ITUD970114A1 - Tavola armonica in materiale composito - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"TAVOLA ARMONICA IN MATERIALE COMPOSITO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato una tavola armonica in materiale composito come espressa nella rivendicazione principale.

Il trovato si applica, in particolare anche se non esclusivamente, in campo musicale per la realizzazione di camere di risonanza di strumenti musicali a corda allo scopo di aumentare il rendimento sonoro e l'effetto del suono ottenuto dalle corde vibranti.

Nel seguito, per semplicità, si farà riferimento specifico alla applicazione in campo musicale ma con il termine tavola armonica si vuole designare in generale un pannello in materiale composito da costruzione -.che accorpi le seguenti caratteristiche: - rigidità e leggerezza,

- elevata resistenza alle sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche,

- stabilità nel tempo,

- sostanziale insensibilità alle variazioni climatiche.

Altri utilizzi della tavola secondo il trovato, oltre al settore musicale per violini, chitarre od in particolare per pianoforti, sono quelli delle costruzioni aeronautiche e navali, dell'arredamento, della componentistica od altro.

STATO DELLA TECNICA

Nella definizione delle caratteristiche delle tavole armoniche utilizzate per la fabbricazione di strumenti musicali, od in generale nelle tavole da costruzione utilizzate ad esempio per la realizzazione di imbarcazioni, le caratteristiche più importanti di cui tener conto sono la rigidità, l'elasticità e la leggerezza.

E' noto che la rigidità è la qualità di un materiale di resistere a specifiche sollecitazioni meccaniche senza cambiare la sua forma originale, mentre l'elasticità è la qualità di poter modificare la forma originaria per resistere ad una sollecitazione meccanica e poi riprendere la forma originaria al cessare della sollecitazione stessa.

I problemi più importanti da risolvere quando si costruisce una barca, un aereo, uno strumento musicale a cassa armonica, un mobile, ecc., sono quindi quelli di garantire una massima resistenza alle sollecitazioni di flessione con il minor peso possìbile, oltre a quelli di garantire la massima stabilità nel tempo e la sostanziale insensibilità al variare delle condizioni climatiche esterne.

Nel caso di una trave piena di sezione rettangolare idonea a flettersi almeno parzialmente, sostenuta alle estremità e sottoposta ad una sollecitazione di flessione dall'alto in basso in una zona centrale, sulla sezione della trave risulta definito un piano intermedio in cui le reazioni del materiale sono sostanzialmente nulle.

Il piano superiore rivolto verso la sollecitazione è sottoposto alla massima reazione di compressione mentre il piano inferiore è sottoposto alla massima reazione di tensione.

Se il materiale della trave è omogeneo, il piano a reazione nulla è il piano mediano della trave.

La capacità della trave di reagire alle dette sollecitazioni è calcolabile con una formula che varia linearmente con la lunghezza della trave, o sostanzialmente con la distanza fra gli appoggi, e varia invece al quadrato con lo spessore.

Se invece di una trave piena si considera un ugual volume con pareti di spessore sottile sottoposto a flessione, si ha che lo spessore del piano inferiore è sottoposto a tensione e, in funzione dell'elasticità del materiale di cui è costituito, può sopportare un carico sostanzialmente fino al punto di snervamento.

Lo spessore del piano superiore è sottoposto a compressione e quindi, se non si crea un collegamento tra i due piani opposti della trave, tale compressione genera una deformazione della medesima.

Se si ipotizza invece di collegare con colonnine o puntoni il piano superiore con quello inferiore, considerando una distribuzione omogenea di dette colonnine sulla lunghezza della trave sottoposta a flessione, si ottiene un momento resistente che si avvicina a quello calcolato per la trave di sezione omogenea, con variazione quadratica rispetto allo spessore, con un peso molto inferiore.

Ciò significa che in una trave a sezione omogenea una parte di materiale nell'interno dello spessore della sezione hon fornisce alcun contributo al momento resistente, contribuendo tuttavia al peso della trave stessa, con le conseguenze negative che un aumento di pe|so a parità di resistenza comporta, in particolare nelle applicazioni sopra indicate. Venendo al ìisettore specifico delle camere armoniche per strumenti musicali a corda, le tavole armoniche sono utilizzate per trasmettere e diffondere il suono prodotto dalla vibrazione delle corde ed aumentare la sonorità dello strumento.

