EP0434754A1 - Vorrichtung zur schallabstrahlung und musikinstrument - Google Patents

Vorrichtung zur schallabstrahlung und musikinstrument

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EP0434754A1
EP0434754A1 EP19890911050 EP89911050A EP0434754A1 EP 0434754 A1 EP0434754 A1 EP 0434754A1 EP 19890911050 EP19890911050 EP 19890911050 EP 89911050 A EP89911050 A EP 89911050A EP 0434754 A1 EP0434754 A1 EP 0434754A1
Authority
EP
European Patent Office
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sound
soundboard
musical instrument
loudspeaker
instrument according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19890911050
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Hattermann
Heinrich BÜCKER
Wolfgang Bachmann
Wilhelm Schaffrath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schimmel Verwaltung GmbH
Original Assignee
Wilhelm Schimmel Pianofortefabrik GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE19893913527 external-priority patent/DE3913527A1/de
Priority claimed from DE19893929726 external-priority patent/DE3929726A1/de
Application filed by Wilhelm Schimmel Pianofortefabrik GmbH filed Critical Wilhelm Schimmel Pianofortefabrik GmbH
Publication of EP0434754A1 publication Critical patent/EP0434754A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
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    • G10H3/12—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument
    • G10H3/24—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument incorporating feedback means, e.g. acoustic
    • G10H3/26—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument incorporating feedback means, e.g. acoustic using electric feedback
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10H3/14—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means
    • G10H3/18—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means using a string, e.g. electric guitar
    • G10H3/185—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument using mechanically actuated vibrators with pick-up means using a string, e.g. electric guitar in which the tones are picked up through the bridge structure
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H2220/00—Input/output interfacing specifically adapted for electrophonic musical tools or instruments
    • G10H2220/461—Transducers, i.e. details, positioning or use of assemblies to detect and convert mechanical vibrations or mechanical strains into an electrical signal, e.g. audio, trigger or control signal
    • G10H2220/465—Bridge-positioned, i.e. assembled to or attached with the bridge of a stringed musical instrument
    • G10H2220/501—Two or more bridge transducers, at least one transducer common to several strings

Definitions

  • the invention relates to a device for sound radiation by means of a plate-shaped, electro-dynamically excited sound body.
  • the inventive concept can be implemented in particular in connection with a key-operated musical instrument with a data processing device, with which the actuation of the keys is converted into electrical signals corresponding to sound values, and with a device for sound radiation, to which these signals are supplied.
  • a musical instrument comes into consideration, in particular a piano or grand piano, with strings that are stretched over bridges and are excited to vibrate, and with a plate-shaped sound body that is flat or flatly curved in the manner of a single-layer or multi-layer soundboard known for this Materials is formed.
  • the invention also enables a device for the electro-dynamic conversion of mechanical vibrations of a plate-shaped sound body into electrical signals.
  • AI loudspeaker systems for installation in motor vehicles or furniture are known, with which an improved reproduction of acoustic vibrations can take place, particularly in the low frequency range. It is based on the idea of using panels from vehicles or furniture as a vibrating and noise-producing medium.
  • DE 36 25 040 AI proposes to equip a piano housing with a cavity on the inside and to provide a microphone in this substantially completely.
  • the cavity should be enclosed by the soundboard and part of the housing below the soundboard.
  • a special structure made of plastic foam and other elements is used for improved shielding against disturbing external influences.
  • the problem remains that the reproduction via the loudspeaker boxes does not correspond to the desired diffuse sound field, but rather to an artificial acoustic field prevailing at a specific point on the piano.
  • the object of the invention is to propose additional possibilities for sound reproduction while avoiding the disadvantages of the prior art.
  • a device for sound radiation by means of a plate-shaped, electro-dynamically excited sound body in that the plate-shaped sound body is flat or slightly curved in the manner of a single-layer or multi-layer resonance floor of a musical instrument made of known materials and the Forms membrane of at least one electromagnetic loudspeaker, consisting of a pot-shaped permanent magnet and a voice coil, the voice coil engaging at least one loudspeaker via a drive plunger on the plate-shaped sound body.
  • the plate-shaped sound body is formed by the built-in soundboard of a piano or grand piano ready to play, completely new uses arise. A piece previously played and recorded on the same piano or grand piano can then be played directly on the piano. This enables completely new methods of piano teaching, since the pupil can be shown his own mistakes, particularly with regard to expression, emphasis, etc.
  • an electronic alienation of the played sound can of course also take place. Certain frequencies can be hidden, amplified, or rearranged. Artificial reverberation can be created or attenuated. Since the playback takes place via a soundboard, as is known from pianos, a sound that is perceived as "classic" is created.
  • the resonance floor and the entire resonance body are not excited with the participation of the musical mechanism.
  • the soundboard acts as a vibrating membrane that receives impulses from the outside through a drive tappet.
  • the very special character of the piano sounds in terms of its sound properties is generated digitally and in this form is fed into the original piano sound body via the vibration exciter.
  • the sound body is excited in a vibratory spectrum and in a manner from the outside, as is otherwise the case with the original piano playing via the piano strings.
  • the resonance floor built into a piano with special tension ratios has special vibration characteristics, which are based on the construction of the sound body. If such a sound body is excited from the outside, it vibrates in the same way as if it were directly through the Sound strings excited. The original filter effect of the sound body and the soundboard, as a result of which the sound character of piano sounds is determined, is therefore retained.
  • the inventive concept can also be used in a key-operated musical instrument with a data processing device with which the actuation of the keys is converted into electrical signals corresponding to sound values, and with a device for sound radiation to which these signals are supplied.
  • Such musical instruments are also known as so-called digital pianos and have also been on the market in versions for domestic use since around 1987.
  • Sensors or other elements detect which key is pressed and use a data processing device to determine an electrical signal that corresponds to the associated sound values.
  • Different mechanisms can also be used to determine the strength or speed with which the button is pressed; a value for the volume can be determined from this.
  • the electrical signal corresponding to the sound values is now fed to a device for sound radiation.
  • loudspeakers that are either permanently installed in the musical instrument or can be connected externally, for example as parts of a radio system.
  • the device comprises for Schallabstrahlu ⁇ g a plate-shaped electro-dyna ish excited sound that soundboard flat or slightly curved in the manner of a single- or multilayer of a Musik ⁇ instrument is made of known materials for this purpose and forms the membrane of at least one electromagnetic loudspeaker, consisting of a pot-shaped permanent magnet and a voice coil, the voice coil engaging at least one loudspeaker via a drive plunger on the plate-shaped sound body and the electromagnetic loudspeaker (s) the electrical signals corresponding to the sound values are supplied.
  • the piano music played by the pianist is transformed into a first-class, barely reproducible sound quality and dynamics to be distinguished from a conventional piano.
  • a soundboard made of materials that are otherwise used for pianos By using a soundboard made of materials that are otherwise used for pianos, a lifelike sound is achieved.
  • Another field of application of the invention is a musical instrument, in particular piano or grand piano with strings that are stretched over bridges and are excited to vibrate, and with a plate-shaped sound body that is flat or slightly curved in accordance with Art a single or multi-layer soundboard is made of known materials.
  • a musical instrument in particular a piano or a grand piano, with strings that are stretched over bridges and are excited to vibrate, can be proposed, which has a further usability compared to conventional pianos and is nevertheless not a digital piano .
  • the webs are spaced apart and contact-free from the sound body (resonance floor), that sensors for Scanning of the bridge vibrations are provided, which emit digital signals to a control unit, that the control unit converts and processes signals into sound values and outputs the processed signals to a device for sound radiation, and that the device for sound radiation transmits the plate-shaped, electrodynamically excited sound body (Reso ⁇ nanzêt), which forms the membrane of at least one electromagnetic loudspeaker, consisting of a pot-shaped permanent magnet and a voice coil, the voice coil of at least one loudspeaker engaging the plate-shaped sound body via a drive plunger and the electromagnetic loudspeaker (s) corresponding to the sound values trical signals are supplied.
  • the plate-shaped, electrodynamically excited sound body which forms the membrane of at least one electromagnetic loudspeaker, consisting of a pot-shaped permanent magnet and a voice coil, the voice coil of at least one loudspeaker engaging the plate-shaped sound body via a drive plunger and the electromagnetic loudspeaker (s
  • the piano music played by the pianist is reproduced by this novel musical instrument in a first-class sound quality and dynamism that can hardly be distinguished from a conventional piano.
  • a soundboard made of materials that are otherwise used for pianos By using a soundboard made of materials that are otherwise used for pianos, a lifelike sound is achieved.
  • the sound emission to the outside can be significantly reduced. This means that the piano can be played loudly or quietly with the same key stroke.
  • the signals output by the sensors to the control unit are processed in this way. processes that their forwarding to the device for
  • music can be played using headphones, i.e. without any external sound.
  • the key actuations are provided with all conventional or theoretically desired hammer mechanisms, and the piano also has all the other elements, including the strings, that are desired even by the most demanding pianist.
  • Systems functionally preferably consist of a magnet system, a voice coil, a centering, a holder and a coupling.
  • the loudspeaker magnet system has a cup-shaped structure with an annular air gap.
  • the voice coil protruding into the air gap of the magnet system preferably consists of a single-layer or multi-layer copper winding which is applied to a tubular coil carrier consisting of an unmagnetic substance. However, it can also be designed to be self-supporting by casting or gluing.
  • the centering serves for the distortion-free transmission of the vibrations. It is preferably carried out via a double diaphragm which is attached to the stationary part of the loudspeaker on the one hand and to the drive tappet on the other hand, the drive tappet being mounted centrally in a recess in this double diaphragm.
  • the double membrane holds the coil in the necessary coaxial position in the annular gap around the Vibration coil so firm that small axial vibrational movements are very easily possible, while radial parallel displacement or tilting of the coil axis is opposed to the greatest possible resistance.
  • the stationary part of the magnet system or loudspeaker is carried by a holder made of metal, wood, plastic or composite material.
  • This holder can be connected to the stationary frame, also called the catch. It should be noted that it is preferably shielded from feedback from vibrations of the soundboard to the loudspeaker.
  • the holder can contain adjusting devices with which the position of the magnet can be adjusted in all spatial axes and planes.
  • connection between the voice coil and the resonance base is preferably made via a coupling head. It has a flange which is flat on the resonance floor and firmly connected to it. On the side facing away from the soundboard, it has a sleeve into which the drive tappet can be inserted.
  • the drive tappet is preferably fastened in the sleeve by gluing or screwing. Welded or soldered connections or the combination of different connection types are also conceivable.
  • the voice coil can also be arranged directly on the drive plunger, for example via an adhesive connection.
  • the drive plunger additionally takes on the role of the coil carrier.
  • the end can be closed with a stopper.
  • This stopper is preferably attached directly to the soundboard, for example screwed on.
  • the assembly is made easier if the magnet has a centering hole for a centering pin.
