BRPI0618715A2 - corda para instrumento musical - Google Patents

Abstract

CORDA PARA INSTRUMENTO MUSICAL A presente publicação se refere a uma corda para um instrumento musical compreendendo aço inox duplex. A corda possui alta resistência mecânica e uma alta resistência à relaxação. A resistência à corrosão também é alta. Portanto, a corda de acordo com a presente publicação possui uma vida útil longa.

Description

"CORDA PARA INSTRUMENTO MUSICAL"

Campo da invenção

A presente invenção se refere a uma corda para instrumento musical, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Antecedentes da invenção

Tal corda é conhecida, por exemplo, do documento US 4.333.37 9, e compreende um núcleo de aço de ferro fundido cinza bronzeado.

Uma corda para instrumento musical, como uma corda de guitarra, precisa possuir certas propriedades. Propriedades importantes da corda são as resistências à deformação e à tensão, isto é, a resistência mecânica. A corda precisa ser capaz de resistir à tensão requerida quando introduzida em um instrumento e tocada. As exigências em relação à resistência mecânica são dependentes do diâmetro da corda. Por exemplo, para que uma corda de 0,254 mm (0,010") esteja apta a ser introduzida em um instrumento, ela precisa possuir uma resistência à tensão de pelo menos 1500 MPa. Além disso, para que seja capaz de resistir enquanto tocada por uma palheta, a corda de 0,254 mm deveria possuir, preferencialmente, uma resistência à tensão de, aproximadamente, 2500 MPa.

Ademais, uma outra propriedade é a resistência à relaxação. A resistência à relaxação é basicamente quão bem a corda da guitarra manterá seu ajuste. Por exemplo, uma perda de força na magnitude de 1 N em uma corda de 0,33 mm de diâmetro corresponde a uma queda de 2 Hz na freqüência. Como o ouvido humano normal pode detectar a diferença entre, por exemplo, 440 Hz e 441 Hz, isto significa que uma perda de força de aproximadamente 1 N emitirá uma freqüência de melodia de 2 Hz, que é bem audível para o ouvido humano. Se uma queda como esta ocorre, o guitarrista deve então reajustar a corda para alcançar a freqüência e o som desejados. O ajuste da sintonia de uma corda significa que a mesma é estirada um pouco mais e, portanto, a cada vez reduz o seu diâmetro como conseqüência do estiramento. Deste modo, o freqüente ajuste da sintonia leva a um enfraquecimento do material, a uma diminuição no som, a uma redução na aparência estética e, eventualmente, a um rompimento da corda. Conseqüentemente, é desejável que a mesma possua uma alta resistência à relaxação, tanto devido à manutenção do som quanto à vida útil da corda.

Uma outra propriedade é a possibilidade de produzir fio com as dimensões requeridas. Isto permitirá estirar a frio o material da corda em fios de diâmetro menor sem que os mesmos se tornem quebradiços ou, até mesmo, se rompam. Um razão para tal fragilidade é a formação de martensita induzida pela tensão causada pela deformação. Um outro exemplo de uma razão para a fragilidade é que o material contém fases ou partículas intermetálicas que agem como pontos de iniciação para a ruptura quando o material é submetido à deformação substancial durante a formação do fio. Além disso, a corda pode constituir um fio único, um ou mais fios trançados ou um fio encapado. Isto, por sua vez, requer a necessidade de um material para o fio que seja suficientemente dúctil para permitir, entre outras coisas, que o mesmo seja torcido na forma de um fio, isto é, um estado já substancialmente deformado.

No caso de uma corda para instrumentos elétricos, como uma guitarra elétrica, o som gerado pela corda é um resultado das propriedades eletromagnéticas da corda. A maioria das guitarras elétricas emprega reprodutores fonográficos eletromagnéticos, embora os piezoelétricos também sejam utilizados. O reprodutor fonográfico eletromagnético consiste de uma bobina com um magneto permanente. As cordas vibrantes provocam mudanças no fluxo magnético através da bobina, induzindo assim sinais elétricos na bobina. Os sinais são então transferidos para um amplificador de guitarra onde o sinal é processado e amplificado. Quanto mais magnética é uma corda, maior será a voltagem produzida e, como conseqüência, mais alto será o som.

