DE102005023072B3

DE102005023072B3 - Wolf tones reducing device for stringed bowed instrument, has multi-functional material that causes transformation of mechanical vibrational energy into electrical energy in case of vibrational stimulation by wolf tone at instrument

Info

Publication number: DE102005023072B3
Application number: DE102005023072A
Authority: DE
Inventors: Holger Prof.Dr.-Ing. Hanselka; Eduard Schwen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-05-20

Abstract

The device has a multi-functional material operating as a sensor and an actuator and staying in effective connection with a portion of a sound body of a stringed bowed instrument. The material causes a transformation of mechanical vibrational energy into electrical energy in case of vibrational stimulation by a wolf tone at the instrument. A signal generator detects a reference signal in dependence of vibrational resonance of the body.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reduzierung von Wolfstönen, die bei Saiteninstrumenten, vorzugsweise bei Streichinstrumenten nahezu unvermeidbar auftreten.The The invention relates to a device for reducing Wolf notes, in the case of stringed instruments, preferably stringed instruments almost inevitably occur.

Wolfstöne sind störende und somit ungewollte Töne, die bei bestimmten Anregungsfrequenzen beim Spiel eines Saiteninstrumentes, insbesondere eines Streichinstrumentes, wie bspw. eine Geige, Bratsche, Cello oder Kontrabass auftreten und dazu neigen periodisch zu flackern, wodurch ein schwebender, zumeist heulender Klang entsteht, der namensgebend für diese akustische Erscheinung ist. Die Ursache für das Auftreten derartiger Wolfstöne liegt in der Natur des Klangkörpers bzw. Resonanzkörpers des jeweiligen Instrumentes begründet, auf den die Schwingungen zur Klangverstärkung übertragen werden. Jedem Klangkörper sind Hauptresonanzen zueigen, bei denen der Korpus über eine dynamische Eigenbeweglichkeit verfügt, wobei zumindest Teilbereiche oder Teilflächen des Klangkörpers in Schwingungen geraten. In der Hauptresonanz des Klangkörpers wird der Saitenschwingung mehr Energie entzogen als durch den Bogen nachgeliefert werden kann. Die Schwingung der Saiten wird durch die starke Klangkörperschwingung gestört, wodurch die Saitenschwingung zusammenbricht, sich jedoch wieder aufbaut, zumal der Bogen kontinuierlich weiter über die Saite gestrichen wird und der Saite Schwingungsenergie zuführt. Damit aber regt sie den Klangkörper erneut zum Schwingen in seiner Hauptresonanz an, wodurch sich letztlich ein periodischer Wechsel zwischen Schwingungsaufbau und -zusammenbruch meist mit einer Wechselfrequenz unter 25 Hz einstellt. Der ständige Wechsel aus Schwingungsaufbau und Schwingungszusammenbruch, der sich zumeist bei einer psychoakustisch als lästig empfindbaren Frequenz einstellt, ist letztlich der akustische Hintergrund des sogenannten Wolfstonheulens.Wolf tones are disturbing and thus unwanted sounds, the at certain excitation frequencies when playing a stringed instrument, especially a stringed instrument, such as a violin, viola, Cello or double bass and tend to flicker periodically, creating a floating, mostly howling sound, giving the eponymous for this acoustic appearance is. The cause of the occurrence of such Wolf tones lies in the nature of the orchestra or resonance body justified by the respective instrument, to which the vibrations are transmitted for sound amplification. Every soundbody is Main resonances in which the body has a dynamic intrinsic mobility features, wherein at least partial areas or partial surfaces of the sound body in Get vibrations. In the main resonance of the orchestra becomes the string vibration extracted more energy than redelivered by the bow can be. The vibration of the strings is due to the strong sound body vibration disturbed, whereby the string vibration collapses, but again builds up, especially since the bow is continuously painted over the string and the string supplies vibrational energy. But that's what makes them tick orchestras again to swing in its main resonance, which ultimately a periodic change between oscillation buildup and breakdown usually with an alternating frequency below 25 Hz. The constant change from vibration buildup and vibration breakdown, which is mostly in a psychoacoustic as annoying sensitive frequency, is ultimately the acoustic background the so-called Wolfstonheulens.

Als bekannte Maßnahme zur gezielten Dämpfung der bei bestimmten Frequenzen auftretenden Wolfstöne wird im Bereich der frei schwingenden Saite zwischen Steg und Saitenhalter des jeweiligen Saiteninstrumentes ein exakt in seiner Dämpfung und Masse abgestimmtes, sogenanntes „Anti-Resonanz-Röhrchen" montiert, das aus einem Metallrohr mit entsprechender Gummifüllung besteht und dessen geometrische Abmessungen sowie dämpfende Eigenschaften exakt auf die Hauptresonanz des Klangkörpers abgestimmt wird.When known measure for targeted damping which occurs at certain frequencies wolf tones in the area of the freely oscillating string between bridge and tailpiece the respective string instrument exactly in its damping and Mass matched, so-called "anti-resonant tube" mounted, the a metal tube with appropriate rubber filling exists and its geometric Dimensions and damping properties is tuned exactly to the main resonance of the orchestra.

Eine weitere Möglichkeit der gezielten Dämpfung von Wolfstönen erfolgt mittels Einspannen eines Masseelementes zwischen zwei Saiten im Bereich zwischen Steg und Saitenhalter, wobei die Masse jeweils über zwei Federn mit den Saiten verspannt ist.A another possibility the targeted damping of wolf tones takes place by means of clamping a mass element between two strings in the area between the bridge and tailpiece, the mass each over two Springs with the strings is clamped.

