Грифовый электромузыкальный инструмент, генератор тона, оптронная педаль громкости

Грифовый электромузыкальный инструмент, генератор тона, оптронная педаль громкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Из музыкальной теории известно, что для гармонической полноты музыки требуется не менее четырех голосов. Поэтому инструменты, в которых одновременно могут звучать меньше четырех звуков, не считаются многоголосными. Наибольшее многоголосие возможно в таких многострунных инструментах как арфа, большие гусли, фортепиано при нажатой правой педали. В инструментах с незатухающими звуками, в том числе и в предлагаемом, многоголосие ограничивается числом играющих пальцев, так как при снятии пальца с клавиши или кнопки звук пропадает. Например, в органе наибольшее число голосов 12 - по 5 на каждую руку и еще два басовых в ножной клавиатуре.

Инструмент не имеет близких аналогов, а из далеких к нему ближе всех подходит гитара. В ней мало струн, но каждая струна может дать до 20 звуков и более разной высоты в зависимости от лада, на котором она нажата. В инструменте роль струн играют генераторы изменяемой звуковой частоты, а роль ладов - узкие кнопки, которые на грифе, внешне похожем на гитарный, собраны в прямые цепочки, похожие на струны. Каждая цепочка присоединена к своему генератору, на ней можно получить только один звук, как на гитарной струне. У гитары струны имеют разную толщину и издают разные звуки на общих ладах. Звуки эти образуют определенный строй, который в 6-струнной испанской гитаре и в 7-струнной русской различен.

Инструмент имеет 7 генераторов и соответственно - цепочек, но его строй не как у русской гитары, а расширенный скрипично-виолончельный, что увеличило общий диапазон инструмента до пяти октав. Чтобы показать, что гитара не близкий аналог инструмента, приведем здесь же и различия между ними.

У гитары звуки затухающие, а у инструмента незатухающие - они включаются и выключаются только кнопками на грифе.

Правая рука, поэтому освобождается от звукоизвлечения и работает на грифе вместе с левой. Чтобы обеим рукам было одинаково удобно работать, гриф располагается в плоскости симметрии сидящего исполнителя под углом 30° к вертикали, а руки подходят к нему с двух сторон.

У гитары лады неравномерные - сужаются с повышением звука, а в инструменте все кнопки одинаковые, удобные для пальцев по ширине.

У инструмента нет аналогов открытых струн на гитаре, так как генератор звучит только, когда нажата любая кнопка в его цепочке. На гитаре открытые струны несколько увеличивают ее аккордовые возможности, но на инструменте вторая рука и удобная ширина кнопок с лихвой перекрывают возможности гитары.

Но надо еще отметить достоинства, появившиеся в инструменте благодаря тому, что его аналогом является гитара. Она самая простая и дешевая из многоголосных инструментов и взятый у нее принцип использования малого числа источников звука, легко переключаемых на разную высоту, позволил существенно упростить и удешевить предлагаемый инструмент.

Многоголосные инструменты следует оценивать не только по числу возможных голосов, но и по компактности мануала (игрового устройства для рук). Что это за показатель, проще всего объяснить на примере предлагаемого инструмента. В мануале в виде грифа с равномерными ладами компактность доведена до предела, диктуемого размерами подушечек пальцев - по ним выбраны и ширина кнопок, и расстояние между соседними кнопочными цепочками. На каждой руке в игре участвуют четыре пальца (кроме большого), как в левой руке на гитаре. Если зафиксировать положение одной руки на грифе, то в пределах досягаемости ее пальцев окажется около 50 кнопок, все с разными звуками. Получается, что четырьмя пальцами одной руки можно взять очень большое число различных аккордов, а в виртуозной игре сократить потребность в движениях рук.

По этому показателю гриф инструмента существенно превышает фортепианную клавиатуру, и она не была для него выбрана, хотя используется во всех современных многоголосных ЭМИ.

Понятие певучести происходит от человеческого пения. Во время пения от мозга человека идут непрерывные потоки нервной информации в голосовые связки, в мышцы грудной клетки, диафрагмы, ротовой полости, носоглотки. Поэтому звук певческого голоса все время живет и дышит, что физически выражается в непрерывном изменении его параметров - таком изменении, которое всегда производит впечатление красоты, какой бы характер ни носило исполняемое произведение. В этом проявляется душа человека, которую не может смоделировать ни один компьютер.