Além disso, uma corda de um instrumento musical pode ser submetida a diversos tipos diferentes de corrosão. A corrosão deteriorará tanto as propriedades mecânicas quanto as propriedades de afinação mais rapidamente. Um tipo de corrosão a qual a corda é submetida é a corrosão atmosférica resultante do meio no qual o instrumento é mantido ou operado. Esta corrosão pode ser substancial sob, por exemplo, condições de umidade ou em locais quentes. Por exemplo, um instrumento musical que é utilizado em ambientes externos pode ser submetido a uma corrosão atmosférica substancial por muito mais tempo. Além disso, quando a corda é utilizada, substâncias como suor e gordura podem ser transferidas do músico para a corda. Tais substâncias também podem causar corrosão da corda. 0 suor humano, por exemplo, contém cloreto de sódio que irá corroer a corda. Substâncias gordurosas em uma corda também agirão como um meio de ligação para outras substâncias, que podem corroê-la, formando assim uma cobertura ou filme sobre a superfície da mesma.

Uma corda comum de guitarra é construída, normalmente, a partir de uma liga comum de aço carbono alto estirada em fios de diferentes diâmetros. Aço carbono possui muitas qualidades, mas também algumas grandes desvantagens. É fácil estirar aços carbonos que mantenham alta resistência à tensão e à deformação, sem que os mesmos se tornem quebradiços. Contudo, as propriedades de corrosão dos aços carbonos não são suficientes. Ademais, cordas feitas a partir de nylon são utilizadas, por exemplo, em guitarras clássica moderna e flamenca. As 3 cordas mais altas são normalmente monofilamento de nylon, enquanto as 3 cordas mais baixas possuem núcleos de nylon recobertos por um metal enrolado. Além disso, as guitarras "flat-top" ou folclóricas utilizam fio de aço para as duas cordas mais altas e, algumas vezes, para a terceira, ao passo que as cordas restantes possuem núcleos de aço envoltos com aço carbono, aço-níquel, bronze ou aço inox. Normalmente o revestimento é composto de um fio fino de seção transversal circular (cordas "round-wound"), mas, algumas vezes, uma fita plana de aço inox é utilizada para o recobrimento (cordas "flat-wound"). Outras variações são a corda "flat- ground" (enrolada com um fio redondo e então polidas), e cordas compostas com um invólucro de seda entre o núcleo de aço e os invólucros externos de metal. Como mencionado anteriormente, a maior desvantagem das cordas de aço carbono é a corrosão, e muitas tentativas para conter a corrosão têm sido realizadas, sem sucesso. Tentativas de revestir as cordas de aço com diferentes materiais, como polímeros naturais e sintéticos, foram realizadas. Infelizmente, o revestimento geralmente diminui as vibrações das cordas, resultando em uma redução no brilho e em uma piora na qualidade do som.

Conseqüentemente, o objeto da invenção é fornecer uma corda para um instrumento musical com uma maior vida útil.

Sumário da invenção

O objetivo pretendido é alcançado por uma corda, como definida inicialmente, e possuindo as características da parte caracterizante da reivindicação 1.

Utilizando um aço inox duplex em uma corda de um instrumento musical, as propriedades de corrosão são substancialmente melhoradas quando comparadas aos materiais utilizados normalmente. Além disso, as propriedades mecânicas e a resistência à relaxação preenchem as exigências, e são até melhoradas quando comparadas aos materiais utilizados normalmente. A corda pode ser utilizada tanto onde o som é gerado apenas pela vibração, quanto pela vibração que causa uma mudança no campo magnético.

A corda de acordo com a presente publicação pode ser utilizada em todos os tipos de instrumentos musicais de corda, tais como guitarras, violinos, pianos, harpas, etc. Breve descrição dos desenhos

Figura 1 ilustra o resultado de testes de tensão

de cordas com diâmetros de 0,33 mm e 0,43 mm, de acordo com a invenção, e oito composições comparativas da corda.