Schließlich sei auf ein Dämpfungssystem verwiesen, das innwandig an die Decke des Klangkörpers des Instrumentes appliziert ist. Das Dämpfungssystem besteht aus einer einseitig eingespannten Blattfeder, an deren frei schwingendem Ende ein Massenelement angebracht ist. Das mit der innwandigen Decke des Klangkörpers verbundene Dämpfungssystem stellt gleichsam wie die beiden vorstehenden Vorkehrungen zur Reduzierung sich ausbildender Wolfstöne ein sogenanntes Tilgersystem dar, das durch ein Masse-Feder-System beschreibbar und in Abhängigkeit der Massen- und Federwahl auf bestimmte Resonanzfrequenzen einstellbar ist, bei denen das Tilgersystem eine jeweils maximale Schwingungsenergie durch resonante Schwingungsanregung aufzunehmen vermag, die dem angekoppelten Klangkörper entzogen und letztlich in Wärmeenergie umgewandelt wird.Finally, be referred to a damping system, the innwandig applied to the ceiling of the body of the instrument is. The damping system consists of a cantilevered leaf spring at the free swinging end of a mass element is attached. That with the innwandigen ceiling of the sound body connected damping system Like the previous two, provides for reduction training wolf sounds a so-called Tilgersystem represented by a mass-spring system writable and dependent the mass and spring selection adjustable to specific resonance frequencies is where the absorber system is a maximum vibration energy can absorb by resonant vibration excitation, the coupled sounding body withdrawn and ultimately into heat energy is converted.

Allen bisher bekannten als mechanische Tilgersysteme ausgebildeten Lösungen zur gezielten Reduzierung auftretender Wolfstöne bei Saiteninstrumenten haftet der Nachteil an, dass die Tilgersysteme auf fix vorgegebene Frequenzen, die jeweils den Klangkörperhauptresonanzen entsprechen, fest einzustellen sind. Beginnen sich im Laufe der Zeit bspw. durch Alterungserscheinungen sowie auch durch äußere sich ändernde Einwirkungen, wie Temperaturschwankungen, Luftfeuchteänderungen durch Bespannen mit verschiedenartigen Saiten oder durch Verrutschen des Steges relativ zum Klangkörper die Hauptresonanzen des Klangkörpers etc. zu verändern, so verlieren sämtliche bisher bekannte Tilgersysteme ihre Wirkung. Derartige Variationen des Resonanzverhaltens von Klangkörpern können häufig und spontan auftreten, so dass mit den bisher bekannten Massnahmen die Begegnung von Wolfstönen dennoch unbefriedigend bleibt.all previously known as mechanical absorber systems designed solutions for targeted reduction of occurring wolf sounds in stringed instruments liable the disadvantage that the absorber systems to fixed predetermined frequencies, each of the main body resonances to be fixed. Start over the course of Time, for example, by aging phenomena as well as by external changing Actions, such as temperature fluctuations, changes in air humidity due to Stringing with different strings or by slipping the Bridge relative to the orchestra the main resonances of the orchestra etc. to change, everyone loses previously known absorber systems their effect. Such variations of the Resonance behavior of sound bodies can be frequent and occur spontaneously, so that with the previously known measures the Encounter of wolf sounds still unsatisfactory.

Der DE 92 08 580 U1 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung von Wolfstönen bei einem tief klingenden, mehrere Saiten aufweisenden Streichinstrument entnehmbar. Die bekannte Vorrichtung besteht aus einem Hohlkörper, in dessen Innenraum ein Dämpfungskörper in einer viskosen Flüssigkeit frei beweglich angeordnet ist, wobei der Hohlkörper über zwei Federn zwischen zwei Saiten im Bereich zwischen Steg und Saitenhalter eingespannt wird. Die beschriebene Vorrichtung stellt somit einen Resonator, d.h. ein Tilgersystem, dar, das mechanische Schwingungsenergie aufnimmt und diese letztlich in Wärme umsetzt.Of the DE 92 08 580 U1 is a device for damping wolf sounds in a deep-sounding, multi-stringed stringed instrument removed. The known device consists of a hollow body, in the interior of a damping body is arranged to move freely in a viscous liquid, wherein the hollow body is clamped by two springs between two strings in the region between the bridge and tailpiece. The described device thus constitutes a resonator, ie a damping system, which absorbs mechanical vibration energy and ultimately converts it into heat.

In der AT 176 731 ist eine Vorrichtung zur Beseitigung von Wolfstönen bei Streichinstrumenten, insbesondere bei Violoncellos, beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus einem starren, im wesentlichen zungenförmigen Organ, das an einem Ende ein Befestigungsmittel aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es im Schallloch des Instrumentes in den Instrumentenkörper hineinragend montierbar ist, wodurch eine mechanische Koppelung der gegenüberliegenden Ränder des Schallochs hergestellt wird. Das zungenförmige Organ wird durch Schwingungen des Instrumentenkörpers selbst zu Schwingungen angeregt, wodurch letztlich auch in diesem Fall mechanische Schwingungsenergie in Wärme überführt wird.In the AT 176 731 is a device for eliminating wolf sounds in stringed instruments, especially in cellos. The device consists of a rigid, substantially tongue-shaped member which has at one end a fastening means which is designed such that it can be mounted projecting into the instrument body in the sound hole of the instrument, whereby a mechanical coupling of the opposite edges of the soundhole is produced. The tongue-shaped organ is excited by vibrations of the instrument body itself to vibrate, which ultimately also in this case, mechanical vibration energy is converted into heat.

