滚轮、支 架或类似物与地板进行声学上的连接。同样也能够将那些生成本质上 对所需声音产生干扰音(例如三角钢琴或钢琴演奏台中的机械噪音) 的乐器构件与剩余的构件声学上隔离，从而将干扰音的辐射以及其对 乐器总音产生的影响最小化。
举例来讲，本发明意义上的动隔离的材料应该是一种柔软可弯曲 的具有无机填充物的塑料垫，例如位于德国阿德海兹多夫
(Adelheidsdorf)的施坦克威兹(Stankiewicz )有限公司的名为 "Bary-X"的声速约为60m/s、在3mm厚度下具有8kg/m2单位面积 重量的材料。根据通用的EG安全参数，"Bary-X"的厚度在2.45g/cm3 和2.7g/cn^之间并且由此其声音特性阻抗大约在147000Ns/n^和 162000Ns/m3之间。这类的板能够插入(例如粘贴)在例如钢琴或三角钢琴的主动区 域和被动区域之间的连接位置上，从而实现各个构件或区域间完全的 动隔离。
根据本发明权利要求7将抑制声音传播的材料应用在乐器构件的 多层结构的一个中间层中从而在构件本身上制造出 一个声学的静音 位置。也就是说，无论是乐器壳体的传导还是接触到的空气噪音都不 能引起所述构件自身的振动从而也不会产生干扰本音的次音。例如， 三角钢琴的琴盖就可以选用这种结构从而本质上阻止其产生干扰共 振。
下面将通过结合具体实施实例和引用附图再一次详细地对本发 明的优势和特征进行阐述。


图l是一架钢琴的三维视图，该钢琴是一种可能应用按照本发明 所述方法的乐器；
图2是图1所示三角钢琴琴身的示图3是用于将琴身与共鸣板相互分离的可能的结构变形的局部图
示；
图4与图3类似，是中间插入了共鸣板支承的结构变形示图5与图3类似，是用于分离连接元件的结构方法示图6是用于自剩余琴身上分离演奏台的结构方法的概要示图；以
及
图7是在一个多层结构中根据本发明自剩余外壳上分离搁板的方法。
具体实施例方式
在图1和2中展示了一架钢琴或与其琴身分离的、作为一种采用 根据本发明方法的可能的乐器。
所述钢琴由中心主要构件和框架组成，该框架由壁7和横梁6构
7成并由具有滚轮11的琴脚10支撑，而且从上面由琴盖8封闭。在框 架前端的下面具有搁板或演奏台9，其上设有敲击琴弦所必须的演奏 装置，该装置具有钢琴键盘(琴键)和击弦机。在框架中设有作为主 要构件粘接在横梁6上的共鸣板13,其一般由云杉制成。所述共鸣板 13上面设有一般由灰铸铁制成上面绷有琴弦的铸铁板5。所述共鸣板 13下面设有用于支撑琴身的支承梁。支承梁和铸铁板5通过箱形角4 连接，琴弦和共鸣板13由与共鸣板固定相连的弦码14连接。钢琴前 端的上部设有乐谱架12。
最初的声音，即预期的乐音由钢琴或三角钢琴通过例如振动的琴 弦生成，通过弦码14传递到共鸣板13并由共鸣板将其增强。因此， 钢琴或三角钢琴的主动区域是由琴弦、弦码14、共鸣板13以及其剩 余的所有组成部分(肋、横梁和边梁等)共同构成的。被动区域则由 所有其余的构件，即，乐器器身(壁7和横梁6)、铸铁板5、琴盖8 和乐谱架12等构成。
以三角钢琴为例，根据本发明可以利用共鸣板13的围绕支承来 实现主动区域的动力隔离。
所述共鸣板13的支承可以直接由适于隔离的材料1制成(如图3 ) 或通过横梁6的局部区域的隔离而粘在共鸣板上(如图4)。此外， 在主动区域和被动区域之间所有的连接件、螺钉、木钉或其他的接触 位置都被置入由隔离材料制成套("木钉")3中(如图5)，从而 实现彻底隔离且有效地将主动区域和被动区域分开。这就意味着可以 利用适合的材料将乐器中所有的可能将本音传导到乐器的被动区域 的位置-无论该位置的地点和大小-隔离。
在钢琴和三角钢琴中由铸铁板5承受琴弦的拉力。基于这个功能， 使琴弦与铸铁板5隔离是不可能的。由于这种连接会使声能自琴弦通 过铸铁板5传导到乐器所有的其他构件上去，所以铸铁板5必须与三 角钢琴剩余的被动构件相互隔离(也就是说，在铸铁板5上不希望出 现但无法避免的声能将同样被限制在一个尽可能小的局部区域中)。 与上述方法类似，同样利用整体的支承以及将铸铁板5嵌入一种适于
8动力隔离的材料1中来隔离主动区域(如图5:铸铁板5或板边螺栓 4不仅与共鸣板13隔离，同样也与横梁6和壁7 P鬲离)。假如铸铁板 5与其他构件不可分地连接在一起(例如与音柱15),那么要分别在 下一个可能的构件处实现分离以便未做声能隔离的构件的总数尽可 能小(见图6:其中将音柱15、壁7和横梁6隔离，因为由于结构的 原因不可能隔离铸铁板5和音柱15)。