  • an alignment of the parts connected to the drive tappet, which subsequently vibrate with the soundboard, is achieved, in particular the position of the voice coil.
  • the magnet and the further stationary parts can then be pushed onto the already arranged parts by means of the centering pin and thus aligned.
  • An embodiment for the external vibration excitation of the soundboard and sound body consists in the fact that a first mechanical vibration coil uses a tappet to trigger those tilting vibrations on the sound. bridge that would otherwise be given by the sound strings to the sound bridge.
  • a second oscillation coil transmits the horizontal oscillation parts to the soundboard, which otherwise are transmitted to the soundboard via the sound bridge.
  • a particularly high sound quality can be achieved by a construction of three electromagnetic loudspeakers.
  • a first loudspeaker which is arranged away from ribs and webs, is used to transmit the vertical vibration to the soundboard.
  • a second loudspeaker engaging on a bridge transmits horizontal tilting vibrations to the bridge. Above all, harmonics are transmitted as a result.
  • a third loudspeaker works with a rocker bearing via a lever system and, due to the higher inertia of such a construction, transmits vibrations with a lower frequency directly to the soundboard, which is primarily the low frequency range.
  • the strings otherwise provided in ready-to-play pianos in addition to transmitting vibrations to the resonance body, in turn also influence the vibrational behavior of the resonance body.
  • a further improvement in the sound quality can be achieved in that the bridges over which the strings are stretched are provided with a tensioning device which pretension them in the position that they are in conventional pianos take in. It should be taken into account that the webs generally do not run in a straight line, but in acoustically induced curves. A special sound fidelity is achieved by the bias.
  • the invention also proposes a device for the electro-dynamic conversion of mechanical vibrations of a plate-shaped sound body into electrical signals.
  • This microphone-like device is also characterized in that the plate-shaped sound body is flat or slightly curved in the manner of a single-layer or multi-layer soundboard of a musical instrument made of materials used for this purpose and forms the membrane of at least one electro-magnetic microphone.
  • the vibration pickup can also be the vibration generator at the same time. It is then no longer necessary to record the music played on the piano with a separate microphone, rather the soundboard of the piano is used directly as a microphone membrane.
  • FIG. 1 a shows a sectional principle illustration through a section of a device according to the invention
  • FIG. 1 b shows a sectional principle illustration similarly
  • FIG. 1 a through a section from one musical instrument according to the invention in another
  • FIG. 2 shows a section through a special embodiment of a loudspeaker
  • FIG. 3 shows a section through another special embodiment of a loudspeaker
  • FIG. 4 shows a detail from FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a section through a further embodiment
  • FIG. 6 views of a soundboard from above, below and from the side
  • FIG. 7 shows a section through a device according to the invention
  • a musical instrument in particular a grand piano or a piano, has a plate-shaped, flat or slightly arched soundboard 11, of which in
  • Fig. 1 shows a detail and in Fig. 6 a schematic overall view is shown.
  • the soundboard 11 carries ribs 12.
  • a sounding web 13 or, as shown in FIG. a spar 13c may be arranged, the sound bridge 13 or spar 13c running parallel to the soundboard 11, but perpendicular to the ribs 12.
  • the sound bridge 13, on which the piano strings 14 are supported runs spaced from the spar 13c.
  • the sound bridge 13 (possibly a plurality of sound bridge 13, 13b) in this case run at a uniform distance from the soundboard 11.
  • the spar 13c is provided parallel to them.
  • the sound bridge 13 there is (not shown) a number of sensors for scanning the bridge vibrations, which emit digital signals to a control unit.
  • the control unit converts the signals into sound values and processes them and delivers them to a device for sound radiation.
  • the device for sound radiation has the soundboard 11 as an essential component.
  • the resonance floor 11 is the membrane of at least one electromagnetic loudspeaker.
  • the loudspeaker has a permanent magnet and a voice coil as well as a drive plunger which engages on the soundboard 11.
  • a drive 20 or 30 (in FIG. 1) is provided in each case for transmitting the horizontal or the vertical components of the signals which result from the web vibrations of the blade web 13.
  • the drive 20 has a drive plunger 21 which is fastened at one end to the spar 13c, while its other end is connected via a joint to the vibrating coil 22 arranged on a tubular coil carrier 23.
  • the voice coil 22 with the tubular coil carrier 23 are mounted in a pot-shaped permanent magnet 24.
  • the tubular coil carrier 23 moves in the magnetic field of the permanent magnet 24 and thus also sets the drive plunger 21 in vibration, which in turn transmits it to the spar 13c.
  • the drive 30 for the transmission of the vertical components of the web vibrations also has a drive tappet 31 which is arranged on the one side in the spar 13c and on the other side is connected via a joint to a tubular coil support 33 on which a vibration coil 32 is attached is.
  • This voice coil 32 is in turn movably mounted in a permanent magnet 34.
  • the mode of operation corresponds to that of the drive 20.
  • the difference between the two drives is that the tubular coil carrier 33 transmits its vibrations axially to a drive tappet 31, which in turn transmits these vibrations as a vertical component to the spar 13c.
  • the drive system includes a drive tappet 41, which is moved by the movement of a voice coil 42 with a tubular coil support 43 in a magnet 44.
  • the magnet 44 includes a pole core 45.
  • the magnet 44 is also enclosed by a lower pole plate 47 and an upper pole plate 48, the upper pole plate 48 having a central opening in which the tubular coil carrier 43 with the vibrating coil 42 is arranged axially.
  • the drive plunger 41 is fastened to a coupling head 46, which in turn is fastened to the tubular coil carrier 43.
  • a rocker bearing 51 is located between the soundboard 11 and a lever arm 52, which is arranged essentially parallel to the soundboard.
  • the lever arm 52 is coupled at one end to the drive tappet 41, at the other end it is mounted on the soundboard 11 with a fastening 53.
  • the rocker bearing 51 is arranged between the two elements 41 and 53.
  • a hard adhesive is proposed for connecting the coupling head 46 to the tubular coil carrier 43, and one or more centering membranes can also be used to guide the vibrating coil.
  • This lever or rocker-like construction serves especially for the transmission of deep tones. Due to the inertia of the lever system (this can also be reinforced by a suitable elastic material for the rocker bearing 51), only those movements of the drive tappet are transmitted which last for a certain period of time. But this is only the case for low-frequency vibrations. By appropriately designing the lever, the preferred frequency range of the tones can also be selected. Through the use of several such lever or rocker systems with different specifications at different points on the soundboard, a true-to-life transmission in the low-frequency range can take place in this way.
  • a drive tappet engages on the soundboard 11
  • the drive plunger 31 is with a voice coil
  • a magnet core 45 belongs to the magnet 44 (as in FIG. 2).
  • the magnet 44 is also enclosed by a lower pole plate 47 and an upper pole plate 48, the upper pole plate 48 having a central opening in which the tubular coil carrier 33 axially is arranged with the voice coil 32.
  • a double membrane is used for centering.
  • the upper centering membrane 61 is fastened to a coaxial spacer ring 62.
  • This coaxial spacing ring 62 is in turn attached to the upper pole plate 48.
  • the outer edge of the upper centering membrane 61 is thus stationary. It is ring-shaped and therefore has an inner circular recess. Through this recess, the tubular coil carrier 33 extends with the vibrating coil 32.
  • Centering membrane 61 is fastened to the tubular coil carrier 33. As can be seen in particular from FIG. 4, this fastening can be effected, for example, by latching into an annular groove 63.
  • a lower centering membrane 66 is received in the ring gap between the magnet 44 and the Polker ⁇ 45. It is on the one hand with its outer annular edge on the magnet 44 and on the other hand with its inner, also circular -
  • the edge of the upper centering membrane 61 is thus stationary. It is ring-shaped and therefore has an inner circular recess.
  • the tubular coil carrier 33 with the vibrating coil 32 extends through this recess.
  • the upper centering membrane 61 is fastened to the tubular coil carrier 33. As can be seen in particular from FIG. 4, this fastening can be effected, for example, by snapping into an annular groove 63.
  • a lower centering diaphragm 66 is received in the ring gap between the magnet 44 and the pole core 45. It is attached on the one hand with its outer annular edge to the magnet 44 and on the other hand with its inner, also circular edge at the lower end of the tubular coil support 33.
  • the double membrane with the upper centering membrane 61 and the lower centering membrane 66 is to some extent Frame flexible. While it allows axial movement of the tubular coil former 33 of the vibrating coil 32 around the pole core 45 (the amplitude of which is relatively small), it prevents radial or tilting movements of the tubular coil former 33
  • Movements would have a component in the membrane level and are therefore filtered out.
  • the upper circular end of the tubular coil carrier 33 is closed off by a coupling head 46. This is firmly connected to the tubular coil carrier 33 by a hard adhesive 71.
  • the drive plunger 31 is seated on the coupling head 46. It can be screwed (see FIG. 4), for example, into the coupling head 46.
  • the drive tappet 31 projects into a sleeve 72.
  • the sleeve 72 The sleeve
  • the sleeve 72 on the flange 73 is opened vertically downward, so that the drive plunger 31 projects precisely into it.
  • An adhesive space 75 is formed between the drive tappet 31 and the inner wall of the sleeve 72. Venting or filling bores 76 extend through the wall of the sleeve 72. An adhesive can be introduced into the adhesive space 75 through these openings 76, which creates a firm connection of the drive tappet 31 with the sleeve 72 and thus with the flange
  • FIG. 5 shows a construction which, like the conception of FIGS. 3 and 4, directly transmits the vibrations from the magnet system to the soundboard 11.
  • a drive tappet 81 also takes over the function of the coil carrier.
  • the vibration coil 82 is fastened on it.
  • the tubular drive plunger 81 is mounted in a magnet 44, as was the case with the tubular coil carrier in the previous embodiment.
  • a plug 87 is provided which includes ab ⁇ the pipe end. Between the plug 87 and the drive plunger 81, an adhesive space 75 is filled with adhesive and ensures a firm and secure connection.
  • the plug 87 is flat on the side facing the soundboard 11 and is circular in accordance with the tube. To secure the adhesive connection and to enlarge the adhesive space 75, the plug 87 pulls a little sleeve-like into it from the end of the drive plunger 81.
  • the magnet 44 has a central one vertically to the resonance base 11, that is to say axially to the vibrating coil 82 and to the drive plunger 81, the S pu le ⁇ trä ger, aligned center ⁇ trier bore 89.
  • the assembly of a loudspeaker or a drive unit proceeds as follows: First, the plug 87 (preferably made of aluminum) is mounted on the soundboard 11 at the intended location using wood screws 88. The drive plunger 81 with the voice coil 82 is pushed onto it and firmly glued to the plug 87 in the region of the adhesive space 75.
