DD251222A1

DD251222A1 - PIEZOELECTRIC SOFTENER AND ARRANGEMENT THEREOF

Info

Publication number: DD251222A1
Application number: DD29268486A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Meinel; Franz Jacob
Original assignee: Forschungszentrum Veb
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1987-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Tonabnehmer und die Anordnung desselben fuer die Tonabnahme von Saiteninstrumenten, vorzugsweise Gitarren. Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Tonabnehmer zu schaffen, der im oder auf dem Steg unter den Saiten angeordnet werden kann und die Biegeschwingungen des Steges abtastet, der sich ferner durch gute klangliche Eigenschaften, einfache Handhabung und grosse Robustheit gegenueber mechanischen Beschaedigungen auszeichnet. Der Tonabnehmer besteht aus einem oder mehreren piezoelektrischen Biegeelementen, die ueber einen Bereich des Steges angeordnet sind, der mindestens dem Abstand der aeusseren Saiten entspricht. Die aeussere Form des Tonabnehmers wird durch Eingiessen der Wandlerelemente in ein aushaertendes Kunstharz realisiert, wobei die Form in einer ersten Ausfuehrungsform so gehalten ist, dass ein direkter Einbau in den Steg anstelle des Stegschuebels moeglich ist bzw. in einer zweiten Ausfuehrungsform unter die Befestigungsschlaufen der Saiten geklemmt werden kann.The invention relates to a piezoelectric pickup and the arrangement thereof for the sound picking of stringed instruments, preferably guitars. The invention aims to provide a pickup that can be placed in or on the bridge below the strings and scans the bending vibrations of the bridge, which is also characterized by good sound properties, ease of use and great robustness against mechanical damage. The pickup consists of one or more piezoelectric bending elements, which are arranged over a region of the web which corresponds at least to the spacing of the outer strings. The outer shape of the pickup is realized by pouring the transducer elements into a hardening synthetic resin, wherein the mold is held in a first embodiment so that a direct installation in the web instead of the bridge shoe is possible or in a second embodiment under the attachment loops of the strings can be clamped.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Tonabnehmer, der zur Tonabnahme bei Saiteninstrumenten, vorzugsweise Gitarren, verwendet werden kann sowie die Anordnung desselben.The invention relates to a piezoelectric pickup, which can be used for sound reduction in stringed instruments, preferably guitars, and the arrangement thereof.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Tonabnahme von Saiteninstrumenten werden verschiedene Prinzipien angewendet. Elektrogitarren besitzen einen oder mehrere elektromagnetische Tonabnehmer. Saiteninstrumente mit einem Resonanzkörper wie beispielsweise akustische Gitarren können mit Hilfe sogenannter Kontakttonabnehmer elektrifiziert werden. Diese werden an einer geeigneten Stelle des Resonanzkörpers, meist in Stegnähe, fest angebracht und tasten die Körperschallschwingungen ab. Vorzugsweise finden dabei piezoelektrische Wandler Verwendung, die entweder beschleunigungsproportional arbeiten oder auf Biegeschwingungen am Abtastort reagieren. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus den Erfindungsbeschreibungen US 3538232 und DE-OS 2536750 bekannt. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Lösungen ist, abgesehen von oft unbefriedigenden klanglichen Ergebnissen, daß derartige Tonabnehmer Probleme bei der optimalen Befestigung aufwerfen.To tone picking of stringed instruments, various principles are applied. Electric guitars have one or more electromagnetic pickups. Stringed instruments with a resonating body such as acoustic guitars can be electrified by means of so-called contact pickups. These are firmly attached to a suitable point of the resonator, usually close to the bridge, and sense the structure-borne sound vibrations. Preferably, piezoelectric transducers are used which either operate with proportional acceleration or react to bending oscillations at the scanning location. Such solutions are known for example from the invention descriptions US 3538232 and DE-OS 2536750. A major disadvantage of such solutions, apart from often unsatisfactory sonic results that such pickups pose problems in the optimal attachment.