Музыкальный инструмент может считаться певучим в той мере, в какой он способен непрерывно принимать сигналы от мозга человека через его руки, ноги на педалях и изменять в соответствии с этими сигналами параметры звука. В духовых инструментах сигналы также идут на дыхательные мышцы, губы, язык, но мы оставим эти инструменты в стороне - они не многоголосные. Отметим еще, что сигналы от мозга к рукам не такие, как к голосовым связкам - их исполнитель должен выработать в процессе обучения игре.

Орган нельзя считать певучим инструментом, поскольку человек в нем может только включать звук нажатием клавиш и выключать отпусканием. Все струнные с затухающими звуками также нельзя считать певучими - в них есть воздействие на громкость, но оно не непрерывно, а происходит только в моменты возбуждения струн. Баян можно считать певучим, так как в нем производится непрерывное управление громкостью через левую руку, ведущую мех. Но управляется только один параметр звука, поэтому певучесть у баяна лишь частичная. В смычковых инструментах, к которым относятся скрипка, альт, виолончель, контрабас, на грифах нет ладов. Поэтому управление высотой звука полностью отдано исполнителю, как у певца управление голосовыми связками.

Но дело осложняется тем, что музыка основана на фиксированном звукоряде и всякое заметное отклонение от него воспринимается антимузыкально и называется “фальшивой нотой”. Будущий исполнитель на любом смычковом инструменте должен изучить расположение воображаемых ладов на грифе сначала по слуху, а затем по дистанционной памяти левой руки. Это трудно и заставляет считать смычковые инструменты чисто профессиональными, поскольку они требуют систематических упражнений, чтобы навыки игры не уходили из рук.

Но удаление ладов в смычковых оправдывается тем, что кратковременные отклонения от чистого звукоряда с непременным возвращением к нему не только допустимы, а очень привлекательны для слуха и составляют важный элемент певучести. Сюда относятся два исполнительских приема, доступные певческому голосу, смычковым инструментам и введенные в предлагаемый инструмент - вибрация и глиссандо.

Вибрацией называются быстрые колебания высоты звука с амплитудой отклонения от чистого тона до 0,3 от минимального интервала в звукоряде - полутона. Более широкий размах вибрационных колебаний вызывает уже ощущение антимузыкальности. В смычковых вибрация получается за счет колебаний кисти левой руки - при этом нажимающий струну палец перекатывается по ней и в некоторых пределах меняет ее свободную длину.

Глиссандо - это плавный переход по высоте от одного звука к другому. В смычковых инструментах он делается путем проскальзывания пальца по струне. Глиссандо обычно занимает малое время по сравнению с длительностью связываемых звуков. Слишком медленное глиссандо производит неприятное впечатление завывания.

На инструменте введение вибрации и глиссандо в условиях чистого звукоряда, задаваемого кнопками, облегчается требованием кратковременности отклонений высоты. Для получения вибрации формируется электрический сигнал, пропорциональный силам инерции, которые возникают в кисти руки при ее колебаниях. Этот сигнал проходит на специальный вход генератора и качает его частоту. Чтобы постоянная часть силы, действующей от руки на кнопку, не искажала среднюю высоту звука, сигнал пропускается через конденсатор подходящей емкости.

Глиссандо получается при скольжении пальца по кнопкам одной цепочки. При этом частота генератора изменяется ступеньками по полутонам. Если палец скользит с большой скоростью (но вполне соответствующей художественным мерам), то ступеньки сливаются, и глиссандо на слух не отличается от скрипичного или виолончельного. Если движение пальца медленнее, то ступеньки чувствуются, и глиссандо получается “ребристым”. Оно совсем не антимузыкально и может даже иметь художественный интерес. При медленном движении получается не завывание, а хроматическая гамма, которая иногда встречается в мелодиях и может быть исполнена движением одного пальца.

Последняя особенность инструмента, которую надо описывать в сопоставлении с другими инструментами, это выделение мелодии над аккомпанементом по громкости. Оно само по себе не является элементом певучести, но помогает лучше услышать певучесть в мелодии. Выполняется оно тем же механизмом грифа.