  • a centering pin can now (or even before the plug 87 is placed on the soundboard 11) inserted into a hole (not shown) centrally in the plug 87. It is preferably screwed into a thread provided in this bore so that it is exactly perpendicular to the bottom surface of the plug 87 and thus the soundboard 11.
  • the magnet 44 with its centering bore 89 is then pushed onto the centering pin.
  • the centering pin passes through the centering bore 89 with a precise fit. At the same time, it is thus precisely aligned with the voice coil 82.
  • the magnet 44 is then firmly connected to stationary parts, for example the frame or the catch.
  • several adjustment screws are used, which are first tightened evenly on the frame. Then there may be a fine tuning.
  • the centering pin is unscrewed and pulled out through the centering bore 89. When pulling out the centering pin, the magnet 44 remains in the adjusted position due to its attachment.
  • the adjusting screws set the position in several
  • a cup-shaped holder extends on the one hand a plurality of tension screws (approximately four) which are screwed into the thread in the magnet 44 and thus connect the holder and the magnet (pull together).
  • the bracket is attached to a fixed part.
  • the system is e.g. easily removable and re-attachable for transports. It is just as easy to replace defective voice coils 82 or those that have been destroyed by overload.
  • FIG. 6 shows a soundboard 11 with a combination of such loudspeaker devices.
  • the in Top view of a rectangular soundboard has diagonal, parallel ribs 12. A slightly curved, but essentially perpendicular to the ribs 12, a sound bridge 13 is arranged.
  • a sound bridge 13 is arranged.
  • pianos and grand pianos have a second bridge 13b.
  • the first longer sound bridge 13, which extends approximately diagonally across the entire soundboard 11, is also referred to as a disc bridge or main bridge, the second shorter, approximately parallel to the first sound bridge 13b, on the other hand, as a bass bridge , corresponding to the respective sound bridge 13.
  • 13b supported sound strings, which are not shown in Fig. 6.
  • the soundboard 11 is surrounded on the outside by a frame 15.
  • a drive 30 for transmitting the vertical component of the vibrations is arranged adjacent to one end of a sounding web 13, but at a distance from it and also at a distance from the ribs 12.
  • This drive 30 corresponds, for example, to the embodiment shown in FIGS. 3, 4 or 5.
  • the third drive 40 which is arranged between the two ridges 13 and 13b, is also used at a distance from the ribs 12 for transmission in the low-frequency range.
  • This drive is designed in accordance with the embodiment shown in FIG.
  • a keyboard 2 is provided, consisting of a series of keys, only one of which is shown in section.
  • the keyboard 2 can be covered with a flap 3.
  • the keys of the keyboard 2 can be pivoted about a pivot point 'when disconnectedle ⁇ kt from its rest position. They are biased into their rest position, to which they therefore automatically return.
  • the keystroke of the keys is registered and its duration and the hardness or speed of the keystroke are converted into a digital signal. This is done in a mechanical box 4, which is indicated in FIG. 7 only as a functional box.
  • the speed of the keystroke can be determined, for example, by measuring which one The time interval between passing two predetermined points on the key stroke passes.
  • the digital signals of the mechanical box 4 are transmitted to an electronic box 5, which assigns these values to certain sound values. These sound values serve to control electromagnetic loudspeakers which are arranged on the soundboard 11.
  • this soundboard 11 is set up as a vertical plate in the rear part of the housing 1 of the piano.
  • the keystrokes of the keys on the keyboard 2 are thus translated in the mechanical box 4 into digital signals, which the electronic box 5 uses to control drives 20 and 30, respectively.

Description

Vorrichtung zur Schallabstrahlung und Musikinstrument
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schallab¬ strahlung mittels eines plattenförmigen, elektro-dy- namisch angeregten Klangkörpers.
Der erfinderische Grundgedanke ist realisierbar insbesondere in Verbindung mit einem tastenbetätigten Musikinstrument mit einer Dateπverarbeitungsein- richtung, mit der die Betätigung der Tasten in elektrische, Klangwerten entsprechende Signale umgesetzt wird, und mit einer Vorrichtung zur Schall¬ abstrahlung, der diese Signale zugeführt werden.
Insbesondere kommt ein Musikinstrument in Betracht insbesondere Klavier oder .Flügel, mit Saiten, die über Stege gespannt sind und zu Schwingungen angeregt werden, und mit einem plattenförmigen Klangkörper, der eben oder flach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens aus dafür bekann- ten Werkstoffen ausgebildet ist.
Umgekehrt ermöglicht die Erfindung auch eine Vor¬ richtung zur elektro-dynamischen Wandlung mechani¬ scher Schwingungen eines plattenförmigen Klangkörpers in elektrische Signale.
Die Wiedergabe von Klavierkläπgen durch herkömm¬ liche Lautsprechersysteme hat, physikalisch bedingt, einige gravierende Mängel. Die Wiedergabe über zwei getrennt aufgestellte Lautsprecherboxen ver¬ mittelt zwar einen räumlichen Eindruck, der jedoch nicht mit dem von Klavier- und 'Flügelresonanzböden erzielten diffusen Schallfeld vergleichbar ist. Jedes herkömmliche Lautsprechersystem erzeugt koπstruktions- bedingt Nichtlinearitäten bezüglich Frequenz- und Phasengaπg sowie Ein- und Ausschwingverhalten, was zu einer Klangverfälschung führt. Je größer die Aus¬ lenkungen der Membran sind, desto stärker tritt dieser Effekt in Erscheinung.
Beispielsweise aus der GB 2 027 316 A und der EP 0 054 945 AI sind Lautsprecheraπlagen für den Einbau in Kraftfahrzeuge oder auch Möbel bekannt, mit denen eine verbesserte Wiedergabe akustischer Schwingungen insbesondere im Tieftonbereich erfolgen kann. Dabei stützt man sich auf die Idee, Paneele aus den Fahrzeugen oder Möbeln als schwingendes und Geräusch produzieren¬ des Medium mit einzusetzen.
Aus der DE 15 37 581 B2 ist eine elektroakustische Wandleraπordnuπg bekannt, die ein von einem Toπkopf oder einer ähnlichen Quelle empfangenes elektrisches Signal in die dynamische Bewegung einer Spule umsetzt, die ihrerseits an dem Resonanzboden befestigt ist und diesem eine Schwingung erteilt.
Diese bekannten Vorrichtungen können jedoch nicht bei der Wiedergabe von anspruchsvollen Klavierklängen befriedigen und sind mehr bei der Lösung von spezi¬ ellen Problemen, etwa bei der Musikwiedergabe in akustisch eher ungünstigen Lagen, etwa in Kraftfahrzeugen, vorzu¬ sehen.
Zur Verbesserung des Klanges zu übertragender Klavier¬ musik schlägt die DE 36 25 040 AI vor, ein Klavier¬ gehäuse im Inneren mit einem Hohlraum auszustatten und in diesem im wesentlichen vollständig ein Mikrophon vorzusehen. Der Hohlraum soll vom Resonanzboden und einem Teil des Gehäuses unterhalb des Resonanzbodens umschlossen werden. Eine spezielle Struktur aus Kunst¬ stoffschaum und weiteren Elementen wird zur verbesserten Abschirmung gegen störende Außeneinflüsse eingesetzt.
Auch hier bleibt jedoch das Problem bestehen, daß die Wiedergabe über die Lautsprecherboxen nicht dem angestrebten diffusen Schallfeld entspricht, sondern eher einem künstlichen, an einem speziellen Punkt des Klavieres herrschenden akustischen Feld.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, unter Ver¬ meidung der Nachteile des Standes der Technik zusätz¬ liche Möglichkeiten für die Klaπgwiedergabe vorzu¬ schlagen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Schall¬ abstrahlung mittels eines plattenförmigen, elektro¬ dynamisch angeregten Klangkörpers dadurch gelöst, daß der plattenförmige Klangkörper eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Re¬ sonanzbodens eines Musikinstrumentes aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist und die Membran wenigstens eines elektromagnetischen Lautsprechers, bestehend aus einem topfförmigen Dauermagnet und einer Schwing¬ spule bildet, wobei die Schwiπgspule wenigstens eines Lautsprechers über einen Antriebsstößel an dem platten- för igen Klangkörper angreift.
Aufgezeichnete Musik, insbesondere Klaviermusik wird durch diese neuartige Vorrichtung in erstklassiger Klanqualität und Dynamik wiedergegeben. Durch die Verwendung eines Resonanzbodens aus Werkstoffen, die für Klaviere sonst verwendet werden, wird ein natur¬ getreuer Klang erzielt. Natürlich wird es auch möglich, gezielt Verfälschungen eines naturgetreuen Klanges durch bestimmte Verände¬ rungen des Resonanzbodens zu erreichen. Die Anwendung ist auch nicht auf Klaviermusik beschränkt. Werden Resonanzböden aus sonst für Geigenkästen verwendeten Werkstoffen ausgebildet, so können Geigenklänge besonders naturgetreu wiedergegeben werden. Ähnliches gilt auch für Gitarren und weitere mit Resonanzböden arbeitende Musikinstrumente.
Wird der plattenförmige Klangkörper von dem eingebauten Resonanzboden eines spielfertigen Klavieres oder Flügels gebildet, so entstehen völlig neuartige Verwendungs¬ möglichkeiten. Ein auf demselben Klavier oder Flügel zuvor gespieltes und aufgezeichnetes Stück kann an¬ schließend direkt über das Klavier wiedergegeben werden. Dies ermöglicht völlig neuartige Methoden des Klavier¬ unterrichtes, da dem Schüler seine eigenen Fehler, insbesondere hinsichtlich Ausdruck, Betonung usw. unmittelbar vorgeführt werden können.
Auch anspruchsvolle fortgeschrittene Pianisten oder Komponisten können diese Vorrichtung, etwa im Zusammen¬ hang mit einem Musikinstrument nutzen, etwa als Eigen¬ kontrolle.
Es wird auch möglich, sich selbst auf dem Klavier zu begleiten und auf diese Weise vier-, sechs-, acht- oder mehrhändige Klavierwerke ohne größeren Aufwand zu spielen. Eine künstliche Begleitung, wie sie bisher in elektronischen Orgeln etwa möglich ist, ist sehr steril und kann hinsichtlich der Klangqualität den Ansprüchen nicht genügen. Wurde dagegen bisher versucht etwa auf Tonband aufgezeichnete Klavierwerke mit einem herkömmlichen Klavier zu begleiten, fiel die Diskrepanz hinsichtlich der Klangqualität, Stimmung und Dynamik besonders auf. Mit den neuartigen Vorrichtungen ist dagegen eine Begleitung ohne diese Diskrepanz und mit ausgezeichneter Klavierqualität möglich.
Auf Wunsch kann natürlich auch eine elektronische Verfremdung des gespielten Klanges erfolgen. Bestimmte Frequenzen können ausgeblendet oder verstärkt oder neu arrangiert werden. Künstlicher Hall kann erzeugt oder weggedämpft werden. Da die Wiedergabe über einen Resonanzboden erfolgt, wie er aus Klavieren bekannt ist, entsteht dennoch ein als "klassisch" empfundener Klang .
