Клапаны духовых инструментов — это клапаны, используемые для изменения длины трубки духового инструмента, что позволяет исполнителю достигать нот различных гармонических рядов . Каждое нажатие клапана направляет поток воздуха через дополнительную трубку, индивидуально или в сочетании с другими клапанами. Это удлиняет вибрирующий столб воздуха, тем самым понижая основной тон и связанный с ним гармонический ряд, производимый инструментом. Клапаны в духовых инструментах требуют регулярного обслуживания и смазки для обеспечения быстрого и надежного движения.
Первые музыкальные инструменты с поршневыми клапанами появились вскоре после начала XIX века.
Первым из этих типов был клапан Штёльцеля, названный в честь его изобретателя Генриха Штёльцеля , который впервые применил эти клапаны к валторне в 1814 году. До этого момента не существовало ни одной успешной конструкции клапана, и валторнистам приходилось затыкать раструб инструмента, что значительно ухудшало качество тона, чтобы добиться частичной хроматической гаммы . [1]
В клапане Stölzel воздух поступает через дно корпуса клапана, вверх через полый нижний конец поршня и через порт в клапанный контур. Затем воздух направляется через наклонный порт в поршне в короткую трубку, соединяющую клапаны, где он затем направляется через второй клапан и выходит из дна. Однако этот тип клапана имел присущие ему проблемы. Он заставлял воздух загибаться назад, а повороты на 90 градусов нарушали отверстие, вызывая значительное нежелательное противодавление. Эти проблемы были позже улучшены двухпоршневым клапаном. [2]
Двухпоршневой клапан , также называемый венским клапаном или насосным клапаном , представляет собой тип клапана, который предшествовал современному однопоршневому клапану Перине. Впервые он был изготовлен в трубе в 1821 году Кристианом Фридрихом Заттлером из Лейпцига . [3] В этом типе клапана одновременное движение двух поршней изгибает поток воздуха в двух прямых углах, чтобы ввести дополнительную петлю клапана. Эти повороты вызывают сужения в канале , что затрудняет игру на инструменте. Сначала два поршня приводились в действие рычагом, соединенным со скобами, но более поздняя венская модель этих клапанов приводилась в действие длинными стержнями, соединяющими поршни с подпружиненными клавишами на другой стороне инструмента.
.png/1280px-MIMEd_3339._Tenor-bass_valve_trombone_in_Bb-F_(white_balance).png)
Хотя они вышли из моды по сравнению с современными клапанами почти во всех местах, их часто называют «венскими клапанами», потому что они все еще используются почти исключительно в Вене , Австрия, где музыканты предпочитают плавное легато и тембр, похожий на натуральный валторн . Венская система была широко распространена в Германии на многих медных духовых инструментах, включая трубы, вплоть до 1850 года, и как Système Belge на клапанных тромбонах в Бельгии в начале 20-го века.
Современный поршневой клапан, который сегодня можно встретить в большинстве клапанных духовых инструментов, был изобретен Франсуа Перине в 1838 году и запатентован в 1839 году. Иногда их называют клапанами Перине в честь изобретателя. [4] Они работают, направляя воздух наклонно через отверстия в штоке клапана, так что петля трубки включается в воздушный поток, тем самым понижая высоту тона. Шток клапана имеет цилиндрическую форму и движется вверх и вниз через больший цилиндрический корпус.
Небольшой клапан Перине, встроенный в мундштук тромбона перпендикулярно стержню для изменения диаметра горла и облегчения верхнего регистра, был запатентован Чарльзом Э. Стейси в 1924 году. [5] [6]
Адольф Сакс изобрел инструменты с шестью независимыми поршневыми клапанами (по три на каждую руку), но играть на них могли только самые ловкие музыканты. Длинные дополнительные трубки, используемые каждым из шести клапанов, также делали инструменты тяжелыми и громоздкими для игры. [7]
Современные клапанные медные духовые инструменты, не использующие ни роторные, ни венские клапаны, используют этот тип клапана в наборе из трех, настроенных на понижение инструмента на два, один и три полутона соответственно, что в сочетании понижает высоту тона инструмента до тритона . Некоторые инструменты (например, туба и эуфониум) добавляют четвертый клапан, который дополнительно понижает высоту тона на чистую кварту.
