DE1208610B

DE1208610B - Device for electromagnetic pickup

Info

Publication number: DE1208610B
Application number: DEF35211A
Authority: DE
Inventors: Helmut Fuchs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-10-25
Filing date: 1961-10-25
Publication date: 1966-01-05
Also published as: GB993240A

Description

Vorrichtung zur elektromagnetischen Tonabnahme Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tonabnahme von schwingenden Zungen, Platten u. ä., mindestens ein frei schwingendes Ende aufweisenden, mechanischen Schwingern, bei der der Schwinger in einem stark inhomogen gemachten Feldbereich eines Magneten mit Induktionsspule schwingt, insbesondere für elektronische Musikinstrumente.The invention relates to a device for picking up sounds from vibrating tongues, plates and the like , mechanical vibrators having at least one freely vibrating end, in which the vibrator vibrates in a strongly inhomogeneous field area of a magnet with an induction coil, especially for electronic ones Musical instruments.

Es wurde bereits eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Tonabnahme für Musikinstrumente vorgeschlagen, bei der gleichzeitig eine Färbung der Töne bewirkt wird, so daß die musikalische Wirkung der Wiedergabe verbessert wird. Bei dieser Vorrichtung schwingt der abzutastende Schwinger, z. B. eine Zunge, Platte oder Saite aus Stahl, in einem stark inhomogenen Magnetfeld und wirkt auf eine Induktionsspule derart ein, daß in dieser nicht nur die Schwingungen entsprechenden Frequenzen, sondern auch Harmonische davon entstehen. Durch letzteres ergibt sich die Tonfärbung.There has already been a device for electromagnetic pickup suggested for musical instruments, which at the same time causes a coloration of the tones so that the musical effect of reproduction is enhanced. At this The device vibrates the oscillator to be scanned, e.g. B. a tongue, plate or string made of steel, in a strongly inhomogeneous magnetic field and acts on an induction coil in such a way that in this not only the frequencies corresponding to the vibrations, but also harmonics arise from it. The latter results in the tone coloring.

Durch die Erfindung sollen die bekannten Ausführungsforinen ergänzt und verbessert werden.The invention is intended to supplement the known embodiments and be improved.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sitzt der Magnet auf dem einen Schenkel eines L-förmigen Leitstücks aus Weicheisen, wobei der von ihm selbstgebildete Schenkel sich in der Schwingungsrichtung des Schwingers erstreckt. Der andere Schenkel des Leitstücks ist länger als der von dem Magneten gebildete Schenkel, schließt mit seiner oberen Kante in geringem, vorzugsweise etwa 0,3 mm betragendem Abstand bündig mit dem freien Ende des Schwingers ab und trägt die Induktionsspule.In the device according to the invention, the magnet sits on one leg of an L-shaped guide piece made of soft iron, the leg formed by it extending in the direction of oscillation of the oscillator. The other leg of the guide piece is longer than the leg formed by the magnet, closes with its upper edge at a small distance, preferably about 0.3 mm , flush with the free end of the oscillator and carries the induction coil.

Durch die Erfindung wird eine besonders gute Klangwirkung des abgenommenen Tones bei technisch einfacher Verwirklichung erzielt.The invention provides a particularly good sound effect of the removed Tones achieved with a technically simple realization.

Das Wesen der Erfindung wird an Hand der Beschreibung einiger Ausführungsformen näher erläutert. Es bedeuten F i g. 1 und 2 Querschnitte durch zwei etwas voneinander verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, F i g. 3 und 4 den schematischen Aufbau des klangerzeugenden Teils eines elektronischen Musikinstrumentes, bei dem der Erfindungsgegenstand verwertet wird.The essence of the invention is explained in more detail with reference to the description of some embodiments. It means F i g. 1 and 2 cross sections through two somewhat different embodiments of the invention, FIG. 3 and 4 show the schematic structure of the sound-generating part of an electronic musical instrument in which the subject matter of the invention is utilized.

