DE3105128A1

DE3105128A1 - Tonabnehmer fuer saiteninstrumente

Info

Publication number: DE3105128A1
Application number: DE3105128A
Authority: DE
Inventors: Lester M. 92649 Huntington Beach Calif. Barcus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1981-02-12
Publication date: 1981-12-24
Also published as: JPS56135894A; GB2070313A; FR2476887A1; IT1145456B; IT8147825A0

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Tonabnehmer für Saiteninstrumente nach dem Oberbegriff' des Patentanspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Tonabnehmer/ bei denen piezoelektrische Wandler verwendet werden, die von den Instrumentensaiten · direkt mit Druck beaufschlagt werden.

Elektromechanische Tonabnehmer werden in hohem Umfang in Verbindung mit Saiten-Musikinstrumenten und insbesondere in Verbindung sowohl mit akustischen und Vollkörper-Gitarren verviendet. Viele der bekannten Tonabnehmer sprechen direkt auf die • Saiten des Instrumentes an, um einen möglichst naturgetreuen Klang der Saiten zu reproduzieren- Als bekannte Tonabnehmer werden magnetische Tonabnehmer mit gewickelten Spulen, welche hauptsächlich bei Vollkörper- bzw. elektrischen Gitarren eingesetzt werden und auch piezoelektrische Kristall-Tonabnehmer verwendet, die üblicherweise mehrere separate Kristalle aufweisen, die unterhalb jeder Saite in der Nähe der Brücke bzw. des Stegs des Instrumentes zusammengedrückt werden.

Ein Nachteil all dieser bekannten Tonabnehmer, die direkt mit den Saiten des Instrumentes in Verbindung stehen, liegt darin, daß sie nicht vollständig auf Schwingungsbewegungen der Saiten in allen Richtungen, d.h. auf Saitenbewegungen in einem 360°- Winkelbereich ansprechen. Die üblichen magnetischen Tonabnehmer mit gewickelten Spulen sprechen hauptsächlich nur auf vertikale Saitenbewegungen an und demnach nicht auf den anfänglichen Anschlag, der sowohl bei Piektrum-als auch akustischen Gitarren horizontal, d.h. parallel zur Instrumentenoberfläche ist. In ähnlicher Weise sprechen die meisten piezoelektrischen Kristall-Tonabnehmer im wesentlichen nur auf vertikale Saitenbewegungen an und demnach praktisch auch kaum auf den anfänglichen Anschlag. Diese mangelnde Ansprache von konventionellen magnetischen oder piezoelektrischen Tonabnehmern auf horizontale bzw. seitliche

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Saitenbewegungen resultiert in einer unvollständigen elektrischen Reproduktion der Toninformation, die von den Saiten geliefert wird , und damit auch in mangelnder Klangtreue. Im Fall von piezoelektrischen Tonabnehmern führt dies auch zu einer in der Regel niedrigen Amplitude, so daß in der Regel Vorverstärker vor dem üblichen Verstärkersystem verwendet werden müssen.

' Ein weiteres Problem aufgrund der lediglich vertikalen Anspräche von konventionellen piezoelektrischen Kristall-Tonabnehmern liegt darin, daß die Tonabnehmer ebenfalls Schwingungs- ff und Drucksignale in dem Helmholtz-Resonanzkörper eines akusti- , sehen Instrumentes aufnehmen. Dementsprechend sind die Tonabnehmer hochempfindlich für verschiedene Arten von sogenannten Mikrofonstörungen bzw. Körperschallgeräuschen, einschließlich akustischen Rückkopplungen, Querkopplungen von anderen Instrumenten oder Stimmen von anderen Mitspielern, Finger- und Saiten- , geräuschen sowie unterschiedlichen Schlägen gegen das Instrument.^

Magnetische Tonabnehmer mit gewickelten Spulen haben ferner den Nachteil, daß sie hochempfindlich für eingestreute elektrische *-■_ Signale sind, so z.B. das Brummen der Bühnenbeleuchtung und anderen elektrischen Einrichtungen. Auch bei vielen piezoelektrischen Kristall-Tonabnehmern tritt ein ähnliches Problem auf. Für magnetische Tonabnehmer mit gewickelten Spulen sind ferner Spezialsaiten aus magnetischem Material erforderlich, die in der Regel eine schlechtere Klangqualität als konventionelle Saiten aufweisen.

Beispiele für typische bekannte piezoelektrische Kristall-Tonabnehmer, die jeweils einen eigenen Kristall für jede Saite verwenden, sind in den US-Patentschriften 3 080 785, 3 154 701, 3 396 284 und 3 530 228 beschrieben. Die Kristalle bei den Tonabnehmerngemäß diesen Patenten sprechen im wesentlichen auf vertikale Saitenbewegungen an, während horizontale Saitenbe-

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wegungen eine Rollwirkung ausüben, bei der eine Seite jedes Kristalles nach oben ausweicht und die andere Seite nach unten ausweicht, so daß die Information aufgrund der horizontalen Saitenbewegung ausgelöscht wird.
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Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, die genannten Mikrofonstörungen oder Körperschall-Störgeräusche zu minimieren '- oder gänzlich zu vermeiden. So werden z.B. gemäß der US-PS " 3 712 951 die einzelnen piezoelektrischen Kristalle von dem ''1O ■ Instrumentenkörper durch schwingungsschluckende Unterstützungen „ isoliert; gemäß der US-PS 3 073 203 wird die Masse jedes piezo-