Аккомпанемент всегда должен звучать тише мелодии, но если в многоголосном инструменте все одновременные звуки имеют одинаковую громкость, то аккомпанирующие аккорды из нескольких голосов будут заглушать мелодию. В струнных инструментах с затухающими звуками сам исполнитель в аккомпанементе ослабляет удары по клавишам или щипки струн. В баяне левая аккомпанементная клавиатура устроена так, что всегда звучит слабее правой мелодической. В инструменте клавиатура одна и разделение звуков на мелодические и аккомпанементные происходит с участием исполнителя. Оно определяется силой нажатия пальца на кнопку: если эта сила находится в пределах от 50 до 300 г, звук направляется в аккомпанементный канал, если больше 300 г - в мелодический, для которого верхний предел силы не устанавливается. Возможность четкой работы рук по такому разделению звуков обеспечивается большим различием порогов - в 6 раз. Автор мог доказать эту возможность пока только личным примером - он научился играть на своих домашних макетах так, что смог записать сольную аудиокассету из несложных классических пьес.

Инструмент неожиданно показал певучие качества, лучшие, чем у его смычковых аналогов. Например, удалось создать педаль громкости с очень большим диапазоном ее изменения, недоступным большинству инструментов. Оказалось возможным хорошо играть на инструменте романсы, оперные арии, протяжные русские песни, требующие “широкого дыхания”, то есть исполнения звуков одновременно долгих, сильных и певучих.

Сущность инструмента

На фиг.1a, 1б изображено игровое поле грифа. Для сопоставления с размерами пальцев оно изображается в натуральную величину, но при этом не помещается на одном листе и разрезано на две фигуры между кнопками 12 и 13. Все кнопки имеют одинаковые размеры, но два разных цвета - светлый и темный, как белые и черные клавиши фортепиано. На светлых кнопках написаны ноты, которые на них берутся (в действительности, таких надписей нет) и обозначения октав: к - контроктава, б - большая, м - малая, далее октавы нумеруются с первой по четвертую. Высота звуков на секциях, содержащих каждую цепочку кнопок, увеличивается на чертеже справа налево, а для сидящего за инструментом музыканта - слева направо, как на фортепиано.

В практике игры нужны обозначения секций и для этого используются заглавные латинские буквы по принятым в музыке буквенным обозначениям нот. В данном случае это ноты, берущиеся на первой кнопке каждой секции, считая от головки грифа: ми - Е, ля - А, ре - D, соль - G, до - С, фа - F, си бемоль - В. Эти обозначения выписаны на головке грифа в перевернутом виде, а исполнитель сверху видит их неперевернутыми.

Упомянутый ранее скрипично-виолончельный строй грифа состоит в том, что ноты, берущиеся начиная с 1-й кнопки на любой секции, кроме В, повторяются на соседней более низкой секции, начиная с 8-й кнопки. При этом получается, что звуки на первых кнопках секций Е, А, D, G совпадают со звуками открытых струн скрипки ми, ля, ре, соль, а звуки на третьих кнопках секций G - В совпадают со звуками открытых струн виолончели ля, ре, соль, до. Выходит, что высотный диапазон инструмента охватывает диапазоны скрипки и виолончели. Всего в диапазоне инструмента 63 ноты, а кнопок 147, поэтому есть много нот, которые берутся в трех местах грифа. Например, семь нот от до до фа-диез малой октавы можно взять на 1 - 7 кнопках секции С,на 8 - 14 кнопках секции F и на 15-21 кнопках секции В. Следующая по высоте нота соль малой октавы и еще шесть нот до до-диез первой октавы берутся на тех же кнопках в тройке секций G, С, F. И так далее до последней тройки Е, А, D. Следовательно, всего можно в трех местах брать 35 нот от до малой октавы до си-бемоль второй. На обоих краях диапазона по 7 нот берутся в двух местах и по 7 нот в одном месте.

Такое свойство грифа очень ценно, оно существенно повышает возможности и удобство игры. Об этом подробно говорится в самоучителе игры, который автором уже написан.

Ранее было сказано о большой, близкой к пределу компактности грифа, благодаря чему он был принят в инструменте вместо фортепианной клавиатуры. Чтобы проиллюстрировать это убедительно, надо привести размеры игрового поля, которые оказались в игре очень удобными и вряд ли будут изменены.

Каждая цепочка кнопок, присоединенная к своему генератору, установлена на грифе в отдельной узкой и длинной коробке, которая может независимо от других коробок перемещаться немного на упругих подвесах механизма под действием пальца, нажимающего любую кнопку, и передавать, таким образом, от руки к генератору информацию, придающую звуку певучесть. Ширина кнопок 4 мм, ширина верхней грани коробки, по оси которой расположены кнопки, 11 мм. Длина кнопок вдоль грифа 14 мм, число кнопок в каждой цепочке 21, поэтому общая длина игрового поля 294 мм. На грифе 7 коробок, которые в сборе получили название тонреек, расположены они с просветами в 1 мм (на фиг.1 эти просветы показаны), поэтому расстояния между осями соседних цепочек равны 12 мм, а общая ширина игрового поля 83 мм.