Figura 2 ilustra o resultado de um teste de

relaxação de cordas com diâmetro de 0,33 mm, de acordo com a invenção, e uma corda comparativa.

Figura 3 ilustra o resultado de um teste de

relaxação de cordas com diâmetro de 0,4 3 mm, de acordo com a invenção, e cordas comparativas.

Figura 4 ilustra o resultado de um teste de ressonância magnética de uma corda de acordo com a presente invenção.

Figura 5 ilustra o resultado de um teste de ressonância magnética de uma corda de um exemplo comparativo.

Descrição detalhada da invenção

As diferentes propriedades que provaram serem importantes para o entendimento do comportamento de uma corda de instrumento musical são a resistência à deformação e à tensão, o tratamento térmico, o acabamento superficial, a resistência à corrosão, o som acústico, a resistência à relaxação (estabilidade na afinação) e, em alguns casos, também as propriedades eletromagnéticas.

A importância da resistência, relaxação, resistência à corrosão e magnetismo foi discutida anteriormente. O acabamento superficial da corda é importante para garantir um som harmônico e um bom tato da corda quando a mesma é tocada. 0 som acústico é uma propriedade que não pode ser quantificada, mas que é importante para como o músico (e, possivelmente, a audiência) experimenta a corda. A experiência do som acústico da corda de acordo com a presente invenção não é diferente daquele das cordas de aço carbono utilizadas normalmente.

A corda de acordo com a presente publicação possui uma alta resistência mecânica, como um resistência à tensão de pelo menos 2700 MPa para um diâmetro de 0,33 mm e uma condição de estiramento a frio. Além disso, ela possui uma resistência à relaxação que não necessita de uma ressintonização com uma freqüência maior do que uma vez a cada 10 horas quando tocada sob condições normais.

Além disso, a corda de acordo com a presente publicação possui excelente resistência à corrosão provocada pelo ambiente ou pelas substâncias transferidas à corda durante a sua operação. Exemplos de tais substâncias são o suor ou a gordura que são transferidos quando uma pessoa toca um instrumento. Como resultado desta alta resistência à corrosão, a corda não precisa ser revestida para melhorar a proteção.

Aços inoxidáveis duplex compreendem duas fases separadas, uma fase austenita e uma fase ferrita, normalmente de 30-70% de cada. A fase ferrita é magnética, enquanto a fase austenita é não-magnética. Como a corda de acordo com a presente publicação compreende ambas as fases, ela também possui propriedades magnéticas. Ademais, durante a produção da corda, que será descrita a seguir, a fase austenita do aço será transformada, pelo menos parcialmente, em martensita. Como a martensita também é uma fase magnética, o magnetismo da corda aumentará ainda mais quando a corda compreende uma maior percentagem de fases magnéticas após a produção. Se a corda deve ser utilizada em um instrumento que requer propriedades magnéticas, como uma guitarra elétrica, as propriedades magnéticas da corda também poderiam ser melhoradas ainda mais envolvendo/revestindo ou encobrindo o aço inox duplex com outros fios de metal com boas propriedades magnéticas, ou até mesmo com materiais revestidos com tais metais com boas propriedades magnéticas. Exemplos de tais materiais são Ni, Cu e ligas de Cu.

Aços inoxidáveis duplex apropriados para serem utilizados em uma corda de instrumento musical contêm, geralmente, 19-28%, em peso, de Cr, e 4-10%, em peso, de Ni, preferencialmente, 21-26%, em peso, de Cr, e 4-8%, em peso, de Ni. Um aço inox duplex de acordo com a presente invenção poderia conter, por exemplo, a seguinte composição, em % p/p:

C máx 0,5

Si máx 1

Mn máx 2

Cr 20-27

Ni 4-10

Mo + 0,5 W 0-5

N máx 0,5

Cu máx 0,7

V + Ti máx 0,5 REM + B + Ca máx 0,5

como balanço: Fe e impurezas que ocorrem naturalmente.