■ elektrischen Wandlers möglichst klein gehalten. Gemäß der

- US-PS 3 137 754 sollen Mikrofonstörungen dadurch eliminiert

■ werden, daß jeweils die Hälfte der einzelnen Saiten zugeordneten Kristalle entgegengesetzt polarisiert sind; diese Anordnung

"spricht allerdings imiesentlichen nur auf vertikale Saitenbe- ; wegungen an und generell nicht auf horizontale Saitenbewegungen. ,-.'' . Gemäß der US-PS 3 453 920 sollen Mikrofonstörungen dadurch vermieden werden, daß jede Saite oberhalb zwei entgegengesetzt polarisierten piezoelektrischen Wandlern mittig angeordnet ist,

jedoch spricht diese Anordnung der piezoelektrischen Wandler _vi überhaupt nicht auf vertikale Saitenbewegungen -an und ist nur auf horizontale Saitenbewegungen empfindlich.

Bisher sind noch keine magnetischen oder piezoelektrischen Ton-. abnehmer, deren Wandler direkt mit den Saiten eines Instrumentes , verbunden sind, bekannt, die sowohl auf vertikale als auch horizontale Saitenbewegungen gut ansprechen und demnach ■ *auf Saitenbewegungen im gesamten 360°-Winkelbereich empfindlich •,30 sind und die gleichzeitig praktisch vollständig unempfindlich

■; für akustische Rückkopplungen, Körper-Störgeräusche, Quer- - I kupplungen und andere Arten von Mikrofonstörungen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tonabnehmersystem für Saiteninstrumente anzugeben, das hochempfindlich auf

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Saitenbewegungen im gesamten 360°-Winkelbereich ist. Außerdem soll der Tonabnehmer praktisch vollständig unempfindlich gegenüber unterschiedlichsten Arten von Mikrofonstörungen sein, einschließlich akustischen Rückkopplungen, Störgeräuschen des 5 Instrumentenkörpers, Querkopplungen und dergleichen. Außerdem

soll das Tonabnehmersystem für Saiteninstrumente praktisch vollständig unempfindlich gegenüber von außen eingestrahlten elek- ; , '·. - trischen Signalen sein, welche üblicherweise ein Brummproblem bei früheren Tonabnehmern entstehen lassen.

j Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung ist demnach eine Anordnung vorzugsweise in I 15 Modulform aus einer Reihe von in Abständen voneinander angeordneten piezoelektrischen Kristalle vorgesehen, die quer zu ι den Instrumentensaiten unter diesen entweder in Verbindung mit '' "der Brücke bzw. -dem Steg eines akustischen Instrumentes oder \ ■ den einstellbaren Stegleisten eines Vollkörper-Instrumentes

20 angeordnet sind. Die Polarisierung der Kristalle ist so, daß '! eine Hälfte der wirksamen Gesamtfläche aller Kristalle vertikal

in einer Richtung polarisiert ist, während die andere Hälfte ι . vertikal in der entgegengesetzten Richtung polarisiert ist, so : daß praktisch alle Mikrofonstörungen ausgelöscht v/erden. Jede

• 25 Saite· ist oberhalb eines Kristalles einer Polarität angeordnet I und beaufschlagt diesen mit Druck, ist jedoch relativ weit

\ . seitlich versetzt gegenüber dem nächst benachbarten Kristall I entgegengesetzter Polarität, so daß positive und negative \ . »vertikale Druckinkremente von dem direkt von der entsprechen-I .30 den Saite mit Druck beaufschlagten Kristall erfaßt werden, I während nur ein geringes entgegengerichtetes Ausgangssignal

in dem seitlich versetzten nächst benachbarten Kristall entgegengesetzter Polarität erscheint. Zumindest ein Teil des Kristalles, der direkt von der jeweiligen Saite mit Druck be-35 aufschlagt wird, ist ebenfalls von dieser Saite seitlich ver-

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setzt, so daß er auch auf Roll- bzw, Walzwirkungen r die bei horizontalen Saitenbewegungen auftreten, anspricht. Dieser Roll- bzw. Walzeffekt kann gemäß der Erfindung auch auf den nächst benachbarten Kristall entgegengesetzter Polarität wirken, wobei dann die elektrischen Ausgangssignale der beiden Kristalle sich additiv überlagern.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der ^,Tonabnehmer'mit den piezoelektrischen Kristallen in Modulform '' ausgebildet, die vollständig gegenüber von außen eingestreuten '. elektrischen Signalen abgeschirmt ist; diese Modulform kann auch in einfacher Weise mit den üblicherweise verwendeten Stegen bei akustischen Gitarren oder den üblichen einstellbaren - ' Stegleisten bei VÖllkörper-Saiteninstrumenten verwendet werden.

\Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand -. ,der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

■* Figur 1 einen senkrechten Teil schnitt, in dem ein Tonabnehmermodul gemäß der Erfindung in Verbindung mit

Steghalter und Steg einer herkömmlichen akustischen Gitarre dargestellt ist, wobei der Schnitt senkrecht zur Längsachse des Instrumentes und in der Längsachse von Steg und Tonabnehmer verläuft;

Figur 2. einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1

in vergrößertem Maßstab;

Figur 3 eine Aufsicht auf die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Anordnung;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Tonabnehmermoduls;

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Figuren

5, 6 und 7 Diagrammerstellungen zur Erläuterung der

Funktionsweise des in den Figuren 1 , 2 und 4 dargestellten Tonabnehmermoduls;

l\ Figur 8 eine schematische Ansicht eines anderen Aus

führungsbeispiels eines Tonabnehmers, der in

; Verbindung mit einstellbaren Stegleisten einer

,, Vollkörper-Gitarre mit sechs Saiten verwendet

10 ist;

Figur 9 eine schematische Ansicht ähnlich der in Figur 8, in der ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Tonabnehmers in Verbindung mit einer Vollkörper-Gitarre mit vier Saiten dargestellt ist.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Tonabnehmers ?emä.& der Erfindung in Verbindung mit einer sechsseitigen akustischen Gitarre dargestellt. Die akustische Gitarre hat eine obere Klangdecke 10, die im allgemeinen flach ist und den oberen. Abschluß des Helmholtz-Resonanzkörpers der Gitarre bildet. Auf der Oberfläche der Decke 10 ist eine herkömmliche Brücke 12 befestigt, die z.B. aus Holz ist? die als Steghalter dienende Brücke weist eine nach unten offene Ausnehmung 14 auf, die in der Brücke ausgefräst ist, falls letztere aus Holz ist. Die Ausnehmung 14 verläuft quer durch die Brücke 12 und hat einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt. In die Ausnehmung 14 des Steghalters 12 ist ein längliches Tonabnehmermodul 16 eingesetzt. Dieses Tonabnehmermodul 16 weist ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei dessen Bodenfläche auf der Decke 10 der Gitarre aufliegt und deren Oberfläche knapp unterhalb des oberen Endes der Ausnehmung 14 endet, so daß diese Oberfläche nur solchen Kompressionskräften ausgesetzt ist, die dem Tonabnehmermodul über den Steg 20 zugeführt werden.

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Von der Ausnehmung 14 geht ein durch die verbleibende obere

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Hälfte der Brücke 12 verlaufender Schlitz 18 aus, in dem ein üblicher Steg 20 aus Elfenbein oder Plastik eingesetzt und gehalten ist. Der Schlitz 18 verläuft parallel zu der Ausnehmung 14 und erstreckt sich vertikal nach oben von dem Mittelpunkt des Schnittes durch die Ausnehmung 14 gemäß Figur 2, wobei die Länge des Schlitzes 18 ein wenig geringer als die der Ausnehmung 14 ist. Der Steg 20 ist lose in den Schlitz 18 eingesetzt und liegt mit seiner gesamten unteren Kante auf der Oberfläche des Tonabnehmermoduls 16 auf. Durch den lose eingesetzten Steg 20 in dem Schlitz 18 können Druckinformationen aufgrund von Schwingungen der Instrumentensaiten über den Steg 20 auf das Tonabnehmermodul 16 ohne Reibungsstörungen von der Brücke übertragen werden.

Über die Oberkante des Stegs 20 sind in etwa gleichen Abständen sechs Saiten 22a bis 22f gespannt und an entsprechenden Haltestiften 24 verankert. Die von allen Saiten 22a bis 22f nach unten über den Steg 20 auf das Tonabnehmermodul 16 wirkenden Kräfte halten das Tonabnehmermodul 16 unter einer mechanischen Vorspannung, die etwa einem Gewicht in der Größenordnung von 18 Kilogramm (40 pounds) entspricht.

Das Tonabnehmermodul 16 umfaßt einen länglichen Körper 26 mit U-förmigem Querschnitt aus leitendem Material, wie Messing; der Körper dient einmal als Auflage- und Haltekörper für die piezoelektrischen Kristalle in dem Tonabnehmermodul 16 und zum anderen als Masseleiter und elektrische Abschirmung. In dem Kanal des ü-förmigen Körpers 26 sind entlang des flachen Kanalbodens in Abständen voneinander vier flache, längliche piezoelektrische Kristalle 28a, 30a, 28b und 3Od angeordnet, die alle an ihrer Ober- und Unterfläche jeweils eine Elektrode tragen und auf Druckänderungen in Dickenscherungsschwingungen ansprechen. Die beiden äußeren Endkristalle 28a und 30b weisen jeweils die gleiche Größe auf. Die beiden zur Mitte hin gelegenen Kristalle 30a und 28b weisen ebenfalls untereinander

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die gleiche Größe auf, sind jedoch zweimal so groß wie jeder der Kristalle 28a und 30b. Wie aus Figur 2 hervorgeht, haben alle Kristalle die gleiche :Dicke in senkrechter Richtung und auch die gleiche Tiefe quer zur Ausdehnung des Ü-Stückes 26.

,Wie aus Figur 1 hervorgeht, wird die unterschiedliche Flächengröße der Kristalle dadurch erzielt, daß sie entsprechend unterschiedliche Längen längs des Ü-Stückes 26 aufweisen, so daß die Kristalle 28a und 30b jeweils halb so lang wie die Kristalle 30a bzw. 28b sind.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die vertikale Anordnung einzelner Saiten und Saitenpaare in bezug zu den jeweiligen Kristallen. Und zwar ist jede der äußeren Endsaiten 22a und 22f direkt über einem entsprechenden äußeren Kristall 28a und 30b gelagert, wohingegen jede der äußeren Saiten 22a und 22f relativ weit zur Seite versetzt ist von dem nächsten benachbarten Kristall 3Ca bzw. 28b. In ähnlicher Welse ist jede Saite des mittleren Saitenpaares 22b und 22c direkt oberhalb dem Kristall 30a gelagert, wohingegen die Saiten 22b und 22c relativ seitlieh versetzt sind in bezug zu den jeweils nächst benachbarten Kristallen 28a und 28b. In der gleichen Weise ist jede der mittleren Saiten 22d und 22e direkt oberhalb des Kristalls 28b gelagert, wohingegen die Saiten 22d und 22e relativ weit seitlich versetzt sind von den entsprechend nächstliegenden Kristallen 30a bzw. 30b.