Когда выше было сказано, что при фиксированном положении руки на грифе ее пальцы могут охватить 50 кнопок, имелось в виду, что вдоль грифа указательный палец и мизинец могут охватить 7 кнопок почти без растяжения руки, при этом расстояние между осями подушечек пальцев будет 84 мм. Поперек же грифа все пальцы свободно достают кнопки на всех семи цепочках - расстояние между крайними из них равно 72 мм. На площади, ограниченной семью кнопками, вдоль грифа на семи цепочках располагаются всего 49 охватываемых кнопок. Все они дают различные звуки, причем следующие друг за другом по единой хроматической гамме без пропусков, поэтому на них можно сыграть любую мелодию в любой тональности. Если же растянуть указательный палец и мизинец еще на одну кнопку, то на двух соседних секциях (указательный на более высокой, мизинец на более низкой) получится уже один и тот же звук.

На фиг.2 приведена блок-схема инструмента. На ней в пунктирном прямоугольнике с надписью “повторяется 7 раз” изображена одна секция грифа вместе с относящимися к ней электронными блоками - вибродатчиком и генератором тона. От механики грифа в генератор тона идут четыре канала управления звуком. Управление высотой делается при помощи цепочки резисторов, проложенной внутри всей тонрейки. Каждая спайка резисторов в цепочке присоединена к контакту под кнопкой, и высота звука зависит от числа включенных резисторов, точнее, от их суммарного сопротивления.

Второй канал управления - вибрация. Механизм под тонрейкой дает ей возможность качаться вдоль грифа под действием примерно таких же колебаний рук, как у левой руки скрипача или виолончелиста. К тонрейке прикреплена шторка, конец которой входит в блок вибродатчиков. В спокойном состоянии шторка перекрывает примерно половину луча в оптопаре, а при колебаниях шторки получаются колебания выходного напряжения вибродатчика, которые отделяются конденсатором от постоянной части напряжения и идут в генератор тона, где качают его частоту, оставляя неизменным ее средний уровень. Здесь важно, что частота, размах, характер вибрации полностью находятся во власти исполнителя.

Третий и четвертый каналы начинаются от двух контактов в механизме подвески тонрейки. Первый контакт замыкается при силе нажатия на любую кнопку 50 г, и одновременно эта сила вызывает опускание тонрейки вглубь грифа на 1 мм. Второй контакт, наоборот, размыкается при силе нажатия 300 г, и тонрейка при этом опускается еще на 1 мм. Замыкание первого контакта вызывает появление звука на выходе генератора в аккомпанементный канал (АК). Размыкание второго контакта при замкнутом первом вызывает переход звука в мелодический канал (МК). Чтобы сразу включить звук в мелодический канал, нужно нажать кнопку с силой не меньше 300 г.

Мелодический и аккомпанементный каналы сходны между собой по большинству блоков. Начинаются они с сумматоров, выполненных на операционных усилителях. К каждому сумматору присоединены соответствующие выходы всех семи генераторов тона, но естественно, не по всем из них одновременно идут на сумматор звуковые сигналы. Фазовращатели также собраны на одном операционном усилителе каждый. Они нужны потому, что форма колебаний на их входах часто содержит высокие острые пики. Фазовращатели разрушают эти пики без изменения гармонического (обертонного) состава звуков, делают фонограмму более компактной и уменьшают коэффициент нелинейных искажений.

Далее в аккомпанементный канал вставлена левая педаль. Если она не нажата, звуки аккомпанементного канала имеют такую же громкость, как в мелодическом. При ее постепенном нажатии звуки аккомпанемента ослабевают, и при полном нажатии аккомпанемент становится еле слышным по сравнению с мелодией. Такая регулировка аккомпанемента очень нужна для музыки: если требуется слитная масса звучания, левую педаль следует нажать немного, а если идет красивая проникновенная мелодия, аккомпанемент должен лишь слегка поддерживать ее. Иногда в аккомпанементе часто меняется число голосов, и левой педалью приходится компенсировать происходящие при этом изменения громкости аккомпанемента.

