DE1254947B

DE1254947B - Piano key action

Info

Publication number: DE1254947B
Application number: DED46219A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walfried Dost
Original assignee: WALFRIED DOST DIPL ING
Current assignee: WALFRIED DOST DIPL ING
Priority date: 1965-01-11
Filing date: 1965-01-11
Publication date: 1967-11-23

Description

Klaviertastenmechanik Die Erfindung bezieht sich auf eine Klaviertastenmechanik, bei welcher durch Tastenanschlag ein Hammer gegen eine Saite schlägt, kurz vor Erreichen der Saite nicht mehr angetrieben wird und infolge der ihm innewohnenden kinetischen Energie bis zum Saitenanschlag weiterbewegt wird. Die komplizierten Vorgänge, die sich beim Anschlag der Saite durch den Hammer abspielen, sind bis heute noch nicht erkannt, geschweige denn erforscht worden: einmal die partiell intermittierte Kopplung der beiden Schwinger Taste und Hammer, zum anderen der mathematisch kaum erfaßbare elastische Stoß zwischen Hammer und Saite mit seinen Parametern Hammermasse, -geschwindigkeit und -elastizität einerseits, der Saitenfrequenz, -spannung und -masse andererseits und nicht zuletzt die Einwirkung des elastischen Stoßes auf den Rückgang des Hammers nach erfolgtem Anschlag.Piano key mechanism The invention relates to a piano key mechanism, in which a hammer hits a string when a key is pressed, shortly before reaching the string is no longer driven and as a result of the kinetic inherent in it Energy is moved on to the stop of the strings. The complicated operations that play when the string is struck by the hammer, are still not today recognized, let alone researched: on the one hand the partially intermittent coupling the two vibrators, the button and the hammer, and on the other hand the one that can hardly be determined mathematically elastic impact between hammer and string with its parameters hammer mass and speed and elasticity on the one hand, the string frequency, tension and mass on the other and last but not least, the action of the elastic shock on the return of the hammer after the attack has taken place.

Die klassische Klaviertastenmechanik versucht dieser Aufgabe mit einem komplizierten Aufbau und vielen Einzelteilen gerecht zu werden. Dabei sind mit dem Druck auf die Taste erhebliche, konstruktiv bedingte Massen- und Reibungskräfte zu überwinden.Classic piano key mechanics attempt this task with one complex structure and many individual parts. Are with the Pressing the button considerable, construction-related mass and friction forces to overcome.

Der Widerstand, den die Taste dem Spieler entgegensetzt, erklärt sich aus den Kräften, die zur Beschleunigung der beweglichen Massen erforderlich sind, und den Reibungsverlusten in den Gelenken.The resistance that the key offers the player is explained from the forces that are required to accelerate the moving masses, and the friction losses in the joints.

Während die Reibungsverluste nur in vernachlässigbar kleinem Rahmen von der spezifischen Anschlagzahl abhängig sind, wachsen die Massenkräfte linear mit ihr. Einfacher ausgedrückt: Je schneller die Taste angeschlagen wird, d. h. je schneller repetiert wird, desto größer wird der erforderliche Tastendruck. Aus diesen Überlegungen ergibt sich zwangläufig die theoretische und praktische Erkenntnis, daß die Mechanik weniger eine mechanische, als vielmehr eine kinetische, im Fall der Repetition des periodischen Anschlags eine Schwingungsaufgabe zu lösen hat. Eine entscheidende Verbesserung der herkömmlichen Klaviertastenmechanik kann also nur erreicht werden, wenn folgende erfindungsgemäße Aufgabe gelöst wird: 1. Reduzierung der beweglichen Massen der Klaviertastenmechanik auf ein Mindestmaß und 2. Reduzierung der Anzahl von Reibungsgelenken und der Reibung in ihnen.While the frictional losses are negligibly small are dependent on the specific number of strokes, the inertia forces increase linearly with her. In simpler terms, the faster the key is struck, i. H. the faster the repetition, the greater the keystroke required. the end These considerations inevitably result in the theoretical and practical knowledge, that mechanics is less mechanical than kinetic, in the case the repetition of the periodic attack has to solve a vibration problem. A decisive improvement of the conventional piano key action can therefore can only be achieved if the following object according to the invention is achieved: 1. Reduction the moving masses of the piano key mechanism to a minimum and 2nd reduction the number of friction joints and the friction in them.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Taste durch eine an der einen Seite gehäusefeste Feder befestigt und in Ruhestellung gehalten wird und durch Tastenanschlag zwischen zwei gehäusefesten Anschlägen beweglich ist und der Stiel des Hammers als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, dessen freier Arm mittels eines Bandes od. dgl. mit der Taste gekoppelt ist, die, als einarmiger, drehbarer Hebel ausgebildet, mittels eines Stößels mit dem freien Arm der als zweiarmiger Hebel ausgebildeten Taste gekoppelt ist.According to the invention this is achieved in that the key by a is attached to the housing-fixed spring on one side and held in the rest position and is movable by keystroke between two stops fixed to the housing and the handle of the hammer is designed as a two-armed lever whose free arm means a band od. The like. Is coupled to the button, which, as a one-armed, rotatable Lever formed by means of a plunger with the free arm of the two-armed Lever-trained button is coupled.