In der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Zungel aus Stahl auf dem Halterungsblock2 aus Eisen oder einem anderen spezifisch schweren Werkstoff befestigt. Der Halterungsblock2 ist seinerseits auf der Grundplatte 3 befestigt. Unterhalb der Zunge 1 befindet sich der Magnet 4, der aus Kostenerspamisgründen sowie aus Gründen besonders günstigen Kraftlinienverlaufs zweckmäßigerweise, aus Oxydwerkstoff besteht. Der Magnet 4 ist auf das L-förmige Leitstück 5 aus magnetisch weichem Eisen aufgeklebt oder in anderer Weise aufgebracht. Das Leitstück 5 ist auf der Grundplatte 3 befestigt und trägt an seinem senkrechten Teil 51 die Induktionsspule 6. In the embodiment of FIG. 1 , the tongue made of steel is attached to the mounting block 2 made of iron or another specifically heavy material. The mounting block 2 is in turn attached to the base plate 3. Below the tongue 1 is the magnet 4, which for reasons of cost savings and for reasons of particularly favorable force lines is expediently made of oxide material. The magnet 4 is glued to the L-shaped guide piece 5 made of magnetically soft iron or applied in some other way. The guide piece 5 is attached to the base plate 3 and carries the induction coil 6 on its vertical part 51.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt: Ein Teil der Kraftlinien des Magneten 4 wird durch die Zunge 1 gesammelt und in Richtung auf die Oberkante 52 des senkrechten Teils 51 geführt. Durch die rückleitende Wirkung des Leitstücks 5 und die Nähe des freien Endes 11 der Zunge 1 entsteht an der Oberkante 52 des Leitstücks ein stark inhomogenes Magnetfeld. Bei Verwendung eines Oxydwerkstoffes für den Magnet 4 wird dieser Effekt noch gesteigert, infolge des solchen Magneten eigenen stark streuenden Kraftlinienverlaufs. Wird nun die Zunge 1 durch Anschlagen, Anzupfen oder auch Anblasen zu Schwingungen angeregt, so ergibt sich in der Induktionsspule 6 auch dann eine stark oberwellenhaltige Wechselspannung, wenn das freie Ende 11 der Zunge, wie es in der Regel der Fall ist, eine im wesentlichen sinusförmige, also oberschwingungsfreie Bewegung ausführt. Besonders kräftig ist hierbei außer der Grundfrequenz die erste Harmonische ausgeprägt, was bei der Wiedergabe ün Lautsprecher eine besonders reizvolle, klavierähnliche Klangwirkung zeitigt.The mode of operation of the arrangement is as follows: A part of the lines of force of the magnet 4 is collected by the tongue 1 and guided in the direction of the upper edge 52 of the vertical part 51. Due to the return action of the guide piece 5 and the proximity of the free end 11 of the tongue 1 , a strongly inhomogeneous magnetic field is created at the upper edge 52 of the guide piece. If an oxide material is used for the magnet 4, this effect is further increased, as a result of the strongly scattering force line course inherent in such a magnet. Now, if the tongue 1 by striking, plucking or blowing oscillations excited so results in the induction coil 6 also a strong harmonic-containing AC voltage, when the free end 11 of the tongue, as is the case in general, a substantially carries out sinusoidal, i.e. harmonic-free movement. In addition to the fundamental frequency, the first harmonic is particularly strong, which produces a particularly appealing, piano-like sound when played on the loudspeaker.

Als klanglich günstigster Abstand zwischen freiem Ende 11 der Zunge und Oberkante 52 des Leitstücks wird erfindungsgemäß etwa 0,3 mm gewählt.According to the invention, approximately 0.3 mm is selected as the most sonically favorable distance between the free end 11 of the tongue and the upper edge 52 of the guide piece.