In der DE 28 18 168 A1 ist ein Resonanzwolfdämpfer für Streichinstrumente beschrieben, bestehend aus einer Masse, die federnd aufgehängt ist und deren Schwingung gedämpft ist, wobei die Dämpfung derart bemessen ist, dass das aus dem Resonanzkreis des Instruments und dem des Wolfdämpfers bestehende Mehrfachresonanzsystem kritisch gekoppelt ist.In the DE 28 18 168 A1 describes a resonance coil for stringed instruments, consisting of a mass which is resiliently suspended and the vibration is damped, wherein the damping is dimensioned such that the consisting of the resonant circuit of the instrument and the wolf damper multiple resonance system is critically coupled.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Reduzierung von Wolfstönen bei einem Saiteninstrument, das zur Klangverstärkung einen Klang- bzw. Resonanzkörper aufweist, derart anzugeben, dass eine Beseitigung auftretender Wolfstöne selbst bei einem sich verändernden Resonanzverhalten des Klangkörpers zuverlässig möglich wird. Da das Auftreten von Wolfstönen eine dem Klangkörper inhärente Eigenschaft ist, die selbst bei idealer Bauweise des Klangkörpers unvermeidlich gegeben ist, bedarf es sich autonom an sich verändernde Klangkörperresonanzen anpassende Maßnahmen zur optimalen Beseitigung von Wolfstönen.Of the Invention is based on a device for reducing the task of wolf tones in a stringed instrument having a sounding or sounding body for sound amplification, specify such that elimination occurring wolf tones themselves in a changing Resonance behavior of the body reliable becomes possible. Because the appearance of wolf tones a the sound body inherent Property is inevitable, even with ideal construction of the sound body is, it requires autonomously changing sound body resonances adaptive measures for optimal removal of wolf tones.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung im Weiteren zu entnehmen.The solution the object underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further-forming features are the subject the dependent claims and the description below.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht den Einsatz eines multifunktionalen Werkstoffes vor, der mittel- oder unmittelbar mit dem Klangkörper in Kontakt steht, so dass im Falle einer resonanten Schwingungsanregung des Klangkörpers der mit diesem verbundene multifunktionale Werkstoff mitschwingt und infolgedessen dynamisch deformiert wird, wodurch innerhalb des multifunktionalen Werkstoffes eine Umwandlung der Schwingungsenergie in elektrische Energie erfolgt, die letztlich dem schwingenden System in Form von Wärmeenergie entzogen wird.The sees solution according to the invention the use of a multifunctional material, the medium or directly with the orchestra is in contact, so that in the case of a resonant vibration excitation of the orchestra which resonates with this connected multifunctional material and As a result, it is deformed dynamically, resulting in the multifunctional Material a conversion of the vibration energy into electrical Energy takes place, which is ultimately the oscillating system in the form of Thermal energy is withdrawn.

Von allen verfügbaren multifunktionellen Werkstoffen, die grundsätzlich Werkstoffklassen der nachfolgenden Gattung umfassen: Piezo-Keramik, Piezo-Polymer, elektrostriktive Keramik, elektroviskose Flüssigkeiten, Polymergel, magnetostriktive Legierung, magnetoviskose Legierung, Formgedächtnislegierung, Formgedächtnispolymer, eignen sich besonders bevorzugt piezokeramische Wandlersysteme, die in unterschiedlichen Bauformen für eine Applizierung an oder Integration in bestimmten Teilbereichen des Klangkörpers geeignet sind.From all available multifunctional materials, which are basically material classes of the following Genus include: piezo ceramics, piezo polymer, electrostrictive ceramics, electroviscous Liquids, Polymer gel, magnetostrictive alloy, magnetoviscose alloy, Shape memory alloy, Shape memory polymer, piezoceramic transducer systems are particularly preferred in different designs for application to or Integration in certain areas of the sound body suitable are.

Zur technischen Umsetzung des lösungsgemäßen Konzeptes einer gezielten Reduktion von Wolfstönen bei Saiteninstrumenten stehen verschiedene Funktionsprinzipien zur Verfügung, auf die im weiteren Bezug genommen wird.to technical implementation of the solution according to the concept a targeted reduction of wolf tones in stringed instruments Various operating principles are available, to which reference is made in the following is taken.

Grundsätzlich wird zwischen einer reinen Dämpfung und einem aktiven Entgegenwirken bei auftretenden Wolftönen unterschieden. Bei der Dämpfung wird dem Schwingungssystem die Schwingungsenergie entzogen und zumeist in Wärmeenergie umgewandelt, wie es bei den bekannten Tilgersystemen der Fall ist. Bei einem aktiven Entgegenwirken gilt es die Schwingungsamplituden der in Schwingungen geratenen Teilbereiche des Klangkörpers durch aktorische Gegenschwingungseinkopplung in die Teilbereiche des Klangkörpers regelrecht auszulöschen. Sowohl im Falle der Dämpfung als auch der Kompensation auftretender Wolfstöne im Wege der Erzeugung entsprechender Gegenschwingungen innerhalb des Klangkörpers ist der mit dem Klangkörper in Wirkverbindung stehende multifunktionale Wandlerwerkstoff mit einer elektrischen Schaltung verbunden, die je nach Funktionsprinzip über rein passiv wirkende elektronische Elemente verfügt, wie beispielsweise Widerstände, Induktivitäten und/oder Kapazitäten, oder zudem aktive Bauelemente aufweist, durch die eine kontrollierte Erzeugung von Gegenschwingungen möglich ist.Basically between a pure damping and an active counteracting occurring at Wintertones. At the damping the vibration system is deprived of the vibrational energy and mostly in heat energy converted, as is the case with the known absorber systems. For active counteracting, the vibration amplitudes apply the vibrating parts of the body Actoric counter-vibration coupling into the parts of the orchestra literally extinguish. Either in the case of damping as well as the compensation of occurring wolf tones by way of generating corresponding countervibrations within the orchestra is the one with the orchestra operatively connected multifunctional transducer material with connected to an electrical circuit, depending on the functional principle of pure has passively acting electronic elements, such as resistors, inductors and / or Capacities, or also having active components through which a controlled Generation of negative vibrations is possible.

