EP0107136B1 - Schwingkörper, insbesondere Resonanzkörper, für Klangerzeugungsgeräte und -vorrichtungen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingkörper, insbesondere einen Resonanzkörper, für Klangerzeugungsgeräte und -vorrichtungen, wie Musikinstrumente und Lautsprecher, mit schallabstrahlender Oberfläche, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei kann es sich um plattenartige Resonanzkörper an Saiteninstrumenten wie Streichinstrumenten, manuellen und mechanisierten Zupfinstrumenten (Klavier, Flügel, Cembalo etc.) handeln, die im allgemeinen aus Holz bestehen, aber auch um Tuben von Blasinstrumenten und dergl.. Darüberhinaus fällt unter den Begriff "Schwingkörper" im vorliegenden Sinne alles dasjenige an körperlichen Bestandteilen von Klangerzeugungsgeräten und -vorrichtungen, was an der Klangerzeugung und Schallübertragung sowie Schallabstrahlung teilnimmt, einschliesslich des nur in Wirkverbindung mit den eigentlichen Geräten oder Vorrichtungen tretenden Zubehörs oder Hilfsmittels, z.B. Stege, Wirbel, Stimmstöcke, Dämpfer von Saiteninstrumenten, Bögen von Streichinstrumenten und anderes mehr. Als Beispiele aus dem über die eigentlichen Musikinstrumente hinausgehenden Bereich seien Lautsprechermembranen, Lautsprechergehäuse und zugehörige Resonanz- und Schallabstrahlungsgebilde genannt.
• Allen vorgenannten Gegenständen ist gemeinsam, dass sie in mehr oder weniger starkem Masse durch den Amplituden-Frequenzgang (im allgemeinen weniger durch den Phasen-Frequenzgang) ihrer Schwingungsübertragung bzw. Schallabstrahlung oder ihr Resonanzspektrum Einfluss auf das Klangvolumen und die Klangfarbe sowie andere Kriterien der Klangqualität der betreffenden Instrumente bzw. Geräte oder Vorrichtungen haben. Dies gilt übrigens bemerkenswerterweise auch für Schwingkörper, deren Resonanzfrequenzen in Randbereichen des Hörbarkeitsspektrums oder ausserhalb desselben liegen und die daher jedenfalls in Bezug auf diesen Frequenzbereich nicht als Resonanzkörper im eigentlichen Sinne bezeichnet werden können, z.B. für Streichbögen von Saiteninstrumenten.
• Dabei ist es selbstverständlich bekannt, dass Musikinstrumente und Klangerzeugungsgeräte wie Lautsprecher oder dergl. bzw. die entsprechenden, komplexen Schwingungssysteme, z.B. Streichinstrument samt damit in Wirkverbindung stehendem Streichbogen, Steg und anderem Zubehör, über das Hörbarkeitsspektrum weit hinausgehende Schallfrequenzen abstrahlen können, die jedoch keinen Einfluss auf das Klangbild haben, sondern höchstens die Gesamtbilanz der Schwingungsnergie negativ beeinflussen können. Die Beeinflussung der hörbarkeitsfernen Frequenzgang- bzw. Spektralbereiche ist daher im allgemeinen nur am Rande im Hinblick auf Handhabungs- bzw. Erregungsgesichtspunkte an Musikinstrumenten und Klangerzeugungsgeräten anderer Art von Bedeutung. Im übrigen ist eine Dämpfung dieser parasitären Schwingungskomponenten sogar ohne positive Wirkung auf die Schwingenergiebilanz, weil diese sowohl bei der Abstrahlung wie auch bei der Vernichtung an Ort und Stelle (Dämpfung) als Verlust zu bewerten sind. Auch wesentliche Einflüsse auf das Schwingungsverhalten der Gebilde in anderen, innerhalb des Hörbarkeitsbereiches liegenden Frequenzbereichen können im allgemeinen nicht auftreten, weil die Verformungskraft-Verformungsweg-Kennlinien (Federkennlinien der Schwingungssysteme) im wesentlichen linear sind und im übrigen die Schwingungsamplituden bei gleicher Schwingungs- bzw. Abstrahlungs-Leistungsdichte mit zunehmender Frequenz stark abnehmen. Soweit man also (unter Vernachlässigung der Phasenverschiebungen) von einer Zunahme der Gesamtamplitude durch Ueberlagerung von hochfrequenten bzw. ultrafrequenten Schwingungen über die hörbaren Schwingungen sprechen kann, liegt diese Amplitudenzunahme im allgemeinen im linearen Kennlinienbereich, kann also keine Wechselwirkungen zwischen diesen Frequenzbereichen hervorrufen, und ist jedenfalls im allgemeinen gering gegen den Dynamikbereich der Schwingungsamplituden innerhalb des Hörbarkeitsbereiches.
