Клапаны духовых инструментов — это клапаны , используемые для изменения длины трубки духового инструмента , позволяющие исполнителю достигать нот различных гармонических серий . Каждый нажатый клапан перенаправляет поток воздуха через дополнительные трубки индивидуально или совместно с другими клапанами. Это удлиняет вибрирующий столб воздуха, тем самым понижая основной тон и связанные с ним гармонические серии, производимые инструментом. Клапаны латунных инструментов требуют регулярного обслуживания и смазки, чтобы обеспечить быстрое и надежное движение.
Первые музыкальные инструменты с поршневыми клапанами были разработаны сразу после начала XIX века.
Первым из этих типов был клапан Stölzel, носивший имя его изобретателя Генриха Штельцеля , который впервые применил эти клапаны к валторне в 1814 году. До этого момента не было успешной конструкции клапана, и валторнам пришлось остановиться. раструб инструмента, что значительно ухудшает качество тона для достижения частичной хроматической гаммы . [1]
В клапане Stölzel воздух поступает через нижнюю часть корпуса клапана, вверх через полый нижний конец поршня и через порт в петлю клапана. Затем воздух подается через наклонное отверстие в поршне в короткую трубку, соединяющую клапаны, откуда он затем направляется через второй клапан и наружу. Однако у этого типа клапана были свои проблемы. Это заставило воздух согнуться, а поворот на 90 градусов разрушил канал ствола, вызвав значительное нежелательное противодавление. Эти проблемы позже были решены с помощью двухпоршневого клапана. [2]
Двухпоршневой клапан , также называемый Венским клапаном или насосным клапаном , представляет собой тип клапана, который предшествовал современному однопоршневому клапану Перине. Впервые он был исполнен на трубе в 1821 году Кристианом Фридрихом Саттлером из Лейпцига . [3] В этом типе клапана одновременное движение двух поршней изгибает поток воздуха под двумя прямыми углами, создавая дополнительный контур клапана. Эти повороты вызывают сужение канала ствола , из-за чего играть на инструменте становится сложнее. Сначала два поршня приводились в действие рычагом, соединенным раскосами, но более поздняя венская модель этих клапанов приводилась в действие длинными стержнями, соединяющими поршни с подпружиненными клавишами на другой стороне инструмента.
Хотя они почти во всех странах вышли из моды по сравнению с современными лампами, их называют «Венскими клапанами», потому что они до сих пор используются почти исключительно в Вене , Австрия, где музыканты предпочитают гладкое легато и мягкий, естественный тембр, напоминающий валторну. Венская система широко использовалась в Германии на многих духовых инструментах, включая трубы, до 1850 года.
Современный поршневой клапан, который сегодня используется в большинстве латунных инструментов с клапанами, 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 под углом через отверстия в штоке клапана, так что петля трубок попадает в воздушный поток, тем самым уменьшая шаг. Приклад клапана имеет цилиндрическую форму и перемещается вверх и вниз через цилиндрический кожух большего размера.
Небольшой клапан Перине, встроенный в мундштук тромбона, перпендикулярный хвостовику, чтобы изменить диаметр горла для 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 были способны только самые ловкие музыканты. Длинные дополнительные трубки, используемые в каждом из шести клапанов, также делали инструменты тяжелыми и громоздкими для игры. [7]
В современных клапанных духовых инструментах, в которых не используются ни поворотные, ни венские клапаны, используется клапан этого типа в наборе из трех штук, предназначенных для понижения инструмента на два, один и три полутона соответственно, что в совокупности снижает высоту звука инструмента до тритона . . Некоторые инструменты (например, туба и эуфониум) добавляют четвертый клапан, который еще больше понижает высоту звука на идеальную четверть.
Немецкому музыканту и изобретателю Йозефу Ридлину приписывают первое использование поворотных клапанов на медных духовых инструментах в 1832 году . корпус клапана и вращающийся на шпинделе. Локоть-образные отверстия или «костяшки» в роторе направляют воздушный поток в дополнительную длину трубки клапана, когда ротор поворачивается на 90 °, тем самым уменьшая шаг. Порты можно вырезать или просверлить в роторе, сделанном из цельного куска латуни, а иногда они могут представлять собой короткие куски трубок, припаянные к собранному или отлитому ротору.
С конца 20-го века было внесено множество других инноваций в конструкцию и производство традиционных поворотных клапанов, направленных на улучшение их сопротивления и других игровых характеристик. В клапанах Willson Rotax и CAIDEX, а также в клапанах Greenhoe между портами используются вентиляционные отверстия, позволяющие воздуху выходить через ротор при переключении ротора. Это устраняет «хлопок», слышимый или ощущаемый при использовании традиционного поворотного клапана. В других конструкциях используется ротор большего диаметра для размещения портовых трубок с круглым или постоянной площадью поперечного сечения, что помогает устранить кажущуюся «заложенность» клапанов; В более ранних конструкциях использовались узкие эллиптические трубы, которые можно было разместить в роторе 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 поворотные клапаны, и они встречаются на большинстве оркестровых туб F и CC и цимбас . В большинстве европейских оркестров, особенно в Германии, они также используются для труб, басовых труб и туб Вагнера .
Клапаны крепления Trombone F обычно являются поворотными, хотя желание сохранить «открытость» секции клапана за счет устранения изгибов клапана и трубок на 90 ° привело с 1970-х годов к созданию многих радикальных конструкций клапанов, таких как клапан осевого потока Thayer и Hagmann. клапан .
Клапаны осевого потока являются альтернативой традиционному поворотному клапану, используемому на тромбонах, с насадками на клапан. Запатентованный Орлой Эдом Тайером в 1978 году, он использует конический ротор, ось шпинделя которого параллельна трубке, и отклоняет направление воздушного потока всего на 28° или менее. В нескольких последующих патентах была предпринята попытка решить проблемы с надежностью и утечками с использованием 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 Thayer на своих тромбонах с обозначением «T», которые сейчас сняты с производства. [10]
Несколько других конструкций поворотных клапанов возникли в результате попыток создать воздушные пути через клапан, чтобы избежать перегибов трубок, вызванных традиционными портами ротора. В наиболее распространенном из них, клапане Хагмана, ротор имеет три отверстия: одно прямое и два, когда клапан зацеплен, которые изгибаются всего на 45 ° и выходят через верхнюю часть корпуса клапана, а не через ротор. самолет. Клапан SE Shires «Tru-Bore» аналогичен, но использует совершенно прямой путь в положении по умолчанию, а также имеет более простое изготовление и повышенную надежность. [11] Более ранние конструкции трехходовых клапанов, такие как клапан Миллера и клапан Зельмера «К», использовали более высокий цилиндр для отклонения воздуха через два S-образных сустава, а не через верхнюю часть корпуса клапана. [12]