Grundsätzlich ist die mit dem wenigstens einen elektromechanischen Wandlerwerkstoff verbundene elektrische Schaltung derart ausgelegt, dass sich die Schaltungsparameter an die jeweiligen Schwingungsfrequenzen des Klangkörpers autonom anzupassen vermögen und sich auf diese Weise eine selektive Reduktion von Wolfstönen trotz sich ändernder Frequenzlage ergibt.Basically with the at least one electromechanical transducer material connected electrical circuit designed such that the Circuit parameters to the respective vibration frequencies of the orchestra to be able to adapt autonomously and in this way a selective reduction of wolf tones despite changing Frequency position results.

Ein besonderer Vorteil des Einsatzes multifunktionaler Wandlerwerkstoffe zur gezielten Reduktion von Wolfstönen in Saiteninstrumenten ist darin zu sehen, dass der Wandlerwerkstoff möglichst ungedämpft an den Klangkörper des Saiteninstrumentes appliziert wird, um eine möglichst maximale Schwingungsenergieaufnahme bei bestimmten Schwingungsresonanzen zu erzielen. Demgegenüber sehen bis dahin im Einsatz befindliche mechanische Tilgersysteme Dämpfungselemente vor, durch die die Tilgersysteme resonante Schwingungen innerhalb eines durch die Dämpfung verbreiterten Bandbreitebereiches umzusetzen vermögen, dies jedoch in einem durch die Dämpfung nur begrenztem Umfang. Da die lösungsgemäße Vorrichtung jedoch selbständig in der Lage ist, sich, wie eingangs besprochen, auf verändernde resonante Schwingungsüberhöhungen innerhalb des Klangkörpers einzustellen, bedarf es keinerlei, die Breitbandigkeit des Tilgersystems verbessernde Dämpfungsmaßnahmen, so dass der lösungsgemäß am oder im Klangkörper applizierte oder integrierte multifunktionale Werkstoff ungedämpft und somit geeignet zur optimalen Schwingungsaufnahme eingesetzt werden kann.A particular advantage of the use of multifunctional transducer materials for targeted reduction of wolf tones in stringed instruments is the fact that the transducer material is applied as undamped as possible to the body of the stringed instrument to maximize the maximum vibration energy absorption at certain To achieve vibration resonances. In contrast, see before then in use mechanical absorber systems before damping elements through which the absorber systems can implement resonant oscillations within a widened by the attenuation Bandbreitebereiches, but this in a limited by the attenuation. However, since the device according to the solution is capable of adjusting itself to changing resonant oscillation amplitudes within the sound body, as described above, there is no need for any attenuation measures that improve the broadband of the absorber system, so that the multi-functional material applied or integrated in or on the sound body in accordance with the solution undamped and thus suitable for optimal vibration absorption can be used.

Im Falle einer semiaktiven Dämpfung wird vorzugsweise ein als Piezokeramikplättchen ausgebildeter multifunktionaler Werkstoff an einen Teilbereich des Klangkörpers appliziert, wobei das piezokeramische Plättchen elektrisch gesehen wie ein Plattenkondensator mit der Kapazität C wirkt. Das piezokeramische Plättchen ist darüber hinaus mit einer elektrischen Schaltung verbunden, in der eine elektrische Impedanz in Form beispielsweise eines Ohm'schen Widerstandes und gegebenenfalls in Kombination mit einer zusätzlichen Induktivität L verschaltet ist. Im Falle von sich innerhalb des Klangkörpers ausbildenden Schwingungen wird ein Teil der mechanischen Schwingungsenergie mit Hilfe der Piezokeramik zunächst in elektrische Energie umgewandelt, die letztlich in den mit dieser verbundenen elektrischen Schaltung in Wärme umgesetzt wird. Hierbei gilt es zu beachten, dass die vorstehend beschriebene semiaktive Dämpfung nicht zu verwechseln ist mit der an sich bekannten konventionellen Materialdämpfung, bei der die mechanische Energie direkt in thermische Energie übergeführt wird. Im Gegensatz zur Materialdämpfung ist über die Plazierung der Piezokeramik sowie die Ausbildung des elektrischen Schaltkreises durch entsprechende Wahl des Ohm'schen Widerstandes sowie der Induktivität eine gezielte Anpassung der Dämpfung an die jeweiligen Anforderungen des in Schwingungen zu geratenden Klangkörpers möglich.in the Case of semi-active damping is preferably designed as a piezoceramic platelet multifunctional Material applied to a portion of the sound body, wherein the piezoceramic platelets seen electrically how a plate capacitor with the capacitance C acts. The piezoceramic plate is about it also connected to an electrical circuit in which an electrical Impedance in the form of, for example, an ohmic resistance and optionally in combination with an additional inductance L is connected. In the case of being trained within the sound body Vibrations become part of the mechanical vibration energy Help the piezoceramic first converted into electrical energy, ultimately in the with this connected electrical circuit is converted into heat. in this connection It should be noted that the semi-active damping not to be confused with the known conventional material damping, in which the mechanical energy is converted directly into thermal energy. In contrast to the material damping is over the placement of the piezoceramic and the formation of the electrical Circuit by appropriate choice of the ohmic resistance and the inductance targeted Adjusting the damping to the particular requirements of vibrating sounding body possible.

