DE4008865A1

DE4008865A1 - Saiteninstrument, insbesondere gitarre, mit einrichtung fuer die elektrische tonabnahme

Info

Publication number: DE4008865A1
Application number: DE19904008865
Authority: DE
Inventors: Carl-Ernst Prof Dipl I Nourney
Original assignee: NOURNEY CARL ERNST PROF DIPL I
Current assignee: NOURNEY CARL ERNST PROF DIPL I
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-09-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Saiteninstrument, insbesondere eine Gitarre, mit Korpus, Decke, Hals, den vorgespannten Saiten und einer Einrichtung für die elektrische Tonabnahme mit elektromecha nischen Wandlern, wobei die Einrichtung für die elektrische Ton abnahme den einzelnen Saiten zugeordnete, mittelbar oder unmittel bar an der Decke angeordnete Stegabschnitte aufweist. Der Aus druck elektromechanischer Wandler besagt, daß mechanische Ver formungen der Wandlerbauteile in elektrisch erfaßbare Parameter umgesetzt werden. - Es versteht sich, daß die Einrichtung für die elektrische Tonabnahme im übrigen nach den Regeln der modernen elektronischen Elektrotechnik eingerichtet und an die elektrophysi kalischen Eigenschaften der elektromechanischen Wandler sowie an die akustischen Eigenschaften des Saiteninstrumentes adaptiert ist.

Bei dem bekannten Saiteninstrument, von dem die Erfindung aus geht (US 42 92 875), sind die Stegabschnitte massive Bauteile, die z. B. aus Kunststoff bestehen. Sie weisen eine giebeldachförmige, massive Ausformung auf, auf deren First die zugeordnete Saite auf liegt. Die elektromechanischen Wandler sind zusätzliche Bauteile, die von dem Stegabschnitt lediglich getragen werden und daran be festigt, z. B. aufgeklebt sind. Sie bestehen in der Praxis aus piezoelektrischer Keramik od. dgl. Das ist fertigungstechnisch auf wendig und in bezug auf die Übersetzung der Akustik in das ihr entsprechende Spektrum der elektromagnetischen Schwingungen oder Ströme in den zugeordneten Leitern und Apparaten verbesserungs fähig. Versuche, diese Verbesserung zu erreichen, führten zu komplexen Anordnungen von solchen elektromechanischen Wandlern und entsprechend zu komplexen elektrotechnischen Einrichtungen für die elektrische Tonabnahme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Saiteninstrument des eingangs beschriebenen Aufbaus zu schaffen, welches eine sehr getreue Übersetzung der Akustik in das entsprechende Spektrum der elektromagnetischen Schwingungen oder Ströme erlaubt und zwar mit Hilfe einer einfachen elektrotechnischen Einrichtung und bei einfacher Fertigung.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Stegab schnitte aus ebenen, plattenförmigen Tragelementen bestehen, die zu einem giebeldachförmigen Flächentragwerk zusammengesetzt sind, und daß von den Tragelementen zumindest eines zusätzlich als elek tromechanischer Wandler ausgebildet ist. Bei dem giebeldachförmigen Flächentragwerk kann es sich um ein einheitliches Flächentragwerk handeln, aber auch um ein solches, welches aus mehreren platten förmigen Tragelementen zusammengesetzt ist. Nach bevorzugter Aus führungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß das giebeldachförmige Flächentragwerk eine zentrale Stützplatte aufweist, auf der die zugeordnete Saite aufliegt, und daß die Trag elemente schräg zur Stützplatte hin verlaufen sowie an diese mecha nisch angeschlossen sind. Hier werden die gleichsam statischen Kräfte, die von der zugeordneten Saite ausgehen, von der Stütz platte aufgenommen, die überlagerten Schwingungen jedoch, über die Stützplatte, auf die angeschlossenen Tragelemente übertragen. Wenn die Tragelemente ihrerseits entsprechend tragfähig sind, kann man die Anordnung auch so treffen, daß die Tragelemente first bildend aneinander angeschlossen sind.