Die magnetische Feldstärke in der Umgebung des freien Endes 11 der Zunge, insbesondere in dem Raum zwischen ihm und der Oberkante 52 des Leitstücks darf nicht zu groß sein, da sonst eine störende Erhöhung der Eigenfrequenz der Zunge eintritt. Diese Erscheinung rührt daher, daß der Magnetismus hier wie eine scheinbare Erhöhung der Steifigkeit der Zunge wirkt. Infolge der starken Inhomogenität des Feldes hängt dabei noch die mittlere Stärke des Magnetismus in gewissem Maße von der Schwingungsamplitude der Zunge ab, und zwar wächst sie bei kleiner werdender Amplitude an. Dieses Anwachsen der Eigenfrequenz während des Ausschwingens wirkt sich in musikalischer Hinsicht besonders ungünstig aus. Die Erscheinung wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß am freien Ende der Zunge der Quotient aus der Steifigkeit der Zunge (gemessen als Federkonstante c in g/cm) und der mittleren Magnetfeldstärke im Luftspalt (gemessen in A/cm) mindestens gleich 5 ist. In diesem Falle tritt keine Erhöhung der Eigentrequenz der Zunge durch das Magnetfeld ein, welche schädliche klangliche Auswirkung hätte. Die Einstellung der passenden Magnetfeldstärke wird ermöglicht durch entsprechende Dünensionierung des Magneten 4 und durch Innehaltung zweckentsprechender Abstände zwischen Magneten 4 einerseits und Zunge 1 bzw. Oberkante 52 des Leitstücks andererseits sowie zwischen freiem Endell der Zunge und der Oberkante 52 des Leltstücks. Letzterer Abstand wird, wie sich zeigte, zweckmäßigerweise mit etwa 0,3 mm bemessen - dies ergibt auch eine besonders günstige Klangwirkung. Im übrigen läßt sich die.angegebene Maßnahme der definiert schwachen Bemessung des Magnetfeldes. nicht nur im Falle einer erfiridungsgemäßen Vorrichtung treffen, sondern sinngemäß überall da, wo Zungen elektromagnetisch abgetastet werden sollen.The magnetic field strength in the vicinity of the free end 11 of the tongue, in particular in the space between it and the upper edge 52 of the guide piece, must not be too great, since otherwise a disruptive increase in the natural frequency of the tongue occurs. This phenomenon is due to the fact that the magnetism here acts like an apparent increase in the stiffness of the tongue. As a result of the strong inhomogeneity of the field, the mean strength of the magnetism still depends to a certain extent on the oscillation amplitude of the tongue, and it increases as the amplitude becomes smaller. This increase in the natural frequency during the decay has a particularly unfavorable effect from a musical point of view. This phenomenon is avoided according to the invention in that the quotient of the stiffness of the tongue (measured as the spring constant c in g / cm) and the mean magnetic field strength in the air gap (measured in A / cm) is at least 5 at the free end of the tongue. In this case there is no increase in the natural frequency of the tongue due to the magnetic field, which would have a harmful effect on the sound. The setting of the appropriate magnetic field strength is made possible by appropriately thinning the magnet 4 and by maintaining appropriate distances between the magnet 4 on the one hand and tongue 1 or upper edge 52 of the guide piece on the other hand and between the free end of the tongue and the upper edge 52 of the guide piece. As has been shown, the latter distance is expediently measured at around 0.3 mm - this also results in a particularly favorable sound effect. In addition, the specified measure of the defined weak dimensioning of the magnetic field can be used. not only in the case of a device according to the invention, but analogously everywhere where tongues are to be scanned electromagnetically.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform, die sich von der soeben beschriebenen in folgender Hinsicht unterscheidet: Der die Induktionsspule 6 tragende Teil 51 des Leitstücks 5 ist etwas gegen das freie Ende der Zunge 1 geneigt, und zwar so, daß er mit der Zunge 1 annähernd einen Winkel von 1001 bildet. Dies hat einmal klangliche Vorzüge: Die für einen vollen, runden Ton besonders wichtige erste Harmonische ist hier gut ausgeprägt, und zwar nicht nur bei den kräftigen Anfangsamplituden, sondern auch irn ausschwingenden Teil des Klanges. Letzteres trifft für die erste Ausführungsforrn nicht in diesem Maße zu. Daneben ist bei der Ausführungsform der F i g. 2 auch der Grundton in befriedigender Stärke vorhanden. Ferner läßt sich hier die Induktionsspule 6 bei geeigneten Abmessungen leicht so anordnen, daß auch bei stärksten Schwingungsamplituden die Zunge 1 die Induktionsspule 6 nicht berührt, was störende Nebengeräusche und eine Beeinträchtigung der Schwingungsbewegung ergeben würde.F i g. 2 shows an embodiment which differs from the one just described in the following respects: The part 51 of the guide piece 5 carrying the induction coil 6 is slightly inclined towards the free end of the tongue 1 , in such a way that it forms an angle with the tongue 1 approximately of 1001 forms. This has sound advantages: The first harmonic, which is particularly important for a full, round tone, is well pronounced here, not only in the strong initial amplitudes, but also in the decaying part of the sound. The latter does not apply to the first embodiment to this extent. In addition, in the embodiment of FIG. 2 the keynote is also present in a satisfactory strength. Furthermore, with suitable dimensions, the induction coil 6 can easily be arranged here so that the tongue 1 does not touch the induction coil 6 even with the strongest vibration amplitudes, which would result in annoying background noises and impairment of the vibration movement.