Exemplos de tais aços inoxidáveis são UNS S31803, UNS S32304 e UNS S32750. De acordo com uma realização preferida, o aço inox duplex é UNS S31803.

Um critério importante na seleção entre os diferentes aços inoxidáveis duplex para uma corda de um instrumento musical é a habilidade de manufaturar fios do material para produzir a corda. É um pré-requisito que a composição selecionada possa ser estirada a frio em diâmetros muito finos, tais como 0,254 mm ou 0,33 mm sem se tornar quebradiço. Portanto, é aconselhável não selecionar aços inoxidáveis duplex com alto risco de formar a fase sigma quebradiça durante a produção. Geralmente, um conteúdo excessivo de Mo, em combinação com um alto conteúdo de Cr, significa que o risco de formar precipitados intermetálicos aumenta. Além disso, altos conteúdos de N aumentam o risco de precipitação de nitretos de cromo, especialmente quando o conteúdo de cromo também é alto. Em assim sendo, é desejável maximizar os conteúdos de Cr, Mo e N dentro das faixas mencionadas acima ao mesmo tempo.

A corda é produzida por estiramento a frio de acordo com os processos convencionais para produção de fios. 0 processo de estiramento a frio provoca a formação de martensita induzida pela deformação, que leva a um aumento na resistência mecânica e a um material mais magnético. A quantidade de deformação a frio é importante para garantir a resistência e as propriedades magnéticas desejadas. A corda também pode ser tratada com calor após a deformação até a dimensão desejada. O tratamento com calor também pode melhorar as propriedades do material. Além disso, se a deformação resulta em um material muito quebradiço, ele pode ser submetido a um tratamento térmico de modo a reduzir a tensão introduzida e, com isso, aumentar a ductibilidade do material. Estes processos de tratamento térmico são normalmente conhecidos por uma pessoa versada na técnica de aços inoxidáveis duplex.

Os processos de manufatura para produção de fios de aços inoxidáveis duplex resultam em cordas de bom acabamento superficial. Isto significa que o músico experimenta uma corda que é confortável para tocar. Ademais, não há risco da corda apresentar propriedades de deterioração, como inarmonicidade.

Corrosão por pitting é um tipo de ataque por corrosão localizado de um material. Ela pode ser causada, por exemplo, por ions cloreto que podem, no caso de cordas musicais, entrar em contato com o material através do suor humano proveniente do músico. A resistência à corrosão por pitting pode ser expressa pela Temperatura Critica de Pitting (TCP) , que indica a temperatura máxima à qual o material pode ser submetido sem o risco de que ataques por corrosão por pitting ocorram.

Ademais, a resistência à corrosão por pitting de um aço inox é expressa, normalmente, como o valor teórico PRE (Equivalente de Resistência por Pitting) e é representada pela Equação 1.

Equação 1.

PRE: %Cr + 3,3%Mo + 0,16%N Isto significa que aumentando o conteúdo de Cr, Mo e/ou N do aço inox, aumenta também a resistência à corrosão.

De acordo com uma realização, a corda é revestida com uma camada superficial. Esta camada superficial pode, por exemplo, possuir uma função estética ou uma função de ajustagem, por exemplo, para aumentar o magnetismo.

De acordo com uma outra realização, a corda compreende um núcleo revestido com fios de metal. Nesta realização, pelo menos o núcleo é feito de aço inox duplex.

A corda de acordo com a presente publicação pode ser utilizada em todos os tipos de instrumentos musicais de corda, como guitarras, violinos, pianos, harpas, etc. A corda pode ser um fio único, mas também pode estar na forma de uma corda revestida ou enrolada. A corda também pode estar encoberta.

Exemplo 1

Fios de teste foram produzidos a partir de um aço inox duplex com a seguinte composição (em porcentagem em peso):

0,03% C 0,4% Si 1,5% Mn 22% Cr 5,2% Ni 3,2% Mo 0,17% N como balanço: Fe e impurezas que ocorrem naturalmente.

A liga é padronizada sob o padrão americano AISI UNS S31803.