Diese Anordnung von Kristallen unterschiedlicher Größe und die spezifischen vertikalen Lagen der Saiten relativ zu den entsprechenden Kristallen ist mit einer Umkehrung der Polarität jeweils aufeinanderfolgender Kristalle so kombiniert, daß hierdurch der Tonabnehmer sehr empfindlich auf Bewegungen aller Saiten in allen Richtungen anspricht, einschließlich horizontaler und vertikaler Bewegungskomponenten, während gleichzeitig praktisch vollständig Störungen, wie Körpergeräusche des Instrumentes, akustische Rückkopplungen bzw. Querkopplungen von

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anderen Instrumenten oder dergleichen unterdrückt werden, welche insgesamt auf die Kristalle über die Decke 10 des Instrumentes kummulativ übertragen werden:

5 Jeder der Kristalle 28a und 28b und 30a und 30b hat eine

definierte Polarität, so daß bei Auftreten eines positiven Kompressionsinkrementes in der Dickenscherungsschwingung ci^a : Spannungsdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Elektroden f ' in einer Richtung erzeugt wird, während bei einem negativen I 10 Kompressionselement in der Dickenscherungsschwingung eine =. I entgegengesetzt gerichtete Spannungsdifferenz zwischen den |j» \ Elektroden erzeugt wird. Auf diese Weise wird bei einem

ί positiven Druckanstieg eine Elektrode jedes Kristalls.in den

f positiven und die andere Elektrode in den negativen Spannungs-

i 15 bereich gehen, während bei einem negativen Kompressionsin-

\ krement die eine Elektrode in den negativen und die andere

|, Elektrode in den positiven Spannungsbereich gehen wird. In

I Figur 1 und in dem schematischen Schaubild gemäß Figur 5 sind

I C⁺)- und (·-) -Zeichen nahe den gegenüberliegenden; Elektroden eines

I 20 jeden Kristalles eingesetzt, um die Polaritäten der Kristalle i entsprechend positiven Kompressionselementen anzuzeigen. Da

i! die Polaritäten der aufeinanderfolgenden Kristalle 28a, 30a,

I 28b und 30b sukzessive wechseln, haben die Kristalle 28a und

|; 28b eine gemeinsame Polarität in vertikaler Richtung, während die

I 25 Kristalle 30a und 30b in vertikaler Richtung die entgegenge-

_: setzte Polarität aufweisen. Die Art, wie dies dazu dient,

t daß der Tonabnehmer hochempfindlich auf alle Bewegungsrich-

I tungen*der Saiten, d.h. im WinkelKaum von 360° , anspricht,

ϊ während gleichzeitig praktisch vollständig alle auf die

t 30 Kristalle über die Instrumentendecke 10 kumulativ, wirkenden

J Störkräfte unterdrückt werden, soll im folgenden im Detail in

Verbindung mit den Figuren 5, 6 und 7 beschrieben werden:

Zunächst sollen die elektrischen Verbindungen der piezoelek-V35 trischen Kristallelektroden beschrieben werden. Auf dem. nach

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oben weisenden flachen Boden des Kanals in dem U-Stück 26 ist ein flacher Streifen 32 aus Isoliermaterial aufgelegt. Ein spannungsführender Leiter 34, z.B. eine Metallfolie aus Kupfer, ist auf der Oberseite des Isolierstreifens 32 nahezu über die gesamte Länge des Kanals in dem U-Stück 26 aufgebracht. Die Elektroden auf der Unterseite aller Kristalle 28a, 28b, 30a und 30b stehen über ihre gesamte Fläche in elektrischem Kontakt mit dem spannungsführenden Leiter 34. Ein Masseleiter 36, vor-' zugsweise ein Blechstreifen aus z.B. Messing, bedeckt annähernd vollständig die obere Öffnung des U-Stückes 26 zur Abschirmung und steht in vollem elektrischen Flächenkontakt mit den Elektroden auf der Oberseite aller Kristalle 28a, 28b,^ 30a und 30b. Der streifenförmige Masseleiter 36 ist elektrisch mit dem U-Stück 26 verbunden, so daß die Teile 26 und 36 eine geerdete Abschirmung bilden, die die Kristalle vollständig umgibt und somit die Kristalle wirksam von allen äußeren elektrischen Signalen, so z.B. dem 50- bzw. 60-Hz-Brummen von Beieuchtungs- oder anderen Einrichtungen abschirmt. Wie aus ₄. Figur 1 ersichtlich, ist ein an Masse liegendes Rohr 38 in einer Bohrung durch-den Boden des U-Stückes 26 eingesetzt; der äußere Leiter eines Koaxialkabels 40 ist elektrisch mit diesem an Masse liegenden Rohr 38 verbunden und damit auch mit^ dem U-Stück 26 und dem streifenförmigen Masseleiter 36„ Der Innenleiter des Koaxialkabels 40 ist z.B. durch Schweißen mit ^?dem spannungsführenden Leiterstreifen 34 verbunden, wodurch der elektrische Kreis für die Kristalle geschlossen wird. Das geerdete Rohr 38 und das Koaxialkabel 40 sind durch eine Öffnung 42 in der oberen Instruroentendecke 10 hindurchgeführt; das Koaxialkabel 40 ist dann zu einem geeigneten Verbindungsstück geführt, z.B. einem Abschlußadapter, entsprechend der US-PS 3 935 782 für die Verbindung zu einem Verstärker. Es soll bemerkt werden, daß die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis des Tonabnehmers 16 gemäß der vorliegenden Erfindung so hoch sind, daß ein Vorverstärker, normalerweise nicht erforderlich ist.