Mit Hilfe der Erfindung läßt sich ein billiges und raumsparendes elektronisches Musikinstrument bauen, bei dem abgestimmten anschlagbaren oder anzupfbaren Zungen eine erfindungsgemÜße Vorrichtung als Tonabnehmer zugeordnet ist, welcher die Tonspannungen an einen Verstärker-Lautsprecher-Kanal leitet.With the help of the invention can be an inexpensive and space-saving electronic Building a musical instrument with coordinated reeds that can be struck or plucked a device according to the invention is assigned as a pickup to which the sound voltages to an amplifier speaker channel.

Der tonerzeugende Teil eines solchen elektronischen Musikinstruments wird durch Fi g. 3 in der Draufsicht, durch F i g. 4 irn Querschnitt schematisch dargestellt.The sound generating part of such an electronic musical instrument is shown by Fig . 3 in plan view, through F i g. 4 shown schematically in cross section.

Wie F i g. 3 und 4 zeigen, sind hier mehrere Zungen 1 nebeneinander auf einem gemeinsamen Halterungsblock 2 befestigt. Als -ebenfalls gemeinsamer Magnet 4 dient ein Streifen sogenannten Magnetgummis, wie er beispielsweise unter den Handelsnamen Gumox und Koerox VS 31 bekannt ist. Dieser Magnetgummi ist hier abweichend von dem sonst üblichen, für Haftzwecke bestimmten Verfahren so magnetisiert, daß der eine Pol auf der oberen, der andere auf der unteren Fläche liegt. Als Leitstück 5 dient wiederum ein für mehrere Zungen gemeinsames Element: Ein Streifen aus magnetisch weichem Blech, das sich zugunsten eines stabilen mechanischen Aufbaus einerseits bis unter den Halterungsblock 2. erstreckt und mit diesem fest verbunden ist, andererseits nach oben in der Weise abgekantet ist, daß der die Induktionsspule 6 tragende Teil 51 des Leitstücks mit den Zungen 1 etwa einen Winkel von 100' bildet, und dessen Oberkante 52 mit den freien Enden 11 der Zungen bündig abschneidet, wobei jeweils ein Abstand von etwa 0,3 mm zwischen Zunge und Oberkante eingehalten wird. Die Justierung der Zungen in bezug auf richtige Lage der freien Enden 11 zu der Oberkante 52 kann, was die Höhe anbetrifft, durch Verbiegen der Zungen, was den Abstand anbetrifft, durch Verschieben der Zungen in der Halterung erfolgen. Zu letzterem dient ein Schuh 7, auf den die Zungen aufgenietet sind und der einen Schlitz aufweist. Durch diesen Schlitz ist eine Schraube 8 geführt, mittels derer der Schuh in der gewünschten Stellung gegen den Halterungsblock gepreßt werden kann. Die Induktionsspule 6 besteht hier aus einer oder wenigen Windungen isolierten dicken Kupferdrahtes, die auf dem senkrechten Teil des Leitstückes 5 der Länge nach aufgebracht sind. Die Verwendung nur einigem weniger Windungen empfiehlt sich im vorliegenden Falle, weil eine große Anzahl von Windungen nur schwer und unter beträchtlichem Zeitaufwand zu erzielen ist, während wenige- Windungen leicht mit der Hand gewickelt werden können. Zur Kompensation äußerer magnetischer Magnetfelder empfiehlt es sich, die Wicklung in an sich bekannter Weise in mehrere Wicklungsabteilungen aufzugliedern, die je- weils entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Zwischen die sehr