DE3629904A1 - Vorrichtung mit mechanisch schwingenden bereichen insbesondere zur erzeugung akustischer signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit mechanisch schwingenden Bereichen und einem Schwingungs­ aufnehmer, der Schwingungen wenigstens eines schwingenden Elementes in elektrische Signale umwandelt, insbesondere zur Erzeugung von akustischen Signalen, wie beispielsweise ein Musikinstrument.

Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist eine elek­ trische Gitarre. Die einzelnen Gitarrensaiten haben hierbei eine vom Wert 1 abweichende Permeabilität, insbe­ sondere sind sie ferromagnetisch und schwingen im Luft­ bereich eines Schwingungsaufnehmers, der z. B. aus einem Dauermagneten, ferromagnetischen Flußleitstücken und einer darauf angebrachten Aufnahmespule besteht. Schwingt eine ferromagnetische Saite im Luftraum der Aufnahmevorrich­ tung, so ändert sich der magnetische Leitwert der Anord­ nung und damit der mit der Aufnahmespule gekoppelte magne­ tische Fluß. Dadurch wird in der Spule eine von der Schwingung abhängige Spannung erzeugt, die elektronisch weiterverarbeitet und wieder in akustische Signale umge­ wandelt werden kann. Im allgemeinen werden bei elektri­ schen Gitarren Schwingungsaufnehmer verwendet, die für alle Saiten zusammen nur eine einzige Aufnahmespule aufweisen.

Der Einsatz mehrerer Schwingungsaufnehmer mit getrennten Aufnahmespulen zur Erfassung einzelner Saiten oder Saiten­ gruppen ist möglich, ist aber räumlich kompliziert und wirtschaftlich aufwendig. Dies hat zur Folge, daß im allgemeinen die elektronische Weiterverarbeitung der durch das Schwingen der Saiten in der Aufnahmespule erzeugten Spannung z. B. eine bestimmte angestrebte Verzerrung für alle Saiten gleichartig ist, wodurch die Beeinflußbarkeit des Gesamtklangbildes sehr stark begrenzt wird. Unter Umständen machen sich ausgesprochen negative Effekte bemerkbar, z. B. wenn eine für eine Saite oder Saiten­ gruppe erwünschte Verzerrung bei anderen Saiten oder Saitengruppen zu unerwünschten Verzerrungen und Klang­ effekten führt.

Die spezielle Behandlung einzelner Saiten ist nur begrenzt, z. B. mit Hilfe von Filtern möglich, führt jedoch im allgemeinen auch nur zu begrenzt brauchbaren Ergebnissen. Die Verwendung von jeweils einem Aufnahme­ element pro Saite ist konstruktiv sehr aufwendig und wegen der im allgemeinen begrenzten räumlichen Möglichkeiten nicht einfach und zudem auch nicht wirtschaftlich. Auch ist die Verwendung und Unterbringung von Aufnahmespulen, Permanentmagneten, Flußleitstücken und die erforderliche Justierung für eine korrekte Wiedergabe aller Saiten aufwendig und kompliziert.

Die beschriebenen Schwingungsaufnehmer sind zudem auf Vorrichtungen beschränkt, bei denen saitenförmige Signal­ erzeuger aus einem im allgemeinen ferromagnetischen Material in geringem Abstand über dem Aufnehmer schwin­ gen. Die Beschränkung auf ferromagnetisches Material bedeutet auch eine Beschränkung hinsichtlich der Klang­ farbe. Ferromagnetische Saiten, z. B. Stahlsaiten, reagieren zudem sehr empfindlich auf Änderungen der mecha­ nischen Spannung, wodurch das Instrument leicht verstimmt wird. Außerdem wird das Bespielen der im allgemeinen dünnen und scharfen Saiten oft als unangenehm empfunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv besonders einfache und wirtschaftliche Vorrichtung zur Schwingungs­ aufnahme mit besonders kleinen Abmessungen zu schaffen,