Der Ausdruck Flächentragwerk ist der Statik entlehnt. Er besagt, daß es sich um ein Tragwerk aus flächenförmigen und damit plat tenförmigen Tragelementen handelt, welches in statischer, dynami scher und stabilitätsmäßiger Hinsicht alle Beanspruchungen auf nimmt. Das golt sowohl für die Ausführungsform mit Stützplatte als auch für die Ausführungsform, bei der die Tragelemente einen First bilden. Es versteht sich, daß bei der Ausführungsform mit Stütz platte die rein statischen Beanspruchungen der Tragelemente gering oder sogar verschwindend klein sein können. Erfindungsgemäß wird mit einem ebenen Flächentragwerk gearbeitet, weil die Tragelemente eben sind. Wegen der giebeldachförmigen Gestaltung ist das Flä chentragwerk bei den erfindungsgemäßen Saiteninstrumenten hohl. Die unteren, dem Korpus zugewandten Ränder des Flächentragwerkes sind unmittelbar über ein zwischengestaltetes, der Decke angepaßtes Hilfsbauteil auf der Decke abgestützt. Die unteren Ränder der Tragelemente können dazu in Aufnahmen, z. B. in rinnenförmigen Aufnahmen, eingesetzt und dort auch, z. B. über Kleber, befestigt sein. Die Tragelemente selbst sind elastisch verformbar. Wird das giebeldachförmige Flächentragwerk für die Aufnahme der aufzuneh menden Beanspruchungen zum Zwecke der Optimierung berechnet, so wird die Biegetheorie der Flächentragwerke angewendet. Man kann aber auch experimentell ohne Schwierigkeiten eine entsprechende Optimierung durchführen. In bezug auf die aufzunehmenden sta tischen und dynamischen Beanspruchungen und die Übersetzung der in den dynamischen Beanspruchungen gleichsam abgebildeten Akustik in elektromagnetische Schwingungen oder Ströme wird auf die Figurenbeschreibung verwiesen. Durch die vorstehend behandelten Zusammenhänge, die dazu führen, daß nicht gleichsam massive Bauteile, die piezoelektrische Platten tragen, sondern kleine Platten verformt werden, wird die Ubersetzung der Akustik in die elektro magnetischen Schwingungen oder Ströme wesentlich verbessert, was es zuläßt, mit sehr einfachen elektrotechnischen Einrichtungen zu arbeiten. Ein Ausgleich der von Natur aus unterschiedlich lauten Saiten kann durch entsprechende Bemessung der Tragelemente und/oder der Stützplatte bewirkt werden. Die mechanischen Schwingungs komponenten können elektrisch getrennt erfaßt werden. Die bauliche Verwirklichung der Stegabschnitte ist bei erfindungsgemäßen Saiten instrumenten ebenfalls sehr einfach. Bei der Ausführungsform mit Stützplatte nimmt diese im Rahmen der Erfindung an den elektri schen Vorgängen im allgemeinen nicht teil. Sie ist dann nicht als mechanischer Wandler ausgebildet. Ihre Auslegung kann insoweit nach rein mechanischen Gesichtspunkten erfolgen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre zum technischen Handeln besteht darin, daß mit sehr einfachen elektromechanischen Wandlern gearbeitet werden kann. In diesem Zusammenhang ist eine Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elektromechanischen Wandler ausgebildeten Tragele mente als piezoresistive Platten ausgeführt sind. Im einzelnen kann dabei so vorgegangen werden, daß die Tragelemente als leitfähige Kunststoffplatten mit druckabhängigen Durchgangswiderstand ausge führt sind. Das läßt auch eine sehr genaue Integration dieser elektromechanischen Wandler in die nachgeordneten elektrischen Einrichtungen zu. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elektromechanischen Wandler ausgebildeten Tragele mente als glasfaserverstärkte Kunststoffplatten auf Epoxidharzbasis mit einer Füllung aus feinkörnigen, leitfähigen Substanzen, z. B. Kohlenstoffsubstanzen, ausgeführt sind. Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elektromechani sche Wandler ausgebildeten Tragelemente als Sandwichplatten mit zumindest zwei elektromechanisch neutralen Tragplatten und einem dazwischen angeordneten piezoelektrisch aktiven Kunststoffolienstrei fen bestehen. Der Kunststoffolienstreifen ist zum Zwecke der Ver besserung der elektrotechnischen Handhabung zweckmäßigerweise mäanderförmig zusammengelegt und zwischen den Tragplatten gehal ten. Der Kunststoffolienstreifen kann zwischen den Tragplatten auch mechanisch vorgespannt sein. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elek tromechanische Wandler ausgebildeten Tragelemente aus einem mä anderförmig zusammengelegten piezoelektrisch aktiven Kunststoff folienstreifen aufgebaut sind, dessen Mäanderabschnitte zu einer tragfähigen Platte vereinigt sind. Wird in der beschriebenen Weise mit piezoelektrisch aktivierten Kunststoffolienstreifen gearbeitet, so können grundsätzlich die verschiedensten Kunststoffolien einge setzt werden, die den entsprechenden Effekt aufweisen. Eine bevor zugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolienstreifen aus Poly vinylidenfluorid bestehen. Die Kunststoffolienstreifen können aber auch aus einem Kunststoff der Gruppe der Polyamide oder Polypep tide bestehen.