Mit dieser Ausführung einer Klaviertastenmechanik wird die Anzahl der Einzelteile auf einen Bruchteil gegenüber der herkömmlichen Ausführung vermindert, damit wird gleichzeitig die Größe der zu bewegenden Massen reduziert, die Anzahl der Gelenke wird auf zwei (F i g. 1) bzw. vier (F i g. 2) herabgesetzt. Da außerdem Reibungsverluste und damit zwangläufig verbundene Geräusche nur noch im Hammergelenk auftreten, sinkt der Tastendruck statisch von 65 auf ungefähr 10 g, dynamisch, d. h. im Fall schnellen Anschlages, von mehr als 1000 auf weniger als 100 g. Wird außerdem die Anschlaggeschwindigkeit des Hammers und seine Masse sinnvoll an die individuelle Saitenfrequenz, ihre Masse und Spannung angepaßt, so sind damit weitere erhebliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Klaviertastenmechanik verbunden. In F i g. 1 und 2 sind schematisch zwei nach diesen Gesichtspunkten vereinfachte und verbesserte Ausführungsbeispiele für eine Klaviertastenmechanik dargestellt. Dabei stellt T die Taste dar, die vermittels der Feder, vorzugsweise Blattfeder F1, gegen die Unterlage zwischen den Anschlägen A1 und A2 drehbar gelagert ist. Die Feder F1 ist dabei so stark vorgespannt, daß ein gewünschter Widerstand in der Taste T gegen Niederdrücken herrscht. Oder die einstellbare Feder F3 unterstützt die Taste T bis zum gewünschten Tastendruck. Im Punkt D des Stieles vom Hammer H ist beim ersten Beispiel ein ziehendes Verbindungsstück angelenkt, das längs nicht dehnbar ist, dafür aber leicht zu biegen ist (Band oder Seil aus Stahl, Metall, Textil oder einem Geflecht daraus). Bei C wird dieses Band Bin seiner Länge so eingestellt, daß die Taste T auf A2 aufliegt, wenn sich der Hammer H nur noch kurz vor der Saite S befindet. In F i g. 2 ist der Stößel St in seiner Länge bei C so einstellbar, daß er den Hammer H kurz vor Erreichen der Saite S freigibt. Infolge seiner kinetischen Energie fliegt dieser frei weiter, schlägt die Saite an und wird von ihr elastisch zurückgestoßen, bis er entweder das Band wieder gespannt hat oder wieder auf dem Stößel aufliegt. Um die Spielbarkeit zu erleichtern, spannt der Hammer H die Feder FZ beim Rückgang in seine Ruhelage so weit vor, daß sein Gewicht dadurch aufgehoben wird und bei Beginn eines neuen Anschlages vom Spieler zunächst nur die Kraft zur Beschleunigung des Hammers H aufgebracht werden muß.With this version of a piano key mechanism, the number of individual parts is reduced to a fraction compared to the conventional version, so that at the same time the size of the masses to be moved is reduced, the number of joints is reduced to two (Fig. 1) or four (F i g. 2) reduced. Since friction losses and the associated noises only occur in the hammer joint, the keystroke drops statically from 65 to about 10 g, dynamically, ie in the case of a rapid attack, from more than 1000 to less than 100 g. If, in addition, the stroke speed of the hammer and its mass are sensibly adapted to the individual string frequency, its mass and tension, further significant advantages over conventional piano key mechanisms are associated with it. In Fig. 1 and 2 are shown schematically two exemplary embodiments for a piano key mechanism, which are simplified and improved according to these aspects. T represents the key that is rotatably mounted against the base between the stops A1 and A2 by means of the spring, preferably leaf spring F1. The spring F1 is so strongly biased that there is a desired resistance in the key T against depression. Or the adjustable spring F3 supports the T key until the desired key is pressed. In the first example, a pulling connector is hinged at point D of the handle of hammer H , which cannot be stretched lengthways, but is easy to bend (tape or rope made of steel, metal, textile or a braid made of it). At C the length of this band B is adjusted so that the key T rests on A2 when the hammer H is only just in front of the string S. In Fig. 2, the length of the plunger St can be adjusted at C so that it releases the hammer H shortly before the string S is reached. As a result of its kinetic energy, it flies freely, strikes the string and is elastically pushed back by it until it has either re-tensioned the band or rests on the plunger again. In order to make it easier to play, the hammer H biases the spring FZ when it returns to its rest position so far that its weight is lifted and the player only has to apply the force to accelerate the hammer H at the beginning of a new attack.