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Anhand der Figuren 5, 6 und 7 ist die Funktionsweise des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Tonabnehmers schematisch erläuteret. Die (+)-und (~)-Zeichen an den Elektroden der Kristalle in Figur 5 zeigen die Polaritäten der Spannungen an, die bei positiven Kompressionsinkrementen erzeugt werden. Da die Bodenelektroden aller vier Kristalle elektrisch mit dem spannungsführenden Leiter 34 verbunden sind , erzeugen die Kristalle 28a ,. - und 28b bei positiven Kompressionsinkrementen negative Spanl"'-;'nungen zu dem Leiter 34, während die Kristalle 30a und 30b .' positive Spannungen zu dem Leiter 34 erzeugen. Dementsprechend ^T ''''geben bei negativen Kompressionsinkrementen die Kristalle 28a ''und 28b positive Spannungen an den spannungsführenden Leiter \, ab, während die Kristalle 30a und 30b negative Spannungen an

■ den spannungsführenden Leiter 34 abgeben. Da die gemeinsame wirksame Fläche der beiden Kristalle 28a und 28b gleich der

-- wirksamen Fläche der beiden Kristalle 30a und 30b ist, so

■ hebt die Ausgangsspannung der Kristalle 28a und 28b die Ausgangsspannung der Kristalle 30a und 30b bei allen positiven oder negativen Kompressionsinkrementen auf, die gleichzeitig

.20 ,-auf alle vier Kristalle wirken, wie dies schematisch durch die ' "aufwärts gerichteten, von einer Klammer umfaßten Pfeile in ..,Figur 5 angezeigt ist. Sogenannte Mikrofonstörungen, wie die erwähnten Körpergeräusche des Instrumentes, akustische Rückkopplungen, Querkopplungen von anderen Instrumenten und dergleichen, erzeugen derartige positive und negative Druckinkremente, die im allgemeinen gleichmäßig auf alle Kristalle wirken. Diese Störungen werden praktisch vollständig durch das Tonabnehmermodul 16 ausgeschaltet.

Trotzdem ist das Tonabnehmermodul 16 hochempfindlich auf positive und negative Druckinkremente, die sowohl bei vertikalen als auch horizontalen Bewegungskomponenten aller sechs Saiten 22a bis 22f erzeugt werden, wobei das Tonabnehmermodul 16 hochempfindlich auf alle Bewegungen im 360°-Winkelbereich aller Saiten 22a bis 22f ist. Figur 5 zeigt, wie die Errpfindlich-

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keit für vertikale Bewegungskomponenten der Saiten auftritt, wobei diese Bewegungskomponenten schematisch durch vertikal gerichtete durchgezeichnete Pfeile für jede Saite dargestellt sind. Da jede der Saiten 22a bis 22f direkt oberhalb einem Teil eines entsprechenden Kristalles angeordnet ist, erzeugen vertikale Bewegungskomponenten einer jeden Saite entsprechende vertikal gerichtete Druckinkremente direkt in dem entsprechenden Kristall, wodurch ein korrespondierendes elektrisches Signal -erzeugt wird. Auf diese Weise erzeugen vertikale Bewegungskom- .-', ponenten der Saite 22a ein direktes elektrisches Ausgangs signal - >, in dem Kristall 28a; jede der Saiten 22b und 22c erzeugt di- ?'. rekte elektrische Ausgangssignale in dem Kristall 30a; jede Ί der Saiten 22d und 22e erzeugen solche direkten elektrischen Ausgangssignale in dem Kristall 28b, während die Saite 22f ein direktes elektrisches Ausgangssignal im Kristall 30b erzeugt.

Jedoch ist jede der Saiten 22a bis 22f lediglich benachbart zu einem einzelnen Kristall angeordnet und seitlich relativ weit

-20 entfernt von dem nächsten benachbarten Kristall, der entgegengesetzte Polarität aufweist. Dies resultiert in von jeder Saite ausgehenden vertikalen Druckinkrementen auf den nächst benachbar- '"' ten, entgegengesetzt polarisierten Kristall, die in einem schiefen Winkel auf diesen einwirken, wie dies durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Hierdurch wird jedoch nur ' ein geringer Anteil des Signales ausgelöscht.

In den Figuren 6 und 7 ist die Art erläutert, in der das Tonabnehmermodul 16 auf horizontale oder seitliche Bewegungen der . Saiten empfindlich ist. Hier ist lediglich die Saite 22b hinsichtlich ihrer seitlichen Anordnung in bezug zu den Kristaller 28a und 30a gezeigt; die anderen Saiten sind hinsichtlich ihrer seitlichen Anordnung in bezug zu einem Kristallpaar ähnlich. Seitliche Bewegungen der Saite erzexagen einen rollenden Druck- und Spannungseffekt auf beide benachbarten Kristalle, was ein

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additives elektrisches Ausgangssignal bewirkt. Damit dieser Roll- bzw. Walzeffekt in dem jeweiligen Kristall, oberhalb dem die Saite gelagert ist, eine Funktion auslöst, ist die Saite nahe einer Kante des entsprechenden Kristalles angeordnet, so daß sich der Kristall im wesentlichen seitlich von der Saite erstreckt. Aus Figur 5 geht hervor, daß jede Saite nahe einer Kante des entsprechenden direkt darunterliegenden Kristalls - angeordnet ist.