Далее в обоих каналах стоят независимые темброблоки, что позволяет устанавливать в каналах различающиеся между собой тембры. Синтезируются тембры простейшим способом - формантным. Форманта - термин, известный из акустики и звукотехники, и объяснять его мы здесь не будем. В мелодическом канале четырьмя кнопками независимо включаются четыре форманты и число тембров равно числу комбинаций из включенных и невключенных формант, то есть 16-ти. Впрочем, многоформантные тембры менее отличаются друг от друга, чем одноформантные. В упрощенном темброблоке аккомпанементного канала только одна форманта, но она двумя кнопками может переключаться на три разные частоты, так что всего возможны четыре разных тембра. Кроме того, в обоих каналах ручками, похожими на регулировки высоких частот в звуковых усилителях, плавно вводится так называемая верхняя певческая форманта, которая придает звуку “металл” и “полетность”, а в слишком большой дозе делает его резким, “зудящим”.

Панель установки тембров в инструменте - небольшая по сравнению с такими же панелями в клавишных ЭМИ (фиг.3). Верхний горизонтальный ряд кнопок - это кнопки четырех формант мелодического канала. Две кнопки одна под другой в середине - это кнопки переключения частот в форманте аккомпанементного канала: верхняя дает самую высокую частоту, нижняя - среднюю, а две вместе - нижнюю частоту. Ручки по обеим сторонам вводят верхнюю певческую форманту: левая - в аккомпанементный канал, правая - в мелодический. Шкалы вокруг ручек проградуированы в условных единицах, чтобы можно было запомнить и записать подобранный по слуху уровень форманты. Далее сигналы обоих каналов складываются в оконечном сумматоре, и их сумма идет на правую педаль общей громкости, а с нее - на линейный выход и усилитель мощности для динамика.

Внешний вид инструмента изображен на фиг.4 в масштабе 1:5. Инструмент состоит из двух разъединяющихся частей - грифовой и подножной. В грифовой части основными конструктивными узлами являются головка 7, игровое поле 2 (см. фиг.1) и электронный отсек 3, а в подножной части - корпус 4, звуковая доска 5, кронштейн 9, 10, 14 и педали - видна только правая педаль 6, а левая - ей симметрична. Грифовая часть вдвигается сверху в салазки 7 кронштейна и закрепляется зажимами 8 на такой высоте, чтобы головка 1 находилась под подбородком сидящего исполнителя. Зажимы стягиваются от руки рифлеными гайками, которые расположены сзади крыльев 9, 10 кронштейна. Электрически обе части инструмента соединяются коротким кабелем с разъемом - на чертеже эти детали скрыты за правым крылом кронштейна.

Механизм игрового поля закрыт сзади и с боков кожухом 11, ребра которого закруглены для удобства игры. Ниже игрового поля расположена тембропанель 12 (см. фиг.3).

Кронштейн подножной части имеет заднюю стойку 14, концы которой вставлены в ушки 15 на корпусе и зажимаются винтами. Для переноски подножной части кронштейн складывается: задняя стойка отделяется от ушек и прижимается снизу к крыльям, а крылья поворотом вокруг шарнира 16 переводятся в горизонтальное положение. В таком виде подножная часть укладывается в специальный рюкзак и переносится на спине. Грифовая часть укладывается в полужесткий футляр и переносится за его ручку.

Доска 5 имеет звуковое отверстие 17, за которым стоит динамик. К педалям привернуты передвижные порожки 18 для упора каблуков. На верхней грани корпуса имеется второе звуковое отверстие 19, через которое выходит звук от задней стороны динамика, и несколько электрических деталей, из которых частично видна сигнальная лампа 20. Максимальная звуковая мощность инструмента равна 5 Вт и рассчитана на комнату средних размеров. Для выступлений в залах к линейному выходу инструмента следует присоединить усилитель с колонками, мощность которых должна хорошо наполнять зал, но не оглушать. При систематических занятиях на инструменте в домашних условиях можно с помощью кнопки 21 включить режим малой громкости, тогда звук не будет слышен в соседних комнатах. Потребляемая мощность инструмента от сети составляет 40-50 Вт. На фиг.4 номером 13 обозначена крышка, под которой находятся ручки настройки секций грифа.

Сущность механизмов грифа

На грифе инструмента имеются три повторяющихся без изменений механизма:

1) контактный механизм под каждой кнопкой, он повторяется 21 раз в каждой тонрейке, а всего на грифе 147 раз;

2) механизм упругих движений тонрейки под действием пальца, нажимающего любую кнопку, таких механизмов семь;

3) контактный узел, который при определенных усилиях на его входном штоке дает на генератор тона сигналы включения звука в аккомпанементный или мелодический канал, таких узлов семь.

