DE102011117485B4 - Method for improving the acoustic properties of wooden stringed instruments - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz bei dem das Holz vor der Lackierung mit einer wässrigen Lösung von Erdalkalimetallhydroxiden und Glycerin, Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose, Sorbit, Xylit, Mannit oder Maltit oder eine Mischung dieser imprägniert und anschließend luftgetrocknet wird.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed woodwind instruments, wherein the wood before painting with an aqueous solution of alkaline earth metal hydroxides and glycerol, glucose, mannose, fructose, sucrose, lactose, maltose, sorbitol, xylitol, mannitol or maltitol or a mixture thereof impregnated and then air-dried.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Streichinstrumenten aus Holz, wie bspw. Violine, Viola, Violincello oder Kontrabass.The invention relates to a method for improving the acoustic properties of stringed wood instruments, such as violin, viola, cello or double bass.

Die Klangverbesserung und die Klangverstärkung von Streichinstrumenten aus Holz durch umlaufend konisch zum Boden hin sich verjüngend ausgebildete Zargen ist aus DE 10 2004 007 613 A1 bekannt.The sound improvement and the sound amplification of stringed wood instruments by circumferentially conically tapered to the ground trained frames is out DE 10 2004 007 613 A1 known.

Ebenso ist bekannt, dass die akustische Materialqualität von Klangholz (AMQ) als Quotient aus Schallgeschwindigkeit im Klangholz (c) und Dichte des Klangholzes (ρ) definiert ist: AMQ = c / ρ It is also known that the acoustic material quality of sound wood (AMQ) is defined as the quotient of the speed of sound in the sound wood (c) and the density of the sound wood (ρ): AMQ = c / ρ

Weiterhin ist bekannt, dass die Schallgeschwindigkeit im Klangholz der Quadratwurzel aus dem Quotient aus E-Modul des Klangholzes (E) und der Dichte des Klangholzes (ρ) entspricht:

Figure 00010001
Furthermore, it is known that the sound velocity in the tonewood corresponds to the square root of the quotient of the E-modulus of the sound wood (E) and the density of the sound wood (ρ):
Figure 00010001

Setzt man die zweite Gleichung in die erste Gleichung ein, so ergibt sich für die akustische Materialqualität des Klangholzes:

Figure 00010002
Inserting the second equation in the first equation, the result for the acoustic material quality of the Klangholzes:
Figure 00010002

Man erkennt aus der letzten Gleichung, dass die akustische Materialqualität des Klangholzes am größten ist, wenn der E-Modul des Klangholzes möglichst groß und die Dichte des Klangholzes dabei möglichst klein ist. Diese wissenschaftliche Erkenntnis entspricht den empirischen Anforderungen der Instrumentenbauer, die immer möglichst biegesteifes (hohes E-Modul) und dabei möglichst leichtes (geringe Dichte) Holz für den Bau ihrer Instrumente auswählen. Und dass gerade Fichtenholz seit Jahrhunderten als Decke für Streichinstrumente verwendet wird, liegt an dem besonders hohen E-Modul-Dichte-Verhältnis des Fichtenholzes.It can be seen from the last equation that the acoustic material quality of the sound wood is greatest when the modulus of elasticity wood is as large as possible and the density of the sound wood is as small as possible. This scientific knowledge meets the empirical requirements of instrument makers, who always choose the most rigid (high modulus of elasticity) and lightest possible (low density) wood for the construction of their instruments. And that spruce wood has been used for centuries as a ceiling for stringed instruments, is due to the particularly high modulus of density of spruce wood.

Möchte der Instrumentenbauer nun die akustische Materialqualität des Klangholzes verbessern, muss er demzufolge das E-Modul-Dichte-Verhältnis des Holzes erhöhen, in dem er das E-Modul des Holzes nachträglich erhöht oder die Dichte des Holzes nachträglich verringert.If the instrument maker now wants to improve the acoustic quality of the sound wood, he must therefore increase the modulus of density of the wood, by subsequently increasing the modulus of elasticity of the wood or reducing the density of the wood later.

Dies ist jedoch in der Praxis extrem schwierig, denn immer, wenn es gelingt, das E-Modul zu erhöhen, z. B. durch Tränkung des Holzes mit härtenden Kunstharzlösungen, erhöht man ungewollt die Dichte des Holzes mit.However, this is extremely difficult in practice, because whenever it succeeds to increase the modulus, z. B. by impregnation of the wood with curing resin solutions, one increases unintentionally with the density of the wood.