Aus einer separaten elektronischen Baueinheit kann natürlich auch - entsprechend einem derzeitigen modi¬ schen Trend - ein vollständiger Koπzertsatz einge¬ spielt werden, der dann mit dem Klavier begleitet wird (sog. "concert minus 1") .
Ein prinzipieller Unterschied besteht auch zu den seit der Jahrhundertwende bekannten sog. Selbstspiel¬ pianos. Deren Prinzip beruht grundsätzlich darauf, daß der Klangeffekt durch Antrieb des Spielwerkes (Hebelwerk der Mechanik) erzielt wird. Für die Steu¬ erung dieses Selbstspielpianos zur Bewegung des Spiel¬ werkes von Klavieren und Flügeln sind Lochstreifen und andere Datenträger für die Tonfolge und Musik¬ stücke bekannt.
Bei der vorliegenden Erfindung jedoch werden der Re¬ sonanzboden und der gesamte Resonanzkörper nicht unter Mitwirkung des Spielwerkes erregt. Vielmehr wirkt der Resonanzboden als Schwinguπgsmembraπ , die von außen durch einen Antriebsstößel Impulse erhält. Der in seinen Klangeigenschaften ganz besondere Cha¬ rakter der Klavierkläπge wird digital erzeugt und in dieser Form über den Schwingungserreger in den Original-Klavierklangkörper eingespeist. Dadurch wird der Klangkörper in einem Schwinguπgsspektrum und in einer Art von außen erregt, wie dies beim originären Klavierspiel sonst über die Klaπgsaiten erfolgt. Dies führt zu einem vergleichbaren Schwingungsverhalten, das der Resonanzboden sonst durch die mechanische Anregung über die Klangsaiten zeigt, ohne daß diese über das Spielwerk angeregt werden müssen.
Dies liegt vor allem daran, daß der mit besonderen Spaπnungsverhältnissen in ein Klavier eingebaute Re¬ sonanzboden besondere Schwingungscharakteristiken hat, welche auf der Bauweise des Klangkörpers beruhen Wird ein solcher Klangkörper von außen angeregt, schwingt er in gleicher We _ise, als wäre er direkt durch die Klangsaiten erregt. Die originäre Filterwir¬ kung des Klangkörpers und des Resonanzbodens, wodurch der Klangcharakter von Klavierklängeπ bestimmt wird, bleibt also erhalten.
Der Erfindungsgedanke läßt sich ebenfalls einsetzen bei einem tasteπbetätigten Musikinstrument mit einer Datenverarbeitungseinrichtung, mit der die Betätigung der Tasten in elektrische, Klangwerten entsprechende Signale umgesetzt wird, und mit einer Vorrichtung zur Schallabstrahlung, der diese Signale zugeführt werden.
Derartige Musikinstrumente s-ind auch als sog. Digital¬ pianos bekannt und seit etwa 1987 auch in Versionen für den Hausgebrauch auf dem Markt. Sie besitzen Tastaturen, die denen von herkömmlichen Klavieren oder Flügeln ähneln. Sensoren oder andere Elemente erfassen, welche Taste jeweils gedrückt ist und ermit¬ teln mit einer Datenverarbeitungseinrichtung ein elek¬ trisches Signal, das den zugehörigen Klaπgwerten ent¬ spricht. Mit unterschiedlichen Mechanismen kann zugleich auch die Stärke oder Geschwindigkeit bestimmt werden, mit der die Taste gedrückt wird; daraus läßt sich ein Wert für die Lautstärke ermitteln.
Das elektrische, den Klangwerteπ entsprechende Signal wird nun einer Vorrichtung zur Schallabstrahlung zu¬ geführt. Dabei handelt es sich üblicherweise um Laut¬ sprecher, die entweder fest in das Musikinstrument eingebaut sind oder extern, etwa als Teile einer Radio- aπlage angeschlossen werden können.
Da aufwendige .Hammermechaniken , Saiten und dgl. nicht mehr benötigt werden, sind derartige Digitalpianos gegenüber herkömmlichen Klavieren preislich sehr kon¬ kurrenzfähig. Sie bieten darüber hinaus auch den Vorteil, daß Kopfhöreraπschlüsse vorgesehen werden können, die ein für die Umwelt praktisch geräuschfreies Kla¬ vierspielen ermöglichen. Durch das Vorhandensein einer Datenverarbeitungseiπrichtung lassen sich auch Ver¬ fremdungen des Klangs vorsätzlich herbeiführen, bei¬ spielsweise ungewöhnliche Temperierungen anstelle der heute allgemein üblichen "wohl-temperierten" Pianos.
Sind daher mit den Digitalpianos allerlei elektro¬ nische Spielereien möglich, so kann doch ihre Klaπg- qualität bei dem ursprünglich angestrebten Zweck, nämlich der Simulation eines herkömmlichen Klavieres, nicht befriedigen. Es entsteht kein authentischer Klang, sondern es bleibt stets der Eindruck bestehen, synthetische Musik vor sich zu haben. Die Wiedergabe der elektrischen Signale durch herkömmliche Lautspre¬ chersysteme hat, physikalisch bedingt, einige gra- vierende Mängel. Die Wiedergabe über zwei getrennt aufgestellte Lautsprecherboxen vermittelt zwar einen räumlichen Eindruck, der jedoch nicht mit dem von herkömmlichen Klavieren erzielten diffusen Schallfeld vergleichbar ist. Konstruktionsbedingt entstehen Nicht- liπearitäten bezüglich Frequenz- und Phaseπgang sowie Ein- und Ausschwingverhalten, was zu einer Klaπgver- fälschung führt. Je größer die Auslenkuπgen der Mem¬ bran sind, desto stärker tritt dieser Effekt in Er¬ scheinung.
Bei einem derartigen tasteπbetätigteπ Musikinstrument mit einer Datenvεrarbeitungseiπrichtuπg kann eine bessere Klangwiedergabe dadurch erreicht werden, daß •die Vorrichtung zur Schallabstrahluπg einen platten- förmigen elektro-dyna isch angeregten Klangkörper aufweist, der eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens eines Musik¬ instrumentes aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist und die Membran wenigstens eines elektromagne- tischen Lautsprechers, bestehend aus einem topfformigen Dauermagnet und einer Schwingspule, bildet, wobei die Schwingspule wenigstens eines Lautsprechers über einen Antriebsstößel an dem plattenförmigen Klangkörper angreift und dem oder den elektromagnetischen Lautspre- ehern die den Klangwerten entsprechenden elektrischen Signale zugeführt werden.
Die vom Pianisten gespielte Klaviermusik wird durch dieses neuartige Musikinstrument in erstklassiger, kaum von einem herkömmlichen Klavier zu unterschei¬ dender Klaπgqualität und Dynamik wiedergegeben. Durch die Verwendung eines Resonanzbodens aus Werkstoffen, die für Klaviere sonst verwendet werden, wird ein naturgetreuer Klang erzielt.
Diese Verbesserung der Klangqualität wird möglich, ohne auf die Vorteile verzichten zu müssen, die ein Digitalpiano gegenüber einem herkömmlichen Klavier bietet: Es ist preislich konkurrenzfähig, Musikwieder¬ gabe per Kopfhörer, also ohne Schallabgabe nach außen, bleibt möglich, auf Klavierπachsti mungen , Saiten- spannuπgeπ und dgl. kann verzichtet werden.
Es ist auch möglich, ein auf dem Digitalpiano gespiel¬ tes Stück aufzuzeichnen und dieses aufgezeichnete Stück anschließend direkt wiederzugeben, und zwar ohne Qualitätsverlust. Dies ermöglicht völlig neu¬ artige Methoden des Klavierunterrichtes, bei dem bisher Digitalpiaπos aufgrund ihres verfälschenden Klanges keinerlei Verwendung finden konnten. Nun wird es je¬ doch möglich, dem Schüler seine eigenen Fehler, ins¬ besondere hinsichtlich Ausdruck, Betonung usw. , un¬ mittelbar vorzuführen.
Auch anspruchsvolle fortgeschrittene Pianisten oder Komponisten können dieses Musikinstrument nutzen, etwa als Eigenkontrolle.
Ein weiteres Anwenduπgsfeld der Erfindung ist ein Musikinstrument, insbesondere Klavier oder Flügel mit Saiten, die über Stege gespannt sind und zu Schwin¬ gungen angeregt werden, und mit einem plattenförmigen Klangkörper, der eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist.
Diese Musikinstrumente mit Saiten, die über Stege gespannt sind, insbesondere Klaviere oder Flügel, erfreuen sich seit Jahrhunderten großer Beliebtheit. Ihre Benutzung ist jedoch beschränkt. Um die von der Umgebung häufig als störend empfundene beim Üben erzeug¬ te noch unvollkommene Musik zu vermeiden, ist man bisher auf Digitalpiaπos gemäß der vorstehenden Beschrei¬ bung ausgewichen, die Kopfhöreranschlüsse besitzen.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen tasteπbetätig- teπ Musikinstrumente mit Datenverarbeituπgseiπrichtungen läßt sich zwar der Klang der Digitalpianos bereits deutlich verbessern, dennoch werden viele Verkehrs¬ kreise diese digitalen Instrumente nach wie vor ablehnen Die Zwischenschaltung der Datenverarbeitung und das Fehlen der Klaviermechanik wird nach wie vor subjektiv und in gewissem Maße auch berechtigt objektiv dazu führen, daß auch diese verbesserten Instrumente noch als Digitalpianos bezeichnet und evtl. mit Vorbehalt betrachtet werden.
Mit der Erfindung läßt sich jedoch ein Musikinstrument, insbesondere ein Klavier oder ein Flügel, mit Saiten, die über Stege gespannt sind und zu Schwingungen ange¬ regt werden, vorschlagen, das gegenüber den herkömm¬ lichen Klavieren eine weitere Benutzbarkeit besitzt und dennoch kein Digitalpiaπo ist.
Dieses wird dadurch erreicht, daß die Stege beabstan¬ det und kontaktfrei von dem Klangkörper (Resonanz¬ boden) verlaufen, daß an den Stegen Sensoren zur Abtastung der Stegschwingungen vorgesehen sind, die digitale Signale an eine Steuereinheit abgeben, daß die Steuereinheit Signale in Klaπgwerte umsetzt und verarbeitet und die verarbeiteten Signale an eine Vorrichtung zur SchallaBstrahlung abgibt, und daß die Vorrichtung zur Schallabstrahlung den platteπför- migen elektrodynamisch angeregten Klangkörper (Reso¬ nanzboden) aufweist, der die Membran wenigstens eines elektromagnetischen Lautsprechers, bestehend aus einem topfformigen Dauermagnet und einer Schwingspule bildet, wobei die Schwingspule wenigstens eines Lautsprechers über einen Antriebsstößel an dem plattenförmigen Klang¬ körper angreift und dem oder den elektromagnetischen Lautsprechern die den Klangwerten entsprechenden elek¬ trischen Signale zugeführt werden.