Eine Anzahl von Erfindungsbeschreibungen sieht den Einbau von piezoelektrischen Wandlern direkt in den Steg vor. Es handelt sich hier um sogenannte Stegeinbautonabnehmer.A number of invention descriptions provide for the incorporation of piezoelectric transducers directly into the land. These are so-called bridge built-in pickups.

Jedes der genannten Prinzipien ergibt in Verbindung mit weiteren klangbestimmenden Parametern wie Saiten, konstruktiver Aufbau des Instrumentes, Klangregelnetzwerk, Verstärker, Lautsprecher sowie natürlich den Eigenschaften und der Anordnung des betreffenden Tonabnehmers jeweils eine bestimmte Klangcharakteristik. Je nach gewünschter Klangcharakteristik wird deshalb von den Musikern das eine oder andere Prinzip bevorzugt. Soll der akustische Klang weitgehend original reproduziert werden, erhält man die besten Ergebnisse mittels direkter Schallabnahme durch hochwertige Mikrofone. Dies ist jedoch mit einer Reihe von Problemen verbunden, die insbesondere beim Bühnenbetrieb zu erheblichen Komplikationen führen können. Die Gefahr von Rückkopplungen ist außerordentlich groß, Störgeräusche wie auch benachbarte Instrumente werden leicht mitübertragen, und das Instrument darf nicht in bezug auf das Mikrofon bewegt werden. Relativ gute Ergebnisse erhält man auchEach of the principles mentioned in conjunction with other sound-determining parameters such as strings, constructive structure of the instrument, sound control network, amplifiers, speakers and of course the characteristics and the arrangement of the respective pickup each have a specific sound characteristics. Depending on the desired sound characteristics, one or the other principle is therefore preferred by the musicians. If the acoustic sound is to be reproduced to a large extent original, one obtains the best results by means of direct sound reduction by high-quality microphones. However, this is associated with a number of problems that can lead to significant complications, especially in stage operation. The risk of feedback is extremely high, noise and adjacent instruments are easily transmitted, and the instrument must not be moved with respect to the microphone. Relatively good results are also obtained