Nei pianoforti, ad esempio, le tavole armoniche sono formate da 'liste di legno incollate una accanto all’altra a realizzare un pannello continuo che, dalla parte opposta a quella ove sono applicate le corde, viene rinforzato ed irrigidito da rinforzi trasversali denominati catene.

Sulla faccia [opposta a quella di applicazione delle catene vengono disposti listelli sagomati, o ponticelli, su cui si appoggia il punto di contatto delle corde, teso tra i lati di un telaio, o cordiera, che è una struttura non monolitica con la tavola armonica.

Il punto di appoggio delle corde sui ponticelli giace su un piano più esterno della tavola armonica rispetto al piano contenente i punti di fissaggio delle estremità delle corde al telaio; ciascuna corda esercita quindi una notevole pressione continua sulla tavola anche quando non è eccitata e posta in vibrazione, esercitando sulla tavola un ostante momento flettente bilanciato dal momento resistente del materiale della tavola stessa.

Le tavole armoniche dei pianoforti si comportano sostanzialmente come un diaframma posto in vibrazione dalle corde allorché vengono colpite dai martelletti di percussione associati ai tasti azionati dalle dita del pianista.

II risultato dell'azione della tavola armonica, che condiziona l'effetto e la durata del suono trasmesso dalla vibrazione delle corde , è sostanzialmente ! funzione, a parità di dimensioni , del modulo di elasticità, del momento di inerzia e del peso della sezione della tavola armonica stessa. La tavola armonica, per ottenere un buon effetto, deve infatti essere leggera per far consumare meno energia alla corda che la fa vibrare ma deve anche avere una buona rigidità per contenere la sollecitazione di flessione costante generata dalle corde poste o meno in vibrazione, le spinte esercitate da dette corde potendo raggiungere anche valori nell'intorno di 250 chilogrammi.

Va dunque ricjercato l’ottimale compromesso fra leggerezza e rigidità alla flessione, ricercando soluzioni realizzative e materiali che possano partecipare sull'intera sezione al momento resistente della tavola, in modo da poter ottenere una più elevata rigidità a parità di peso.

Un altro inconveniente da risolvere deriva dalla necessità di precaricare la tavola armonica, ciò essendo attualmente eseguibile soltanto da personale esperto e specializzato.

Un altro inconveniente delle tavole armoniche note è dato dal fatto che le caratteristiche sonore possedute sono strettamente legate al materiale con cui esse sono realizzate; nel caso di legno massiccio non è quindi possibile produrre tavole armoniche standardizzabili oppure adattabili alla specifica applicazione.

I materiali attualmente utilizzati tendono inoltre a variare le proprie caratteristiche con il passare del tempo e ad essere altamente influenzabili dalle situazioni ambientali esterne, soprattutto dalla temperatura e dall'umidità.

Per risolvere tutti questi inconvenienti e per ottenere ulteriori vantaggi, i proponenti hanno studiato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

II presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale .

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Scopo del presente trovato è quello di fornire una tavola armonica in materiale composito che risolva in modo ottimale il compromesso tra leggerezza e resistenza alle sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche ed idonea a mantenere inalterate nel tempo le volute caratteristiche di progetto.

Altro scopo del trovato è quello di realizzare una tavola armonica in cui le caratteristiche meccaniche, ed in particolare la rigidità alla flessione, possano essere variate, in modo relativamente facile e rapido, da un punto all’altro della tavola realizzando specifiche zone o fasce a resistenza differenziata in funzione del tipo di applicazione.

Secondo il trovato, la tavola armonica presenta una forma sostanzialmente a parallelepipedo, o riconducibile a tale, ed è costituita da una struttura scatolare le cui facce larghe sono definite da due fogli, rispettivamente superiore ed inferiore, che racchiudono un'intercapedine interna. Secondo una variante, la tavola è costituita da un pannello unico di spessore definito.

Secondo un'ulteriore variante, la tavola è costituita da due fogli racchiudenti un materiale leggero di riempimento, ad esempio un espanso.

In relazione all'applicazione, detti fogli, o detto pannello, possono essere sostanzialmente piani, oppure presentare una voluta curvatura, ad esempio ad arco o comunque essere precurvabili ad assumere una forma definita e stabile nel tempo.

Detti fogli, o detto pannello, sono realizzati, secondo il trovato, in materiale di peso specifico molto ridotto, inferiore a 0,15 g/cm<3>.