Die vom Pianisten gespielte Klaviermusik wird durch dieses neuartige Musikinstrument in erstklassiger, kaum von einem herkömmlichen Klavier zu unterschei¬ dender Klangqualität und Dynamik wiedergegeben. Durch die Verwendung eines Resonanzbodens aus Werkstoffen, die für Klaviere sonst verwendet werden, wird ein naturgetreuer Klang erzielt.
Diese Verbesserung der Klangqualität im Verhältnis zu Digitalpianos wird erzielt, obwohl zugleich eine Verbesserung und Erweiterung der Möglichkeiten gegen¬ über .herkömmlichen Klavieren erfolgt.
So kann auf Wunsch die Schallabgabe nach außen deutlich reduziert werden. Das bedeutet, daß das Klavier bei gleichem Tasteπaπschlag laut oder leise gespielt werden kann. Hierzu werden lediglich die von den Sensoren an die Steuereinheit abgegebenen Signale so verar- beitet, daß ihre Weitergabe an die Vorrichtung zur
Schalla.bstrahlung mit der Maßgabe erfolgt, den Schwin¬ gungen eine verringerte Amplitude zu geben.
Grundsätzlich wird Musikwiedergabe per Kopfhörer, also ganz ohne Schallabgabe nach außen möglich.
Dabei sind die Tastenbetätigungeπ mit allen herkömm¬ lichen oder theoretisch gewünschten Hammermechaπiken versehen, und das Klavier besitzt auch ansonsten alle auch von dem anspruchsvollsten Pianisten gewünschten Elemente einschl. der Saiten.
Die zur elektro-dynamischen Anregung bzw. externen Schwinguπgserreguπg dienenden elektro-dynamischen
Systeme bestehen funktioneil vorzugsweise aus einem Magπetsystem, einer Schwingspule, einer Zentrierung, einer Halteruπg und einer Kopplung. Öas Magnetsystem des Lautsprechers besitzt eine topfförmige Struktur mit ringförmigem Luftspalt. Die in den Luftspalt des Magnetsystems hineinragende Schwingspule besteht vor¬ zugsweise aus einer ein- oder mehrlagigen Kupferwick¬ lung, die auf einen rohrförmigen, aus einer unmagne- tischeπ Substanz bestehenden Spuleπträger aufgebracht ist. Sie kann aber auch durch Verguß oder Verklebung freitragend gestaltet sein.
Die Zentrierung dient zur verzerrungsfreien Übertra¬ gung der Schwingungen. Vorzugsweise erfolgt sie über eine Doppelmembran, die an dem ortsfesten Teil des Lautsprechers einerseits und an dem Aπtriebsstößel andererseits befestigt ist, wobei der Antriebsstößel zentral in einer Ausnehmung dieser Doppelmembran ge¬ lagert ist. Die Doppelmembran hält die Spule in der notwendigen koaxialen Position im Ringspalt um die Schwiπgungsspule so fest, daß kleine axiale Schwiπ- gungsbewegungen sehr leicht möglich sind, radialen Parallelverschiebungeπ oder Kippungeπ der Spulenachse hingegen möglichst großer Widerstand entgegengesetzt wird.
Der ortsfeste Teil des Magnetsystems bzw. Lautspre¬ chers wird durch eine Halteruπg aus Metall, Holz, Kunststoff oder Verbundwerkstoff getragen. Diese Hal- teruπg kann mit dem ortsfesten Rahmen, auch Raste genannt, verbunden sein. Zu beachten ist dabei, daß sie vorzugsweise abgeschirmt ist von Rückkopplungen von Schwingungen des Resonanzbodens auf den Lautspre¬ cher. Die Halteruπg kann Stellvorrichtungen enthalten, mit denen der Magnet in allen räumlichen Achsen und Ebenen in seiner Lage justiert werden kann.
Die Verbindung zwischen der Schwingspule und dem Reso¬ nanzboden erfolgt bevorzugt über einen Kopplungskopf. Er weist einen Flansch auf, der flächig am Resonanz¬ boden und fest mit diesem verbunden ist. Auf der vom Resonanzboden abgewandten Seite besitzt er eine Hülse, in die der Antriebsstößel gesteckt werden kann. Die Befestigung des Aπtriebsstößels in der Hülse erfolgt bevorzugt durch Klebung oder Schraubung. Schwei߬ oder Lötverbindungen oder auch die Kombination aus verschiedenen Verbiπdungsarteπ sind aber ebenfalls denkbar .
Alternativ kann die Schwingspule auch unmittelbar, beispielsweise über eine Klebverbindung, auf dem An¬ triebsstoßel angeordnet sein. Der Antriebsstößel über¬ nimmt in diesem Falle zusätzlich die Aufgabe des Spu¬ lenträgers. An seinem dem Resonanzboden zugewandten Ende kann er in diesem Falle mit einem Stopfen ver¬ schlossen werden. Dieser Stopfen wird bevorzugt di¬ rekt auf dem Resonanzboden befestigt, beispielsweise festgeschraubt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der geringeren Anzahl der benötigten Bau¬ teile, da Antriebsstößel und Spulenträger von einem Element gebildet werden. Zugleich wird so auch eine unmittelbarere Übertragung der Schwingungen auf den Resonanzboden gewährleistet.
Die Montage wird erleichtert, wenn der Magnet eine Zentrierbohrung für einen Zentrierstift aufweist.. Es wird dadurch eine Ausrichtung zunächst der mit dem Aπtriebsstößel verbundenen Teile, die nachher mit dem Resonanzboden schwingen, erzielt, insbeson¬ dere die Lage der Schwingspule festgelegt. Anschlie¬ ßend können der Magnet und die weiteren ortsfesten Teile mittels des Zentrierstiftes auf die bereits angeordneten Teile aufgeschoben und so ausgerichtet werden.
Für die Stabilität und Klangeigenschaften des Resonanz¬ bodens sowie auch für einige Formen der Schwingungs¬ übertragungen ist es in der Ausführungsform mit den von dem Resonanzboden beabstandeteπ Stegen zweckmäßig, wenn auf dem Resonanzboden noch Holme vorgesehen sind, die beabstandet, aber parallel zu den Stegen verlaufen, über .die die Saiten gespannt sind. Diese Stege kommen mit den Saiten selbst nicht mehr in Berührung; sie verlaufen jedoch etwa dort, wo in herkömmlichen Kla¬ vieren die Klangstege ebenfalls verlaufen.
Eine Ausführungsform für die externe Schwinguπgser- regung von Resonanzboden und Klangkörper besteht darin, daß eine erste mechanische Schwingungsspule über einen Antriebsstδßel jene Kippschwingungen auf den Klang- steg überträgt, die sonst von den Klangsaiten dem Klangsteg erteilt werden. Eine zweite Schwingungs¬ spule überträgt auf den Resonanzboden die horizontalen Schwingungsaπteile, welche sonst über den Klangsteg auf den Resonanzboden übertragen werden.
Eine besonders hohe Klangqualität läßt sich erzielen durch eine Konstruktion aus drei elektromagnetischen Lautsprechern. Dabei dient ein erster Lautsprecher, der abseits von Rippen und Stegen angeordnet ist, zur Übertragung der vertikalen Schwingung auf den Resonanzboden. Ein zweiter an einem Steg angreifender Lautsprecher überträgt horizontale Kippschwingungen auf den Steg. Dadurch werden vor allem Oberschwin- gungen übertragen. Ein dritter Lautsprecher arbeitet über ein Hebelsystem mit einem Wippenlager und über¬ trägt aufgrund der höheren Trägheit einer solchen Konstruktion vor allem Schwingungen mit geringerer Frequenz unmittelbar auf den Resonanzboden, das ist vor allem der Tieftonbereich.
Bei einem erfinduπgsgemäßen Einsatz in einem Digitalpiaπo ohne Saiten kann eine weitere Verbesserung der Klang¬ qualität dadurch erzielt werden, daß an dem platten- förmigen Klangkörper vorgesehene Klangstege mit einer Spannvorrichtung zur Simulierung der Saiten versehen sind.
Auch die in spielfertigen Klavieren sonst vorgesehenen Saiten bewirken neben der Schwinguπgsübertragung auf den Resonanzkörper ihrerseits eine Beeinflussung des Schwinguπgsverhalteπs des Resonanzkörpers.
Durch Übertragung geeigneter Vorspannungen auf die Klangstege kann eine Annäherung des KlangVerhaltens auch bezüglich dieser Korrekturen vorgenommen werden. Möglich, allerdings kostenträchtiger und für ein Digital¬ piano weniger zu bevorzugen, wäre auch das Vorsehen einer kompletten Saiteπbespannuπg des Resonanzbodens.
Bei der erfiπdungsgemäßen Verbesserung eines Klaviers mit zum Klangkörper beabstaπdeten Stegen läßt sich eine weitere Verbesserung der Klangqualität dadurch erzielen, daß diejenigen Stege, über die die Saiten gespannt sind, mit einer Spannvαrrichtung versehen sind, die sie in derjenigen Position vorspannen, die sie in herkömmlichen Klavieren einnehmen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Stege im allgemeinen nicht geradlinig, sondern in akustisch bedingten Kurven verlaufen. Durch die Vorspannung wird eine besondere Klangtreue erreicht.
Durch die Erfindung wird neben einer Vorrichtung zur Schallabstrahluπg auch eine Vorrichtung zur elektro¬ dynamischen Wandlung mechanischer Schwingungen eines plattenförmigen Klangkörpers in elektrische Signale vorgeschlagen. Auch diese mikrophonähnliche Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der plattenförmige Klangkörper eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens eines Musik- Instrumentes aus dafür verwendeten Werkstoffen aus¬ gebildet ist und die Membran wenigstens eines elektro¬ magnetischen Mikrophons bildet.
Gegebenenfalls kann der Schwingungsabnehmer gleichzeitig auch der Schwingungsgeber sein. Dabei wird es dann nicht mehr nötig, die auf dem Klavier gespielte Musik mit einem separaten Mikrophon aufzunehmen, vielmehr wird der Resonanzboden des Klaviers unmittelbar als Mikrophonmembran verwendet. Die Schwingungscharakteristiken von Klaπgsteg und
Resonanzboden werden daher genau in der Form aufgenommen, in der sie eingespeist werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren im einzelnen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. la eine geschnittene Priπzipdarstellung durch einen Ausschnitt aus einer erfiπdungsgemäßen Vorrichtung , Fig. lb eine geschnittene Prinzipdarstellung ähnlich
Fig. la durch einen Ausschnitt aus einem erfin- dungsgemäßeπ Musikinstrument in einer anderen
Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt durch eine spezielle Ausführungs¬ form eines Lautsprechers, Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere spezielle Ausführungsform eines Lautsprechers,
Fig. 4 ein Detail aus Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, Fig. 6 Ansichten eines Resonanzbodens von oben, unten und der Seite und Fig. 7 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Musikinstrument .