mit Stegeinbautonabnehmem, wobei die genannten Nachteile kaum oder weitaus schwächer in Erscheinung treten. Die prinzipielle Wirkungsweise von Stegeinbautonabnehmern der bekannten Art läßt sich anhand von Fig. 1 veranschaulichen. Die Saite 1 wird in bekannter Weise über den Steg 2 geführt, der sich auf dem Instrumentenkörper 3 befindet. Die eigentliche Saitenauflage ist auf besondere Weise gestaltet. Zwischen dem Stegsattel 4 und einer meist U-förmigen Halterung 6 ist ein Piezoelement 5 angeordnet. Wird die Saite in Schwingung versetzt, überlagert sich dem statischen Druck der Saite auf den Stegsattel eine schwingungsproportionale Wechselkraft, die zu einer entsprechenden Druckbelastung des Piezoelementes 5 führt und in diesem eine Wechselspannung erzeugt. Durch Elektroden an zwei meist gegenüberliegenden Seiten des Piezoelements kann die so erzeugte Spannung abgenommen und einem Verstärker zugeführt werden. Die bekannten technischen Lösungen unterscheiden sich vor allem hinsichtlich der konstruktiven Ausführung voneinander. So sehen die DE-OS 3006874 und die DE 31 00326 eine Druckkontaktierung der Piezoelemente vor anstelle der üblichen Verlötung. Mehrere Erfindungsbeschreibungen befassen sich mit Maßnahmen zur Verminderung von Körperschall-Störgeräuschen (US 3712951,US 3073203, US 3137754, US 3453920) oder zur Erfassung von sowohl horizontalen als auch vertikalen Saitenschwingungen in bezug auf die Ebene der Instrumentendecke (DE 3105128, US 3453920). Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, daß die Piezoelemente auf eine von den Saitenschwingungen erzeugte Druckkomponente reagieren. Polarisation und Anordnung der Piezoelemente werden deshalb so angelegt, daß diese Druckkomponente möglichst effektiv zur Wirkung kommt. Dem trägt auch die sonstige Konstruktion Rechnung, indem beispielsweise für eine gute Druckübertragung von Stegsattel auf die Piezoelemente Sorge getragen wird. Mehrere Lösungen sehen deshalb auch eine mechanische Trennung der einzelnen Saiten vor (DE-OS 3006874, DE 3402463, DE 3100326, DE 3105128, US 4189969), wobei jeder Saite ein separates Stegsattelsegment zugeordnet ist, das jeweils ein Piezoelement enthält. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Lösungen ist, daß die Funktionssicherheit nur gewährleistet ist, wenn eine einwandfreie Kontaktgabe zwischen der Saitenauflage und den druckempfindlichen Wandlerelementen besteht. Die Erfindung zeigt jedoch, daß insbesondere nach dem Saitenwechsel manchmal schon geringfügige gegenseitige Verschiebungen der Bauteile eines Stegeinbautonabnehmers der bekannten Art ausreichen, um Kontaktprobleme aufzuwerfen, was sich dann in Lautstärkeunterschieden zwischen den einzelnen Saiten äußert oder die Funktion gänzlich in Frage stellt. Die Tonabnehmer der bekannten Art sind allgemein durch eine relativ große Empfindlichkeit und Anfälligkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen und Beschädigungen gekennzeichnet.with bridge built-in, with the disadvantages mentioned hardly or much less apparent. The basic mode of operation of web-mounted pickups of the known type can be illustrated with reference to FIG. 1. The string 1 is guided in a known manner over the web 2, which is located on the instrument body 3. The actual string rest is designed in a special way. Between the web saddle 4 and a mostly U-shaped holder 6, a piezoelectric element 5 is arranged. If the string is set in vibration, the static pressure of the string on the web saddle is superimposed by a vibration-proportional alternating force, which leads to a corresponding pressure load of the piezoelectric element 5 and generates an alternating voltage therein. By electrodes on two mostly opposite sides of the piezoelectric element, the voltage thus generated can be removed and fed to an amplifier. The known technical solutions differ, especially with regard to the structural design of each other. Thus, DE-OS 3006874 and DE 31 00326 see a pressure contact of the piezoelectric elements in place of the usual soldering. Several descriptions of the invention deal with measures to reduce structure-borne sound noise (US 3712951, US 3073203, US 3137754, US 3453920) or for detecting both horizontal and vertical string vibrations with respect to the plane of the instrument (DE 3105128, US 3453920). All known solutions have in common that the piezoelectric elements react to a pressure component generated by the string vibrations. Polarization and arrangement of the piezoelectric elements are therefore designed so that this pressure component comes into effect as effectively as possible. The other construction also takes account of this, for example, by ensuring good pressure transmission from the saddle to the piezo elements. Several solutions therefore also provide a mechanical separation of the individual strings (DE-OS 3006874, DE 3402463, DE 3100326, DE 3105128, US 4189969), each string is assigned a separate web saddle segment, each containing a piezoelectric element. A major disadvantage of the known solutions is that the reliability is only guaranteed if there is a proper contact between the string support and the pressure-sensitive transducer elements. The invention shows, however, that even after the string change sometimes even slight mutual displacements of the components of a web installation pickup of the known type sufficient to raise contact problems, which then manifests itself in differences in volume between the individual strings or the function is entirely in question. The pickups of the known type are generally characterized by a relatively high sensitivity and susceptibility to mechanical stresses and damage.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Tonabnehmer und Anordnung desselben zur Tonabnahme von Saiteninstrumenten zu schaffen, wobei vorzugsweise die am Steg auftretenden Biegeschwingungen in optimaler Weise abgetastet und somit gute klangliche Eigenschaften erhalten werden, eine einfache Handhabung möglich ist und eine große Robustheit gegenüber mechanischen Beschädigungen besteht.The aim of the invention is to provide a pickup and arrangement thereof for sound pickup of stringed instruments, wherein preferably the bending vibrations occurring at the web sampled in an optimal manner and thus good sound properties are obtained, easy handling is possible and there is great robustness against mechanical damage ,