In bezug auf die geometrische Gestaltung des Flächentragwerkes bestehen verschiedene Möglichkeiten. Nach bevorzugter Ausführungs form der Erfindung ist das giebeldachförmige Flächentragwerk aus plattenförmigen Tragelementen zusammengesetzt, die in bezug auf die zentrale Stützplatte bzw. in bezug auf eine durch den First verlaufende geometrische Ebene symmetrisch angeordnet sind. Nach einer anderen Ausführungsform ist das Flächentragwerk aus platten förmigen Tragelementen zusammengesetzt, die in bezug auf die Stütz platte bzw. in bezug auf eine durch den First verlaufende geometri sche Ebene unsymmetrisch angeordnet sind, wobei der Winkel an der First zu den schwingenden Saiten hin flacher ist als der gegen überliegende Winkel. Jedenfalls wird man im Rahmen der Erfindung zumindest das zu den schwingenden Saiten hin angeordnete Trag element zusätzlich als elektromechanischen Wandler ausbilden. Wie bereits erwähnt, kann das Tragwerk ein einheitliches Bauteil sein.

Im allgemeinen wird jedoch mit zwei selbständigen Tragelementen gearbeitet, die im Bereich des Firstes miteinander bzw. mit der Stützplatte mechanisch vereinigt sind. Dabei kann mit Klebverbin dungen gearbeitet werden. Die mechanische Vereinigung kann auch in einer bloßen Stützung bestehen. in Sonderfällen kann man die beiden Tragelemente am First aber auch akustisch entkoppeln, bei spielsweise durch einen zwischengelegten Dämmstreifen. - Zweck mäßigerweise werden die elektromechanischen Wandler so geschaltet, daß zur zugeordneten Saite hin der Minuspol angeschlossen ist und im deckenseitigen Rand oder an den deckenseitigen Rändern der Pluspol.

Die beschriebenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sai teninstrumentes arbeiten in bezug auf die elektromechanischen Wand ler mit piezoresistiven oder piezoelektrischen Werkstoffen auf Kunst harz- bzw. Kunststoffbasis, die zwar bekannt sind, im Gegensatz zu klassischen piezoelektrischen Elementen auf keramischer Basis aber für Präzisionsmeßzwecke mit ihren hohen Anforderungen an die auch langfristig Meßgenauigkeit nicht eingesetzt werden. So werden die beschriebenen piezoresistiven Werkstoffe hauptsächlich als elektrisch leitfähige Platten in Ständerwicklungen großer Hoch spannungsmaschinen als Nutseitenfüllung eingesetzt. Sie dienen zum Ausgleich von Nuttoleranzen und zum Fixieren der Hochspannungs spule in der Nut. So werden die piezoelektrisch aktiven Kunst stoffolien hauptsächlich als Sensoren dort eingesetzt, wo eine genaue Messung nicht erforderlich ist. Tatsächlich besitzen die beschrie benen piezoresistiven bzw. piezoelektrischen Werkstoffe nur eine verhältnismäßig geringe Langzeitstabilität und eine in den meisten Einsatzfällen störende thermische Abhängigkeit. Überraschenderweise beeinflussen diese nachteiligen Eigenschaften der genannten Werk stoffe die Übersetzung der Akustik in elektromagnetische Schwingun gen oder Ströme nicht störend. Insoweit nutzt die Erfindung die Tatsache, daß ein Saiteninstrument ohnehin vor jedem Konzert ge stimmt wird. Überraschenderweise sind die elektrischen Eigenschaften der beschriebenen Werkstoffe auch für Konzerte längerer Dauer hin reichend stabil, und zwar selbst dann, wenn sich in dem Raum, in dem konzertiert wird, die Temperatur im Laufe des Konzertes ändert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Aus führungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Saiteninstrument in der Draufsicht,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 starker Vergrößerung eine An sicht der Einrichtung für die elektrische Tonabnahme des Gegenstandes der Fig. 1 aus Richtung des Pfeiles A,