Fios foram estirados a frio até os diâmetros de 0,254 mm, 0,33 mm e 0,43 mm, respectivamente. Um fio de cada diâmetro, após o estiramento, foi tratado com calor a uma temperatura de 475°C por aproximadamente 10 minutos, o que resultou em um aumento na resistência e em uma maior resistência à relaxação do material.

As resistências à deformação e à tensão foram obtidas através de um teste de tração de acordo com a norma padrão SS-EN10002-1, e comparado com oito exemplos comparativos diferentes de cordas de aço carbono. As composições aproximadas dos exemplos comparativos são mostradas na Tabela 1, assim como o diâmetro da corda dos exemplos comparativos.

O resultado dos testes de deformação (Rpo,2) e tração (Rm) é listado na Tabela 2 e ilustrado na Figura 1. A partir destes testes é evidente que a mudança do material para um aço inox duplex não reduz substancialmente a resistência mecânica da corda. É até possível aumentar a resistência, especialmente no caso do aço inox duplex que é tratado com calor após o estiramento. Tabela 1.

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Tabela 2.

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Exemplo 2

A resistência à relaxação foi testada puxando (dedilhando) cordas com 0,33 mm e 0,43 mm de diâmetro com uma palheta aproximadamente 200 vezes por minuto. As composições são as apresentadas no exemplo 1. O teste foi realizado por mais de 24 horas. O ponto da corda em que a palheta foi utilizada foi mantido a 18 cm de um sensor de força conectado a um computador. O comprimento total de cada corda era de 65 cm e as cordas eram apoiadas sobre dois pedaços de plásticos em cada extremidade. A distância entre cada extremidade e os sensores de força era de 5 cm. O diâmetro e a freqüência de melodia correspondente são apresentados na Tabela 3, juntamente com a tensão original e a tensão de engenharia das cordas.

Tabela 3.

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O resultado do teste de relaxação das cordas com diâmetro de 0,33 mm é ilustrado na Figura 2, e os resultados do teste de relaxação das cordas com diâmetro de 0,43 mm na Figura 3. Os resultados são listados na Tabela 4 na forma da Equação linear 2, na qual y é a força, k é uma constante, χ é o tempo em horas, e m é uma constante.

Equação 2. y = k*x + m

Quanto menor a razão valor-k/inclinação da equação linear correspondente a cada corda, melhor é a propriedade de relaxação. Os resultados mostram que os aços inoxidáveis duplex na condição de estiramento a frio possuem as mesmas propriedades de relaxação dos aços carbonos utilizados hoje em dia nas cordas de guitarra. Contudo, quando os mesmos são tratados com calor, a propriedade de relaxação aumenta significativamente. Tabela 4.

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O ouvido humano pode detectar uma variação de 1 Hz na freqüência da melodia. A corda do Exemplo Comparativo 7 perdeu 1,5 N (correspondente a uma perda de freqüência de aproximadamente 2 Hz) após 24 horas, o que significa que um músico deve ressintonizar uma corda do Exemplo Comparativo 7 uma vez a cada 12 horas. Isto pode ser comparado com a invenção, quando para um diâmetro de 0,4 3 mm, e em uma condição de estiramento a frio, perdeu 0,9 Ν, o que corresponde a uma perda de freqüência de aproximadamente 1,2 Hz, resultando na necessidade de ressintonização uma vez a cada 20 horas. Como conseqüência a corda, de acordo com a invenção, apresenta uma vida útil muito mais longa quando comparada à do Exemplo Comparativo 7. Exemplo 4

A ressonância magnética da liga do Exemplo 1 foi testada em uma guitarra e comparada com a do Exemplo Comparativo 6. As cordas foram puxadas a uma distância de cm da ponte e submetidas a uma força correspondente à do ponto de quebra por cisalhamento de um fio de cobre de 0,10 mm. O fio de cobre foi enlaçado perpendicularmente ao redor da corda puxada e então esticado até o ponto de quebra. Desta forma, a mesma força foi aplicada para cada teste experimental. 0 ponto de quebra do fio de cobre também deve ser o ponto de contato com a corda puxada, se o fio de cobre rompia em qualquer outro ponto, o procedimento era repetido. Uma série de 5 testes aprovados foram realizados para cada corda. Os dados destes 5 testes foram então reunidos e gráficos para cada série de testes são apresentados nas Figuras 4 e 5.