Для контактных механизмов одной тонрейки общей несущей деталью является рейка из изолирующего материала (например, гетинакса или текстолита). Вдоль всей длины ее идут две металлические щеки, привернутые к ней с боков несколькими парами потайных винтов. На фиг.5 изображен один контактный механизм. Принадлежащая ему часть рейки обозначена цифрой 22, а части щек - 23 (левой) и 24 (правой). В нижней части чертежа изображены винты для крепления щек, но они не имеют отношения к контактному механизму и находятся не под каждым механизмом, а только под четырьмя. Щеки увеличивают жесткость несущей рейки, а их загибы удерживают на одном уровне все ненажатые кнопки.

Механизм имеет три подвижные детали: кнопку 25 и две проволочные контактные пружинки, одинаково и довольно сложно изогнутые. Средняя часть каждой пружинки 26 согнута в виде двух извилин и нажатием кнопки прижимается к плоской ламели 27, замыкая контакт. Извилины нужны для того, чтобы на каждой пружинке получалось несколько реальных точек контакта и увеличивалась за счет этого его надежность. Боковые участки 28 каждой пружины находятся в продольных прорезях рейки 29 и 30. Первоначально эти участки сделаны прямыми, а при вставлении в прорези они изгибаются по нарисованным кривым и приобретают натяг, за счет которого ненажатая кнопка прижимается изнутри к загибам щек. Концы пружинок пропускаются через узкие поперечные прорези рейки и припаиваются к проводам 31, 32, проложенным по бокам нижней грани рейки. В середине нижней грани проходит цепочка резисторов 33, концы которых пропускаются через центральное отверстие в рейке и ламели и спаиваются между собой и с ламелью в точке 34.

Кнопки ни с чем не соединены жестко и двигаются в своих гнездах свободно, с небольшими зазорами. Боковые движения их ограничиваются щеками, движения вверх - загибами щек, вниз - ламелями, а вдоль грифа - пластмассовыми перегородками 35. Вклеивание перегородок в рейку технологически связывается с изготовлением ламелей: вначале к рейке приклеивается сплошная металлическая полоса, затем делаются прорези для перегородок, при этом полоса перерезается на куски - ламели, а в прорези вклеиваются перегородки. Все кнопки имеют одинаковые размеры и штампуются из пластмассы в одной прессформе, но они должны быть разных цветов - светлого и темного, как фортепианные клавиши или баянные кнопки. В инструменте кнопки имеют не одну, а две степени свободы: при скольжении пальца по кнопкам в штрихе глиссандо, когда палец вступает на очередную кнопку, она становится наклонно и под ней замыкается только один контакт, а второй включается позднее, когда палец подойдет к середине кнопки. Такое устройство облегчает скольжение пальца по кнопкам. Способствуют этому также закругления концов кнопок, но служат эти закругления главным образом для другой цели - если в обычной игре исполнитель поставит палец не на середину кнопки, то он почувствует краем подушечки пальца закругление кнопки и сможет исправить положение пальца при этом или следующем звуке.

Важное значение в инструменте имеет надежность контактов грифа, т.к. при неустойчивой работе контакта хотя бы под одной кнопкой из 147 инструмент фактически теряет работоспособность.

Перечислим здесь меры, предусмотренные в инструменте для повышения надежности контактов.

1. Применение в контактах материалов, не окисляющихся в нормальных условиях. Для ламелей предлагается применять хромированную бронзу или латунь, а в качестве контактной проволоки использовать голый провод высокого сопротивления, например нихромовый. Он должен иметь еще хорошие упругие свойства, чтобы при изгибах в боковых прорезях рейки он не давал остаточных деформаций. Эти требования не строгие, им может удовлетворять сплав со значительно худшими упругими характеристиками, чем закаленная сталь.

2. Увеличение числа реальных точек контакта за счет изгибов, о которых говорилось выше, а также параллельной работы двух контактов на концах кнопки.

3. На разомкнутые контакты подается из генератора тона напряжение от 105 до 120 В, а сопротивление цепочки резисторов таково, что ток через замкнутые контакты меняется в пределах от 0,1 до 0,4 мА. Повышенное напряжение легче пробивает поверхностный слой металлов, а малые токи не вызывают их обгорания.

4. Тонрейку с плохо работающим контактом легко заменить на запасную, для чего достаточно отвернуть в грифе два винта.

5. В снятой дефектной тонрейке можно промыть контакты спиртом. Для этого нужно снять одну из щек, вывернув узкой отверткой шесть ее потайных винтов, вынуть пинцетом кнопки и промыть спиртом ламели и изгибы контактной проволоки.