Ein Musikinstrument, insbesondere ein Flügel oder ein Klavier, besitzt einen plattenförmigen , ebenen oder schwach gewölbten Resonanzboden 11, von dem in
Fig. 1 ein Ausschnitt und in Fig. 6 eine schematische Gesamtansicht gezeigt ist. Der Resonanzboden 11 trägt Rippen 12. Auf der von den Rippen 12 abgewandteπ Seite des Resonanzbodens 11 kann, wie in Fig. la dargestellt, ein Klaπgsteg 13 oder, wie in Fig. lb dargestellt, ein Holm 13c angeordnet sein, wobei Klangsteg 13 bzw. Holm 13c parallel zum Resonanzboden 11, aber senkrecht zu den Rippen 12, verlaufen.
In Fig. 1 stützen sich die Klangsaiten 14 auf dem Klangsteg 13 ab.
In Fig. lb verläuft beabstandet von dem Holm 13c der Klangsteg 13, auf dem sich dort die Klaπgsaiten 14 abstützen. Der Klangsteg 13 (ggf. mehrere Klangstege 13, 13b) verlaufen in diesem Falle in gleichmäßigem Abstand zum Resonanzboden 11. Parallel zu ihnen ist jeweils der Holm 13c vorgesehen.
An dem Klangsteg 13 befindet sich (nicht dargestellt) eine Anzahl von Sensoren zur Abtastung der Stegschwin¬ gungen, die digitale Signale an eine Steuereinheit abgeben. Die Steuereinheit setzt die Signale in Klang- werte um und verarbeitet sie und gibt sie an eine Vorrichtung zur Schallabstrahlung ab.
Die Vorrichtung zur Schallabstrahlung weist als wesent¬ lichen Bestandteil den Resonanzboden 11 auf. Der Reso¬ nanzboden 11 ist die Membran wenigstens eines elektro- magnetischen Lautsprechers. Zu dem Lautsprecher gehört jeweils ein Dauermagnet und eine Schwingspule sowie ein Antriεbsstößel, der an dem Resonanzboden 11 an¬ greift.
Zur Übertragung der horizontalen bzw. der vertikalen Komponenten der Signale, die sich aus den Stegschwin¬ gungen des Klaπgsteges 13 ergeben, ist jeweils eiri Antrieb 20 bzw. 30 (in Fig. 1) vorgesehen. Der Antrieb 20 weist ein Antriebsstößel 21 auf, der mit seinem einen Ende am Holm 13c befestigt ist, während sein anderes Ende über ein Gelenk mit der auf einem rohrförmigeπ Spuleπträger 23 angeordneten Schwiπgspule 22 verbunden ist. Die Schwingspule 22 mit dem rohrför¬ migeπ Spulenträger 23 sind in einem topfformigen Dauer¬ magneten 24 gelagert.
Wird die Schwingspule 22 von Strom durchflössen, so bewegt sich der rohrförmige Spulenträger 23 in dem Magnetfeld des Dauermagneten 24 und versetzt damit auch den Antriebsstößel 21 in Schwingungen, die dieser wiederum auf den Holm 13c überträgt.
Der Antrieb 30 für die Übertragung der vertikalen Komponenten der Stegschwingungen besitzt ebenfalls ein Aπtriebsstößel 31, der auf der einen Seite im Holm 13c angeordnet, auf der anderen Seite über ein Gelenk mit einem rohrförmigeπ Spulenträger 33 verbun- den ist, auf dem eine Schwiπgspule 32 befestigt ist. Diese Schwingspule 32 ist wiederum in einem Dauermag¬ neten 34 beweglich gelagert. Die Funktionsweise ent¬ spricht der des Antriebes 20.
Der Unterschied zwischen den beiden Antrieben besteht darin, daß der rohrförmige Spulenträger 33 seine Schwin¬ gungen axial auf eine Aπtriebsstößel 31 überträgt, der seinerseits diese Schwingungen als vertikale Kompo¬ nente auf den Holm 13c weitergibt.
Andererseits versetzt der rohrförmige Spulenträger
23 den Antriebsstößel 21 in Querschwiπguπgen , die diese als horizontale Komponente an den Holm 13c weiter¬ gibt. In der Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Auch hier soll der Schall eines Anregungssystemes auf einen Klangkörper, nämlich einen Resonanzboden 11, übertragen werden. Zu dem Aπreguπgssystem gehört ein Aπtriebsstößel 41, der durch die Bewegung einer Schwingspule 42 mit einem rohrförmigen Spulenträger 43 in einem Magneten 44 bewegt wird. Zu dem Magneten 44 gehört ein Polkern 45. Der Magnet 44 wird außerdem durch eine untere Polplatte 47 und eine obere Polplatte 48 eingeschlossen, wobei die obere Pαlplatte 48 eine zentrale Öffnung aufweist, in der axial der rohrförmige Spulenträger 43 mit der Schwiπgspule 42 angeordnet ist.
Der Antriebsstößel 41 ist an einem Koppluπgskopf 46 befestigt, der seinerseits an dem rohrförmigen Spuleπträ- ger 43 befestigt ist.
Die Übertragung der Schwingung von dem Aπtriebsstößel 41 auf den Resonanzboden 11 erfolgt nicht direkt, sondern über ein Hebelsystem. Zu diesem Zweck befindet sich ein Wippenlager 51 zwischen dem Resonanzboden 11 und einem Hebelarm 52, der im wesentlichen parallel zum Resonanzboden angeordnet ist. Der Hebelarm 52 ist an seinem einen Ende mit dem Antriebsstößel 41 gekoppelt, an seinem anderen Ende mit einer Befestigung 53 am Resonanzboden 11 montiert. Das Wippenlager 51 ist zwischen den beiden Elementen 41 und 53 angeordnet.
Zur Verbindung des Kopplungskopfes 46 mit dem rohrför¬ migen Spulenträger 43 wird eine Hartklebung vorge¬ schlagen, zur Führung der Schwiπgspule können auch ein oder mehrere Zeπtriermembranen eingesetzt werden.
Diese hebel- oder wippenartige Konstruktion dient vor allem zur Übertragung von tiefen Tönen. Aufgrund der Trägheit des Hebelsystems (diese kann auch durch geeignetes elastisches Material für das Wippenlager 51 verstärkt werden) werden nur solche Bewegungen des Antriebsstößels übertragen, die über eine bestimmte Zeitdauer anhalten. Das aber ist nur für niederfrequen¬ te Schwingungen der Fall. Durch entsprechende Ausbildung des Hebels kann damit zugleich auch der bevorzugt zu übertragende Frequenzbereich der Töne ausgewählt werden. Durch den Einsatz mehrerer solcher Hebel¬ bzw. Wippeπsysteme mit unterschiedlichen Spezifika¬ tionen an verschiedenen Stellen des Resonanzbodens kann auf diese Weise eine naturgetreue Übertragung im Tieftonbereich erfolgen.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Konstruktion dargestellt, die vor allem zur Übertragung von Tönen im mittleren Frequenzbereich dient. Sie überträgt alle Schwingungen direkt von dem Magnεtsystem auf den Resonanzboden.
An dem Resonanzboden 11 greift ein Aπtriebsstößel
31 an. Der Antriebsstößel 31 ist mit einer Schwingspule
32 verbunden, die auf einem rohrförmigen Spulenträger
33 in einem Magneten 44 gelagert ist. Zu dem Magneten 44 gehört (wie in Fig. 2) ein Polkern 45. Der Magnet 44 wird außerdem durch eine untere Polplatte 47 und eine obere Polplatte 48 eingeschlossen, wobei die obere Polplatte 48 eine zentrale Öffnung aufweist, in der axial der rohrförmige Spuleπträger 33 mit der Schwingspule 32 angeordnet ist.
Zur Zentrierung dient eine Doppelmembran. Die obere Zeπtriermembran 61 ist an einem koaxialen Abstandsring 62 befestigt. Dieser koaxiale Abstaπdsring 62 ist seinerseits an der oberen Polplatte 48 befestigt. Der äußere Rand der oberen Zentriermembran 61 ist damit ortsfest. Sie ist ringförmig ausgebildet und besitzt daher eine innere- kreisförmige Ausnehmung. Durch diese Ausπehmung erstreckt sich der rohrförmige Spuleπträger 33 mit der Schwiπgspule 32. Die obere
Zentriermembran 61 ist dabei an dem rohrförmigen Spulen- träger 33 befestigt. Wie insbesondere aus Fig. 4 hervor¬ geht, ist diese Befestigung beispielsweise durch Ein¬ rasten in eine Ringnut 63 zu bewirken.
Auf ähnliche Weise ist eine untere Zentriermembran 66 in dem Riπgspalt zwischen dem Magneten 44 und dem Polkerπ 45 aufgenommen. Sie ist einerseits mit ihrem äußeren ringförmigen Rand an dem Magneten 44 und ande- rerseits mit ihrem inneren, ebenfalls kreisförmigen -
Rand der oberen Zentriermembran 61 ist damit ortsfest. Sie ist ringförmig ausgebildet und besitzt daher eine innere kreisförmige Ausnehmung. Durch diese Ausnehmung erstreckt sich der rohrförmige Spulenträger 33 mit der Schwiπgspule 32. Die obere Zentriermembran 61 ist dabei an dem rohrförmigen Spulenträger 33 befestigt Wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, ist diese Befestigung beispielsweise durch Einrasten in eine Ringnut 63 zu bewirken.
Auf ähnliche Weise ist eine untere Zentriermembraπ 66 in dem Riπgspalt zwischen dem Magneten 44 und dem Polkern 45 aufgenommen. Sie ist einerseits mit ihrem äußeren ringförmigen Rand an dem Magneten 44 und ande- rerseits mit ihrem inneren, ebenfalls kreisförmigen Rand an dem unteren Ende des rohrförmigen Spulenträ¬ gers 33 befestigt.
Die Doppelmembran mit der oberen Zentriermembran 61 und der unteren Zentriermembran 66 ist in gewissem Rahmen flexibel. Während sie axiale Bewegung des rohr¬ förmigen Spulenkörpers 33 der Schwiπgspule 32 um den Polkern 45 gestattet (deren Amplitude ist verhältnis¬ mäßig gering) , verhindert sie radiale oder Kippbe- wegungen des rohrförmigen Spulenträgers 33. Diese
Bewegungen würden eine Komponente in der Membranebeπe besitzen und werden daher herausgefiltert.