Je früher nach erfolgtem Anschlag die Verbindung zwischen Taste T und Hammer H wiederhergestellt ist, desto eher befindet sich das System Taste T-Hammer H wieder in Anschlagbereitschaft. Um das zu erreichen, werden Kennlinie und Wirkungsbereich der Feder F2 so mit dem Hammer abgestimmt, daß dessen Eigenfrequenz bei periodischem Anschlag immer höher ist als die der Taste T.The earlier the connection between key T and hammer H is restored after the hit, the sooner the key T-hammer H system is ready to hit again. In order to achieve this, the characteristic curve and range of action of spring F2 are matched with the hammer so that its natural frequency is always higher than that of the T key when it is hit periodically.

Zur Frage der Relationen zwischen Hammergeschwindigkeit, -gewicht und -elastizität und der Saitenfrequenz bzw. ihrer Masse und Spannung: Dieses recht schwierige Problem wird von der herrkömmlichen Klaviertastenmechanik nur geahnt, indem die Hämmer im Baß etwas schwerer gehalten werden als die im Diskant. Eine einfache Überlegung soll bei der Lösung dieser Aufgabe behilflich sein: Wenn eine Saite mit einem Grundton von 50 Hz schwingt, benötigt sie für die Hälfte einer Schwingung 1/loo Sekunde. Das ist theoretisch die Zeit, die der Hammer längstens an der Saite anliegen darf, wenn er die eben angeschlagene Saite nicht sofort wieder dämpfen soll, wie das bisher in der Mittellage und vor allem im Diskant des Klaviers geschieht. Für den Ton a1 mit 440 Hz beträgt die theoretische Zeit für das Anliegen des Hammers an der Saite 1/88o Sekunde. Diese relativ kurze Zeitspanne wird größer, je schwerer und weicher der Hammer ist, und umgekehrt. Für den Klavierbauer bedeutet dies eine der Möglichkeiten, mit der er das Instrument »einfärben« kann. Je schneller, d. h. je leichter und härter der Hammer ausgebildet ist, desto weniger Grundton, dafür um so mehr Obertonspektrum wird sich ausbilden, und umgekehrt.On the question of the relationships between hammer speed and weight and elasticity and the string frequency or its mass and tension: This right difficult problem is only suspected by the conventional piano key action, by holding the hammers a little heavier in the bass than those in the treble. One simple consideration should help in solving this problem: If a If the string vibrates with a fundamental of 50 Hz, it needs half of a vibration 1 / loo second. In theory, this is the longest time the hammer is on the string may be present if he does not immediately attenuate the string that has just been struck should, as has been done so far in the middle register and especially in the treble of the piano. For tone a1 with 440 Hz, the theoretical time for the hammer to touch is on the string 1 / 88o second. This relatively short period of time becomes larger, the more difficult it is and softer the hammer is, and vice versa. For the piano maker, this means one the possibilities with which he can "colorize" the instrument. The faster, d. H. the lighter and harder the hammer is, the less keynote it is the more overtone spectrum will develop, and vice versa.

Um nun den Hammer H an die verschiedenen Frequenzen der Saiten S besser anpassen zu können, wird erfindungsgemäß folgendermaßen verfahren: Das Gewicht der Hämmer wächst im umgekehrten Verhältnis mit der Frequenz der Saiten, d. h., niedrige Frequenzen werden mit schweren, hohe Frequenzen mit leichten Hämmern erzeugt. Um nun trotzdem über den gesamten Frequenzbereich hinweg einen annähernd konstanten Tastendruck zu erzielen, wird das Übersetzungsverhältnis zwischen Taste T und Hammer H mit der Frequenz gesteigert, auf diese Weise wächst auch die Hammergeschwindigkeit mit der Frequenz, während gleichzeitig das Hammergewicht in der gleichen Richtung abnimmt. Auf diese Weise läßt sich über den gesamten Frequenzbereich des Instrumentes ein gleicher Tastenwiderstand erzeugen. Dabei wird das Übersetzungsverhältnis entweder mit den wirksamen Hebelarmen des Hammerstieles und/oder den wirksamen Hebelarmen der Taste geändert.In order to now adjust the hammer H to the different frequencies of the strings S better to be able to adjust, the procedure according to the invention is as follows: The weight of the Hammers grows in inverse proportion to the frequency of the strings; i.e., low Frequencies are created with heavy, high frequencies with light hammers. Around now an almost constant over the entire frequency range To achieve key press is the gear ratio between key T and hammer H increases with the frequency, in this way the hammer speed also increases with the frequency while at the same time the hammer weight in the same direction decreases. In this way it is possible to use the entire frequency range of the instrument create an equal key resistance. The gear ratio is either with the effective lever arms of the hammer handle and / or the effective lever arms the button changed.