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/10 Wie aus Figur 6 hervorgeht, erzeugt eine Bewegung der Saite 22b "-

nach 'inks ein. positives Druckinkrement in dem Kristall 28a, ' der links von der Saite 22b gelegen ist, während gleichzeitig ein negatives Druckinkrement, d.h. eine Spannung in dem Teil '■; • des Kristalles 30a erzeugt wird, der rechts von der Saite 22b '. liegt. Da der Kristall 30a entgegengesetzt zu dem Kristall 28a polarisiert ist, erzeugt dieses negative Druckinkrement in dem Kristall 30a ein elektrisches Ausgangssignal, das zu demjenigen des Kristalles 22a hinzuaddiert wird, wie dieses durch die(+)-und r(-)-Zeichaian diesen Kristall angezeigt ist. Im Gegensatz hierzu erzeugt, wie aus Figur 7 ersichtlich, eine Bewegung der Saite 22b,: ,. nach rechts ein positives Druckinkrement in dem Kristall 30a und ein negatives Kompressionsinkrement, d.h. eine Spannung in : ■: dem Kristall 28a, wobei sich auch dann die elektrischen Ausgangssignale addieren, wie dieses durch die (+)-und (-)-Zeichen angedeutet ist, wobei dann die elektrischen Ausgangssignale entgegengesetzt denjenigen entsprechend Figur 6 sind.

In Figur 5 ist demnach schematisch dargestellt, wie vertikale , Saitenbewegungen von dem Tonabnehmer aufgenommen werden, während Mikrofonstörungen trotzdem ausgelöscht werden; in den Figuren 6 und 7 ist schematisch erläutert, wie horizontale Saitenbewegungen aufgenommen werden. Tatsächlich sind derartige verti~ kale und horizontale Saitenbewegungen jeweils vertikale bzw. horizontale Komponenten von Saitenbewegungen in unterschied-• 35 liehen Richtungen, so daß das Tonabnehmermodul auf alle Bewegungsrichtungen der Saiten empfindlich ist, d.h. auf alle Be-

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wegungen in einem 360°-Winkelbereich.

In den Figuren 8 und 9 sind schematisch Ausführungsbeispiele
eines Tonabnehmersystems in Verbindung mit nicht akustischen, :

d.h. Vollkörper-Saiteninstrumenten nach Art elektrischer '; Gitarren, dargestellt, die üblicherweise Magnetspulen-Tonab- τ nehmer verwenden. Figur 8 zeigt einen Tonabnehmer in Verbindung mit einem 6-Saiteninstrument dieser Art, während Figur 9 einen Tonabnehmer in Verbindung mit einem derartigen 4-Saiteninstrument zeigt.

In Figur 8 weist das mit dem Bezugszeichen 16a versehene Tonabnehmersystem die gleiche Anordnung der piezoelektrischen Kristalle auf wie das Tonabnehmermodul 16. Dementsprechend hat der Tonabnehmer 16a äußere Endkristalle 28a und 30b halber Größe und dazwischen liegende Kristalle 30a und 28b voller Größe. Die
Kristalle 28a und 28b haben eine gemeinsame Polarität, während die Kristalle 30a und 30b entgegengesetzte Polarität aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist der Steg ersetzt durch drei einstellbare Stegleisten 44, 46 und 48, über die die Saiten gespannt sind. Die einstellbare Stegleiste 44 trägt die beiden
Saiten 50a und 50b, die einstellbare Stegleiste 46 die beiden
Saiten 50c und 5Od und die Stegleiste 48 die beiden Saiten SOd und 5Of. Jede der einstellbaren Stegleisten weist zwei in Ab-

stand voneinander angeordnete und nach abwärts gerichtete Einstellfüße 52 auf, die z.B. als Schrauben ausgebildet sind.

Ein Vergleich zwischen den Figuren 8 und 5 zeigt, daß die Saiten 50a bis 5Of relativ zu den entsprechenden Kristallen in der gleichen Weise angeordnet sind, wie die Saiten 22a bis 22f. Die Ein stellfüße 52 der einstellbaren Stegleiste 44 liegen auf den entsprechenden Kristallen 28a und 30a auf; die Einstellfüße 52 der einstellbaren Stegleiste 46 ruhen auf den entsprechenden Kristallen 30a und 30b, während die Einstellfüße 52 der Stegleiste 48 auf den Kristallen 28b bzw. 30b ruhen. Aufgrund dieser An-

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ordnung werden aufgrund vertikaler und horizontaler Bewegungen der Saiten 50a bis 5Of die gleichen Druck- und Spannungsinkremente auf die Kristalle ausgeübt, wie dieses oben in Verbindung mit den Figuren 5, 6 und 7 für die Bewegungen der Saiten 22a bis 22f im Detail beschrieben worden ist.