niederohmige Induktionsspule 6 und den Eingang des nachfolgenden Verstärkers ist naturgemäß ein Anpassungstransformator zu schalten.Like F i g. 3 and 4 show, several tongues 1 are fastened next to one another on a common mounting block 2. A strip of so-called magnetic rubbers, as is known, for example, under the trade names Gumox and Koerox VS 31 , serves as the also common magnet 4. In contrast to the usual method intended for adhesive purposes, this magnetic rubber is magnetized here in such a way that one pole lies on the upper, the other on the lower surface. An element common to several tongues is used as the guide piece 5 : A strip of magnetically soft sheet metal, which on the one hand extends under the mounting block 2 and is firmly connected to it, on the one hand, and on the other hand is bent upwards in such a way, in favor of a stable mechanical structure, that the induction coil 6 carrying part 51 of the guide piece with the tongues 1 forms an angle of about 100 ' , and the upper edge 52 cuts off flush with the free ends 11 of the tongues, with a distance of about 0.3 mm between tongue and upper edge is adhered to. The adjustment of the tongues with respect to the correct position of the free ends 11 to the upper edge 52 can, as far as the height is concerned, by bending the tongues, as far as the distance is concerned, by moving the tongues in the holder. A shoe 7, onto which the tongues are riveted and which has a slot , is used for the latter. A screw 8 is guided through this slot, by means of which the shoe can be pressed against the mounting block in the desired position. The induction coil 6 here consists of one or a few turns of insulated thick copper wire, which are applied lengthwise to the vertical part of the guide piece 5. The use of only a few turns is recommended in the present case, because a large number of turns can be achieved only with difficulty and with considerable expenditure of time, while a few turns can easily be wound by hand. To compensate for external magnetic magnetic fields, it is advisable to subdivide the winding in a manner known per se into several winding compartments, each of which has opposite winding directions. Naturally, a matching transformer must be connected between the very low-resistance induction coil 6 and the input of the following amplifier.

Im übrigen ist die Anwendungsmöglichkeit der hier angegebenen AusführÜngsform einer Induktionsspule - einige wenige Windungen eines dicken Drahtes auf einem langgestreckten ferromagnetischen Träger angebracht - nicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschränkt, sondern sie erstreckt sich auf alle Fälle, in denen ein langgestrecktes tonerzeugendes Gebilde, z. B. auch ein Saitenbezug, elektromagnetisch abgetastet werden soll. In addition, the application of the specified embodiment of an induction coil - a few turns of a thick wire attached to an elongated ferromagnetic carrier - is not limited to the device according to the invention, but it extends to all cases in which an elongated sound-producing structure, eg. B. also a string cover is to be scanned electromagnetically .