搁板9 (演奏台)是不希望出现的次音"机械噪音"的初级放大 器，这种次音由琴键的和设置于其后的机构运动形成。为了局部地限 制这种声音或避免这种机械噪音的声能被传播到整个乐器，同样需要 通过搁板9与横梁6、壁7和周边空气的动力隔离以及通过搁板的多 层结构来进行局部的限制，在搁板中需要嵌入一个或多个用于隔离的 材料1的层(见图7)。其他局部限制机械噪音的方法还有通过在键 盘框架中加入材料1、将机械框架或键盘框架支撑在所述材料或其他 可能的材料上。
所述类似的方法是可行的并且出于声学技术原因该方法对于其 他能够带来不希望的连接、共鸣或放大附加噪音的外壳部分，例如琴 盖8、乐谱架12、上下框架、三角钢琴壁7等类似的部分也是很有意 义的。
在上述具体实施实例中借助钢琴或三角钢琴作为乐器实例阐述 本发明。与前述乐器中类似，其他所有乐器原则上都可以应用所述将 主动区域与被动区域动力分离的原理来实现乐音的优化。
带嘴的管乐器如萨克斯风、单簧管、双簧管以及其他具有壶嘴状 部分的乐器都可以例如将所述嘴部与乐器器身(管)进行动力隔离。 这种措施使得产生本音所必要的气流虽然在管中由传递速度放大，但 不会激励管乐器外壳材料(即器身)产生次干扰声。
在弦乐器和拨弦乐器如小提琴、大提琴或吉他中，例如其横梁和
具有指板的颈都只是用于提供弹奏功能或用于稳定乐器的被动构件。 在共鸣板和盖板之间通过音柱的连接实际上就是发音的相关部分。因
此只要将横梁和颈与乐器的其余部分根据本发明进行动力隔离从而
9将本音限制在主动部分上即可(在大提琴和低音提琴中还有乐器与支 撑棒头部以及底板与支撑棒底部)。
这种方法可以任意转用在其他乐器上，经证明借助本发明权利要 求提供的方法能够将产生本音所需的乐器的主动区域与所有不具有 直接发声功能的构件动力隔离。
附图标记列表
1. 用于分离的材料
2. 共鸣板支承
3. 由用于分离的材料制成的木钉
4. 板边螺栓
5. 铸铁板
6. 横梁
7. 壁
8. 琴盖
9. 搁板(演奏台)
10. 琴脚
11. 滚轮
12. 乐谱架
13. 共鸣板
14. 弦码
15. 音柱
权利要求
减小声音在乐器构件之间传播的方法，其中，在构件之间的连接位置上设置一个由能够减小声音传播的材料制成的中间层，其特征在于，所述减小声音传播的材料具有至少为2.0g/cm3，特别是大于2.4g/cm3的密度以及小于150m/s的声速。按照权利要求1所述的方法，其特征在于，减小声音传播的材料具有2.45g/cm3至2.7g/cm3的密度。按照上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在乐器的主动和被动构件之间设置减小声音传播的材料，所述主动构件是对产生声音是直接必要的构件，而被动构件是对产生声音不是直接必要的构件。按照上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，减小声音传播的材料被设置在装有可机械运动的元件的构件和相邻构件之间的连接位置上。在乐器构件之间的连接位置上使用密度大于2.4g/cm3，声速小于150m/s的材料。按照权利要求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。在乐器构件的多层结构的至少一个中间层中使用密度大于2.4g/cm3、声速小于150m/s的材料构成其静音位置。按照权利要求7，其特征在于，所述材料具有2.45g/cm3至2.7g/cm3的密度。具有至少两个构件的乐器，其中，在构件间的连接位置上嵌入密度大于2.4g/cm3声速小于150m/s的材料。按照权利要求9所述的乐器，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
本发明公开了一种通过将乐器直接产生本音的区域与非直接产生本音的构件和部件隔离开来改善乐器乐音的方法。通过限制声音主动区域来阻止主要具有平衡、品种、外观功能的构件(6、7)的振动和声辐射，因为所述振动和声辐射会干扰和损害本音。根据本发明在构件间的连接位置上设置一个由一种能够减小声传播的材料(1)构成的中间层。
文档编号G10C1/00GK101517635SQ200780032688
公开日2009年8月26日 申请日期2007年8月29日 优先权日2006年9月4日
发明者汉斯-乌尔里希·拉厄 申请人:史坦威&桑斯