Немецкому музыканту и изобретателю Йозефу Ридлину приписывают первое использование поворотных клапанов на медных духовых инструментах в 1832 году. [2] Поворотный клапан работает с использованием короткого круглого ротора (также известного как шток или «заглушка»), размещенного в большем цилиндрическом корпусе клапана и вращающегося на шпинделе. Коленообразные порты или «суставы» в роторе направляют поток воздуха в дополнительную длину трубки клапана, когда ротор поворачивается на 90° и, таким образом, понижают высоту тона. Порты могут быть вырезаны или просверлены в роторе, сделанном из цельного куска латуни, или иногда они могут быть короткими кусками трубки, спаянными в собранный или литой ротор.
С конца 20 века в конструкцию и производство традиционных роторных клапанов было внесено множество других инноваций, направленных на улучшение их сопротивления и других игровых характеристик. Клапаны Willson Rotax и CAIDEX, а также клапаны Greenhoe используют вентиляционные отверстия между портами, чтобы воздух мог выходить через ротор, когда ротор переключает положения. Это устраняет «щелчок», который можно услышать или почувствовать при использовании традиционного роторного клапана. В других конструкциях ротор большего диаметра используется для размещения трубок портов с круглым или постоянным поперечным сечением, что помогает устранить воспринимаемую «забитость» клапанов; в более ранних конструкциях использовались узкие эллиптические трубки для установки в ротор меньшего диаметра. Немецкий производитель Meinlschmidt запатентовал ротор «Open Flow» с самосмазывающимися спиральными каналами в шпинделе ротора и открытыми круглыми портами. [8]
Валторны почти всегда имеют вращающиеся клапаны, и они встречаются на большинстве оркестровых туб F и CC и цимбасов . В большинстве европейских оркестров, особенно в Германии, они также используются для труб, басовых труб и туб Вагнера .
Клапаны крепления тромбона F обычно являются поворотными, хотя стремление сохранить «открытость» клапанной секции путем устранения изгибов на 90° в клапане и трубке привело к появлению многих радикальных конструкций клапанов с 1970-х годов, таких как клапан осевого потока Thayer и клапан Hagmann .
Клапаны осевого потока являются альтернативой традиционному поворотному клапану, используемому на тромбонах с клапанными креплениями. Запатентованный Орлой Эдом Тайером в 1978 году, он использует конический ротор с осью шпинделя, параллельной трубке, и отклоняющий направление воздушного потока всего на 28° или меньше. Несколько последующих патентов пытались решить проблемы его надежности и утечки с помощью пружинных натяжителей и более легких материалов ротора, а патент 2011 года значительно улучшил действие, стабильность и надежность клапана за счет установки подшипников на обоих концах шпинделя ротора. [9] Винсент Бах использовал эту конструкцию для своего «Infinity Valve» на своих тромбонах «AF», заменив старую конструкцию Тайера на своих теперь снятых с производства тромбонах с обозначением «T». [10]
Несколько других конструкций поворотного клапана возникли из попыток создать воздушные пути через клапан, которые избегают плотных перегибов в трубке, вызванных традиционными портами ротора. В наиболее широко распространенном из них, клапане Хагмана, ротор имеет три порта: один прямой и два, когда клапан задействован, которые изгибаются только на 45° и выходят через верхнюю часть корпуса клапана, а не через плоскость ротора. Клапан SE Shires "Tru-Bore" похож, но использует полностью прямой путь в положении по умолчанию, а также более простое производство и повышенную надежность. [11] Более ранние конструкции трехпортовых клапанов, такие как клапан Миллера и клапан Selmer "K", используют более высокий цилиндр для отклонения воздуха через два S-образных кулака, а не через верхнюю часть корпуса клапана. [12]