Der andere Weg des Vorgehens ist in der Praxis ebenso so schwierig, denn immer, wenn man aus den Holzzellen Material entfernt und damit die Dichte des Holzes senkt, z. B. durch Holzzellwanddünnung mit speziellen holzabbauenden Pilzen oder lignolytischen Enzymen, senkt man ungewollt das E-Modul mit.The other way of proceeding is just as difficult in practice, because whenever you remove material from the wood cells and thus reduces the density of the wood, z. B. by wood cell wall thinning with special wood-degrading fungi or lignolytic enzymes, unintentionally lowers the modulus of elasticity.

Die DE 239 142 A offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Resonanzhölzern und Resonanzteilen für Musikinstrumente bei dem die Resonanzhölzer oder -teile der Einwirkung einer Zucker- und einer Alaunlösung ausgesetzt werden, um die Klangfärbung des Tones des Resonanzholzes zu veredeln.The DE 239 142 A discloses a method for the treatment of resonant timbres and resonant parts for musical instruments in which the resonant woods or parts are subjected to the action of a sugar and an alum solution to refine the tone color of the tone of the resonant wood.

Die DE 445 178 A offenbart ein Verfahren zur Verbesserung und Herstellung von Schallkörpern bei dem diese der Einwirkung konzentrierter Laugen aussetzt.The DE 445 178 A discloses a method for the improvement and production of acoustic bodies in which exposes them to the action of concentrated alkalis.

Aus der DE 10 2005 027 424 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Klangholz für Musikinstrumente bekannt, wobei das Klangholz während einer begrenzten Behandlungsdauer der Einwirkung einer holzzersetzenden Pilzart ausgesetzt wird, wobei die Pilzart und die Behandlungsdauer derart gewählt werden, dass durch die Behandlung einerseits eine Vergrößerung des Verhältnisses von Schallgeschwindigkeit des Holzes zu Rohdichte des Holzes erreicht wird und andererseits vorgegebene Mindestfestigkeitswerte des Klangholzes nicht unterschritten werden.From the DE 10 2005 027 424 A1 is a method for improving the acoustic properties of sound wood for musical instruments is known, the sound wood is exposed to the action of a wood-decomposing fungus species during a limited period of treatment, the type of fungus and the duration of treatment are chosen such that the treatment on the one hand an increase in the ratio of the speed of sound the wood is achieved to raw density of the wood and on the other hand, predetermined minimum strength values of the sound wood are not exceeded.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Behandlung von Klangholz bereit zu stellen, welches die zuvor stehenden Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere das E-Modul-Dichte-Verhältnis des Holzes so erhöht, dass die akustischen Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.The object of the present invention is therefore to provide a method for the treatment of sound wood, which avoids the above-mentioned disadvantages of the prior art, in particular the E-modulus density ratio of the wood increased so that the acoustic properties over the State of the art can be improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subordinate claims.

Überraschend wurde gefunden, dass durch die Imprägnierung von unlackiertem Klangholz von Streichinstrumenten mit wässrigen Lösungen von Erdalkalimetallhydroxiden und organischen Hydroxyverbindungen mit mindestens 3 Hydroxygruppen im Molekül, nämlich Glycerin, Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose, Sorbit, Xylit, Mannit oder Maltit oder eine Mischung dieser, sowie durch die anschließende Lufttrocknung des so imprägnierten Holzes das E-Modul-Dichte-Verhältnis dieses Holzes erhöht wird. In diesem Fall wird das E-Modul besonders quer zur Faserrichtung des Holzes extrem stark (um ca. 100%) und die Dichte des Holzes nur leicht (um ca. 10%) erhöht, was eine deutliche Verbesserung der akustischen Materialqualität zur Folge hat.Surprisingly, it has been found that by impregnating unpainted tonewood from stringed instruments with aqueous solutions of alkaline earth metal hydroxides and organic hydroxy compounds having at least 3 hydroxyl groups in the molecule, namely glycerol, glucose, mannose, Fructose, sucrose, lactose, maltose, sorbitol, xylitol, mannitol or maltitol or a mixture of these, as well as the subsequent air drying of the so impregnated wood, the modulus of elasticity-density ratio of this wood is increased. In this case, the modulus of elasticity is increased extremely sharply (by about 100%), especially across the grain of the wood, and the density of the wood is increased only slightly (by about 10%), which results in a significant improvement in the quality of the acoustic material.