• Für Musikinstrumente sind aus der DE-A-239805 Lacküberzüge bekannt, die Silber-, Gold- und Kupfergranulate enthalten. Ferner sind aus der US-A-3508626 ähnliche Lacküberzüge für Lautsprechermembranen und dergl. bekannt, die leichtere Mineralstoffe und Leichtmetalle sowie Eisen in Granulatform enthalten. Mit diesen Massnahmen lassen sich zwar gewisse Verbesserungen der Klangqualität erreichen, jedoch bleiben diese Ergebnisse - wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben - insbesondere hinsichtlich eines ausgewogenen Einschwingverhaltens bis zu hohen Frequenzen noch verbesserungsbedürftig.
• Hiervon ausgehend verfolgt die vorliegende Erfindung die Aufgabe, unabhängig von einer gezielten Beeinflussung bzw. Optimierung der Klangqualität allgemein oder bestimmter Komponenten derselben durch Formgestaltungsmassnahmen oder auch zusätzlich zu solchen Massnahmen entsprechende Wirkungen mit Hilfe von vergleichsweise geringen Zusatzmassen an der Schallabstrahlungsoberfläche zu erzielen. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Schwingkörper der eingangs erwähnten Art durch, die Merkmale des Anspruchs 1.
• Erfindungsgemäss werden Korngrössenverteilungen mit einer oberen Grenze der Korngrösse von 0,01 mm und darunter angewendet. Für Schallabstrahlungsoberflächen von Resonanzböden bzw. -decken aus Holz, wie sie für Saiteninstrumente verwendet werden, haben sich obere Grenzen der Korngrössen von etwa 0,005 mm als hochwirksam erwiesen. Insbesondere haben sich kolloidale Verteilungen als wirksam erwiesen. Was die Kraftübertragungsverbindung der Granulatpartlkel mit der Schallabstrahlungsoberfläche betrifft, so kann diese im Bereich zwischen einer nachgiebigen oder sogar im wesentlichen nur adhäsionsbedingten Koppelung, vorzugsweise auch durch ein viskoses Bindemittel, und einer festen, schubspannungsübertragenden Verbindung liegen. Diese verschiedenen Verbindungstypen und ihre Abstufungen haben differenzierte Wirkungen auf das Klangbild und können entsprechend zu gezielten Wirkungen eingesetzt werden. So hat die viskose Bindung vorwiegend Reibungskräfte zwischen der Schallabstrahlungsoberfläche und den zu dieser schwingende Relativbewegungen ausführenden Partikeln zur Folge, was hauptsächlich eine Dämpfung in höheren Frequenzbereichen mit entsprechend sanfter Klangfarbe bewirkt. Diese Dämpfung ist erklärlicherweise von besonders intensiver Wirkung auch für Frequenzen oberhalb der Hörgrenze und im Ultraschallbereich, sofern solcher nach Art des Schwingkörpers überhaupt auftreten kann. Diese Ultraschalldämpfung hat zwar selbst keine wesentlich Wirkung auf das hörbare Klangbild und - wie oben dargelegt - auch keine wesentliche Wechselwirkung mit den tieferen Frequenzbereichen, ist jedoch messtechnisch ein wichtiges Indiz für den auftretenden Dämpfungseffekt als solchen und vor allem für seine selektive Wirkung in höheren Frequenzbereichen, nämlich auch bis herab in den Hörbarkeitsbereich.
• Erstaunlicherweise sind deutliche Wirkungen mit sicherer Reproduzierbarkeit auch mit schubspannungsübertragender Bindung der Partikel zu erzielen, vorzugsweise mit an sich üblichen Kunstharz- und Naturharzbindemitteln, wie sie für an sich übliche Lackbindungen im Musikinstrumentenbau verwendet werden. Die Dämpfungswirkung tritt hier wegen der geringen oder sogar zu vernachlässigenden Bewegungsreibung zwischen Partikeln und festem Bindemittel bzw. zwischen den Partikeln und der Schallabstrahlungsoberfläche naturgemäss zurück. Stattdessen ist hier die Erhöhung der auf die Fläche bezogenen Massenbelegung bei grösseren Granulatzugaben von Bedeutung. Hiermit lässt sich das Verhältnis von Schwingmasse zu Federhärte in einem jedenfalls für die Frequenzen im oberen Hörbarkeitsbereich wirksamen Masse beeinflussen, was im allgemeinen positive Effekte hinsichtlich Klangfülle und auch ästhetisch wesentlicher Ausgeglichenheit des Klangbildes hat. Hier ist vor allem auch wichtig, dass wegen der zurücktretenden Dämpfung zusätzlich eine Verbesserung der Schwingenergiebilanz eintritt, d.h. eine Verlagerung der ansonsten in unerwünschten Frequenzbereichen abgestrahlten Schwingenergie in zwar relativ hohe, aber musikalisch relevante Frequenzbereiche. Dies gilt auch für die entsprechende Herabsetzung des Schwingenergieinhaltes im Ultraschallbereich, wie bereits oben erwähnt.