Das obere kreisförmige Ende des rohrförmigen Spulenträ- gers 33 wird durch einen Kopplungskopf 46 abgeschlos¬ sen. Dieser wird durch eine Hartklebung 71 mit dem rohrförmigen Spuleπträger 33 fest verbunden. Auf dem Koppluπgskopf 46 sitzt der Antriebsstößel 31. Er kann (vgl. Fig. 4) beispielsweise in den Kopplungskopf 46 eingeschraubt sein.
Der Aπtriebsstößel 31 ragt in eine Hülse 72. Die Hülse
72 ist eiπstückig ausgeführt mit einem Flansch 73. Dieser Flansch ist eben und parallel zum Resonanzboden 11 und wird beispielsweise über Schrauben durch Bohrun¬ gen 74 fest an dem Resonanzboden 11 montiert. Die Hülse 72 an dem Flansch 73 ist vertikal nach unten geöffnet, so daß der Aπtriebsstößel 31 genau in sie hineinragt. Zwischen dem Aπtriebsstößel 31 und der Inπenwandung der Hülse 72 ist ein Kleberaum 75 gebildet Durch die Wandung der Hülse 72 erstrecken sich Entlüf- tungs- oder Füllbohrungen 76. Durch diese Öffnungen 76 kann ein Klebemittel in den Kleberaum 75 eingeführt werden, das zu einer festen Verbindung des Antriebsstö- ßels 31 mit der Hülse 72 und damit mit dem Flansch
73 und dem Resonanzboden 11 führt. Diese Verbindung muß fest sein, um die Schwingungen des rohrförmigen Spulenträgers 33 sicher auf den Resonanzboden 11 über¬ tragen zu können, ohne daß dabei Verzerrungen auf- treten. Axial um den Antriebsstößel 31 ist unterhalb der Hülse 72 ein Dichtring 77 ausgebildet (in Fig. 4 etwas beabstaπdet von der Hülse 72 dargestellt) . Dieser dichtet den Kleberaum 75 "nach unten ab und verhindert, daß das Klebemittel während der Klebung austritt.
In der Fig. 5 ist eine Konstruktion dargestellt, die wie die Konzeption der Fig. 3 und 4 direkt die Schwingun¬ gen von dem Magnetsystem auf den Resonanzboden 11 überträgt.
Ein Aπtriebsstößel 81 übernimmt jedoch zugleich die Funktion des Spuleπträgers. Auf ihm ist die Schwiπg¬ spule 82 befestigt. Der rohrförmige Aπtriebsstößel 81 ist in einem Magneten 44 gelagert, wie dies in der vorhergehenden Ausführuπgsform der rohrförmige Spuleπträger war.
Auf der von dem Magneten 44 abgewandteπ und dem Re- sonanzboden 11 zugewandten Seite 'des Antriebsstößels 81 ist ein Stopfen 87 vorgesehen, der das Rohrende ab¬ schließt. Zwischen dem Stopfen 87 und dem Antriebs- Stößel 81 ist ein Kleberaum 75 mit Klebemittel ausge¬ füllt und sorgt für eine feste und sichere Verbindung. Der Stopfen 87 ist auf der dem Resonanzboden 11 zuge¬ wandten Seite eben und dem Rohr entsprechend kreis¬ förmig ausgebildet. Zur Sicherung der Klebeverbinduπg und zur Vergrößerung des Kleberaumes 75 zieht sich der Stopfen 87 von dem Ende des Aπtriebsstößels 81 noch etwas hülseπartig in ihn hinein. Der Stopfen
87 ist mit Holzschrauben 88 am Resonanzboden 11 fest¬ geschraubt.
Der Magnet 44 besitzt zentral eine vertikal zum Resonanz- boden 11, also axial zur Schwiπgspule 82 und zum An- trie b s stößel 81 , d em S pu leπträ ger , a u s g erichtete Zen ¬ trierb ohrung 89 .
Die Montage eines Lautsprechers bzw. einer Aπtriebsein- heit entsprechend dieser Konstruktion verläuft wie folgt: Zunächst wird der Stopfen 87 (bestehend vorzugs¬ weise aus Aluminium) an der vorgesehenen Stelle mit Holzschrauben 88 am Resonanzboden 11 montiert. Auf ihn wird der Antriebsstößel 81 mit der Schwingspule 82 aufgeschoben und im Bereich des Kleberaumes 75 fest mit dem Stopfen 87 verklebt.
Ein Zentrierstift kann nun (oder auch schon vor dem Aufsetzen des Stopfens 87 auf dem Resonanzboden 11) in eine nicht dargestellte Bohrung zentral im Stopfen - 87 eingeführt werden. Vorzugsweise wird er in ein in dieser Bohrung vorgesehenes Gewinde eingeschraubt, so daß er genau senkrecht zurBodenflache des Stopfens 87 und damit des Resonanzbodens 11 steht.
Auf den Zentrierstift wird anschließend der Magnet 44 mit seiner Zentrierbohrung 89 aufgeschoben. Der Zentrierstift geht paßgenau durch die Zentrierbohrung 89. Er ist damit gleichzeitig exakt auf die Schwing¬ spule 82 ausgerichtet. Der Magnet 44 wird dann fest mit ortsfesten Teilen, beispielsweise dem Rahmen oder der Raste, verbunden. Dazu werden mehrere Justier¬ schrauben verwendet, die zunächst am Rahmen gleichmäßig fest angezogen werden. Dann erfolgt ggf. eine Fein¬ abstimmung. Schließlich wird der Zentrierstift her¬ ausgeschraubt und durch die Zentrierbohrung 89 her¬ ausgezogen. Beim Herausziehen des Zeπtrierstiftes bleibt der Magnet 44 aufgrund seiner Befestigung in der justierten Position. Die Justierschrauben legen die Position in mehrerer
Hinsicht fest. Durch eine topfförmige Halterung erstrecken sich zum einen mehrere Zugschraubeπ (etwa vier) , die in Gewinde im Magneten 44 eingeschraubt werden und so die Halterung und den Magneten verbinden (zueinander- ziehen) . Die Halterung wird an einem ortsfesten Teil befestigt.
Radial durch den zylindrischen den Magneten 44 umgeben- den Teil der topfformigen Halterung erstrecken sich gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere (ebenfalls etwa vier) Druckschrauben, die sich auf dem Magneten 44 abstützen. Sie dienen zur X-Y-Orientierung des Magneten. Weitere (etwa vier) Druckschrauben erstrecken sich parallel zum Zeπtrierstift durch den Deckel der Halterung und stützen sich ebenfalls am Magneten 44 ab. Sie dienen zur Z-Orientierung, wobei sie allerdings auch auf die X-Y-Orientierung Einfluß nehmen.
Ein Schwingen der Schwingspule 82 relativ zum Magneten 44 führt jetzt zu Schwingungsbewegungen des Resonanzbo¬ dens 11.
Sollte sich das Holz verziehen, ist eine problemlose Nachjustierung möglich. Das System ist z.B. bei Trans¬ porten einfach demontierbar und wiederanbringbar. Ebenso einfach ist ein Auswechseln defekter oder etwa durch Überlast zerstörter Schwingspulen 82.
Eine Kombination der Ausführungsformen aus den Fig.
1 bis 5 miteinander und auch mit weiteren Lautsprecher¬ vorrichtungen ist möglich.
Fig. 6 zeigt einen Resonanzboden 11 mit einer Kombina- tion derartiger Lautsprechervorrichtungen. Der in Draufsicht rechteckige Resonanzboden besitzt diagonale, parallele Rippen 12. Leicht geschwungen, aber im wesent¬ lichen senkrecht zu den Rippen 12 ist ein Klangsteg 13 angeordnet. Üblicherweise besitzen Klaviere und Flügel einen zweiten Klaπgsteg 13b. Der erste längere, sich in etwa diagonal über den ganzen Resonanzboden 11 erstreckende Klangsteg 13 wird auch als Diskaπtsteg oder Hauptsteg bezeichnet, der zweite kürzere, ungefähr parallel zum ersten verlaufende Klangsteg 13b dagegen als Baßsteg,, entsprechend den jeweils auf den Klang¬ stegen 13,13b abgestützten Klangsaiten, die in Fig. 6 nicht dargestellt sind. Der Resonanzboden 11 ist außen von einem Rahmen 15 umgeben.
Bei einem Einsatz in einem Musikinstrument mit Stegen 13,13b, die beabstaπdet von dem Resonanzboden 11 ange¬ ordnet sind, würden Stege und Holme wie in der beigefüg¬ ten Fig. 6 in der Draufsicht verlaufen. In der Schnitt¬ darstellung müßten die Bezugszeichen 13 und 13b durch die Bezugszeichen 13c und 13d für die Holme ersetzt werden, während die Klangstege 13 und 13b in diesem Falle in der Zeichnung genau rechts neben diesen Holmen angeordnet wären. Die Saiten 14 würden dann rechts von diesen Stegen 13 verlaufen.
Auf dem Resonanzboden 11 sind in diesem Ausführungs¬ beispiel drei Vorrichtungen zur Schwiπgungsübertragung vorgesehen. Benachbart zum einen Ende eines Klaπgsteges 13, aber beabstandet von diesem und auch mit Abstand zu den Rippen 12, ist ein Antrieb 30 zur Übertragung der vertikalen Komponente der Schwingungen angeordnet. Dieser Antrieb 30 entspricht beispielsweise der in den Fig. 3, 4 oder 5 dargestellten Ausführungsform. Direkt an dem Klaπgsteg 13 angreifend und in der Nähe von dessen gegenüberliegendem Ende angeordnet ist der Antrieb 20 zur Übertragung der horizontalen Kompo¬ nente der Stegschwingungen. Das Prinzip eines derartigen Antriebes ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Dieser Antrieb überträgt im wesentlichen Töne im Dis- kantbereich.
Zur Übertragung im Tieftonbereich dient dagegen der dritte Antrieb 40, der zwischen den beiden Klaπgstegen 13 und 13b angeordnet ist, ebenfalls beabstandet von den Rippen 12. Dieser Antrieb ist entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ausgebildet.
Als Beispiel für einen Einsatz in einem Musikinstrument wird der einem Digitalpiano ähnliche Fall in Fig. 7 im Schnitt dargestellt. In einem Gehäuse 1 ist wie bei bekannten Klavieren und Digitalpianos eine Klaviatur 2 vorgesehen,bestehend aus einer Reihe von Tasten, von denen im Schnitt nur eine dargestellt ist. Die Tastatur 2 ist mit einer Klappe 3 abdeckbar. Die Tasten der Klaviatur 2 können um einen Dreh'punkt geschwenkt werden, wenn sie aus ihrer Ruhelage ausgeleπkt werden. Dabei werden sie in ihre Ruhelage vorgespannt, in die sie daher automatisch zurückkehren.
Der Anschlagvorgaπg der Tasten wird registriert und in seiner Zeitdauer sowie in der Härte bzw. Geschwin¬ digkeit des Anschlages in ein digitales Signal über¬ setzt. Dies geschieht in einer Mechanikbox 4, die in Fig. 7 lediglich als Fuπktioπskasten angedeutet ist.