Die genaue Wirkungsweise dieser speziellen Behandlung ist folgendermaßen:
Fügt man einer wässrigen Suspension von Erdalkalimetallhydroxiden die genannten organischen Hydroxyverbindungen mit mindesten 3 Hydroxygruppen im Molekül hinzu, so bilden sich aus den Erdalkalimetallhydroxiden und den organischen Hydroxyverbindungen Erdalkalimetallhydroxid-Hydroxyverbindungs-Komplexe, vermutlich Erdalkalimetallalkoholate.The exact mode of action of this particular treatment is as follows:
If said organic hydroxy compounds having at least 3 hydroxyl groups in the molecule are added to an aqueous suspension of alkaline earth metal hydroxides, the alkaline earth metal hydroxides and the organic hydroxy compounds form alkaline earth metal hydroxide-hydroxy compound complexes, presumably alkaline earth metal alkoxides.

Die in Wasser ursprünglich nur sehr wenig löslichen Erdalkalimetallhydroxide werden in Gegenwart der organischen Hydroxyverbindung wesentlich besser löslich, was man auch an der beim Mischen zu beobachtenden Wärmetönung erkennt.The alkaline earth metal hydroxides, which were originally very sparingly soluble in water, become much more soluble in the presence of the organic hydroxy compound, which is also recognized by the evolution of heat observed during mixing.

Mit dieser Lösung wird nun das unlackierte Instrumentenholz imprägniert. Die Imprägnierung dringt dabei etwas in die Holzoberfläche ein. Beim Lufttrocknen verdunstet das Wasser und die Erdalkalimetallhydroxid-Hydroxyverbindungs-Komplexe werden durch das Kohlendioxid der Luft zu Erdalkalimetallkarbonaten und Hydroxyverbindungen umgewandelt. Die sich dabei bildende hydroxverbindungshaltige Erdalkalimetallkarbonatschicht ist ausgesprochen hart und fest. Diese Harte ist nicht verwunderlich, da Erdalkalimetallkarbonate in der Natur als Gesteine vorkommen. Desweiteren ist die erzeugte Schicht sehr gut mit dem Holz verbunden. Diese praktisch versteinerte Holzoberfläche wirkt sich sehr positiv auf den Klang der Instrumente aus. Denn durch die Behandlung wird der E-Modul des Holzes sehr stark erhöht, ohne dass die Dichte des Holzes stark zunimmt. Das erhöhte E-Modul-Dichte-Verhältnis des Holzes bewirkt dann eine verbesserte akustische Qualität des Holzes.With this solution, the unpainted instrument wood is impregnated. The impregnation penetrates something into the wood surface. As the air dries, the water evaporates and the alkaline earth metal hydroxide-hydroxy compound complexes are converted by the carbon dioxide of the air to alkaline earth metal carbonates and hydroxy compounds. The thereby forming Hydroxverbindungshaltige Erdalkalimetallkarbonatschicht is extremely hard and solid. This hard is not surprising, as alkaline earth metal carbonates occur in nature as rocks. Furthermore, the layer produced is very well connected to the wood. This practically petrified wood surface has a very positive effect on the sound of the instruments. Because of the treatment, the modulus of elasticity of the wood is greatly increased without the density of the wood increasing greatly. The increased modulus of density of the wood then results in an improved acoustic quality of the wood.

Weiterhin wirkt die Imprägnierung auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung als besonders dichte Barriere gegen das Eindringen des Lackes bei der nachfolgenden Lackierung, denn wenn der Lack vom Holz stark aufgesogen werden würde, würde die Dichte des Holzes sich erhöhen ohne dass sich der E-Modul des Holzes erhöht, was die akustische Qualität des Holzes erneut verschlechtern würde.Furthermore, the impregnation effect due to their chemical composition as a particularly dense barrier against the penetration of the paint in the subsequent painting, because if the paint would be absorbed by the wood strongly, the density of the wood would increase without affecting the modulus of elasticity of the wood increased, which would worsen the acoustic quality of the wood again.