Die hier angestellten Überlegungen lassen sich in jedem Klavier oder Flügel nachprüfen: Die Hämmer im Baß sind zu leicht und zu schnell, die Folge davon ist nur ein schwacher Grundton, dafür aber ein stark ausgeprägtes Obertonbild. In der Mittellage wird das Obertonbild wesentlich schwächer, weil der Hammer relativ zu schwer und zu langsam ist. Verstärkt äußert sich dieser Nachteil im Diskant. Wegen der großen Dämpfung durch den viel zu schweren und trägen Hammer ist das Tonvolumen absolut ungenügend.The considerations made here can be used in any piano or Check the grand piano: the hammers in the bass are too light and too fast, the result is only a weak fundamental tone, but a strongly pronounced overtone image. In In the middle register, the overtone image is much weaker because the hammer is relatively is too heavy and too slow. This disadvantage is more pronounced in the treble. Because of the great damping by the much too heavy and sluggish hammer, the tone volume is absolutely insufficient.

Zur Frage der Reibungsverluste: Die herkömmliche Art, Reibungsgelenke in der Klaviertastenmechanik mit einer Stahl- oder Metallachse zu versehen und die Lagerschale zur Geräuschdämpfung entsprechend auszukleiden, stellt eine aufwendige und trotzdem recht unglückliche Art dar, vor allem weil die Reibungsverluste in einem solchen Lager übermäßig hoch sind. Einfacher, verlustärmer, absolut geräusch-und verschleißlos und dabei wesentlich billiger ist der Ersatz dieser Reibungsgelenke durch federnde Elemente. Gedacht ist hierbei vor allem an Federn, vorzugsweise Blattfedern.On the issue of frictional losses: The traditional way, friction joints in the piano key mechanism with a steel or metal axis and the Lining the bearing shell appropriately for noise dampening is an expensive one and still quite unfortunate, mainly because the frictional losses in such a camp are excessively high. Easier, less lossy, absolutely noiseless The replacement of these friction joints is wear-free and at the same time much cheaper through resilient elements. The main focus here is on springs, preferably leaf springs.

Leider ist es nicht möglich, dem Klavierbauer ein einfaches Rezept an die Hand zu geben, nach dem er z. B. für die Saite a1 mit 440 Hz einen Hammer mit einem bestimmten Gewicht und einer entsprechenden Übersetzung zwischen Taste und Hammer verwenden kann. Dazu sind die Verhältnisse in den einzelnen Instumenten zu verschieden. Eine derart nivellierende Fixierung der einzelnen Relationen würde zudem dem Klavierbauer vielseitige Möglichkeiten nehmen, seinem Instrument einen individuellen Charakter zu verleihen.Unfortunately, it is not possible to give the piano maker a simple recipe to give to the hand, after which he z. B. for the string a1 with 440 Hz a hammer with a certain weight and a corresponding translation between key and hammer can use. In addition, there are the conditions in the individual instruments too different. Such a leveling fixation of the individual relations would also deprive the piano maker of a wide range of opportunities to unite his instrument to give individual character.

Claims

Claims: 1. Piano key mechanism, in which by keystroke a hammer hits a string, no longer driven shortly before reaching the string and as a result of its inherent kinetic energy up to the string stop is moved further, so that the key (T) by a spring fixed to the housing on one side, preferably a leaf spring (F1), attached and held at rest and by keystroke between two housing-fixed stops (A1, AJ about a point (O) can be moved and the stem of the hammer (H) is designed as a two-armed lever, the free arm (D-M) by means of a bath (B) or the like. Coupled with the key (T), which acts as a one-armed lever is formed (F i g. 1), or the handle of the hammer (H) as a one-armed, around the Point (M) rotatable lever by means of the plunger (St) with the free arm (0-C) of the button, which can be rotated around a point (O) and is designed as a two-armed lever (T) is coupled (Fig. 2).

2. piano key mechanism according to claim 1, characterized characterized in that the mass of the hammers (H) decreases with increasing string frequency and the hammer speed increases as the string frequency increases.

3. piano key mechanism according to claim 2, characterized in that the hammer speed with the help of the effective distance (MD) of the band (B) or plunger (St) from the pivot point (M) of the hammer (H) and / or the key (T) the effective distance (0-C) increases with the string frequency.