Explanation of the essence of the invention

Die akustische Funktion eines Tonabnehmers ist die direkte oder indirekte Umsetzung der Saitenschwingungen in entsprechende elektrische Signale, wodurch sich nach einer angemessenen Verstärkung die für die Beschallung großer Räume gewünschte Lautstärke erreichen läßt. Die erzielbare Klangfarbe—ein wesentliches Gebrauchswertkriterium — hängt dabei von vielen Einflußfaktoren ab. Neben instrumentenbedingten Faktoren wie Saiten, Bauweise usw. spielen auch das Anschlußkabel, ggf. vorhandene Klang- und Lautstärkeregelnetzwerke, der nachfolgende Verstärker, Lautsprecher u.a. eine wichtige Rolle. Der Tonabnehmer ist gewissermaßen nur ein Glied in der Tonübertragungskette, wobei zur Erzielung eines optimalen Klangs alle Glieder sinnvoll aufeinander abgestimmt werden müssen. Was dabei als guter Klang bezeichnet wird, ist und bleibt in weiten Grenzen eine Ermessensfrage und hängt vom Einsatzfall ab. Bezüglich des Tonabnehmers haben sich seine Übertragungseigenschaften und die Anordnung auf dem Instrument aIs bedeutsam erwiesen. Das gilt grundsätzlich auch für alle Arten von Körperschallabnehmern, denen sowohl die Kontakt- als auch die Stegeinbautonabnehmer zugeordnet werden können. Zur Befriedigung differenzierter und vielfältiger klanglicher Anforderungen werden von Seiten der Industrie sehr verschiedene konstruktive Lösungen angeboten. Wie akustische Experimente zeigten, läßt sich ein weitgehend natürlicher und subjektiv als angenehm empfundener Klang auch erzeugen, wenn die Biegeschwingungen des Steges abgetastet werden anstelle der üblichen Erfassung des von den Saiten ausgeübten Wechseldruckes. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Tonabnehmer vorgeschlagen, der im wesentlichen auf die von den Saiten am Steg des Instrumentes erzeugten Biegeschwingungen reagiert. Der Tonabnehmer besteht aus einem oder mehreren piezoelektrischen Biegeelementen, die über einen Bereich des Steges angeordnet sind.der mindestens dem Abstand der äußeren Seiten entspricht. Der feste Kontakt zwischen Steg und dem Tonabnehmer wird erfindungsgemäß durch Festklemmen unter die Saiten gewährleistet, wobei der Tonabnehmer in einer Form ausgeführt ist, die entweder einen direkten Einbau in den Steg anstelle des Stegsattels erlaubt oder den Tonabnehmer unter die Befestigungsschlaufen bei sogenannten spanischen Stegen zu klemmen gestattet. Die äußere Form des Tonabnehmers wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem die Biegeelemente in ein aushärtendes Kunstharz eingegossen werden. Der Tonabnehmer erlangt dadurch eine hohe mechanische Stabilität und völlige Unempfindlichkeit gegenüber klimatischen Einflüssen, vor allem der Luftfeuchtigkeit. Durch das Eingießen werden gleichzeitig alle Kontaktprobleme wie etwa durch Verrutschen der Piezoelemente ausgeschlossen. Da das Anschlußkabel über einen hinreichend langen Bereich der Außenisolation ebenfalls eingegossen ist, besteht eine ausgezeichnete Zugentlastung. Zur Bedämpfung etwaiger unerwünschter Körperschallschwingungen wie beispielsweise von Gleitgeräuschen der Finger auf den Saiten kann zwischen dem erfindungsgemäßen Tonabnehmer und dem Steg ein in den