Il materiale utilizzato per detti fogli, o per detto pannello, è in una prima soluzione, una resina espansa e/o sintetica, eventualmente impregnata o trattata.

Secondo una variante, viene utilizzato un idoneo legno leggero, quale compensato, balsa od altro materiale similare.

Su almeno parte della superficie di detti fogli, o di detto pannello, vengono realizzate una pluralità di aperture passanti che attraversano ortogonalmente da parte a parte l'intercapedine, od il volume, interno e si affacciano sulle superfici dei fogli, o del pannello, stessi.

Dette aperture passanti sono vantaggiosamente disposte allineate a definire una pluralità di file parallele disposte secondo un disegno preferenziale.

Dette aperture passanti vengono utilizzate per l'inserimento di coniugati elementi cavi di irrigidimento strutturale, ad esempio nella forma di tubetti o simili, che fungono da colonnine di collegamento fra le due superfici contrapposte della tavola armonica.

Il materiale e la densità delle colonnine, ossia la loro distanza reciproca, sono funzione della voluta rigidità strutturale di cui si vuole dotare la tavola armonica e possono anche variare da zona a zona in una stessa tavola.

In un pianoforte, ad esempio, tale densità varierà in relazione alla tipologia dello spettro di frequenze delle specifiche corde, siano esse le corde degli alti o dei bassi.

All'interno di detti elementi cavi di irrigidimento vengono inseriti filamenti di rinforzo che vengono fatti alternativamente passare da una faccia all'altra della tavola, collegando fra loro aperture adiacenti.

Secondo una variante, in relazione ad un differente grado di rigidità da ottenere della tavola armonica, i collegamenti realizzati con i filamenti di rinforzo possono interessare aperture poste fra loro distanti, per cui ogni filamento può saltare una o più aperture in relazione al risultato voluto da ottenere.

Secondo una variante, aperture passanti adiacenti sono tra loro collegate da scanalature o canali, ricavate sulle facce della tavola armonica, che servono per alloggiare i filamenti di rinforzo al di sotto del piano della tavola.

Secondo il trovato, le facce della tavola armonica vengono poi rivestite da uno strato realizzato in tessuto di fibre ad alta resistenza e peso estremamente ridotto, idoneo a solidarizzare ed irrigidire la struttura, dette fibre essendo impregnate di resina.

Una soluzione del trovato prevede di utilizzare fibre di carbonio, le quali hanno la caratteristica di non allungarsi, e quindi di non consumare energia, anche se sottoposte a sollecitazioni di flessione o di trazione.

Secondo una variante, lo strato di rivestimento è un multistrato costituito da strati dì fibre cadauno presentante un proprio orientamento od un proprio valore di resistenza.

Con i filamenti di rinforzo e con gli strati di fibre si viene così a creare una struttura reticolare irrigidita che collega saldamente il piano superiore al piano inferiore, imprigionando il materiale di base costituente le due facce della tavola armonica ed obbligandolo a collaborare nella resistenza alle sollecitazioni.

In particolare, nella faccia opposta a quella di applicazione delle sollecitazioni meccaniche, ossia la faccia sottoposta a tensione, la presenza dei filamenti di rinforzo e dello strato di fibre distribuisce gli sforzi di tensione sull'intera superficie che viene così ad essere completamente interessata dal momento resistente della tavola.

Inoltre, viene ad essere garantita la stabilità' dimensionale delle superfici più sollecitate per la presenza dei multicollegamenti costituiti dalle colonnine trasversali di irrigidimento.

In funzione delle applicazioni, ossia dei parametri di rigidità e di leggerezza richiesti, si può agire sullo spessore dei piani del materiale leggero di base, sull'altezza e sul numero delle colonnine di irrigidimento, sulla densità dei filamenti di rinforzo inseriti per ognuna delle colonnine, sulla densità e sullo spessore degli stati di tessuto di rivestimento.

Tutto ciò consente una estrema versatilità e flessibilità di progetto della tavola armonica secondo il trovato, garantendo in ogni situazione l'adattabilità alle necessità contingenti e l'ottenimento dei parametri e dei requisiti richiesti .

Tali caratteristiche sono anche ripetibili, ed è quindi possibile progettare e realizzare tavole perfettamente standardizzate, cosa assolutamente non possibile con le tradizionali tavole in legno.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo non limitativo ed espongono una soluzione preferenziale del trovato.