Bei einem Vollkörper-Instrument mit vier Saiten gemäß Figur 9 j werden vier einstellbare Stegleisten 54, 56, 58 und 60 verwendet, die jeweils zwei Einstellfüße 52 aufweisen. Jede der vier Saiten 62a bis 62d ist mittig über eine entsprechende einstellbare Stegleiste 54, 56, 58 bzw. 60 gespannt. Der mit 16b bezeichnete Tonabnehmer dieser Ausführungsform weist lediglich drei piezoelektrische Kristalle auf, und zwar zwei äußere Endkristalle 64 und 66 mit halber Größe, die in einer Richtung polarisiert sind und einen mittleren Kristall 68 mit voller Größe, der in entgegengesetzter Richtung polarisiert ist. Da die Kristallflächen entgegengesetzter Polarität jeweils gleich sind, werden die in der Regel vertikal orientierten Mikrofonstörungen praktisch vollständig beseitigt.

^:-

In dem Tonabnehmersystem 16b ist zwischen jedem der äußeren End- · kristalle 64 und 66 und dem mittleren Kristall 68 ein Stützkörper 70 vorgesehen. Dadurch, daß jede Saite in der Mitte der zugeordneten einstellbaren Stegleiste gehalten wird und der Einstellfuß 52 an einem Ende jeder Stegleiste auf einem Kristall ruht, während der Einstellfuß am anderen Ende jeder Stegleiste lediglich auf einem der Stützkörper 70 und nicht auf einem Kri- \

stall ruht, wird offensichtlich, daß sowohl vertikale und horizontale Bewegungen der Saiten 62a bis 62d sich in Druck- bzw. Spannungsinkrementen bei einem der Kristalle 64, 68 und 66 aus- J wirken,, so daß von den Kristallen Bewegungen aller Saiten 62a bis 62d in einem 360°-Winkelbereich aufgenommen werden. Auf diese Weise erzeugen vertikale Bewegungen der Saite 62a vertikale Druck- und Spannungsinkremente über den links gelegenen Einstellfuß 52 der einstellbaren Stegleiste 54 auf den Kristall

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vertikale Bewegungen der Saite 62b vertikale Druck- und Spannungsinkremente über den rechts gelegenen Einstellfuß der einstellbaren Stegleiste 56 auf den Kristall 68, vertikale Be- | wegungen der Saite 62c vertikale Druck- und Spannungsinkremente über den links gelegenen Einstellfuß 52 der einstellbaren Stegleiste 58 auf den Kristall 68 und vertikale Bewegungen der Saite 62d. vertikale Druck- und Spannungsinkremente über den rechts gelegenen Einstellfuß 52 der einstellbaren Stegleiste 60 auf den Kristall 66. Horizontale Bewegungen der Saiten 62a, 62b, 62c und 62d haben die erwähnten Roll™ bzw. Walzeffekte auf die entsprechenden einstellbaren Stegleisten 54, 56, 58 bzw. 60, wodurch korrespondierende Druck- und Spannungswirkungen für die Saite 62a im Kristall 64, für die Saite 62b im Kristall 68, für die Saite 62c im Kristall 68 und für die Saite 62d im Kristall 66 erzeugt werden. Die bisher verwendete Bezeichnung "Spannungsinkremente" , die auf die Kristalle wirken, sind lediglich zur Erläuterung verwendet worden; aufgrund der relativ hohen Vorspannung der Kristalle aufgrund der Saitenspannung wäre der Ausdruck "negative Druckinkremente" technisch exakter.

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Claims

"PATENTANWÄLTE

DR. KADOR &DR. KLUNKER

31Q5128

Lester M. Barcus

16226 Wayfarer Lane

Huntington Beach, California 92649

U. S. A.

Tonabnehmer für Saiteninstrumente

Patentansprüche

Tonabnehmer für Saiteninstrumente mit einem piezoelektrischen Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonabnehmer (16, 16a,. 16b) einen piezoelektrischen Wandler (28a, 28b, 30a, 30b; 64, 66, 68), der zwischen einer Saite (22a bis 22f; 50a bis 5Of; 62a bis 62d) und dem Instrumentkörper (10) gelegen ist und auf Druckänderungen im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Instrumentkö„'pers anspricht und eine Saitenhalterung (20; 44, 46, 48; 54, 56, 58, 60) aufweist, die als Druckübertrager zwischen Saite und piezoelektrischem

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Wandler ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von Saitenbewegungen in vertikaler Richtung in bezug zu der Instrumentenoberfläche Druckänderungen auf den piezoelektrischen Handler zu übertragen, wobei der piezoelektrische Wandler auf diese vertikalen Saitenbewegungen anspricht, und daß der piezoelektrische Wandler seitlich gegenüber einer zentrischen Position unterhalb der Saite versetzt ist, so daß auch bei Saitenbewegungen parallel zu der Instrumenten-"v^s; · ■ · oberfläche über dio, Saitenhalterang auf den piezoelektrischen Händler '<■■ ■ Druckänderungen wirken, wodurch der piezoelektrische Wandler auch auf solche parallelen bzw. seitlichen Saitenbewegungen anspricht.

2. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß /die Saitenhaiterung einen Steghalter (Brücke 12) und einen Steg (20; 44, 46, 48; 54, 56, 58, 60) aufweist.

3.''' Tonabnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler in der Brücke (12) des Saiten- -' 7-Instrumentes angeordnet ist, und daß der Steg (20) lose in ''v, der Brücke eingesetzt ist, um Reibungskräfte zwischen Saite _;. und piezoelektrischem Wandler zu vermeiden.