In einer einfachsten Ausführungsform der elektrischen Beschaltung ist die mit dem Klangkörper verbundene Piezokeramik, vorzugsweise in Form einer Folie, eines Patch, eines Plättchen oder einer Faser, parallel zu einer elektrischen Impedanz geschaltet, die entweder als Ohm'scher Widerstand R, als Induktivität L oder in Form einer Kombination von R und L ausgebildet ist. Bei der Auslegung und Dimensionierung der entsprechenden elektronischen Bauelemente innerhalb der elektrischen Schaltung ist eine möglichst effektive Umsetzung der in der Piezokeramik gebildeten elektrischen Energie in thermische Energie anzustreben. Hierbei gilt es überdies zu berücksichtigen, dass der in Form einer Piezokeramik vorliegende, mit dem Klangkörper verbundene multifunktionale Werkstoff zumeist nicht als separates Bauteil sondern mit einer Trage- oder Haftstruktur gekoppelt ist, über die die Piezokeramik mit dem Klangkörper des Seiteninstrumentes verbunden ist. Dies führt letztlich auch dazu, dass lediglich ein geringerer Teil der Schwingungsenergie des in Schwingungen geratenen Klangköpers in elektrische Energie umgewandelt werden kann, ein Umstand, den es bei der Auslegung und Dimensionierung der elektrischen Impedanz im Wege sogenannter Koppelfaktoren zu berücksichtigen gilt.In a simplest embodiment the electrical wiring is the one connected to the sound body Piezoceramic, preferably in the form of a film, a patch, a Tile or a fiber connected in parallel with an electrical impedance, either as ohms Resistance R, as inductance L or in the form of a combination of R and L. at the design and dimensioning of the corresponding electronic Components within the electrical circuit is one possible effective implementation of the electrical formed in the piezoceramic To aim for energy in thermal energy. It also applies here to take into account that present in the form of a piezoceramic, connected to the sound body multifunctional material usually not as a separate component but coupled with a support or adhesive structure over which the piezoceramic with the orchestra the side instrument is connected. This ultimately leads to that only a minor part of the vibration energy of the vibrated sound Köpers can be converted into electrical energy, a circumstance that it in the design and dimensioning of the electrical impedance must be taken into account by means of so-called coupling factors.

Durch eine entsprechende adaptive Einstellung der elektrischen Impedanz des mit dem multifunktionalen Werkstoff verbundenen elektrischen Schaltkreises durch geeignete Wahl der Induktivität und/oder des Ohm'schen Widerstandes ist somit ein adaptives Tilgungssystem geschaffen, das sich weitgehend selbständig auf die Hauptresonanzfrequenz des Klangkörpers einzustellen und dieser auch zu folgen vermag, falls sich durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Feuchte, Temperatur, Höhe des Kammertons „a" etc., Änderungen der Systemeigenschaften des Saiteninstrumentes ergeben.By a corresponding adaptive adjustment of the electrical impedance of the electric circuit connected to the multifunctional material by a suitable choice of the inductance and / or the ohmic resistance Thus, an adaptive repayment system is created, which is largely independent to adjust to the main resonance frequency of the orchestra and this also be able to follow if external influences, such as moisture, Temperature, altitude of the chamber tone "a" etc., changes give the system properties of the stringed instrument.

Die für den Betrieb des semiaktiven Dämpfungssystems erforderliche elektrische Energie gewinnt das lösungsgemäße Tilgersystem aus der durch die Schwingungsenergie der Piezokeramik initiierten Ladungsverschiebung, so dass es sich hierbei um ein vollständig autonomes System handelt. Das vorstehend beschriebene autonom arbeitende Tilgersystem zeichnet sich somit durch eine technisch einfache Ausgestaltungsform und eine damit verbundene geringe Störanfälligkeit gegenüber äußeren Einwirkungen aus und bietet letztlich eine kostengünstige Lösung zur wirkungsvollen Reduzierung von in Saiteninstrumenten auftretenden Wolfstönen.The for the Operation of the semiactive damping system Required electrical energy wins the solution according to the Tilgersystem from the vibrational energy of the piezoceramic initiated charge transfer, so that this is a completely autonomous system. The characterized autonomously operating Tilgersystem described Thus, by a technically simple embodiment and an associated low susceptibility to interference against external influences Finally, it offers a cost-effective solution for the effective reduction of Wolf sounds appearing in stringed instruments.

Eine weitere lösungsgemäße Ausführungsform sieht den Einsatz multifunktionaler Werkstoffe zur Reduzierung von in Saiteninstrumenten auftretenden Wolfstönen im Rahmen eines Aktor-Sensorsystems vor, bei dem mit Hilfe eines geeignet ausgebildeten Sensors der Schwingungszustand des Klangkörpers erfaßt und als Basis zur gezielten Ansteuerung eines Aktors genutzt wird, um den Schwingungszustand des Klangkörpers durch eine aktorische Gegenbewegung möglichst zu kompensieren.A another solution according to the embodiment sees the use of multifunctional materials for the reduction of occurring in string instruments wolf tones in the context of an actuator sensor system before, in which by means of a suitably trained sensor of the Vibration state of the sounding body detected and is used as the basis for targeted activation of an actuator, about the vibrational state of the orchestra by an actoric Countermovement possible to compensate.