• - die in weiten Grenzen unabhängig von der Form der schwingenden Teile eingesetzt werden kann,
• - die einfach zu justieren ist bzw. nicht justiert zu werden braucht,
• - die auch bei nicht ferromagnetischen schwingenden Teilen eingesetzt werden kann und
• - mit der auf einfache Weise die getrennte und voneinander unabhängige elektronische Weiterverarbeitung und klang­ technische Behandlung einzelner Teilschwingungsbereiche bzw. einzelner Teilschwingungssysteme vollzogen werden kann.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• a) das schwingende Element in Teilbereichen elektrisch leitend ist,
• b) die elektrisch leitenden Teilbereiche in einem sie durchsetzenden Magnetfeld schwingen, welches Feld­ komponenten senkrecht zur Schwingrichtung aufweist,
• c) an Kontaktstellen an den schwingenden elektrisch leitenden Bereichen, die gegenüber der Umgebung isoliert sind, eine durch die Schwingung im Magnetfeld in den elektrisch leitenden Bereichen erzeugte Spannung abgegriffen, elektronisch weiterverarbeitet und in akustische oder andere Signale umgewandelt wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere vorge­ sehen, daß der akustische Signalgeber wenigstens eine geschlagene, gezupfte oder gestrichene Saite eines Musik­ instrumentes ist, z. B. eine Saite eines Pianos, einer Gitarre oder einer Violine, wobei die schwingende Saite elektrisch leitend und gegenüber der Umgebung isoliert zwischen Einspannpunkten eingespannt ist und im Bereich der Schwingungen ein permanentmagnetisch oder elektro­ magnetisch gebildetes Feld mit Feldkomponenten senkrecht zur Schwingungsrichtung vorgesehen wird und wobei zwischen den Einspannpunkten der Saite eine durch die Schwingung der Saite erzeugte Spannung abgegriffen, auf elektronische Weise weiterverarbeitet und in akustische Signale umge­ wandelt wird.

Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß an einzelnen Saiten auftretende Spannungen einzeln oder in Saitengruppen weiterverarbeitet und elektronisch behandelt werden. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise spezielle Klangeffekte für einzelne Saiten oder Saiten­ gruppen erzielen.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die zwischen den Einspannpunkten abgegriffe­ nen Spannungen durch je einen Transformator pro Saite, Saitengruppe oder durch einen gemeinsamen Transformator transformiert und dann weiter elektronisch bearbeitet werden. Dies macht eine Anpassung des Spannungsniveaus an die Bedürfnisse der weiterverarbeitenden elektronischen Apparatur möglich.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß elektrisch leitende Teilbereiche zusätzlich auf an sich elektrisch nicht-leitenden Bereichen ange­ bracht werden.

Hierdurch ist es möglich, mechanische Schwingungen an nicht-leitenden Anordnungen, z. B. an Kunststoff- oder anderen Membranen, wie z. B. Paukenbespannungen, an keramischen Anordnungen oder auch an Kunststoffsaiten aufzunehmen.

Umgekehrt ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung möglich, daß auf elektrisch leitenden schwingen­ den Bereichen isolierte Kontaktstellen angebracht werden und an ihnen eine Signalspannung abgegriffen wird.

Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei Über- oder Unterschreiten einer vorgebbaren Amplitude der Signalspannung, bei Auftreten eines bestimmten Frequenz­ spektrums oder bei einem bestimmten Signalfolgemuster ein Informationssignal abgegeben wird und daß dieses Infor­ mationssignal zur weiteren Bearbeitung der ursprünglichen Signalspannung verwendet oder zur Steuerung externer Signale oder Klangerzeuger wird.

In dieser Form kann die Erfindung außer zu akustischen Zwecken angewendet werden als Teil einer Alarmanlage, die das Auftreten oder das Niveau von mechanischen Schwingun­ gen überwacht. Insbesondere läßt sich die Erfindung einsetzen zur Überwachung von dynamisch beanspruchten Maschinenteilen und mechanischen Konstruktionen, aber auch zur Diebstahlsicherung oder zur Anzeige eines Betriebs­ ausfalls.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Permanent­ magnet, insbesondere aus hochwertigem Magnetmaterial, wie Seltene-Erden-Materialien, verwendet wird. Auf diese Weise läßt sich das Ausgangssignal verstärken, oder man kann zu kleineren Abmessungen kommen.

Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur gezielten Flußführung Flußleitstücke vorgesehen sind, die den Verlauf des Magnetfeldes in gewünschter Weise beeinflussen.

In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Dauermagnet mehrpolig ist oder aus mehreren Dauer­ magneten besteht. Auch hierdurch läßt sich der Feldverlauf beeinflussen.

Des weiteren ist vorgesehen, daß bei Musikinstrumenten die Dauermagneten im Bereich von schwingenden, elektrisch leitenden Bereichen auf dem Instrumentenkörper befestigt sind. Auch hiermit lassen sich neue Klangeffekte erzielen.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Dauermagneten aus einer oder mehreren dünnen Scheiben bestehen, die senkrecht zur größeren Scheibenfläche magnetisiert sind und in einem Zwischenraum zwischen den Saiten und einem Instrumentenkörper ange­ bracht sind. Auf diese Weise läßt sich eine besonders kompakte Bauweise erzielen.