• Darüberhinaus hat sich bei der experimentellen Untersuchung noch ein klangrelevanter Effekt bei sehr geringen Granulatdosen, bezogen auf die behandelte Grösse der Schallabstrahlungsfläche ergeben, und zwar für Metallgranulate mit hoher spezifischer Masse (Dichte), wie Schwermetallgranulate, und vor allem solche von Edelmetallen, insbesondere Platinmetallen. Während dieser Effekt, der grundsätzlich sowohl bei viskoser wie auch bei fester Partikelbindung beobachtet worden ist, für die erstgenannte Bindung allenfalls noch mit Relativschwingungs- und Dämpfungseffekten in sehr hohen Frequenzbereichen erklärt werden könnte, fehlt eine plausible kausale Deutung in Bezug auf die feste Bindung von extrem geringen Granulatdosen derzeit. Für die gewerbliche Anwendbarkeit genügt jedoch auch für diesen Effekt die experimentell nachgewiesene, sichere Reproduzierbarkeit.
• Erfindungswesentlich ist im übrigen der experimentell nachgewiesene Umstand, dass es für die Klangbildbeeinflussung weniger auf die oberflächenbezogene Granulat-Massenbelegung, als vielmehr auf die Kornmasse bzw. den Mittelwert derselben sowie bemerkenswerterweise sogar auf die spezifische Masse des Kornmaterials ankommt, und zwar im Sinne einer deutlichen Bevorzugung von Materialien mit hohen Dichten, wie die erwähnten Platinmetalle. Platin- und Osmiumpulver hat sich dabei überraschenderweise in äusserst geringen Dosen pro Flächeneinheit der Schallabstrahlungsoberfläche in fester Bindung als deutlich wirksam in Richtung einer verbesserten Klangfülle von behandelten Resonanzböden bzw. Streichinstrumenten erwiesen.
• Aus der Fülle der Experimentalergebnisse seien die folgenden beispielsweise angeführt:
  Resonanzkörperoberflächen einer Geige wurden mit folgenden, in Öl gebundenen Granulaten etwa gleichen Granulatvolumens beschichtet, wobei sich die Massenangabe auf eine Gesamtfläche von etwa 200 cm² bezieht:
  Mehl - 0,2 g, Leichtmetallpulver - 0,9 g zu Vergleichszwecken einerseits und Tellurpulver - 3,5 g als erfindungsgemässes Beispiel andererseits.
• Die Beschichtung mit Mehl als Beispiel eines ausgesprochenen Leichtgranulats, die auch ohne Bindung als Trockenbeschichtung ausgeführt wurde, hatte eine deutlich allgemein dämpfende Wirkung auf das Klangbild. Messtechnisch wurde erwartungsgemäss eine intensive Dämpfung vor allem in hohen Frequenzbereichen und im Ultraschallbereich festgestellt.
• Bei den verschiedenen Metallgranulaten ergaben sich vorteilhafte Klangbeeinflussungen, im allgemeinen quantitativ und qualitativ stärker mit zunehmender Dichte des Partikelmaterials. Ausserdem zeigten sich differenzierte Änderungseffekte hinsichtlich der verschiedenen ästhetischen Klangbildkomponenten (Klangfülle, Tragweite, Weichheit bzw. Härte u.a.), deren Bewertung jedoch als subjektiv hier nicht näher ausgeführt werden soll. Die Differenziertheit der verschiedenen Effekte als solche ist jedoch gesichert und kann offenbar im Einzelfall nach relativ einfach durchzuführenden Kontroll- und Einstellversuchen für den jeweils beabsichtigten Effekt gezielt und reproduzierbar eingesetzt werden.
• In fester Lackbindung wurden u.a. Resonanzböden verschiedener Art mit geringen Mengen von Platin- und Osmium pulver behandelt. Hier ergaben sich messtechnisch gesicherte Resonanzanhebungen in mittleren Hörbarkeits-Frequenzbereichen mit als wertvoll zu bezeichnenden Klangverbesserungseffekten.
  Die beigefügte Zeichnung zeigt einen plattenförmigen Resonanzkörper in einem schematischen Querschnitt mit Schallabstrahlungsflache SF und viskos oder fest eingebundner Granulatbeschichtung GR in einem entsprechenden Bindemittel BM.

Claims (4)

1. Schwingkörper, insbesondere Resonanzkörper, für Klangerzeugungsgeräte und -vorrichtungen, wie Musikinstrumente und Lautsprecher, mit einer schallabstrahlenden Oberflächenschicht, die ein mit der Schwingkörperoberfläche in Kraftübertragungsverbindung stehendes Granulat enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Granulatpartikel Tellur, Platin oder Platinmetall, insbesondere Osmium und/oder Iridium, oder eine Legierung oder intermetallische Verbindung solcher Metalle enthält, und dass die obere Grenze der Korngrösse der Granulatpartikel etwa 0,01 mm beträgt.
2. Schwingkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenze der Korngrösse der Granulatpartikel etwa 0,005 mm beträgt.
3. Schwingkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat mit der Schwingkörperoberfläche durch ein viskoses Bindemittel in Kraftübertragungsverbindung steht.
4. Schwingkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat wenigstens teilweise in kolloidaler Verteilung im Bindemittel vorliegt.

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