Abmessungen der Grundfläche des Tonabnehmers gehaltener dünner Streifen aus einem dämpfenden Material wie Stoff, Filz, Gummi o. ä. gelegt werden. Es ist auch möglich, die dämpfende Zwischenlage in Form eines Klebestreifens auszuführen.The acoustic function of a pickup is the direct or indirect conversion of the string vibrations in corresponding electrical signals, which can be achieved after adequate amplification for the sound of large rooms desired volume. The achievable timbre-an essential use-value criterion-depends on many influencing factors. In addition to instrument-related factors such as strings, construction, etc. also play the connecting cable, possibly existing sound and volume control networks, the following amplifier, speakers u.a. an important role. The pickup is, so to speak, only one link in the sound transmission chain, and to achieve optimum sound, all the elements must be meaningfully matched to one another. What is described as good sound is and remains a question of discretion within a wide range and depends on the application. With respect to the pickup, its transmission characteristics and arrangement on the instrument have proven to be significant. This also applies in principle to all types of structure-borne sound pickups, to which both the contact and the bridge-mounted pickups can be assigned. In order to satisfy differentiated and diverse sound requirements, the industry offers very different constructive solutions. As acoustic experiments have shown, a largely natural and subjectively pleasing sound can also be produced by scanning the bending vibrations of the bridge instead of the usual detection of the alternating pressure exerted by the strings. According to the invention, therefore, a pickup is proposed which reacts essentially to the bending vibrations generated by the strings at the bridge of the instrument. The pickup consists of one or more piezoelectric bending elements, which are arranged over a region of the web which at least corresponds to the distance of the outer sides. The fixed contact between the bridge and the pickup is inventively ensured by clamping under the strings, the pickup is designed in a form that allows either direct installation in the web instead of the bridge saddle or to clamp the pickup under the attachment loops in so-called Spanish webs allowed. The outer shape of the pickup is inventively achieved by the flexures are poured into a thermosetting resin. The pickup achieves a high mechanical stability and complete insensitivity to climatic influences, especially the humidity. By pouring all contact problems, such as slipping of the piezo elements are excluded at the same time. Since the connecting cable is also cast over a sufficiently long range of external insulation, there is an excellent strain relief. To dampen any unwanted structure-borne vibrations such as sliding noise of the fingers on the strings between the pickup according to the invention and the web held in the dimensions of the base of the pickup thin strip of a damping material such as fabric, felt, rubber o. It is also possible to carry out the damping intermediate layer in the form of an adhesive strip.