In einer ersten Ausführungsalternative dient hierzu ein kollokiert, d.h. möglichst ortsnah und kompakt zueinander angeordnetes Paar aus einem Aktor- und einem Sensorelement, die jeweils beide aus einem multifunktionalen Werkstoff bestehen und an einen Teilbereich des Klangkörpers appliziert sind, der im Falle der Klangkörperresonanz Schwingungen mit maximalen Schwingungsamplituden ausführt. Weist der Klangkörper mehrere Bereiche mit merklichen Schwingungsüberhöhungen auf, so sind entsprechend mehr Sensor-Aktor-Paare am Klangkörper anzubringen.In a first alternative embodiment, this is a collocated, ie as close as possible and compactly arranged pair of an actuator and a sensor element, both of which consist of a multifunctional material and are applied to a portion of the orchestra, the vibrations in the case of resonance resonance executes with maximum vibration amplitudes. If the sounding body has several areas with noticeable vibration peaks, then correspondingly more sensor / actuator pairs must be attached to the sound body.

Im Rahmen einer sogenannten proportionalen Signalrückführung wird das Sensor- und Aktor-Element-Paar derart miteinander elektrisch verschaltet, dass die schwingungsinitiierten Sensorsignale als Eingangssignale auf den Aktor zurückgeführt werden, der proportional zum Sensorsignal Deformationen erfährt und somit Schwingungen erzeugt. Die Signalrückführung erfolgt in Anlehnung an ein Ein-Massen-Schwingersystem, bei dem eine Masse gegenüber einem festen Gegenlager über eine Feder mit vorgebbarer Federsteifigkeit sowie ein Dämpfungsglied mit vorgegebener Dämpfungskonstante gelagert ist. Zusätzlich wirkt ein Aktor auf die Masse ein, dessen Aktorstellsignal durch Messen und Auswerten einer auf die Masse einwirkenden Beschleunigung durch Integration und anschließender invertierender Verstärkung mit einem Faktor-G gewonnen wird, wodurch der störenden Massenauslenkung aktorisch entgegen getreten wird.in the The so-called proportional signal feedback becomes the sensor and actuator element pair electrically interconnected such that the vibration initiated Sensor signals are fed back as input signals to the actuator, the proportional to the sensor signal undergoes deformations and thus generating vibrations. The signal feedback is based on to a single-mass oscillator system, with a mass opposite a fixed abutment over a spring with predeterminable spring stiffness and an attenuator stored with predetermined damping constant is. additionally an actor acts on the mass whose Aktorstellsignal by Measuring and evaluating an acceleration acting on the mass through integration and subsequent inverting amplification is obtained with a factor-G, whereby the disturbing mass displacement is actuarial is countered.

Idealerweise sollte der Verstärkungsfaktor frequenzunabhängig sein, reale Verstärkersysteme beginnen jedoch bei höheren Frequenzen signifikante Phasendrehungen zu verursachen, was im vorliegenden Anwendungsfall zur Umkehrung des Vorzeichens der Verstärkung und damit zur Entdämpfung des Schwingungssystems bishin zur Instabilität führen würde. Bei der Wahl der Signalverstärkung ist es daher erforderlich, auf die Stabilität des gesamten Schwingungssystems zu achten, insbesondere in Fällen, in denen das Schwingungssystem mehrere in Überlagerung tretende Freiheitsgrade aufweist, was bei Musikinstrumenten, die Gegenstand der lösungsgemäßen Vorrichtung sind, zweifelsohne der Fall ist. Zur Ermittlung geeigneter Signalverstärkungsfaktoren bietet sich im vorliegenden Falle die Methode der unabhängigen Modalraumregelung an, kurz IMSC: Independent Modal Space Control, mit der es möglich ist, dynamische Systeme mit n Freiheitsgraden in n Systeme mit je einem Freiheitsgrad zu zerlegen. Mittels Linearkombination und modaler Filterung der Sensorsignale kann eine beliebige Schwingung des Klangkörpers als Überlagerung von Schwingungen eines vorstehend bezeichneten „Ein-Massen-Schwingers" dargestellt werden. Für jeden einzelnen Schwingungsmode ist es möglich, eine Regelung nach der oben beschriebenen Vorgehensweise vorzunehmen, d.h. für jeden einzelnen Schwingungsmode wird eine rückstellende Aktorkraft ermittelt, mit der dem aktuellen Schwingungszustand des Gesamtsystems entgegengetreten wird. Hierbei ist es jedoch erforderlich, eine Vielzahl geeignet positionierter Aktor-Sensorpaare an Stellen oder Bereichen des Klangkörpers anzubringen, an denen relevante Schwingungsanteile auftreten, die entsprechend erfasst und wie vorstehend beschrieben, aktiv entgegengetreten werden kann.Ideally should the gain factor be frequency independent, real amplifier systems start but at higher Frequencies cause significant phase shifts, which in the present Use case for reversing the sign of amplification and thus for the damping of the Vibration system would lead to instability. In the choice of signal amplification is It therefore required the stability of the entire vibration system to be respected, especially in cases in which the vibration system several passing in superimposed degrees of freedom What, in musical instruments, the subject of the device according to the invention are, undoubtedly the case. To determine suitable signal amplification factors In this case, the method of independent modal space regulation is available IMSC: Independent Modal Space Control, with which it is possible dynamic systems with n degrees of freedom in n systems with one each Degree of freedom to disassemble. By linear combination and modal Filtering the sensor signals can be an arbitrary oscillation of the sound body as an overlay of vibrations of a "single-mass oscillator" referred to above. For each single vibration mode, it is possible to have a regulation according to the procedure described above, i. for each single oscillation mode, a restoring actuator force is determined, counteracted with the current vibration state of the entire system becomes. It is necessary, however, a variety suitable to position positioned actuator-sensor pairs at points or areas of the sound body, at which relevant vibration components occur, the corresponding detected and actively counteracted as described above can.