Nelle tavole abbiamo che:

- la fig. 1 illustra in esploso una applicazione della tavola armonica secondo il trovato ad un pianoforte a coda;

- la fig. 2 illustra, con uno spaccato parziale, una vista in pianta della tavola armonica di fig. 1;

- la fig. 3 illustra un particolare in esploso e parzialmente in sezione della tavola di fig. 2;

- la fig. 4 illustra la sezione A-A di fig. 2;

- la fig. 5 illustra una vista parzialmente in esploso di fig. 4.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

In fig. 1 è illustrato, con una vista in esploso, un pianoforte 11 a coda su cui viene montata una tavola armonica 10 secondo il trovato.

Detta tavola armonica 10 presenta una conformazione ad arpa, è dotata su un lato di ponticelli 12 di appoggio e sostegno delle corde e viene associata in modo tradizionale alla cassa acustica del pianoforte 10.

Detta tavola armonica 10 è realizzata a partire da un pannello 14 di base realizzato in materiale, ad esempio resina espansa, materiale sintetico, legno leggero quale compensato o balsa, od altro materiale di caratteristiche simili, avente peso specifico inferiore a 0,15 g/cm3.

Detto pannello 14 presenta, su almeno parte della sua superficie, una pluralità di aperture passanti 13 (fig.2 ) che si aprono sulle rispettive facce del pannello 14.

Nel caso di specie, dette aperture passanti 13 sono circolari e ricavate su tutto il pannello 14 ad esclusione di una fascia perimetrale utilizzata per il fissaggio della tavola armonica 10 alla cassa acustica del pianoforte 11.

Dette aperture passanti 13 sono disposte allineate a realizzare file parallele secondo il volut disegno .

In dette aperture passanti 13 vengono inseriti elementi trasversali 16 di irrigidimento, nel caso di specie conformati a tubetto od a colonnina e realizzati in resina rigida.

Nel caso di specie, cadauna apertura passante 13 è collegata con l'apertura passante 13 adiacente tramite scanalature 15 ricavate sulla superficie di entrambe le facce di detto pannello 14.

Nel caso di specie, dette scanalature 15 sono tra loro ortogonali (fig. 3); secondo una variante, non illustrata, sono previste scanalature 15 tra loro sghembe che collegano in diagonale le aperture 13. Dette scanalature 15 e detti elementi trasversali di irrigidimento 16 fungono da sede di alloggiamento per una pluralità di fili o filamenti di rinforzo 17, che passano alternativamente da un lato all'altro del pannello 14.

Nel caso di specie, detti fili di rinforzo 17 si intersecano tra loro in corrispondenza delle scanalature 15 e realizzano su entrambe le facce del pannello 14 una struttura reticolare di disegno voluto, nel caso di specie a maglia quadrata, avente la funzione di irrigidire sia nel senso longitudinale che trasversale il pannello 14 stesso. In particolare, detta struttura reticolare ha la funzione di collegare e di solidarizzare le due superfici opposte del pannello 14, creando una struttura monolitica in cui tutto il materiale collabora nella resistenza alle sollecitazioni di flessione, quali quelle impresse dalle corde del pianoforte messe in vibrazione.

Secondo il trovato, superiormente a detta struttura reticolare costituita dai filamenti di rinforzo 17 vengono applicati rispettivi strati di rivestimento 18 realizzati in materiale leggero in fibra ad elevata resistenza.

Secondo una prima formulazione, detto strato di rivestimento 18 viene associato al pannello 14 tramite resine polimerizzabili.

Secondo una variante, detti strati di rivestimento 18 sono realizzati in fibre di carbonio.

Secondo un'altra variante, almeno uno strato di rivestimento 18 è realizzato per sovrapposizione, ad esempio tramite resine polimerizzabili, di più strati, ognuno dei quali presenta un diverso orientamento delle fibre e/o un diverso valore di resistenza.

La tavola armonica 10 secondo il trovato, pur una elevata resistenza alle sollecitazioni meccaniche esterne grazie al fatto che il materiale leggero del pannello 14 è racchiuso entro una struttura rigida, ad elevata resistenza e 'Strutturalmente monolitica.

L'applicazione degli strati di rivestimento 18 costituiti da fibre resistenti e superesistenti sulle facce della tavola 10 maggiormente sottoposte a sollecitazione, fa sì che il materiale più opportuno lavori nel modo più efficace.