Verschiedene Funktionsweisen der Mechanikbox 4 und der mit ihr verbundenen Meßseπsoren sind denkbar. Die Geschwindigkeit des Tastenanschlages kann etwa dadurch bestimmt werden, indem gemessen wird, welcher Zeitabstaπd zwischen dem Passieren zweier vorgegebe¬ ner Punkte auf der Tasteπaπschlagbahn verstreicht.
Die digitalen Signale der Mechanikbox 4 werden auf eine Elektronikbox 5 übertragen, die diese Werte be¬ stimmten Klangwerten zuordnet. Diese Klaπgwerte dienen zur Ansteuerung von elektromagnetischen Lautsprechern, die auf dem Resonanzboden 11 angeordnet sind.
Dieser Resonanzboden 11 ist wie bei herkömmlichen Klavieren als senkrechte Platte im hinteren Teil des Gehäuses 1 des Klavieres aufgestellt.
Er kann wie bei herkömmlichen Klavieren mit Saiten bespannt sein, davon ist bei der Darstellung in den anderen Figuren ausgegangen worden. Es ist aber auch möglich, auf diese Saiten zu verzichten und statt¬ dessen ihren Klangeinfluß durch eine an den Klang¬ stegen angreifende Spannvorrichtung zu simulieren.
Die Anschläge der Tasten der Tastatur 2 werden also in der Mechanikbox 4 in digitale Signale übersetzt, die die Elektronikbox 5 zur Ansteuerung von Antrieben 20 bzw. 30 einsetzt.
Während in der Fig. 6 von drei Antrieben verschie¬ dener Art in verschiedenen Positionen des Resonanz¬ bodens 11 ausgegangen wird, hat sich in der Praxis eine Zahl zwischen vier und etwa zehn Antrieben bzw. Lautsprechern als besonders günstig herausgestellt, und zwar unter Berücksichtigung des Kosteπ-Nutzen-Ge- dankens. Mit dieser Zahl von Antrieben läßt sich bereits eine hervorragende Qualität erreichen, ohne daß die Kosten zu hoch werden. Eine Steigerung der Zahl über zehn hinaus bringt nur noch geringere Verbesserungen.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Schallabstrahluπg mittels eines plattenförmigen elektro-dyπamisch angeregten Klang¬ körpers, der eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens (11) eines Musikinstrumentes aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist und die Membran wenigsten eines elektromagnetischen Lautsprechers, bestehend aus einem topfformigen Dauermagnet (24,34,44) und einer Schwingspule (22,32,42,82) bildet, wobei die Schwingspule wenigstens eines Lautsprechers über einen Antriebsstößel (21,31,41,81) an dem plattenförmigen Klangkörper angreift.
Tastenbetätigtes Musikinstrument mit einer Daten- verarbeitungseinrichtuπg, mit der die Betätigung der Tasten in elektrische, Klangwerteπ entspre¬ chende Signale umgesetzt wird, und mit einer Vor¬ richtung zur Schallabstrahlung, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Vorrichtung zur Schallabstrah¬ luπg einen plattenförmigen elektro-dynamisch an¬ geregten Klangkörper aufweist, der eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist und die Membran wenigstens eines elektromagnetischen Lautsprechers, bestehend aus einem topfformigen Dauermagnet und einer Schwing¬ spule bildet, wobei die Schwingspule wenigstens eines Lautsprechers über einen Antriebsstößel an dem plattenförmigen Klangkörper angreift und dem oder den elektromagnetischen Lautsprechern die den Klangwerten entsprechenden elektrischen Signale zugeführt werden.
Musikinstrument, insbesondere Klavier oder Flügel, mit Saiten, die über Stege gespannt sind und zu Schwingungen angeregt werden, und mit einem plat¬ tenförmigen' Klangkörper , der eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (13,13b) beabstandet und kontaktfrei von dem Klangkörper (Resonanzboden 11) verlaufen, daß an den Stegen Sensoren zur Abtastung der Stegschwin¬ gungen vorgesehen sind, die digitale Signale an eine Steuereinheit abgeben, daß die Steuereinheit Signale in Klangwerte umsetzt und verarbeitet und die verarbeiteten Signale an eine Vorrichtung zur Schallabstrahlung abgibt, und daß die Vorrichtung zur Schallabstrahluπg den plattenförmigen elektro¬ dynamisch angeregten Klangkörper (Resonanzboden 11) aufweist, der die Membran wenigstens eines elektro¬ magnetischen Lautsprechers, bestehend aus einem topfformigen Dauermagnet (24,34,44) und einer Schwing¬ spule (22,32,42,82) bildet, wobei die Schwingspule wenigstens eines Lautsprechers über einen Antriebs¬ stößel (21,31,41,81) an dem plattenförmigen Klang¬ körper angreift und dem oder den elektromagnetischen Lautsprechern die den Klangwerten entsprechenden elektrischen Signale zugeführt werden.
4. Vorrichtung zur elektro-dynamischen Wandlung mechani¬ scher Schwingungen eines plattenförmigen Klangkörpers in elektrische Signale, wobei der plattenförmige Klangkörper eben oder schwach gewölbt nach Art eines ein- oder mehrschichtigen Resonanzbodens (11) eines Musikinstrumentes aus dafür bekannten Werkstoffen ausgebildet ist und die Membran wenig¬ stens eines elektromagnetischen Mikrophones, beste¬ hend aus einem topfformigen Dauermagnet (24,34) und einer Schwingspule (22,32), bildet, wobei die Schwing¬ spule wenigstens eines Mikrophones über einen Aπ¬ triebsstößel (21,31) an dem plattenförmigen Klang¬ körper angreift.
5. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Klangkörper von dem eingebau¬ ten Resonanzboden (11) eines spielfertigen Klavieres oder Flügels gebildet ist.
6. Musikinstrument nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die die Stege in einer Form hält, die der Anordnung in spielfertigen Klavieren oder Flügeln entspricht.
7. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstößel (31,41,81) wenigstens eines Lautsprechers bzw. Mikrophons mit seiner Längs¬ achse normal zu dem plattenförmigen Klangkörper (Resonanzboden 11) verläuft.
8. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Klangkörper (Resonanzboden 11) mit einem sich längs des gesamten Plattenrandes erstreckenden Verstärkuπgsrahmeπ ausgerüstet ist.
9. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Klangkörper (Resonanzboden 11) in einer ortsfesten Randeinspannung gehalten ist.
10. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Resonanzboden (11) mehrere elektro-dyπa- mische Lautsprecher bzw. Mikrophone verbunden sind, von denen einer bzw. eines mit seiner Schwingspule (32) über einen mit seiner Längsachse normal zu dem Resonanzboden (11) verlaufenden Aπtriebsstößel (31) und ein anderer bzw. anderes mit seiner Schwing¬ spule (42) an einem Ende eines doppelarmigen Hebels (52,53) angreift, der in einer Ebene parallel zum Resonanzboden (11) verläuft und sich bis über ein in Hebellängsrichtung verschiebbares Widerlager (Wippenlager 51) nach Art einer Wippe auf dem Resonanz¬ boden (11) abstützt sowie mit seinem anderen Ende über ein Verankerungsteil (Befestigung 53) fest mit dem Resonanzboden verbunden ist.
11. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelarmige Hebel (52,53) aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, wie Aluminium oder glasfaserverstärkten Kunststoff, und das Widerlager (Wippenlager 51) aus einem Werkstoff größerer Härte, wie Stahl oder Keramik besteht, und daß der doppelarmige Hebel (52,53) mit Vorspannung gegen das Widerlager gedrückt gehalten und das Widerlager als Kipprolle ausgebildet ist .
12. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (Antrieb 30) bzw. das Mikrophon mit dem normal (vertikal) am Resonanzboden (11) angreifenden Stößel (21,31,81) im Diskantbereich und der über den doppelarmigen Hebel (52,53) an dem Resonanzboden (11) angreifende Lautsprecher (Antrieb 40) bzw. das Mikrophon im Tieftonbereich angeordnet sind.
13. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Kippschwingungen des Resonanzbodens (11) ein weiterer Lautsprecher (Antrieb 20) bzw. Mikrophon vorgesehen ist, dessen in Richtung der Längsachse der Schwingspule (22) verlaufender Spulen- träger (23) in einer Ebene parallel zu dem Resonanz¬ boden (11) verläuft und an dem oberen Ende eines von einem Holm (13c) bzw. Klaπgsteg (13) aufragenden und in diesem verankerten Aπtriebsstößels (21) gehalten ist.
14. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aπtriebsstößel (31,41) wenigstens eines Lautsprechers bzw. Mikrophons an seinem dem topffor¬ migen Dauermagneten (34,44) zugekehrten Ende mit einem dem Durchmesser der Schwingspule (32,42) angepaßten massiven Ringkörper (Koppluπgskopf 46) aus festem unmagπetischem Werkstoff, wie Aluminium, Kupfer oder Keramik besteht, an welchem ein in den Ringspalt des Topfmagπeteπ ragender rohrför- iger Spulenträger (33,43) mit der darauf angeordne¬ ten Wicklung der Schwingspule (32,42) gehalten ist.
15. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Spulenträger (33,43) mit dem massiven an dem An- triebsstδßel (31,41) befestigten Ringkörper (Kopp¬ luπgskopf 46) durch eine Klebverbindung gehalten ist.
16. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstößel (81) wenigstens eines Laut¬ sprechers bzw. Mikrophons zugleich der Spulenträger für die ihm zugeordnete Schwiπgspule (82) ist.
17. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach Anspruch
16, dadurch gekennzeichnet, daß der Aπtriebsstößel (81) rohrförmig ausgebildet und an seinem dem Re¬ sonanzboden (11) zugewandten Ende mit einem Stopfen (87) abgeschlossen ist, der seinerseits am Resonanz¬ boden (11) befestigt ist.
18. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (44) wenigstens eines Lautsprechers bzw. Mikrophons mit einer Zentrierbohrung (89) für einen Zeπtrierstift versehen ist.
19. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Lautsprecher .bzw . das oder die Mikrophone an elektrische Verstärker angeschlossen sind, die ihrerseits mit hohen Aufzeichnungs- und Abspielgeräten verbunden sind.
20. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem plattenförmigen Klangkörper vorgesehene Klaπgstege (13,13b) mit einer Spannvorrichtung zur Simulierung der Saiten versehen sind.
21. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Resonanzboden (11) benachbart zu den Stegen (13,13b) Holme (13c) vorgesehen sind, die beabstandet von den Stegen (13, 13b) angeordnet sind .
22. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit mit Toπaufzeichnungs- und/oder Abspielgeräten verbunden ist.
23. Vorrichtung bzw. Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt zwischen vier und zehn Lautsprecher auf dem Resonanzboden angeordnet sind.
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