Além disso, o peso magnético do material foi testado e comparado com o Exemplo Comparativo 4. Para medir a quantidade de fase magnética e não-magnética foi utilizada uma balança magnética. A balança magnética contém dois componentes principais, um eletromagneto e um medidor de tensão. 0 eletromagneto gera um forte campo magnético heterogêneo entre dois pólos cuneiformes, onde a amostra de teste é depositada. Se existem algumas fases magnéticas presentes na amostra, ela será destruída pela força magnética. A força, que é proporcional à quantidade de fase magnética, é então medida pelo medidor de tensão. Esta medida produz a magnetização de saturação da amostra e, calculando a magnetização de saturação teórica para este aço, é possível determinar a quantidade de fase magnética presente na amostra, isto é, o peso magnético. Os valores do teste de peso magnético são ilustrados na Tabela 5.

É evidente que a liga de acordo com a presente invenção possui um magnetismo muito menor do que os fios de aço carbono normalmente utilizados, conforme demonstra o exemplo comparativo. Isto indica que uma corda de um aço inox duplex de acordo com a presente invenção poderia, em realizações opcionais, ser revestida ou encoberta com um fio adicional de um material com alto magnetismo para se beneficiar desta propriedade quando utilizada em aplicações que requeiram alto magnetismo, como em guitarras elétricas.

Tabela 5.

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Exemplo 5

As propriedades de corrosão da liga do Exemplo 1 eram previamente conhecidas e, portanto, não foram testadas. A composição de acordo com o presente exemplo possui uma resistência superior à corrosão. Isto pode ser ilustrado pela Temperatura Critica de Pitting (TCP), que é de aproximadamente 82°C para o aço inox duplex do Exemplo 1 quando testado em uma solução 0,5% de Cl" com pH 6,0 e 300 mV SCE (Eletrodo Padrão de Calomelano). Isto indica que o material é resistente à corrosão por pitting decorrente, por exemplo, dos ions cloreto presentes no suor humano, até uma temperatura de 82°C. Isto poderia, por exemplo, ser comparado a uma TCP de 25°C para o aço inox AISI 304, que poderia tornar o mesmo bem menos apropriado quando exposto ao suor em ambientes com temperaturas maiores do que a temperatura ambiente.

Ademais, como referência, o UNS S32304 possui um valor de TCP de 32°C e o UNS S32750 um valor de TCP > IOO0C (não testado acima deste valor) quando testado sob as mesmas condições.

Claims (13)

1. Corda para instrumento musical, caracterizada pelo fato de compreender aço inox duplex.

2. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do aço inox duplex compreender 19-28%, em peso, de Cr, e 4-10%, em peso, de Ni.

3. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato do aço inox duplex possuir uma composição, em %, em peso, de: <table>table see original document page 20</column></row><table> como balanço: Fe e impurezas que ocorrem naturalmente.

4. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato do aço inox duplex ser UNS S31803.

5. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato do aço inox duplex ser UNS S32750.

6. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato do aço inox duplex ser UNS S32304.

7. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de possuir uma resistência à tensão de pelo menos 2700 MPa quando em um diâmetro de 0,33 mm.

8. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de possuir uma resistência à relaxação tal que resistirá à perda de freqüência de 2 Hz por pelo menos 10 horas.

9. Corda para instrumento musical de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do aço inox duplex estar na condição de estirado a frio.

10. Corda para instrumento musical de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, caracterizada pelo fato do aço inox duplex estar na condição de tratado a calor.

11. Corda para instrumento musical de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender um núcleo de aço inox duplex revestido com fios de metal.

12. Corda para instrumento musical de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-10, caracterizada pelo fato de possuir uma camada superficial.

13. Instrumento musical caracterizado pelo fato de compreender uma corda para instrumento musical, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.