4.; Tonabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- ' λ durch gekennzeichnet, daß die Saitenhalterung einstellbare Stegleisten (44, 46, 48; 54, 56, 58, 60) aufweist.

5. Tonabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler (28a, 28b, 30a, 30b, 64, 66, 6J) als flaches Bauteil mit an der Ober- und Unterseite angeordnetenElektrodei ausgebildet ist, daß der piezoelektrische Wandler parallel zu der Oberfläche (10) des Instrumentenkörpers ausgerichtet ist, und daß der piezoelektrische Wandler auf Druckänderungen in der Dickenscherungsschwingung anspricht.

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6. Tonabnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonabnehmer mehrere piezoelektrische Wandler (28a, 28b, 30a, 30b; 64, 66, 68) aufweist, die in Abständen voneinander angeordnet und zwischen mehreren Saiten (62a bis 62f; 50a bis 5Of; 62a bis 62d) und dem Instrumentenkörper (10) gelegen sind, daß
die Saitenhalterung (20; 44, 46, 48; 54, 56, 58, 60) als Druckübertrager zwischen den Saiten und dei piezoelektrischen Wandlern ausgebildet ist, und daß etwa die Hälfte der gesamten wirksamen Ansprechfläche der piezoelektrischen Wandler in einer Kichtung polarisiert ist, während die
andere Hälfte der Ansprechfläche der piezoelektrischen Wandler in entgegengesetzter Richtung polarisiert ist _f um
Mikrofonstörungen auszuschalten.

7. Tonabnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonabnehmer vier piezoelektrische Wandler (28a, 28b, 30a, 30b) aufweist, die zwischen üblicherweise sechs Saiten (22a bis 22f; 50a bis 5Of) und dem Instrumentenkörper (10) gelegen sind.

8^ Tonabnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vier piezoelektrischen Wandler (28a, 28b, 30a, 30b)
zwei äußere Wandler (28a, 30b) unterhalb der ersten bzw. sechsten Saite (22a, 22f bzw. 50a, 5Of) , einen dazwischen gelegenen Wandler (30a) unterhalb der zweiten und dritten Saite (22b, 22c; 50b, 50c) und einen weiteren Wandler (28b) unterhalb der vierten und fünften Saite (22d, 22e; 5Od, 5Oe) umfassen, daß aufeinanderfolgende Wandler jeweils entgegengesetzte Polarität aufweisen und daß die beiden äußeren
Wandler (28a, 30b) jeweils etwa die halbe Fläche der dazwischen liegenden Wandler (28b, 30a) aufweisen.

9. Tonabnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Wandler (28a, 30b) unterhalb der ersten bzw.

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versetzt (22a, .··. .: und die vierte bzw, fünfte Saite (22d, 22e; 5Od, 5Oe) ' 22c; 50b sind, _₄_ 3105128 , 50c) 22f; 50a, 5Of) jeweils seitlich nach sechsten Saite daß die zweite bzw. dritte Saite außen jeweils nahe einer der beiden Außen ;(22b, kanten des ihnen zugeordneten dazwischen liegenden Wandlers (30a)

11. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Saitenhaiterung einen Steg (20; 44, 46, 48; 54, 56, 58, 60) aufweist.

12. Tonabnehmer nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß der Tonabnehmer drei piezoelektrische Wandler (64, 68, 66) aufweist, die zwischen vier Instrumentensaxteii (62a bis 62d) und dem Instrumentenkörper liegen.

13. Tonabnehmer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonabnehmer drei piezoelektrischen Wandler (64,- 66, 68)

(zwei von der ersten bzw. vierten Saite (62a, 62d) beaufschlagte äußere piezoelektrische Wandler (64, 66) sowie einen dazwischen liegenden, gemeinsam von der zweiten und dritten Saite (62b, 62c) beaufschlagten Wandler umfassen, daß die beiden äußeren Wandler (64, 66) die gleiche Polarität und der dazwischen liegende Wandler (68) eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, und daß die beiden äußeren Wandler jeweils etwa die halbe Wirkfläche des dazwischen

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jeweils nahe einer der beiden Außenkanten des diesen Saiten zugeordneten dazwischen liegenden Wandlers (28b) abgestützt sind.

10. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Saite (22a bis 22f; 50a bis 5Of; 62a bis 62d) in einem relativ großen seitlichen Abstand von dem Wandler entgegengesetzter Polarität angeordnet ist, welcher der Saite und dem unter dieser Saite liegenden Wandler benachbart ist. |

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-5-liegenden Wandlers haben.

14. Tonabnehmer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Saite (62a bis 62d) eine einstellbare Stegleiste (54, 56, 58, 60) vorgesehen ist.

15. Verfahren zum Erfassen von Bewegungen von Instrumentensaiten, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen von Saitenbewegungen in vertikaler und paralleler Richtung in bezug zur Instrumentenoberfläche piezoelektrische Wandler bei den Bewegungen jeder Instrumentensaite in vertikaler Richtung mit Druck beaufschlagt werden, und daß der jeder Saite zugeordnete piezoelektrische Wandler aus einer zentrischen Lage unterhalb der Saite seitlich versetzt wird, um bei parallelen Saitenbewegungen ebenfalls mit Druck beaufschlagt zu werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken von Mikrofonstörungen etwa die halbe wirksame Fläche der piezoelektrischen Wandler in einer Richtung und die andere Hälfte der wirksamen Fläche der piezoelektrischen Wandler in entgegengesetzter Richtung polarisiert werden.

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