Vorteilhaft sind die bei dem Verfahren eingesetzten Erdalkalimetallhydroxide Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Strontiumhydroxid oder Bariumhydroxid oder eine Mischung der genannten Erdalkalimetallhydroxide.The alkaline earth metal hydroxides used in the process are advantageously magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide or barium hydroxide or a mixture of said alkaline earth metal hydroxides.

Als organische Hydroxyverbindungen werden bei diesem Verfahren Glycerin, Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose, Sorbit, Xylit, Mannit oder Maltit oder eine Mischung dieser eingesetzt.Glycerol, glucose, mannose, fructose, sucrose, lactose, maltose, sorbitol, xylitol, mannitol or maltitol or a mixture of these are used as organic hydroxy compounds in this process.

Der Gehalt der wässrigen Lösung an Erdalkalimetallhydroxiden beträgt dabei 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%.The content of the aqueous solution of alkaline earth metal hydroxides is 5 to 50 wt .-%, preferably 10 to 20 wt .-%.

Der Gehalt der wässrigen Lösung an diesen organischen Hydroxyverbindungen mit mindestens 3 Hydroxygruppen im Molekül beträgt dabei 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%.The content of the aqueous solution of these organic hydroxy compounds having at least 3 hydroxyl groups in the molecule is 10 to 70 wt .-%, preferably 20 to 40 wt .-%.

Die wässrige Lösung von Erdalkalimetallhydroxiden und organischen Hydroxyverbindungen mit mindestens 3 Hydroxygruppen im Molekül kann durch Tauchen, Spritzen oder Streichen auf das unlackierte Holz aufgebracht werden, wobei entweder das zusammengebaute Instrument oder die hölzernen Einzelteile mit dieser Lösung imprägniert werden.The aqueous solution of alkaline earth metal hydroxides and organic hydroxy compounds having at least 3 hydroxy groups in the molecule can be applied to the unpainted wood by dipping, spraying or brushing, either impregnating the assembled instrument or the wooden parts with this solution.

Die Lufttrocknung des mit der wässrigen Imprägnierung versehenen unlackierten Holzes erfolgt bei Raumtemperatur durch Lagerung an Luft mit einem lufttypischen Anteil an Kohlendioxid.The air drying of the provided with the aqueous impregnation unpainted wood is carried out at room temperature by storage in air with a typical air content of carbon dioxide.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Eine weiße Geige (weiß = unlackiert) wird bei Raumtemperatur eine Stunde lang in eine Mischung aus 12 Gew.-% Calciumhydroxid, 14 Gew.-% Glucose, 10 Gew.-% Fructose, 2 Gew.-% Glycerin und 62 Gew.-% Wasser getaucht, danach ausgeleert und die überschüssige Flüssigkeit abtropfen gelassen und anschließend 3 Wochen lang an der Luft getrocknet. Abschließend wird die Geige wie gewöhnlich lackiert und fertig gemacht. Diese Geige klingt tragfähiger und ausgeglichener als ein analog gebautes Instrument ohne die zuvor stehende Behandlung.A white violin (white = unpainted) at room temperature for one hour in a mixture of 12 wt .-% calcium hydroxide, 14 wt .-% glucose, 10 wt .-% fructose, 2 wt .-% glycerol and 62 wt. % Water immersed, then evacuated and allowed to drain the excess liquid and then dried in air for 3 weeks. Finally, the violin is painted and finished as usual. This violin sounds more viable and balanced than an analog built instrument without the previous treatment.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Wie Beispiel 1, nur wird statt einer weißen Geige eine weiße Viola behandelt.Like example 1, only a white violin is treated instead of a white violin.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Wie Beispiel 1, nur wird statt einer weißen Geige ein weißes Violincello behandelt.Like example 1, only a white violin cello is treated instead of a white violin.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

Wie Beispiel 1, nur wird statt einer weißen Geige ein weißer Kontrabass behandelt.As in example 1, only a white double bass is treated instead of a white violin.

Ausführungsbeispiel 5Embodiment 5

Wie Beispiel 1 bis 4, nur werden statt der Behandlung der weißen Instrumente die fertigen Instrumentendecken und Instrumentenböden vor dem Zusammenleimen zum Instrument behandelt.As in Examples 1 to 4, only the finished instrument covers and instrument trays are treated instead of the treatment of white instruments before gluing to the instrument.