Das vorstehend beschriebene kollokierte Aktor-Sensorsystem mit einer Regelung auf Basis proportionaler Signalrückführung zwischen Sensor und Aktor bedarf grundsätzlich keines vom Schwingungszustand des Klangkörpers entkoppelten Schwingungsgenerators, durch den der Aktor in Schwingungen versetzt wird. Vielmehr wird das Gegenschwingungsverhalten des Aktors unmittelbar vom aktuellen durch den Sensor erfassten Schwingungszustand des Klangkörpers bestimmt.The above-described collocated actuator sensor system with a Control based on proportional signal feedback between sensor and actuator requires basically none of the vibrational state of the body decoupled vibration generator, through which the actuator is set in vibration. Rather, it will the counter-vibration behavior of the actuator directly from the current through determined the sensor detected vibration state of the sound body.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die lösungsgemäße Vorrichtung zur Reduktionen von Wolfstönen beim Spiel von Saiteninstrumenten basiert auf dem Grundprinzip der so genannten adaptiven Gegensteuerung. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die störenden als unangenehm empfundenen Wolfstöne durch iterative und besonders harmonische Erregungen entstehen, so insbesondere durch impuls- oder stoßartige Schwingungsanregungen, wie sie im Falle von Streichinstrumenten häufig vorkommen. Zur Unterdrückung derartiger Störungen bietet sich ein Ansatz an, der auf dem Prinzip der Gegensteuerung beruht und in der akustischen Regelungstechnik als ANC (Active Noise Control) Eingang gefunden hat. Da die Störungen lediglich einzelne Frequenzen enthalten, können die dadurch im Klangkörper angeregten Schwingungen mit Hilfe eines Referenzsensors erfaßt werden, der einen Signalgenerator aktiviert, durch den ein Referenzsignal generiert wird, dass zur gezielten Gegensteuerung der störenden Frequenzen an einen Aktor angelegt wird, durch den das schwingende System entsprechend beeinflusst wird.One another embodiment for the solution according to the device for the reduction of wolf tones When playing string instruments based on the basic principle of so-called adaptive counter control. This assumes that the disturbing as unpleasant wolf sounds by iterative and especially harmonic excitations are created, in particular by impulsive or jerky Vibrational excitations, as in the case of stringed instruments happens often. For suppression such disorders lends itself to an approach based on the principle of countermeasure based and in the acoustic control engineering as ANC (Active Noise Control) input has found. Since the interference only individual frequencies can contain the result in the ensemble excited vibrations are detected by means of a reference sensor, which activates a signal generator by which a reference signal is generated is that for targeted countermeasure of disturbing frequencies to a Actuator is created by the oscillating system accordingly being affected.

Das Referenzsignal, das mittels des Signalgenerators erzeugt wird, wird durch ein adaptives Filtersystem nach Betrag und Phase so verändert, dass die störenden Vibrationen und damit die Schallabstrahlung durch den Klangkörper des Musikinstrumentes unterdrückt werden. Die Gegensteuerung bewirkt somit eine Minimierung des gemessenen Referenzsensorsignals, das idealerweise vollständig ausgelöscht wird. Der Vorteil dieser Vorgehensweise zur Reduktion auftretender Wolfstöne bei einem Saiteninstrument betrifft die Adaptivität, durch die auch bei Veränderungen des Klangkörpers ausreichend gute Unterdrückungen der Störgrößen erreicht werden können. Ferner sieht eine auf dem Prinzip der adaptiven Gegensteuerung beruhende Vorrichtung außerordentlich große Stabilitätsbereiche vor, zumal keine Sensorsignale auf den Klangkörper selbst rückgekoppelt werden, vielmehr dienen die Sensorsignale einzig und allein der Optimierung und Erzeugung der die Schwingungsgegensteuerung initiierenden Referenzsignale. Treten hingegen stochastische und transiente Schwingungsanregungen innerhalb des Klangkörpers auf, die nicht vom Referenzsensor erfaßt werden können, so vermag die auf der adaptiven Gegensteuerung beruhende Vorrichtung keine entsprechenden Referenzsignale zu erzeugen.The reference signal, which is generated by means of the signal generator, is changed by an adaptive filter system in magnitude and phase so that the disturbing vibrations and thus the sound radiation are suppressed by the sound body of the musical instrument. The counter-control thus causes a minimization of the measured reference sensor signal, which is ideally completely extinguished. The advantage of this procedure for reducing occurring wolf tones in a stringed instrument concerns the adaptivity, by which sufficiently good suppression of the disturbance variables can be achieved even with changes in the sounding body. Furthermore, a device based on the principle of adaptive countermeasure provides extraordinarily large stability ranges, especially since no sensor signals are fed back to the sound body itself; rather, the sensor signals serve solely to optimize and generate the reference signals that initiate the vibration countermeasure. On the other hand, stochastic and tran If there were vibration excitations within the sound field that can not be detected by the reference sensor, then the device based on the adaptive countermeasure can not generate corresponding reference signals.