embodiment

Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Fig. 2 zeigt eine Ausführung, die vorzugsweise für Westerngitarren Anwendung finden kann. Fig. 3 stellt die Draufsicht auf einen typischen Westerngitarrensteg 2 dar. Der in Fig. 2 dargestellte Tonabnehmer wird in bekannter Weise ansteile des Stegsattels 4 eingesetzt. Abmessungen und äußere Form sind daher so gewählt, daß eine genaue Passung besteht. Die Saiten 1 a bis 1 f verlaufen in direktem Kontakt über den Tonabnehmer, der die Saitenauflage bildet und drücken diesen fest in die für den Stegsattel 4 vorgesehene Aussparung des Steges 2. Das Wandierelement 5 ist als Biegestreifen oder -platte ausgebildet und einseitig mit einer dünnen, U-förmig gebogenen Metallfolie 7 elektrisch leitend verbunden, die zur Schirmung gegen elektrische Störfelder dient. Die Kontaktierung mit dem Anschlußkabel 8 erfolgt wie üblich, indem der Schirm des Anschlußkabels 8 mit der Metallfolie 7 elektrisch leitend verbunden, vorzugsweise verlötet wird, und der Innenleiter des Anschlußkabels 8 erhält eine Verbindung mit der der Schirmung gegenüberliegenden Seite des Wandlerelementes 5. Wandlerelement 5, Metallfolie 7 und der Anschlußbereich des Anschlußkabels 8 sind in ein aushärtendes Kunstharz wie z. B. Polyesterharz eingegossen, das das Gehäuse 9 des Tonabnehmers bildet und das durch Zusatz von Füllstoffen wie vorzugsweise Talkum eine ausreichende Härte erhält, so daß sich die Saiten 1 a bis 1 f nicht in der Oberfläche markieren. Durch Zusatz von Polyester-Einfärbepasten kann ferner der Tonabnehmer eine auf das Instrument abgestimmte farbliche Nuancierung erhalten.The invention is explained below with reference to schematic drawings of two embodiments. Fig. 2 shows an embodiment which may preferably find application for Western guitars. FIG. 3 shows the plan view of a typical western guitar bridge 2. The pickup shown in FIG. 2 is used in a known manner on parts of the bridge saddle 4. Dimensions and outer shape are therefore chosen so that an accurate fit exists. The strings 1 a to 1 f are in direct contact with the pickup, which forms the string support and press it firmly into the space provided for the saddle 4 recess of the web 2. The Wandierelement 5 is formed as a bending strip or plate and one side with a thin , U-shaped bent metal foil 7 electrically connected, which serves to shield against electrical interference. The contacting with the connecting cable 8 is carried out as usual by the shield of the connecting cable 8 to the metal foil 7 electrically connected, preferably soldered, and the inner conductor of the connecting cable 8 is connected to the opposite side of the shielding of the transducer element 5. Transducer element 5, Metal foil 7 and the terminal portion of the connecting cable 8 are in a thermosetting resin such. B. polyester resin, which forms the housing 9 of the pickup and the addition of fillers such as preferably talcum obtains a sufficient hardness, so that the strings 1 a to 1 f do not mark in the surface. In addition, by adding polyester coloring pastes, the pickup can obtain a color nuance tailored to the instrument.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tonabnehmers ist in Fig.4 perspektivisch dargestellt. Der innere Aufbau gleicht dem in Fig. 2 skizzierten Beispiel. Die Abmessungen sind so gehalten, daß bei einem sogenannten spanischen Steg 10, wie er bei Konzertgitarren allgemeine Verbreitung gefunden hat, derTonabnehmer problemlos unter den Endschlaufen der Saiten 1a bis 1f (siehe Fig. 5) angebracht werden kann. Dazu ist ein Teil 9a des Gehäuses flach ausgeführt, während das Gehäuseteil 9b eine größere Dicke aufweist und der Aufnahme des Kabels 8 dient.A second embodiment of the pickup according to the invention is shown in perspective in Figure 4. The internal structure is similar to the example sketched in FIG. The dimensions are such that in a so-called Spanish bar 10, as has been widely used in concert guitars, the pickup can be easily mounted under the end loops of the strings 1a to 1f (see Fig. 5). For this purpose, a part 9a of the housing is made flat, while the housing part 9b has a greater thickness and the recording of the cable 8 is used.

Claims

1: Piezoelectric pickup and arrangement thereof, consisting of at least one piezoelectric transducer element and a housing, characterized in that the transducer element (5) is designed as a bending strip and preferably reacts to bending vibrations, that the housing (9) is formed of a curable synthetic resin, the one or more transducer elements (5) and the terminal portion of the connecting cable (8) tightly encloses, and in a form that allows either an arrangement in a Western guitar bar (2) instead of the bridge saddle (4) clamped under the strings or in one second embodiment, under the mounting loops of the strings (1 a) to (1 f) at a Spanish web (10) is arranged by clamping, in this second embodiment, the housing of a flat part (9 a) and a for receiving the connecting cable (8) serving thicker part (9 b), and the length of the
Housing (9) and the flat part (9 a) is greater than the distance between the two outer strings.

2. Piezoelectric pickup and arrangement thereof according to item 1, characterized in that the one or more transducer elements (5) are surrounded by serving as a screen and connected to the screen of the connecting cable (8) metal foil (7).

3; Piezoelectric pickup and arrangement according to item 1, characterized in that the housing (9) is metallised and this outer metallized layer is connected to the shield of the connecting cable (8).

4; Piezoelectric pickup and arrangement thereof according to item 1,2 and 3, characterized in that between the web and base of the pickup, a strip of a vibration-absorbing material is placed.

5i. Piezoelectric pickup and arrangement according to point 4, characterized in that the vibration-absorbing material is applied in the form of an adhesive strip on the base of the pickup.

6i. Piezoelectric pickup and arrangement thereof according to item 1, characterized in that the housing (9) bijdende synthetic resin is dyed with a dye.