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand der Fig. 2,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 in weiterer Vergrößerung,

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand der Fig. 4,

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 5 aus Rich tung des Pfeiles D,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 4 aus Richtung des Pfeiles E,

Fig. 8 die Seitenansicht des als piezoresistive Platte ausge führten Tragelementes der Fig. 7, und

Fig. 9 entsprechend der Fig. 7 die Seitenansicht eines Trag elementes mit piezoelektrischem Kunst-stoffolienstreifen.

Bei dem in den Figuren schematisch und ausschnittsweise darge stellten Saiteninstrument mag es sich um eine Gitarre handeln. Man erkennt die Decke 1, gespannte Saiten 2 und elektromechanische Wandler, die weiter unten beschrieben werden und einer Einrichtung 10 für die elektrische Tonabnahme angehören. Die Einrichtung 10 für die elektrische Tonabnahme besitzt den einzelnen Saiten zugeordnete, mittelbar oder unmittelbar an der Decke angeordnete Stegabschnitte 3. - Im Rahmen der Erfindung liegt es, einem Stegabschnitt 3 mehrere gleiche Saiten zuzuordnen.

Insbesondere aus den Fig. 2 bis 9 entnimmt man, daß die Steg abschnitte aus ebenen, plattenförmigen Tragelementen 4 bestehen, die zu einem giebeldachförmigen Flächentragwerk zusammengesetzt sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß von den Tragelementen 4 zumindest eines zusätzlich als elektromechanischer Wandler ausge bildet ist. Um die Physik der Zusammenhänge weiter zu erläutern, wird auf die Fig. 3 verwiesen. Hier ist eine vereinfachte Darstel lung der Kräfte eingetragen worden. Allerdings wurden nur die durch die Saitenschwingung in der Zeichenebene auftretenden Wech selkräfte ohne die zugehörigen Heaktionskräfte dargestellt (vgl. US 42 92 875, Fig. 1).

Die Fig. 2 bis 6 zeigen die Ausführungsform der Erfindung, bei der eine zentrale Stützplatte 5 vorgesehen ist, an die die Tragelemente 4, im Ausführungsbeispiel über Kleber, angeschlossen sind. - Nicht gezeichnet wurde die Ausführungsform, bei der die Tragelemente 4 unmittelbar zu einem First gestoßen sind.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 bis 8 sind die zusätzlich als elektromagnetische Wandler ausgebildeten Tragelemente 4 als piezoresistive Platten ausgeführt. Dabei handelt es sich um leit fähige Kunststoffplatten mit druckabhängigem Durchgangswiderstand. Sie können so aufgebaut sein, wie es dem Patentanspruch 4 entspricht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind die zugleich als elektromechanischen Wandler ausgebildeten Tragelemente 4 Sandwich platten. Diese bestehen im Ausführungsbeispiel aus zwei elektrome chanisch neutralen Tragplatten 6 und einem dazwischen angeordneten piezoelektrisch aktiven Kunststoffolienstreifen 7. Der Kunststoffolien streifen 7 ist mäanderförmig zusammengelegt und zwischen den Tragplatten 6 gehalten, beispielsweise auch zwischen den Tragplat ten mechanisch vorgespannt. Die elektrisch neutralen Tragplatten 6 könnten auch fehlen, wenn die Mäanderabschnitte des piezoelektrisch aktiven Kunststoffolienstreifens 7 zu einer tragfähigen Platte ver einigt sind, beispielsweise durch Verkleben.