Um die mit der adaptiven Gegensteuerung verbundenen Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden ist es denkbar und möglich, eine derartige Vorrichtung mit einer Vorrichtung zu kombinieren, die auf einer nicht adaptiven Rückkopplung basiert, wie bereits vorstehend beschrieben. Auf dieser Weise können die Vorteile beider Systeme miteinander kombiniert werden, wodurch sowohl die stochastischen bzw. transienten Störungen im Wege nicht adaptiv rückgekoppelter Tilgersystem gedämpft, als auch die harmonischen Störungen mit Hilfe adaptiver Gegenkopplung unterdrückt werden können.Around the disadvantages associated with the adaptive counter-control at least partially overcome is it conceivable and possible to combine such a device with a device which on a non-adaptive feedback based, as already described above. In this way, the Advantages of both systems are combined with each other, thereby reducing both the stochastic or transient disturbances are not adaptive with feedback Dampened absorber system, as well as the harmonic disturbances can be suppressed using adaptive negative feedback.

In allen Fällen der vorstehend beschrieben möglichen Ausführungsbeispiele zur wirkungsvollen Unterdrückung in Saiteninstrumenten auftretender Wolfstöne ist der Ort der Anbringung der wenigstens einen multifunktionalen Werkstoff aufweisenden Vorrichtung am Saiteninstrument und insbesondere im Bereich des Klangkörpers von großer Bedeutung. Im Falle eines Streichinstrumentes, wie beispielsweise einer Geige, einer Bratsche, eines Cellos oder Kontrabasses, bei der die Saiten jeweils im Bereich des Klangkörpers über einen Steg geführt und einseitig in einem mit dem Klangkörper verbundenen Saitenhalter befestigt sind, ist es besonders vorteilhaft, die lösungsgemäße Vorrichtung innwandig im Klangkörper im Bereich zwischen Steg und Saitenhalter applikativ oder in integraler Bauform vorzusehen. Der genaue Anbringungspunkt bzw. Anbringungsbereich für den multifunktionalen Werkstoff, sei es in Form einer Folien, eines Patches, eines Plättchen oder in Faserform, gilt es in Abhängigkeit des jeweiligen Instrumentes optimiert zu wählen. Der geeignetste Bereich scheint jedoch die Innenseite des Deckels des Klangkörpers im vorstehend bezeichneten Bereich zu sein.In all cases the one described above embodiments for effective suppression Wolf sounds appearing in stringed instruments is the place of attachment the at least one multifunctional material having device on the string instrument and in particular in the area of the sound body of greater Importance. In the case of a stringed instrument, such as a Violin, a viola, a cello or double bass, in which the Strings are led in each case in the area of the sound body over a bridge and one-sided in a tailpiece connected to the sound body are attached, it is particularly advantageous, the solution according to the device innwandig in the sound body in Area between bridge and tailpiece applicative or in integral To provide design. The exact mounting point or mounting area for the multifunctional Material, be it in the form of a film, a patch, a small plate or in fiber form, it is dependent optimized for each instrument. The most suitable area seems however, the inside of the cover of the sound body in the above-mentioned To be area.

Claims

Apparatus for reducing wolf sounds in a stringed instrument, which has a sounding body, characterized in that at least one multifunctional material is in operative connection with at least a portion of the sounding body, which causes a conversion of mechanical vibration energy into electrical energy in the case of its vibration excitation by a Wolfston.

Device according to claim 1, characterized in that that the multifunctional material of at least one of the following Materials classes consists of: Piezo-ceramic, piezo-polymer, electrostrictive Ceramic, magnetostrictive alloy, shape memory alloy, shape memory polymer.

Device according to Claim 1 or 2, characterized that the multifunctional material with at least one electric Impedance in the form of an ohmic Resistor and / or an inductance is electrically connected.

Device according to claim 3, characterized in that that the multifunctional material is parallel to the electrical impedance is switched.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the multifunctional material in fiber, wire, patch, platelet or foil shape is formed.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized that the multifunctional material layered, in the form of a material stack consisting of identical or different material layers is trained.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized that the multifunctional material as lead zirconate titanium fiber or is designed as a lead zirconate-titanium patch.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized that the multifunctional material is applied to the sound body or as an integral part of the at least one subregion of the orchestra is enclosed.

Device according to one of claims 3 to 8, characterized that the multifunctional material and the electrical impedance applied as a compact unit to the body or as an integral Part of the enclosed at least a portion of the orchestra is.

Device according to one of claims 3 to 9, characterized that the electrical impedance occurring under the condition of increased reduction Wolf notes chosen is.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized at least one with at least one subregion of the sound body as a sensor and acting as an actuator multifunctional material is in active connection.

Device according to claim 11, characterized in that that the sensor depending within the body of the sound Vibrations generated sensor signals, which are used to control the Actors serve.

Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one Sensor and actuator as a collocated unit, ie spatially as close as possible, are formed.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized that a plurality of sensor / actuator pairs on selected sub-areas with the sound body are in operative connection, and that the sensor / actuator pairs different within the body of the sound capable of modulating modulating vibrational resonances.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized that the sensor signals are applied directly as input signals to the actuator.

Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that at least one signal generator is provided which depends on a detected by at least one sensor, certain vibration resonance of the orchestra Reference signal generated for driving to the at least one Actuator can be fed is.

Device according to claim 16, characterized in that in that the signal generator comprises an adaptive filter system which the reference signals in magnitude and phase generated in such a way that the activation of the actuator minimizing the specific vibration resonance he follows.

Device according to claim 16 or 17, characterized that at least one reference sensor for detecting the particular Vibration resonance is provided.

Device according to one of claims 1 to 18, characterized that the sound body a At least partially surrounds cavity, and that at least a partial region on an upper side of the cavity facing the cavity orchestra is provided.