Zur Erzielung spezieller Klangeffekte kann es vorteilhaft sein, daß in Saitenlängsrichtung mehrere Magnete neben­ einander angeordnet sind, die jeweils eine unterschied­ liche Schwingungsphase der Saite erfassen und demnach unterschiedliche Signalspannungen erzeugen, die sich zu einer neuen Gesamtspannung überlagern.

In einer speziellen Ausführungsform ist der akustische Signalgeber eine Gitarre mit elektrisch leitenden Saiten und einem oder mehreren ganz oder teilweise nicht-leiten­ den Stegen. Umgekehrt können auch die Bundstäbe und das Griffbrett ganz oder teilweise nicht-leitend und der Steg leitend ausgebildet sein.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung anhand einer vereinfachten Darstellung.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Erfindung bei einem sechssaitigen Musikinstrument.

In Fig. 1 führt eine elektrisch leitende Saite 1 horizon­ tale Schwingungen mit der Geschwindigkeit v im Feld eines flachen Permanentmagneten 8 aus, dessen Obersaite 9 als Nordpol und dessen Unterseite 10 als Südpol ausgebildet ist. Aus der Oberseite 9 treten Feldlinien 11 aus, die sich im dargestellten Fall über den Luftraum schließen und Komponenten haben, die vertikal und senkrecht zur Bewegungsrichtung der schwingenden Saite 1 verlaufen. Entsprechend dem Induktionsgesetz wird in der Saite 1 eine Spannung 12 induziert, die proportional dem Vektorprodukt aus der Geschwindigkeit der Saite 1 und der magnetischen Feldstärke am Ort der Saite ist. Diese Spannung wird an isolierten Kontaktstellen 2 abgegriffen und über Zuleitun­ gen 3 weitergeführt. Im dargestellten Fall werden die Enden 4 der Zuleitungen 3 mit einem Transformator 5 verbunden. Hieran schließt sich eine Elektronik 6 an, die die transformierten Signale weiterverarbeitet, mit denen schließlich ein Lautsprecher 7 betrieben wird. Bei der elektronischen Weiterverarbeitung kann das durch die Saitenschwingung erzeugte Signal in gewünschter Weise verformt, verzerrt oder anderweitig behandelt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der Erfindung bei einem sechssaitigen Musikinstrument, z. B. einer Gitarre. Die Saiten 101 bis 106 sind zwischen isolierten Einspann­ stellen 201 bis 206 und 21 bis 26 eingespannt und führen Schwingungen mit der Geschwindigkeit v 1 bis v 6 in der Bildebene aus. Im Luftraum unterhalb der Saiten ist ein flacher Dauermagnet 8 angebracht, dessen Feldlinien 11 Komponenten haben, die senkrecht aus der Bildebene heraus­ treten. In den Saiten 101 bis 106 werden durch die Schwin­ gungen im Magnetfeld Spannungen 121 bis 126 zwischen den Einspannstellen 201 bis 206 und 21 bis 26 induziert, die proportional dem Vektorprodukt aus den Geschwindigkeiten v 1 bis v 6 und der magnetischen Feldstärke am Ort der Bewegung sind. Die Spannungen 121 bis 126 werden über getrennte Zuleitungen 301 bis 306 den Eingängen von sechs Transformatoren 51 bis 56 zugeführt. Die gegenüberliegen­ den Einspannstelle 21 bis 26 können zusammengefaßt und an Erde gelegt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Zusammenfassung und Erdung an der Seite des Sattels, der sich direkt neben der Mechanik befindet. Es können dann auch die Rundstäbe weiterhin aus leitendem Material bestehen, wie es bei herkömmlichen Gitarren der Fall ist. Der Abgriff der Spannungen 121 bis 126 an Einspannstellen 201 bis 206 und Weiterleitung mit Hilfe von Zuleitungen 301 bis 306 muß dann an der hinter dem ganz oder teilweise aus nicht-leitendem Material bestehenden Steg in der Nähe des Saitenhalters erfolgen. Über eine Erdleitung 30 sind auch die Transformatoren 51 bis 56 mit Erde verbunden. Das gleiche gilt für die Weiterverarbeitungselektronik 6 und den Lautsprecher bzw. das Lautsprechersystem 7. Die Ausgänge der Transformatoren 51 bis 56 sind mit sechs getrennten Eingängen 61 bis 66 der Weiterverarbeitungs­ elektronik 6 verbunden, in der die verschiedenen Signale getrennt weiterverarbeitet werden können. Der Ausgang der Weiterverarbeitungselektronik ist mit einem Lautsprecher 7 bzw. mit einem Lautsprechersystem 7 verbunden.