In den Fig. 3, 4 und 6 erkennt man, daß das giebeldachförmige Flächentragwerk aus plattenförmigen Tragelementen 4 zusammenge setzt ist, die in bezug auf die Stützplatte 5 symmetrisch angeordnet sind. Die Tragelemente 4 sind im Ausführungsbeispiel nicht unmittel bar an der Decke 1 angeschlossen. Es ist vielmehr ein einem klassi schen Steg ähnliches Hilfselement 8 vorgesehen, welches eine ver tiefte Aufnahme für die Einrichtung 10 für die elektrische Tonab nahme und deren nicht bezifferte Montagebauteile (vgl. Fig. 4) bildet. Jedenfalls ist zumindest das zu den schwingenden Saiten 2 hin angeordnete Tragelement 4 zusätzlich als elektromechanischer Wandler ausgebildet. Es versteht sich, daß in bekannter Weise Kontaktelemente, auch in Form von metallischen Belegen, und Leitungen vorgesehen sind. Wo sie erkennbar sind, wurden sie mit dem Bezugszeichen 9 belegt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, für alle Saiten 2 mit einer mechanisch und baulich einheitlichen Einrichtung 10 für die elektri sche Tonabnahme zu arbeiten, bei der lediglich die elektrischen Bauteile, so die als elektromechanische Wandler arbeitenden Trag elemente 4, die Kontaktelemente u. dgl., differenziert und den einzelnen Saiten 2 zugeordnet sind. Auch die Stützplatte 5 kann für alle Saiten 2 durchlaufen.

Claims

1. Saiteninstrument insbesondere Gitarre mit Korpus, Decke, Hals, den gespannten Saiten und
einer Einrichtung für die elektrische Tonabnahme mit elektromechanischen Wandlern,
wobei die Einrichtung für die elektrische Tonabnahme den einzelnen Saiten zugeordnete, mittelbar oder unmittelbar an der Decke ange ordnete Stegabschnitte aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stegabschnitte aus ebenen, plattenför migen Tragelementen bestehen, die zu einem giebeldachförmigen Flä chentragwerk zusammengesetzt sind, und daß von den Tragelementen zumindest eines zusätzlich als elektromechanischer Wandler ausge bildet ist.

2. Saiteninstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das giebeldachförmige Flächentragwek eine zentrale Stützplatte aufweist, auf der die zugeordnete Saite aufliegt, und daß die Trag elemente schräg zur Stützplatte hin verlaufen sowie an diese mecha nisch angeschlossen sind.

3. Saiteninstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente firstbildend aneinander angeschlossen sind.

4. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elektromechanische Wandler ausgebildeten Tragelemente als piezoresistive Platten ausgeführt sind.

5. Saiteninstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente als elektrisch leitfähige Kunststoffplatten mit druckabhängigem Durchgangswiderstand ausgeführt sind.

6. Saiteninstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragelemente als glasfaserverstärkte Kunststoffplatten auf Epoxidharzbasis mit einer Füllung aus feinkörnigen leitfähigen Sub stanzen, insbesondere Kohlenstoffsubstanzen, ausgeführt sind.

7. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elektromechanische Wandler ausgebildeten Tragelemente als Sandwichplatten mit zumindest zwei elektromechanisch neutralen Tragplatten und einem dazwischen ange ordneten piezoelektrisch aktiven Kunststoffolienstreifen bestehen.

8. Saiteninstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffolienstreifen mäanderförmig zusammengelegt und zwischen den Tragplatten gehalten ist.

9. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffolienstreifen zwischen den Trag platten mechanisch vorgespannt ist.

10. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich als elektromechanische Wandler ausgebildeten Tragelemente aus einem mäanderförmig zusammenge legten piezoelektrisch aktiven Kunststoffolienstreifen aufgebaut sind, dessen Mäanderabschnitte zu einer tragfähigen Platte vereinigt sind.

11. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffolienstreifen aus Polyvinyliden fluorid besteht.

12. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffolienstreifen aus einem Kunststoff aus der Gruppe Polyamide oder Polypeptide besteht.

13. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das giebeldachförmige Flächentragwerk aus plattenförmigen Tragelementen zusammengesetzt ist, die in bezug auf die zentrale Stützplatte bzw. in bezug auf eine durch den First verlaufende geometrische Ebene symmetrisch angeordnet sind.

14. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das giebeldachförmige Flächentragwerk aus plattenförmigen Tragelementen zusammengesetzt ist, die in bezug auf die zentrale Stützplatte bzw. in bezug auf eine durch den First verlaufende geometrische Ebene unsymmetrisch angeordnet sind, wo bei der Winkel zu den schwingenden Saiten hin flacher ist als der gegenüberliegende Winkel.

15. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das zu den schwingenden Saiten hin angeordnete Tragelement zusätzlich als elektromechanischer Wandler ausgebildet ist.