Da die Steifigkeit der Zungen im allgemeinen mit mit der Eigenfrequenz zunimmt und um eine ausgeglichene Lautstärke in den verschiedenen Tonbereichen zu sichern, ist es zweckmäßig, den Abstand des Magneten 4 von den Zungen 1 und/oder von dem die Induktionsspule 6 tragenden Teil 52 des Leitstücks von den tiefen nach den hohen Tönen hin abnehmen zu lassen. Hierzu kann es zweckmäßig sein, den Magaetgummistreifen, der in den handelsüblichen Fällen konstanten Querschnitt hat, auf einer Leiste 9 (s. F i g. 4), die aus nichtmagn8-tischern Werkstoff, beispielsweise Holz, sein kann, zu befestigen. Die Leiste 9 ist gegebenenfalls in ihrer senkrechten Ausdehnung keilförnüg sich verjüngend gestaltet. Die für die Herstellung von Stahlzungen für Musikinstrumente gewöhnlich verwendeten martensitischen Bandstahlsorten weisen von sich aus in der Regel nicht die für eine elektromagnetische Tonabnahme hoher Güte, wie sie durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht wird, erforderliche Konstanz und geringe Streuung der magnetischen Werte auf. Es ist daher notwendig, das Material der Stahlzungen vor ihrem Einbau magnetisch zu stabilisieren. Dies geschieht in an sich bekannter Weise zweckmäßig durch mehrständiges Erhitzen auf 100 bis 12011 C. Ferner besitzen erfahrungsgemäß diese Stahlzungen vielfach vor ihrem Einbau von sich aus einen Magnetismus, der sich nach dem Einbau in nachteiliger Weise dem durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Magneten erzeugten Magnetismus überlagern und eine Ungleichmäßigkeit der Lautstärke von Ton zu Ton ergeben kann. Daher ist es zweckmäßig die Zungen vor ihrem Einbau zu entmagnetisieren. Dies geschieht am besten in an sich bekannter Weise durch Einwirken eines bis auf Null abnehmenden, zweckentsprechend bernessenen, magnetischen Wechselfeldes.Since the stiffness of the tongues generally increases with the natural frequency and in order to ensure a balanced volume in the various tone ranges, it is advisable to keep the distance of the magnet 4 from the tongues 1 and / or from the part 52 of the guide piece carrying the induction coil 6 to decrease from the low to the high notes. For this purpose, it can be useful to attach the magnetic rubber strip, which has a constant cross-section in the usual commercial cases, to a bar 9 (see FIG. 4), which can be made of non-magnetic material, for example wood. The bar 9 is optionally designed to taper in its vertical extension wedge-shaped. The types of martensitic steel strip usually used for the production of steel tongues for musical instruments generally do not have the constancy and low dispersion of the magnetic values required for high quality electromagnetic pick-up, as made possible by a device according to the invention. It is therefore necessary to magnetically stabilize the material of the steel tongues before installing them. This is done in a manner known per se, expediently, by heating to 100 to 12011 C. Furthermore, experience has shown that these steel tongues often have a magnetism before they are installed, which, after installation, is disadvantageously superimposed on the magnetism generated by the magnet provided according to the invention there may be an unevenness in volume from tone to tone. It is therefore advisable to demagnetize the tongues before installing them. This is best done in a manner known per se by the action of an appropriately excessive magnetic alternating field which decreases to zero.

Claims

Patent claims: 1. Device for electromagnetic sound pick-up of tongues, records or the like , mechanical oscillators having at least one freely oscillating end, in which the oscillator oscillates in a strongly inhomogeneous field area of a magnet with an induction coil, in particular for electronic musical instruments, characterized that the magnet (4) sits on one leg of a U-shaped guide piece (5) made of soft iron, the leg formed by it extending in the direction of oscillation of the oscillator (1) , that the other leg (51) of the guide piece (5) longer than the leg formed by the magnet (4) and with its upper edge (-52) flush with the free end (11) of the oscillator (1) at a small distance, preferably about 0.3 mm , and that this Leg (51 ) carries the induction coil (6).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the quotient of the stiffness of the oscillator, measured as the spring constant in g / cm, and the mean magnetic field strength, measured in A / cm, is at least equal to 5 at the free end of the oscillator. 3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the leg (51) of the guide piece (5) carrying the induction coil (6) forms an angle of approximately 1001 with the oscillator (1). 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnet (4) (F i g. 3 and 4) consists of a strip of so-called magnetic rubber which is arranged below the oscillator (1) , and that the guide piece (5) is formed by a sheet metal strip with an L-shaped cross section, which is assigned lengthwise to the oscillators (1) . 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the induction coil (6) consists of a single or a few turns thick insulated wire, it being assigned a transformer for matching to the input of the subsequent amplifier. Documents considered: German Patent No. 702 919; German utility model No. 1708 564; USA. Patent Nos. 2,510,094, 2,656,755.