Надо еще написать о силе противодействия нажиму кнопок со стороны четырех упругих участков двух пружинок. Она почти постоянна, т.к. ход кнопки в один миллиметр много меньше предварительного натяга. Очень желательно, чтобы эта сила была малой, порядка 5-10 г. В первых ЭМИ, которые делались до Второй мировой войны и в первые годы после нее, существовала так называемая “проблема мягкой атаки” - звуки начинались и оканчивались щелчками вследствие переходных процессов в генераторах тона. Убирались эти щелчки инерционными электронными ключами, а после отпускания клавиши приходилось искусственно продлевать звучание генератора, чтобы ключ мог плавно заглушить его. В предлагаемом генераторе переходных процессов нет - колебания начинаются от нуля, а кончиться могут в любой точке и после этого плавно и сравнительно медленно возвращаются к нулю. Но пуск и остановка генератора - процессы не периодические и имеют непрерывный частотный спектр, который математически определяется интегралом Фурье. Звуки отдельно взятого рассматриваемого генератора включаются и выключаются без щелчков, но более внезапно, чем хотелось бы с музыкальной точки зрения, а в высоком регистре все-таки слышны небольшие щелчки, как на пианино слышны в этом регистре удары молоточков по струнам. Поэтому в данной схеме генератора инерционные ключи на его выходе в обоих каналах все же поставлены. А требуемые задержки выключения генератора достигаются за счет разницы пороговых сил нажатия: при 50 г начинает работать на выключение инерционный ключ, а при 5-10 г выключается генератор. Разница во времени получается вследствие постепенности выполнения пальцем команды от мозга на снятие пальца с кнопки. В результате описанных мер и правильного выбора постоянной времени в ключах начало и окончание звуков в инструменте стали вполне музыкальными.

Размеры игрового поля, максимально приближенные к удобству игры, жестко устанавливают размеры контактного механизма, в том числе длину и начальный изгиб боковых участков в пружинках. Поэтому осуществить желательную силу прижима кнопок к загибам щек в 5-10 г можно лишь выбором толщины проволоки и, может быть, ее материала. Это можно сделать предварительно с помощью формул из сопротивления материалов для балки, закрепленной на одном конце. Интересно, что по тем же формулам рассчитываются спиральные волоски в часах и стрелочных приборах. Ожидаемая толщина проволоки, видимо, получается около 0,15-0,2 мм.

На фиг.6 изображен в боковой проекции механизм подвески тонрейки. Главные детали в нем - плоские пружины из закаленной стали, толщиной 0,1-0,2 мм. Всего в механизме 4 таких пружины, они одинаковы по размерам, а форма их показана на фиг.7. Крепятся они к другим деталям винтами М2, для которых с двух сторон пружины имеются по два отверстия. В креплении участвуют накладки, также показанные на фиг.7, некоторые из них имеют в отверстиях резьбу М2. Размеры свободной части пружины 22× 10 мм.

Под действием пальца, нажимающего любую кнопку, тонрейка может качаться вдоль грифа на пружинах 37 и 38, перпендикулярных плоскости игрового поля. При этом середины обеих пружин поворачиваются, а зажатые концы остаются параллельными друг другу. Тонрейка перемещается поступательно, без поворотов. Ограничивают ее перемещения, предохраняя пружины от поломок, Г-образные жесткие полосы 39 и 40, соединенные внизу швеллером 36, который показан на фиг.5 в сечении, а на фиг.6 - в боковой проекции. Он проходит под тонрейкой по всей ее длине, и в его углубление частично заходит цепочка резисторов тонрейки.

К тонрейке прикреплена шторка 41. В собранном грифе концы всех семи шторок входят в отсеки блока вибродатчиков и перекрывают там пучки света. Каждую шторку нужно отрегулировать так, чтобы в готовом к игре инструменте она закрывала ровно половину светового пучка. В каждом отсеке колебания шторки преобразуются в электрический сигнал, который идет в генератор тона.

Рама из деталей 39, 40, 36, в которой тонрейка перемещается продольно, в свою очередь подвешена на наклонных пружинах 42 и 43, расположенных параллельно друг другу под углом α к тонрейке и швеллеру 36. Пружины вставлены на концах рамы в специально приспособленные для этого детали 44 и 45, а противоположные концы пружин присоединены через детали 46 и 47 к неподвижному каркасу грифа.