Ausführungsbeispiel 6Embodiment 6

Wie Beispiel 1 bis 5, nur wird nicht getaucht sondern gespritzt.As example 1 to 5, only is not dipped but sprayed.

Ausführungsbeispiel 7Embodiment 7

Wie Beispiel 1 bis 5, nur wird nicht getaucht sondern gestrichen.As example 1 to 5, only is not dipped but deleted.

Ausführungsbeispiel 8Embodiment 8

Wie Beispiel 1, nur wird statt Calciumhydroxid Strontiumhydroxid verwendet.As in Example 1, but instead of calcium hydroxide strontium hydroxide is used.

Ausführungsbeispiel 9Embodiment 9

Wie Beispiel 1, nur wird statt Glucose, Fructose und Glycerin essfertiger Bienenhonig verwendet.As in Example 1, only ready-to-use honey is used instead of glucose, fructose and glycerol.

Ausführungsbeispiel 10Embodiment 10

Wie Beispiel 1, nur wird statt Glucose, Fructose und Glycerin Kunsthonig verwendet.Like Example 1, only artificial honey is used instead of glucose, fructose and glycerine.

Ausführungsbeispiel 11Embodiment 11

Wie Beispiel 1, nur wird statt Glucose, Fructose und Glycerin Saccharose und Glycerin verwendet.As in Example 1, only sucrose and glycerol are used instead of glucose, fructose and glycerol.

Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander, erfindungswesentlich sein.All features described in the description and the following claims may be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Claims (7)

Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz bei dem das Holz vor der Lackierung mit einer wässrigen Lösung von Erdalkalimetallhydroxiden und Glycerin, Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose, Sorbit, Xylit, Mannit oder Maltit oder eine Mischung dieser imprägniert und anschließend luftgetrocknet wird.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed woodwind instruments, wherein the wood before painting with an aqueous solution of alkaline earth metal hydroxides and glycerol, glucose, mannose, fructose, sucrose, lactose, maltose, sorbitol, xylitol, mannitol or maltitol or a mixture thereof impregnated and then air-dried. Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Erdalkalimetallhydroxide Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Strontiumhydroxid oder Bariumhydroxid oder eine Mischung der genannten Erdalkalimetallhydroxide eingesetzt werden.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed woodwind instruments according to claim 1, characterized in that are used as alkaline earth metal hydroxides, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, strontium hydroxide or barium hydroxide or a mixture of said alkaline earth metal hydroxides. Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der wässrigen Lösung an Erdalkalimetallhydroxiden 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% beträgt.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed woodwind instruments according to claim 1 or 2, characterized in that the content of the aqueous solution of alkaline earth metal hydroxides is 5 to 50 wt .-%, preferably 10 to 20 wt .-%. Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der wässrigen Lösung an organischen Hydroxyverbindungen 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% beträgt.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed woodwind instruments according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the content of the aqueous solution of organic hydroxy compounds is 10 to 70 wt .-%, preferably 20 to 40 wt .-%. Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung des Holzes durch Tauchen, Spritzen oder Streichen erfolgt, wobei entweder das zusammengebaute Instrument oder die hölzernen Einzelteile imprägniert werden.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed woodwinding instruments according to one or more of the preceding claims, characterized in that the impregnation of the wood takes place by dipping, spraying or brushing, wherein either the assembled instrument or the wooden parts are impregnated. Verfahren zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von unlackierten Streichinstrumenten aus Klangholz gemäß einem oder mehrerer der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das imprägnierte Holz bei Raumtemperatur luftgetrocknet wird.A method for improving the acoustic properties of unpainted stringed wood tonewoods according to one or more of the preceding claims, characterized in that the impregnated wood is air-dried at room temperature. Verwendung einer wässrigen Lösung von Erdalkalimetallhydroxiden und Glycerin, Glucose, Mannose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose, Sorbit, Xylit, Mannit oder Maltit oder eine Mischung dieser zur Erhöhung des E-Modul-Dichte-Verhältnisses von Holz.Use of an aqueous solution of alkaline earth metal hydroxides and glycerol, glucose, mannose, fructose, sucrose, lactose, maltose, sorbitol, xylitol, mannitol or maltitol or a mixture thereof to increase the modulus of elasticity of wood.
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