In der dargestellten Weise ist es möglich, die Schwingun­ gen der einzelnen Saiten auf einfache Weise getrennt zu erfassen. Der Aufwand bei der Weiterverarbeitung richtet sich nach der Art der angestrebten Effekte. Durch die Möglichkeit, die Signale der einzelnen Saiten getrennt oder in beliebigen Kombinationen zu bearbeiten, ergeben sich hinsichtlich des Klangbildes weit mehr Möglichkeiten als bei herkömmlichen Anordnungen mit nur einem oder wenigen Schwingungsaufnehmern für alle Saiten.

Claims (14)

1. Vorrichtung mit mechanisch schwingenden Bereichen und einem Schwingungsaufnehmer, der mechanische Schwingungen wenigstens eines schwingenden Elementes in elektrische Signale umwandelt, insbesondere zur Erzeugung von akusti­ schen Signalen, wie beispielsweise ein Musikinstrument, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das schwingende Element wenigstens in Teilbereichen elektrisch leitend ist,
• b) die elektrisch leitenden Teilbereiche in einem sie durchsetzenden Magnetfeld schwingen, welches Feldkompo­ nenten senkrecht zur Schwingrichtung aufweist,
• c) an Kontaktstellen an den schwingenden, elektrisch leitenden Bereichen, die gegenüber der Umgebung isoliert sind, eine durch die Schwingung im Magnetfeld in den elektrisch leitenden Bereichen erzeugte Spannung abgegriffen, elektronisch weiterverarbeitet und in akustische oder andere Signale umgewandelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Element beispielsweise eine geschlagene, gezupfte oder gestrichene Saite eines Musik­ instrumentes ist, z. B. eine Saite eines Pianos, einer Gitarre oder einer Violine, wobei die schwingende Saite elekrisch leitend und gegenüber der Umgebung isoliert zwischen Einspannpunkten eingespannt ist und im Bereich der Schwingungen ein permanentmagnetisch oder elektro­ magnetisch gebildetes Feld mit Feldkomponenten senkrecht zur Schwingungsrichtung vorgesehen wird und wobei zwischen den Einspannpunkten der Saite eine durch die Schwingung der Saite erzeugte Spannung abgegriffen, auf elektronische Weise weiterverarbeitet und in akustische Signale umge­ wandelt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an einzelnen Saiten auftretende Spannungen einzeln oder in Saitengruppen weiterverarbeitet und elek­ tronisch behandelt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die zwischen den Einspannpunkten abgegriffenen Spannungen durch je einen Transformator pro Saite, Saiten­ gruppe oder durch einen gemeinsamen Transformator trans­ formiert und dann weiter elektronisch bearbeitet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß elektrisch leitende Teilbereiche zusätzlich auf an sich elektrisch nicht-leitenden Bereichen angebracht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf elektrisch leitenden schwingenden Bereichen isolierte Kontaktstellen angebracht sind und an ihnen eine Signalspannung abgegriffen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Über- oder Unterschreiten einer vorgebbaren Amplitude der Signalspannung oder bei Auftreten eines bestimmten Frequenzspektrums oder bei einem bestimmten Signalfolgemuster ein Informationssignal abgegeben wird und daß dieses Informationssignal zur weiteren Bearbeitung der ursprünglichen Signalspannung oder zur Steuerung externer Signale oder Klangerzeuger verwendet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Permanent­ magnet, insbesondere aus hochwertigem Magnetmaterial, wie z. B. Seltene-Erden-Materialien, verwendet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet mehrpolig ist oder aus mehreren Teil­ magneten besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur gezielten Flußführung Flußleitstücke vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dauermagneten im Bereich der schwingen­ den, elektrisch leitenden Bereiche auf dem Instrumenten­ körper befestigt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dauermagneten aus einer oder mehreren dünnen Scheiben bestehen, die senkrecht zur größeren Scheibenfläche magnetisiert sind und in einem Zwischenraum zwischen den Saiten und einem Instrumentenkörper angebracht sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Saitenlängsrichtung gesehen mehrere Magnete neben­ einander angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Signalgeber eine Gitarre ist mit elek­ trisch leitenden Saiten und einem oder mehreren ganz oder teilweise nicht-leitenden Stegen.