Здесь получаются такие же закономерности движения рамы 39, 40, 36, а именно: движение рамы поступательно, направлено перпендикулярно пружинам и не зависит от координаты приложения силы пальца, т.е. от кнопки. Если угол α сделать небольшим, то смещение рамы от нажатия пальцем будет направлено почти точно вглубь грифа, и это смещение можно использовать для включения контактов аккомпанементного или мелодического канала. Чтобы выявить особенности работы механизма, представим его в виде задачи по теоретической механике (фиг.8).

Здесь узким прямоугольником обозначена рама, в середине ее находится начало координат О, по оси абсцисс откладываются относительные координаты К точки приложения силы F от пальца, а концы прямоугольника имеют относительные координаты +1 и -1. Известен также угол наклона пружин α , а определить надо три силы, чтобы рама находилась в равновесии: F₂ - реакция контактного узла, F₂ - растяжение правой пружины, F₃ - растяжение левой пружины. Задача решается обычным путем составления и решения системы трех уравнений: проекций сил на горизонталь, на вертикаль и моментов сил относительно точки О. В результате решения получаются формулы

F₁=Fcosα ;

Все три силы пропорциональны F. Сила F₁ не зависит от координаты пальца К, что очень ценно, т.к. если в контактном узле установить какие-то пороги силы F₁ для включения аккомпанементного и мелодического каналов, то эти пороги перейдут в силу F с коэффициентом cos α и будут одинаковы по всем кнопкам грифа.

Силы F₂ и F₃ зависят от К и во многих случаях получаются отрицательными. Это значит, что пружины не растягиваются, а сжимаются, и при этом они могут выгнуться вбок и сломаться. В сопромате это явление называется продольным изгибом. При уменьшении угла α , судя по формулам, F₂ и F₃ стремятся к бесконечности. Поэтому нельзя сильно уменьшать угол α . В данной конструкции он принят в 30° , поэтому sinα =0,5 и cosα =0,866. Можно составить для такого α маленькую табличку отношений F₂/F и F₃/F для разных значений К:

К	-1	-0,5	0	+0,5	+1
F2/F	-1,5	-1	-0,5	0	+0,5
F3/F	-2	-1,5	-1	-0,5	0

Обе пружины меньше всего нагружаются на кнопках с высокими звуками, поскольку на той же стороне грифа находится контактный узел, и образуется сила F₁. С приближением к головке грифа нагрузки на пружины возрастают, и наибольшая нагрузка приходится на левую пружину при нажатии левой кнопки. Нижний предел силы нажатия для включения мелодического канала равен 300 г, при этом левая пружина будет сжиматься с силой в 600 г. Это еще не много, но начинающий исполнитель, особенно привыкший к гитарному грифу, где требуется сила прижатия струн к порожкам ладов в несколько килограммов, вполне может поломать пружину. Для предотвращения этого предлагается поставить регулируемый упор 48 (фиг.6) на левом краю рамы. Отрегулировать его надо так, чтобы он начинал касаться рамы при нагрузке на первую кнопку немного больше 300 г, когда уже надежно включился мелодический канал. При добавлении третьей опоры плоская рама становится статически неопределимой, и распределение сил между опорами зависит от упругости рамы. Но интуитивно ясно, что добавочная опора берет на себя нагрузку тем больше, чем ближе кнопка к головке грифа и больше давление пальца не нее. Нагрузка на пружины в результате этого снижается, и поломка их исключается.

Контактный узел (фиг.9) состоит из контактной сборки наподобие применяемых в электромагнитных реле и силовой оси, на которой взаимодействуют силы, приводящие к переключению контактов. В сборку входят три мягкие контактные пластины 50, 51, 53 и одна жесткая (негнущаяся) 52. Пластины 51 и 53 соединены непроводящей скобой 54 и движутся вместе.

На силовой оси находятся 2 винтовые пружины, работающие на сжатие: более мягкая 55 и более жесткая 56. Пружины надеты на направляющие стержни 57, 58 с подвижными шайбами 59, 60, которыми устанавливается натяг пружин. Контактная сборка соединена с силовой осью коленчатыми пластинами 61 и 62, причем стержень 58 жестко заделан в пластину 62, а стержень 57 свободно ходит в отверстиях пластины 61, но упирается в шайбу 63, сквозь которую проходит его суженный конец 64. Весь контактный узел расположен так, что силовая ось перпендикулярна пружине 43 на фиг.6, а конец суженной части 64 упирается снизу в точку крепления 49 пружины 43.

Стержень 57 начинает двигаться вниз тогда, когда сила F₁, прилож