Inoltre, la stabilità dimensionale, sia nel tempo che in relazione al mutare delle condizioni climatiche od ambientali esterne, è garantita dalla presenza dei collegamenti multipli stabiliti dagli elementi trasversali di irrigidimento 16 e dai filamenti di rinforzo 17.

La possibilità di controllare la disposizione delle fibre degli strati di rivestimento 18, il numero e la resistenza dei filamenti di rinforzo 17, lo spessore del pannello 14, la densità delle aperture passanti 13 e quindi la densità degli elementi trasversali di irrigidimento 16, garantisce la massima versatilità della tavola 10 e permette di realizzare zone a resistenza differenziata anche su una stessa tavola 10, oppure di realizzare tavole specificatamente progettate per usi ed applicazioni particolari.

Nel particolare utilizzo come cassa armonica per uno strumento musicale a corde, e specificatamente per un pianoforte, tale versatilità permette il controllo di tutti gli effetti sonori voluti e ricercati, nonché la differenziazione delle caratteristiche in base allo spettro di frequenza associato alla specifica zona o fascia della tavola 10.

Claims (1)

1 - Tavola armonica in materiale composito utilizzata come elemento da costruzione per la realizzazione di camere di risonanza per strumenti musicali a corda, di strutture per imbarcazioni, mobili, ecc. sottoposte a sollecitazioni meccaniche di flessione, detta tavola definendo una struttura sostanzialmente a parallelepipedo o riconducibile a tale costituita da una faccia superiore su cui agisce la sollecitazione meccanica, sottoposta a compressione, una faccia inferiore sottoposta a tensione ed un volume intermedio, caratterizzata dal fatto che è costituita da un pannello (14) di base realizzato in materiale leggero definente la forma della tavola, le due facce contrapposte di detto pannello (14) essendo collegate da una pluralità di elementi trasversali (16) di irrigidimento alloggiati in aperture passanti (13) uniformemente distribuite su una parte sostanziale della superficie del pannello (14), le facce del pannello (14) venendo rivestite da un rispettivo strato di rivestimento (18) in tessuto di fibre ad alta resistenza impregnate di resina. 2 - Tavola armonica come alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che presenta elementi longitudinali e trasversali di irrigidimento costi· tuiti da filamenti di rinforzo (17) alloggiati in scanalature (15) ricavate sulle facce contrapposte del pannello (14), detti filamenti di rinforzo (17) passando alternativamente da parte a parte della tavola armonica (10) attraverso le aperture (13). 3 - Tavola armonica come alla rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che le scanalature (15) collegano una all'altra le aperture passanti (13) adiacenti. 4 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che le aperture passanti (13) sono disposte lungo una pluralità di file parallele. 5 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il materiale del pannello (14) presenta un peso specifico inferiore a 0,15 g/cm<3>. 6 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il materiale del pannello (14) è resina espansa e/o sintetico. 7 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 5, caratterizzata dal fatto che il materiale del pannello (14) è legno leggero, ad esempio baisa. 8 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il pannello {14) è curvato o precurvabile secondo una forma voluta. 9 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il pannello (14) è costituito da due fogli definenti le facce esterne e racchiudenti una intercapedine interna. 10 - Tavola armonica come alla rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che l 'intercapedine interna è riempita con materiale leggero, ad esempio materiale espanso. 11 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che lo strato di·rivestimento (18) è realizzato in fibre di carbonio od in fibre leggere ad alta resistenza impregnate con resina. 12 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che lo strato di rivestimento (18) è realizzato in multistrato con strati presentanti orientamento delle fibre e/o parametri di resistenza differenti. 13 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendìcazìoni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli elementi trasversali di irrigidimento (16) sono realizzati in resina rigida impregnante i filamenti di rinforzo (17). 14 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che presenta zone o fasce definenti parametri di resistenza e/o rigidità differenziati. 15 - Tavola armonica come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la resistenza e/o la rigidità della tavola sono differenziabili agendo su almeno uno dei seguenti parametri: - materiale e/o spessore del pannello (14); - densità delle aperture passanti (13) e conseguentemente degli elementi trasversali di irrigidimento (16); - spessore e/o costituzione dello strato di rivestimento (18); - materiale e/o densità dei filamenti di rinforzo ( 17 ) . 16 - Tavola armonica come alle rivendicazioni precedenti , caratterizzata dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni ,