EP1182641A2 - Soundboard made with fibre composite - Google Patents
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- G10D3/22—Material for manufacturing stringed musical instruments; Treatment of the material
Definitions
- the invention relates to a resonance board in fiber composite construction, containing at least one of long fibers and carrier material existing fiber coating, for use for an acoustic Music instrument, especially a string instrument.
- the invention is described below using the example of the resonance plates of String instruments described in more detail. However, it is also for others with a sound box or sound board acoustic musical instruments (such as guitars and pianos) advantageous usable.
- the resonance body of a string instrument is used by the two Soundboards (ceiling and floor) and the frames connecting them educated.
- the ceiling is traditionally made of spruce wood
- the floor is mostly made of maple wood.
- Structures in fiber composite construction mostly consist of long fibers, which are preferably oriented in certain directions, and one Carrier or matrix material, which is generally a thermosetting or thermoplastic.
- the invention is therefore based on the object of a resonance plate to create in fiber composite construction, which compared to award-winning, solid wood soundboard made in traditional construction a significantly improved acoustic quality has.
- the resonance plate according to the invention is intended in particular under Maintaining the familiar and desired timbre of a person Solid wood soundboard has a significantly higher sound power exhibit.
- the invention is based on the following considerations and To attempt:
- CL is the speed of sound (in m / s) of the longitudinal waves in the longitudinal direction of the test strip and rho the mean total density (in g / m 3 ) of the test strip.
- the quality quotient Q M is therefore higher, the greater the speed of sound of the longitudinal waves in relation to the vibrating mass.
- a large value of Q M thus corresponds to a favorable mass-rigidity ratio of the resonance plate.
- the invention therefore proceeds on the basis of these considerations a fundamentally different way to get the resonance frequencies of one in Fiber composite construction produced resonance plate in the desired area and familiar from solid wood soundboard lay.
- the natural frequency increase caused by the fiber composite construction (with which the very desirable increase in the quality quotient Q M is connected) is compensated for by such a geometry-related natural frequency decrease, by which the quality quotient Q M is not significantly reduced.
- the surface area of the resonance plate is dimensioned larger than in the case of a resonance plate made of solid wood of a string instrument of the same timbre. An enlargement of the resonance plate results in a shift of the natural frequencies downwards. Because of its larger area, the resonance plate can then be given a correspondingly greater thickness without the natural frequencies leaving the range required for the desired and familiar timbre.
- the resulting quality quotient Q M is thus significantly higher than that of a non-enlarged, thinner board in fiber composite construction.
- the resonance plate according to the invention allows it with building instruments that respect listening habits (Tone color sensation) the conventional, made of solid wood Correspond to instruments, however with regard to their acoustic Efficiency significantly superior to traditional instruments are.
- the resonance plate is enlarged acoustically useful if a material (like a Fiber composite material) with a higher one than wood Flexural rigidity and therefore a higher speed of sound is used.
- Characteristic b1) is the frequency of the main body resonance, which - according to the relevant literature - is referred to as B1 mode.
- Feature b2) specifies the second deepest body resonance for the guitar, which is designated 0.0 mode.
- Feature b3) relates to the deepest resonance of the soundboard of pianos or concert grand pianos, which is also designated 0.0 mode according to its mode of vibration. The resonances mentioned, in particular their respective typical vibration form, are explained in more detail in the exemplary embodiments.
- B1 mode main body resonance
- Jansson B1 mode C3 mode
- B1 + mode Hutchins
- the mode is determined with the help of experimental modal analysis.
- experimental modal analysis a large number of transfer functions (acceleration divided by force; or vibration response divided by vibration excitation) are measured by using a hammer (e.g. PCB 086C80) to excite the instrument at a number of coordinates distributed over the body.
- the vibration response is measured using an accelerometer (e.g. PCB 352B22) at the driving point.
- the upper end of the side edge (bass beam side) of the bridge is selected as the driving point. All of these measurements are carried out when the instrument is ready to play, with only the strings being dampened with foam in such a way that the steep-sided string resonances are damped, while the body resonances of the instrument to be determined are not changed.
- the measurement of the other musical instruments in which the resonance plate according to the invention is installed is carried out with free-free storage.
- the instruments are expediently stored softly on foam cushions in the area of the upper and lower block.
- the transfer functions are evaluated using the relevant programs (eg STAR Structure) in the manner usual for modal analysis.
- Fig. 3 (ceiling) and Fig. 4 (floor) show for better understanding also the natural mode of the B1 mode, but now (in Contrary to the contour plot Fig. 1) as a wire mesh model, with Fig. 3a and 4a the deflected with -90 °, Fig. 3c and Fig. 4c with + 90 ° deflected state compared to that in Fig. 3b and Fig. 4b show the idle state shown with 0 °.
- the frequency responses shown in Fig. 5 to 8 represent the typical Input acellance of a violin (Fig. 5), a viola (Fig. 6), a cello (Fig. 7) and a double bass (Fig. 8).
- the input accuracy is that transfer function where the vibration excitation and the vibration response at the same Measuring point can be measured.
- the above-mentioned driving is the measuring point Point selected. It is the X axis of the input precision around the frequency, with the Y-axis around the vibration level (Acceleration divided by stimulating force) in dB.
- the Different resonances are clearly too individual peaks detect.
- the violin and viola forms the B1-Mode typically the last outstanding resonance summit a body resonance region formed by the envelope 7.
- This resonance area is always due to a steep dip 8 (Anti-resonance) from the higher-frequency plate resonance peaks Cut.
- the B1 mode forms the Violoncello usually has the highest low-frequency resonance peak below 300 Hz.
- the B1 mode is often without in the cello physical measurement methods due to the so-called Wolfston susceptibility of the bowed tone (especially on the C string) make out whose fundamental frequency is the resonance frequency of B1 mode equivalent.
- the B1 mode is usually second, the main body resonance in the area around the Helmholtz resonance Ao 100 Hz.
- the resonance peaks of the Helmholtz resonance Ao and the 4 to 7 are shown as T1 mode below the B1 mode marked such.
- FIG. 9 The second lowest mentioned in feature b2) of claim 1 Body resonance of the acoustic guitar is shown in FIG. 9 illustrated.
- This resonance is found in literature [see Fletcher N. H. and Rossing T.D: "The Physics of Musical Instruments", New York 1991] is referred to as fashion with a 0.0 character, since it has 9 knot lines neither in the longitudinal nor in the transverse direction of the ceiling, but rather rather by a single antinode per resonance plate (Ceiling and floor) is marked.
- the connection of cavity, The top and bottom of the guitar lead to three body resonances 0.0 characteristic, namely for the Helmholtz resonance and for two close in frequency, about 100 Hz above the Helmholtz resonance lying body resonances.
- the The guitar's first body mode is the second lowest Body resonance, or the middle of the three body resonances with 0.0 character. It differs from the higher frequency, third Body resonance with 0.0 character due to the phase relationship between the ceiling and floor. Ceiling and floor vibrate in the feature b2) mentioned resonance in phase (in the same spatial direction), so that the body bends as a whole like a thick plate; in the higher-frequency, third 0-0 body mode, on the other hand, swing the ceiling and The floor is out of phase, thus causing the body to "breathe" out.
- the waveform of the mode mentioned in feature b2) is in 9 is illustrated by lines of equal amplitudes 10. These are centered around the area of the web 12 and describe one Antinode, which is about the shape of the lower outline of the Takes resonance plate [cf. Richardson, B.E. "The acoustical development of the guitar “in: Catgut Acoust. Soc. J. Vol. 2, No. 5 (Series II) May 1994; P. 5; Fig. 4b].
- Feature b3 is the deepest resonance of the Soundboard of the piano or concert grand. This resonance will also with 0.0 mode according to their waveform designated. Their wave form is the same by lines Amplitudes 10 shown in Fig. 10 [see: Kindel: “Modal Analysis and finite element analysis of a piano soundboard "M.S. thesis, University of Cincinnati. Quoted from: Fletcher N.H. and Rossing T.D: "The Physics of Musical Instruments", New York 1998, p. 382].
- Strip elements 14 are cut out of the surface of the resonance plate.
- the proportions of a strip element are derived from the average thickness (D m ) of the strip element as follows: the length L of the strip corresponds to 25 times the thickness D m , the width B of the strip corresponds to 5 times the thickness D m .
- the speed of sound C L of the longitudinal waves in the longitudinal direction of the strip element (strip) is then determined by measurement.
- the resonance method established in the field of structure-borne noise measurement is used for this measurement. It is illustrated in Fig. 11:
- the strip 14 is elastically supported in the two node lines (n 1 and n 2 ) of its first natural bending frequency on elastic bands or foam wedges 15 (free-free boundary conditions).
- the strip is excited sinusoidally via airborne sound.
- a miniature loudspeaker 16 which is connected to a power amplifier 17, is positioned at a distance of approximately 5 mm below one of the two strip ends.
- the sinusoidal signal is generated by a sine generator 18.
- the oscillation response of the strip excited in this way is picked up with the aid of a sound level meter 19.
- the microphone 20 of the sound level meter is positioned at a distance of approximately 1 mm above the end of the strip opposite the loudspeaker.
- the frequency is gradually increased at the sine generator 18 until the natural frequency of the first natural bending vibration of the strip can be read off from the sound level meter by the associated maximum level of the level peak. (The slight natural frequency deviation due to the damping can be neglected here).
- L is the stripe length (in m)
- D m is the mean stripe thickness (in m)
- f 2 is the resonance frequency (in Hz). (If the strip thickness is not constant according to claim 5, the different thicknesses are averaged and an average strip thickness D m is used.)
- m is the total mass (in g) and V the total volume (in m 3 ) of the strip.
- the curve labeled A mapsle
- F spruce
- the curve labeled VS shows the quality quotient Q M for the test strips of the resonance plate according to the invention produced as a fiber composite sandwich.
- the thickness of the resonance plate is dimensioned such that the quality quotient Q M of at least one test strip cut from the resonance plate has at least 90% of the maximum value achievable with the selected fiber composite material. This 90% line 28 is drawn in FIG. 12 for the fiber composite material on which it is based.
- the function VS in FIG. 12 immediately reveals that a Compensation of the natural frequency increases of the resonance plate by Reducing their thickness to deteriorate the acoustic Quality leads.
- the sound necessary natural frequency reduction by increasing the area bounded by the outline of the soundboard.
- the 13 and 14 show an embodiment for this. Because the width the resonance plate in the first approximation in the second power Inherent natural frequencies can be a relatively low one Widening of the outline 23 of the invention, with Fiber composite coating 24 built resonance plate by about 5% compared to the conventional outline 22 (shown in dashed lines) accomplish the required frequency shift.
- the core plate 26 of the resonance plate has, as in FIG. 14, at one Segment shown, according to claim 4 recesses 27, wherein the Total volume of all recesses at most 80%, preferably between 20 and 45% of the total volume of material Core plate is.
- This feature allows an improvement of the Mass-stiffness ratio of the resonance plate.
- claim 5 has the segment of the resonance plate shown in FIG. 14 a different thickness D.
- it has a multidirectional fiber coating based on not parallel arranged fibers 25 there.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Resonanzplatte in Faserverbund-Bauweise, enthaltend wenigstens eine aus Langfasern und Trägermaterial bestehende Faserbeschichtung, zur Verwendung für ein akustisches Musikinstrument, insbesondere ein Streichinstrument.The invention relates to a resonance board in fiber composite construction, containing at least one of long fibers and carrier material existing fiber coating, for use for an acoustic Musical instrument, especially a string instrument.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel der Resonanzplatten von Streichinstrumenten näher beschrieben. Sie ist jedoch auch für andere, mit einem Resonanzkorpus oder Resonanzboden versehene akustische Musikinstrumente (wie Gitarren und Klaviere) vorteilhaft verwendbar.The invention is described below using the example of the resonance plates of String instruments described in more detail. However, it is also for others with a sound box or sound board acoustic musical instruments (such as guitars and pianos) advantageous usable.
Der Resonanzkorpus eines Streichinstrumentes wird von den beiden Resonanzplatten (Decke und Boden) und den sie verbindenden Zargen gebildet. Die Decke wird in traditioneller Weise aus Fichtenholz, der Boden meist aus Ahornholz gefertigt.The resonance body of a string instrument is used by the two Soundboards (ceiling and floor) and the frames connecting them educated. The ceiling is traditionally made of spruce wood, the floor is mostly made of maple wood.
In neuerer Zeit hat man auch bereits versucht, die Resonanzplatten akustischer Musikinstrumente in Faserverbund-Bauweise herzustellen. Strukturen in Faserverbund-Bauweise bestehen meist aus Langfasern, die vorzugsweise in bestimmten Richtungen orientiert sind, und einem Träger- bzw. Matrixmaterial, das im allgemeinen ein duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff ist.In recent times, people have already tried the sound boards Manufacture acoustic musical instruments in fiber composite construction. Structures in fiber composite construction mostly consist of long fibers, which are preferably oriented in certain directions, and one Carrier or matrix material, which is generally a thermosetting or thermoplastic.
Die bisherigen Bemühungen zur Herstellung von für akustische
Musikinstrumente bestimmten Resonanzplatten in Faserverbund-Bauweise
zielen durchweg darauf ab, die akustischen Eigenschaften des zu
ersetzenden Holzes möglichst zu kopieren. Beispiele für diese
Versuche im bisher bekannten Stand der Technik geben etwa die DE 37
38 459 A1, EP 0 433 430 B1, US-A 5,895,872 und US-A 5,905,219. So
strebt die DE 37 38 459 A1 "eine dem Holz annähernd gleiche makroskopische Heterogenität" an und nennt als Ziel, daß "das
zusammengesetzte Material ähnliche Eigenschaften wie die Fichte
aufweisen" soll.Previous efforts to manufacture acoustic
Musical instruments determined resonance plates in fiber composite construction
consistently aim to improve the acoustic properties of the
copying replacing wood if possible. Examples of this
Experiments in the prior art known to date are given, for example, by DE 37
38 459 A1,
Unbefriedigend erscheint an diesen bisher bekannten Resonanzplatten in Faserverbund-Bauweise, daß sie in akustischer Hinsicht sehr guten, in traditioneller Bauweise gefertigten Vollholz-Resonanzplatten allenfalls gleichwertig, keinesfalls jedoch überlegen sind.These previously known resonance plates appear unsatisfactory in fiber composite construction that they are very acoustically good, solid wood soundboard made in traditional construction at most equivalent, but not at all are superior.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Resonanzplatte in Faserverbund-Bauweise zu schaffen, die im Vergleich zu ausgezeichneten, in traditioneller Bauweise gefertigten Vollholz-Resonanzplatten eine deutlich verbesserte akustische Qualität besitzt. Die erfindungsgemäße Resonanzplatte soll insbesondere unter Beibehaltung der gewohnten und erwünschten Klangfarbe einer Vollholz-Resonanzplatte eine wesentlich höhere Schalleistung aufweisen.The invention is therefore based on the object of a resonance plate to create in fiber composite construction, which compared to award-winning, solid wood soundboard made in traditional construction a significantly improved acoustic quality has. The resonance plate according to the invention is intended in particular under Maintaining the familiar and desired timbre of a person Solid wood soundboard has a significantly higher sound power exhibit.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender
Merkmale erreicht:
- bei der Violine zwischen 480 und 580 Hz, vorzugsweise zwischen 510 und 550 Hz,
- bei der Viola zwischen 380 und 500 Hz, vorzugsweise zwischen 420 und 460 Hz,
- beim Violoncello zwischen 150 und 210 Hz, vorzugsweise zwischen 170 und 190 Hz,
- beim Kontrabass zwischen 80 und 120 Hz, vorzugsweise zwischen 90 und 110Hz,
- in the violin between 480 and 580 Hz, preferably between 510 and 550 Hz,
- in the viola between 380 and 500 Hz, preferably between 420 and 460 Hz,
- in the cello between 150 and 210 Hz, preferably between 170 and 190 Hz,
- for double bass between 80 and 120 Hz, preferably between 90 and 110 Hz,
Im einzelnen basiert die Erfindung auf folgenden Überlegungen und Versuchen:In particular, the invention is based on the following considerations and To attempt:
Schneidet man aus einer Resonanzplatte einen Teststreifen (wie dies
bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles noch im einzelnen
erläutert wird), so läßt sich die akustische Qualität dieses
Teststreifens anhand eines Qualitätsquotienten QM beurteilen, der
wie folgt definiert ist:
Hierbei ist CL die Schallgeschwindigkeit (in m/s) der Longitudinalwellen in Längsrichtung des Teststreifens und rho die mittlere Gesamtdichte (in g/m3) des Teststreifens.Here CL is the speed of sound (in m / s) of the longitudinal waves in the longitudinal direction of the test strip and rho the mean total density (in g / m 3 ) of the test strip.
Der Qualitätsquotient QM ist also umso höher, je größer die Schallgeschwindigkeit der Longitudinalwellen im Verhältnis zur schwingenden Masse ist. Ein großer Wert von QM entspricht somit einem günstigen Masse-Steifigkeits-Verhältnis der Resonanzplatte.The quality quotient Q M is therefore higher, the greater the speed of sound of the longitudinal waves in relation to the vibrating mass. A large value of Q M thus corresponds to a favorable mass-rigidity ratio of the resonance plate.
Bei Fichtenholz ergibt sich aus CL = 5800 m/s und rho = 400 kg/m3 ein typischer Qualitätsquotient QM = 0,0145 m4/sg. Als höchster bei Fichtenklangholz erreichbarer Wert wurde bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen QM = 0,016 m4/sg gemessen. Dieser Wert entspricht den bei Resonanzplatten der berühmtesten Geigenbauer (wie Antonio Stradivari) vorkommenden Werten. Unterdurchschnittliches Fichtenklangholz liegt bei QM = 0,012 m4/sg.For spruce wood, a typical quality quotient Q M = 0.0145 m 4 / sg results from C L = 5800 m / s and rho = 400 kg / m 3 . The highest value achievable in spruce sound wood was measured in the tests on which the invention is based, QM = 0.016 m 4 / sg. This value corresponds to the values found on soundboards of the most famous violin makers (such as Antonio Stradivari). Below average spruce tone wood is Q M = 0.012 m 4 / sg.
Bei Teststreifen aus Resonanzplatten in Faserverbund-Bauweise kann man demgegenüber Qualitätsquotienten QM von über 0,06 m4/sg feststellen. Die akustische Materialqualität von Resonanzplatten in Faserverbund-Bauweise liegt also damit fast viermal so hoch wie die akustische Materialqualität des besten und lange Zeit gealterten Fichtenklangholzes. Trotz dieser durchaus bekannten Tatsache ist es bisher jedoch nicht gelungen, Resonanzplatten in Faserverbund-Bauweise zu schaffen, die unter Einbeziehung aller erforderlichen Aspekte den Vollholz-Resonanzplatten überlegen sind. Die Gründe für diese Schwierigkeit und der Sinn der erfindungsgemäßen Merkmalskombination ergeben sich aus den folgenden Betrachtungen.With test strips made of resonance plates in fiber composite construction, on the other hand, quality quotients Q M of over 0.06 m 4 / sg can be determined. The acoustic material quality of soundboard in fiber composite construction is thus almost four times as high as the acoustic material quality of the best and long-aged spruce tone wood. Despite this well-known fact, it has so far not been possible to create resonance panels in fiber composite construction which, taking into account all the necessary aspects, are superior to solid wood resonance panels. The reasons for this difficulty and the sense of the combination of features according to the invention result from the following considerations.
Fertigt man eine Resonanzplatte bei gleichbleibenden geometrischen Abmessungen statt aus Holz in Faserverbund-Bauweise, so ergeben sich aufgrund des wesentlich höheren Qualitätsquotienten QM weit höhere Eigenfrequenzen (Resonanzfrequenzen). Diese Erhöhung der Eigenfrequenzen führt zu einem unerwünscht scharfen bzw. nasalen Klang und verändert damit die Klangfarben des Instrumentes ganz nachteilig.If you manufacture a resonance plate with the same geometrical dimensions instead of wood in fiber composite construction, the much higher quality quotient Q M results in much higher natural frequencies (resonance frequencies). This increase in natural frequencies leads to an undesirably sharp or nasal sound and thus adversely changes the timbres of the instrument.
Man könnte nun daran denken, die zu hohen Eigenfrequenzen einer Resonanzplatte in Faserverbund-Bauweise dadurch abzusenken (und wieder in Richtung der Eigenfrequenzen einer herkömmlichen Vollholz-Resonanzplatte zu verschieben), daß die Resonanzplatte in Faserverbund-Bauweise dünner dimensioniert wird als eine entsprechende Vollholz-Resonanzplatte. Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen zeigte sich jedoch, daß der Qualitätsquotient QM einer Resonanzplatte in Faserverbund-Bauweise - ganz im Gegensatz zum Qualitätsquotienten einer herkömmlichen Vollholz-Resonanzplatte - dickenabhängig ist, indem nämlich eine Verringerung der Plattendicke gleichzeitig auch eine Verkleinerung des Qualitätsquotienten QM zur Folge hat. Verkleinert man also die Dicke einer Resonanzplatte in Faserverbund-Bauweise (um die Resonanzfrequenzen wieder in den erwünschten Bereich abzusenken), so verkleinert man damit auch den Qualitätsquotienten QM und verliert damit den akustischen Vorzug, den die Faserverbund-Bauweise an sich gegenüber der traditionellen Holz-Bauweise besitzt.One could think of lowering the natural frequencies of a resonance panel made of a fiber composite construction (and shifting it again in the direction of the natural frequencies of a conventional solid wood resonance panel) by making the resonance panel of fiber composite construction thinner than a corresponding solid wood resonance panel , In the experiments on which the invention is based, however, it was found that the quality quotient Q M of a resonance board in fiber composite construction - in contrast to the quality quotient of a conventional solid wood resonance board - is thickness-dependent, namely that a reduction in the board thickness also a reduction in the quality quotient Q M has the consequence. If you reduce the thickness of a resonance board in fiber composite construction (to lower the resonance frequencies back into the desired range), you also reduce the quality quotient Q M and thus lose the acoustic advantage that the fiber composite construction itself has over traditional wood -Construction.
Ausgehend von diesen Überlegungen beschreitet die Erfindung daher einen grundsätzlich anderen Weg, um die Resonanzfrequenzen einer in Faserverbund-Bauweise hergestellten Resonanzplatte in den gewünschten und von Vollholz-Resonanzplatten gewohnten Bereich zu legen.The invention therefore proceeds on the basis of these considerations a fundamentally different way to get the resonance frequencies of one in Fiber composite construction produced resonance plate in the desired area and familiar from solid wood soundboard lay.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die durch die Faserverbund-Bauweise bedingte Eigenfrequenzerhöhung (mit der die sehr erwünschte Steigerung des Qualitätsquotienten QM verbunden ist) durch eine solche geometriebedingte Eigenfrequenzerniedrigung kompensiert, durch die der Qualitätsquotient QM nicht nennenswert herabgesetzt wird. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck der Flächeninhalt der Resonanzplatte größer dimensioniert als bei einer aus Vollholz gefertigten Resonanzplatte eines Streichinstrumentes gleicher Klangfarbe. Eine Flächenvergrößerung der Resonanzplatte hat eine Verschiebung der Eigenfrequenzen nach unten zur Folge. Aufgrund ihrer größeren Fläche kann die Resonanzplatte dann eine entsprechend größere Dicke erhalten, ohne daß die Eigenfrequenzen den für die erwünschte und gewohnte Klangfarbe erforderlichen Bereich nach oben verlassen. Der resultierende Qualitätsquotient QM liegt damit deutlich über dem einer nicht vergrößerten, dünneren Platte in Faserverbund-Bauweise.In the solution according to the invention, the natural frequency increase caused by the fiber composite construction (with which the very desirable increase in the quality quotient Q M is connected) is compensated for by such a geometry-related natural frequency decrease, by which the quality quotient Q M is not significantly reduced. For this purpose, the surface area of the resonance plate is dimensioned larger than in the case of a resonance plate made of solid wood of a string instrument of the same timbre. An enlargement of the resonance plate results in a shift of the natural frequencies downwards. Because of its larger area, the resonance plate can then be given a correspondingly greater thickness without the natural frequencies leaving the range required for the desired and familiar timbre. The resulting quality quotient Q M is thus significantly higher than that of a non-enlarged, thinner board in fiber composite construction.
Da eine Vergrößerung der schwingenden Fläche gleichzeitig eine Erhöhung der Schallabstrahlung und damit eine Erhöhung des akustischen Wirkungsgrades des Instrumentes zur Folge hat, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur die gewünschte Klangfarbe der klassischen Streichinstrumente realisiert, sondern es werden darüber hinaus auch die weiteren, aus der Schallabstrahlung resultierenden klanglichen Eigenschaften, wie "Tragfähigkeit", "Volumen" und "Dynamik", verbessert. Die erfindungsgemäße Resonanzplatte gestattet es damit, Instrumente zu bauen, die hinsichtlich der Hörgewohnheiten (Klangfarbenempfinden) den herkömmlichen, aus Vollholz gefertigten Instrumenten entsprechen, die jedoch hinsichtlich ihres akustischen Wirkungsgrades den traditionellen Instrumenten deutlich überlegen sind.Because an enlargement of the vibrating surface is also a Increase in sound radiation and thus an increase in acoustic efficiency of the instrument results in the solution according to the invention not only the desired timbre of classical string instruments, but it will be about it in addition also the others resulting from the sound radiation sonic properties, such as "carrying capacity", "volume" and "Dynamics", improved. The resonance plate according to the invention allows it with building instruments that respect listening habits (Tone color sensation) the conventional, made of solid wood Correspond to instruments, however with regard to their acoustic Efficiency significantly superior to traditional instruments are.
Würde man bei einem aus Vollholz gefertigten Resonanzkörper eines herkömmlichen Streichinstrumentes den Flächeninhalt der Resonanzplatten vergrößern, so würde dies die Eigenfrequenzen des Instrumentes so stark nach unten verschieben, daß sich eine dumpfe ("topfige") Klangfarbe ergibt. Bei einem herkömmlichen Streichinstrument mit Vollholz-Resonanzplatten würde eine Plattenverbreiterung aufgrund der geringen Quersteifigkeiten der Vollholzplatten auch zur Ausbildung von Schwingungsmoden mit engen, parallel liegenden, gegenphasigen Schwingungsbäuchen führen, die aufgrund hydrodynamischer Kurzschlüsse eine geringe Schallabstrahlung zur Folge haben (vgl. Cremer, Lothar: "Physik der Geige", Stuttgart 1981, S.341).Would you be one with a sound box made of solid wood? conventional string instrument the area of the Enlarge resonance plates, so this would the natural frequencies of the Move the instruments down so much that a dull one ("potty") timbre results. With a conventional string instrument with solid wood sound boards would be a broadening due to the low transverse stiffness of the Solid wood panels also for the formation of vibration modes with narrow, lead parallel, antiphase antinodes that a low due to hydrodynamic short circuits Result in sound radiation (cf. Cremer, Lothar: "Physik der Violin ", Stuttgart 1981, p.341).
Eine Flächenvergrößerung der Resonanzplatte ist daher erst dann akustisch sinnvoll, wenn ein Material (wie ein Faserverbundwerkstoff) mit einer gegenüber Holz höheren Biegesteifigkeit und demzufolge einer höheren Schallgeschwindigkeit verwendet wird.It is only then that the resonance plate is enlarged acoustically useful if a material (like a Fiber composite material) with a higher one than wood Flexural rigidity and therefore a higher speed of sound is used.
Die im Merkmal b) des Anspruches 1 formulierte akustische Bedingung
dient der Kontrolle vergleichbarer Klangfarben. Es handelt sich
hierbei im Merkmal b1) um die Frequenz der Hauptkorpusresonanz, die
- entsprechend der einschlägigen Literatur - mit B1-Mode bezeichnet
wird. Im Merkmal b2) ist für die Gitarre die zweittiefste
Korpusresonanz genannt, die mit 0,0-Mode bezeichnet wird. Merkmal
b3) betrifft die tiefste Resonanz des Resonanzbodens von Klavieren
bzw. Konzertflügeln, die gemäß ihrer Schwingungsform ebenfalls mit
0,0-Mode bezeichnet wird.
Die genannten Resonanzen, insbesondere ihre jeweilige typische
Schwingungsform, werden bei den Ausführungsbeispielen noch näher
erläutert. The acoustic condition formulated in feature b) of
The resonances mentioned, in particular their respective typical vibration form, are explained in more detail in the exemplary embodiments.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen wurden im Akustiklabor des Erfinders Modalanalysen von hervorragenden Instrumenten berühmter Geigenbauer (wie Antonio Stradivari oder Guarneri del Gesu) durchgeführt. Bei Geigen, deren Klangfarben von Künstlern und geschulten Hörern als angenehm und ausgewogen beurteilt werden, liegt die B1-Mode stets in einem relativ engen Frequenzband zwischen 510 und 550 Hz. Eine Violine mit einer B1-Mode deutlich über diesem Frequenzbereich klingt tendentiell rauh und scharf, während eine Violine mit einer B1-Mode unterhalb dieses Frequenzbereiches eine tendentiell dumpfe und topfige Klangfarbe besitzt. Die Eigenfrequenz der B1-Mode kann daher als ein zuverlässiger akustischer Indikator für die Klangfarbe eines Streichinstrumentes betrachtet werden.In the experiments on which the invention is based, Acoustics laboratory of the inventor modal analysis of excellent Instruments of famous violin makers (like Antonio Stradivari or Guarneri del Gesu). For violins whose timbres are from Artists and trained listeners as pleasant and balanced B1 mode is always in a relatively narrow range Frequency band between 510 and 550 Hz. A violin with a B1 mode tends to sound rough and well above this frequency range sharp while a violin with a B1 mode below this Frequency range tends to be dull and potty has. The natural frequency of the B1 mode can therefore be considered a reliable acoustic indicator for the timbre of a String instrument are considered.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Expedient embodiments of the invention result from the Dependent claims.
Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung (etwa die Gewinnung, Messung und Auswertung von Teststreifen) werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.These and other details of the invention (such as extraction, Measurement and evaluation of test strips) are based on the drawing explained in more detail.
Fig. 1 bis 4 zeigen die typische Eigenschwingungsform der Hauptkorpusresonanz (B1-Mode), wie sie bei Violinen, Bratschen, Violoncelli und Kontrabässen gegeben ist. Teile des Schrifttums nennen die B1-Mode auch C3-Mode (Jansson) oder B1+ Mode (Hutchins). Die Mode wird mit Hilfe der experimentellen Modalanalyse meßtechnisch ermittelt. Bei der experimentellen Modalanalyse werden eine Vielzahl an Übertragungsfunktionen (Beschleunigung dividiert durch Kraft; bzw. Schwingungsantwort dividiert durch Schwingungserregung) gemessen, indem das Instrument an einer Vielzahl von über den Korpus verteilten Koordinaten mittels Impulshämmerchen (z.B. PCB 086C80) angeregt wird. Die Schwingungsantwort wird mittels Beschleunigungsaufnehmer (z.B. PCB 352B22) am sog. Driving Point gemessen. Als Driving Point wird das obere Ende der Seitenkante (Baßbalkenseite) des Steges gewählt. Alle diese Messungen erfolgen im spielfertigen Zustand des Instrumentes, wobei lediglich die Saiten mittels Schaumstoff derart abgedämpft sind, daß die steilflankigen Saitenresonanzen bedämpft werden, während die zu bestimmenden Korpusresonanzen des Instrumentes nicht verändert werden. Abgesehen vom Klavier bzw. Flügel, die in normaler Standposition vermessen werden, erfolgt die Vermessung der übrigen Musikinstrumente, in welche die erfindungsgemäße Resonanzplatte eingebaut ist, mit frei-freier Lagerung. Zweckmäßiger Weise werden die Instrumente dazu im Bereich des Ober- und Unterklotzes weich auf Schaumstoffkissen gelagert. Die Übertragungsfunktionen werden mittels der einschlägigen Programme (z.B. STAR Structure) in der für die Modalanalyse üblichen Weise ausgewertet.1 to 4 show the typical form of natural vibration of the main body resonance (B1 mode), as is the case with violins, violas, cellos and double basses. Parts of the literature also call the B1 mode C3 mode (Jansson) or B1 + mode (Hutchins). The mode is determined with the help of experimental modal analysis. In experimental modal analysis, a large number of transfer functions (acceleration divided by force; or vibration response divided by vibration excitation) are measured by using a hammer (e.g. PCB 086C80) to excite the instrument at a number of coordinates distributed over the body. The vibration response is measured using an accelerometer (e.g. PCB 352B22) at the driving point. The upper end of the side edge (bass beam side) of the bridge is selected as the driving point. All of these measurements are carried out when the instrument is ready to play, with only the strings being dampened with foam in such a way that the steep-sided string resonances are damped, while the body resonances of the instrument to be determined are not changed. Apart from the piano or grand piano, which are measured in the normal standing position, the measurement of the other musical instruments in which the resonance plate according to the invention is installed is carried out with free-free storage. The instruments are expediently stored softly on foam cushions in the area of the upper and lower block. The transfer functions are evaluated using the relevant programs (eg STAR Structure) in the manner usual for modal analysis.
In Fig. 1 ist die B1-Mode einer Geige mittels Contourplot dargestellt, wobei die linke Resonanzplatte die Decke 1 und die rechte Resonanzplatte den Boden 2 - jeweils in der Ansicht von außen - repräsentiert. Der Korpus wird also, obgleich die Messung im zusammengefügten, spielfertigen Zustand des Instrumentes erfolgt, "aufgeklappt" dargestellt. Die schwarzen, mit "+" gekennzeichneten Flächenbereiche schwingen gegenphasig zu den weißen, mit "-" gekennzeichneten, wobei die schwarzen Bereiche der Decke gleichzeitig mit den schwarzen Bereichen des Bodens nach außen (Richtung Korpus-Äußeres) und nach einer halben Schwingungsdauer nach innen schwingen. Entsprechendes trifft für die weißen Bereiche beider Platten zu. Diese Phasenbeziehung ist in Fig. 2 anhand stark übertriebener Amplituden (fette Linien) dargestellt; sie zeigt einen Querschnitt durch den Korpus an der in Fig. 1 mit A benannten Linie. Zur Orientierung geben die dünnen Linien den Ruhezustand des Korpus wieder. Die Einzelheiten der Amplitudenverteilung können von Instrument zu Instrument variieren; typisch für die Eigenschwingungsform der B1-Mode sind aber stets folgende Merkmale:
- in
Längsrichtung des Bodens 2verlaufen zwei Knotenlinien 3a und 3b, wobei die linke Knotenlinie 3a durch den Bereich des Stimmstocks 5 verläuft. Der Mittelbereich desBodens 2 schwingt somit gegenphasig zu seinen beiden seitlichen Rändern. Für die B1-Mode ist diese Querbiegeschwingung des Bodens charakteristisch. Bei einigen wenigen Instrumenten kann beobachtet werden, daß diebeiden Knotenlinien 3a und 3b sich im oberen Bereich desBodens 2 bogenartig zusammenschließen. - die (weiß gezeichnete) untere rechte Backe 4
der Decke 1 schwingt gegenphasig zu dem den größten Anteil der Deckenfläche einnehmenden (schwarz gezeichneten) Schwingungsbauch im Bereich desBaßbalkens 6, wobei dieKnotenlinie 3c, welche diese gegenphasigen Schwingungsbäuche trennt, in der Regel durch den unmittelbaren Nahbereich desStimmstocks 5, und anschließend durch das rechte (mit "f" bezeichnete) f-Loch verläuft, um den Deckenumriß im Bereich der größten Umrißbreite unten rechts zu verlassen.
- Two
3a and 3b run in the longitudinal direction of theknot lines floor 2, theleft knot line 3a running through the area of thetuning stick 5. The central region of thebase 2 thus swings in phase opposition to its two lateral edges. This transverse bending vibration of the floor is characteristic of the B1 mode. With a few instruments it can be observed that the two 3a and 3b join together in an arch-like manner in the upper region of thenode lines base 2. - the lower right cheek 4 (shown in white) of the
ceiling 1 swings in phase opposition to the antinode in the region of thebass bar 6, which occupies the largest portion of the ceiling area (black line), thenode line 3c, which separates these antiphase antinodes, generally by the immediate one Close range of thereed block 5, and then runs through the right f-hole (labeled "f") to leave the ceiling outline in the area of the greatest outline width at the bottom right.
Fig. 3 (Decke) und Fig. 4 (Boden) zeigen zum besseren Verständnis ebenfalls die Eigenschwingungsform der B1-Mode, nun aber (im Gegensatz zum Contourplot Fig. 1) als Drahtgittermodell, wobei Fig. 3a und 4a den mit -90° ausgelenkten, Fig. 3c und Fig. 4c den mit + 90° ausgelenkten Zustand gegenüber dem in Fig. 3b und Fig. 4b dargestellten Ruhezustand mit 0° zeigen.Fig. 3 (ceiling) and Fig. 4 (floor) show for better understanding also the natural mode of the B1 mode, but now (in Contrary to the contour plot Fig. 1) as a wire mesh model, with Fig. 3a and 4a the deflected with -90 °, Fig. 3c and Fig. 4c with + 90 ° deflected state compared to that in Fig. 3b and Fig. 4b show the idle state shown with 0 °.
Die in Fig. 5 bis 8 abgebildeten Frequenzgänge stellen die typische
Eingangsakzelleranz einer Violine (Fig. 5), einer Viola (Fig. 6),
eines Violoncellos (Fig. 7), sowie eines Kontrabasses (Fig. 8) dar.
Die Eingangsakzelleranz ist jene Übertragungsfunktion, bei welcher
die Schwingungsanregung und die Schwingungsantwort am gleichen
Meßpunkt gemessen werden. Als Meßpunkt ist der oben genannte Driving
Point gewählt. Bei der X-Achse der Eingangsakzelleranz handelt es
sich um die Frequenz, bei der Y-Achse um den Schwingungspegel
(Beschleunigung dividiert durch anregende Kraft) in dB. Die
verschiedenen Resonanzen sind als Einzelspitzen deutlich zu
erkennen. Bei der Violine und der Viola (Fig. 5 und 6) bildet die
B1-Mode typischer Weise den letzten herausragenden Resonanzgipfel
eines durch die Einhüllende 7 gebildeten Korpusresonanzgebietes.
Dieses Resonanzgebiet ist stets durch einen steilen Einbruch 8
(Antiresonanz) von den höherfrequenten Plattenresonanzspitzen
getrennt. Wie in Fig. 7 erkennbar, bildet die B1-Mode beim
Violoncello in der Regel den höchsten tieffrequenten Resonanzgipfel
unterhalb 300 Hz. Die B1-Mode ist beim Violoncello häufig auch ohne
physikalische Meßmethoden durch die sog. Wolfston-Anfälligkeit
desjenigen gestrichenen Tones (besonders auf der C-Saite)
auszumachen, dessen Grundfrequenz der Resonanzfrequenz der B1-Mode
entspricht. The frequency responses shown in Fig. 5 to 8 represent the typical
Input acellance of a violin (Fig. 5), a viola (Fig. 6),
a cello (Fig. 7) and a double bass (Fig. 8).
The input accuracy is that transfer function where
the vibration excitation and the vibration response at the same
Measuring point can be measured. The above-mentioned driving is the measuring point
Point selected. It is the X axis of the input precision
around the frequency, with the Y-axis around the vibration level
(Acceleration divided by stimulating force) in dB. The
Different resonances are clearly too individual peaks
detect. In the violin and viola (Fig. 5 and 6) forms the
B1-Mode typically the last outstanding resonance summit
a body resonance region formed by the
Beim Kontrabaß (Fig. 8) liegt die B1-Mode in der Regel als zweite,
der Helmholtzresonanz Ao folgende Hauptkorpusresonanz im Bereich um
100 Hz. Die Resonanzspitzen der Helmholtzresonanz Ao und der
unterhalb der B1-Mode liegenden T1-Mode sind in Fig. 4 bis 7 als
solche gekennzeichnet.In the double bass (Fig. 8), the B1 mode is usually second,
the main body resonance in the area around the
Die in Merkmal b2) des Anspruchs 1 genannte zweittiefste
Korpusresonanz der akustischen Gitarre ist in Fig. 9
veranschaulicht. Diese Resonanz wird im Schrifttum [siehe Fletcher
N.H. und Rossing T.D: "The Physics of Musical Instruments", New York
1991] als Mode mit 0,0-Charakter bezeichnet, da sie weder in Längsnoch in Querrichtung der Decke 9 Knotenlinien aufweist, sondern
vielmehr durch einen einzigen Schwingungsbauch je Resonanzplatte
(Decke und Boden) gekennzeichnet ist. Die Verbindung von Hohlraum,
Decke und Boden führt bei der Gitarre zu drei Korpusresonanzen mit
0,0-Charakteristik, und zwar zur Helmholtzresonanz sowie zu zwei
frequenzmäßig eng benachbarten, etwa 100 Hz über der
Helmholtzresonanz liegenden Korpusresonanzen. Bei der in Merkmal b2)
genannten Mode handelt es sich um die tieferfrequente dieser beiden
letztgenannten Resonanzen, und damit, da die Helmholtzresonanz die
erste Korpusmode der Gitarre ist, um die zweittiefste
Korpusresonanz, bzw. die mittlere der drei Korpusresonanzen mit 0,0-Charakter.
Sie unterscheidet sich von der höherfrequenten, dritten
Korpusresonanz mit 0,0-Charakter durch die Phasenlage zwischen Decke
und Boden. Decke und Boden schwingen bei der in Merkmal b2)
genannten Resonanz gleichphasig (in gleiche Raumrichtung), sodaß
sich der Korpus wie eine dicke Platte als Ganzes verbiegt; bei der
höherfrequenten, dritten 0-0-Korpusmode schwingen dagegen Decke und
Boden gegenphasig, führen also eine "atmende" Bewegung des Korpus
aus. Die Schwingungsform der in Merkmal b2) genannten Mode ist in
Fig. 9 durch Linien gleicher Amplituden 10 illustriert. Diese sind
um den Bereich des Steges 12 herum zentriert und beschreiben einen
Schwingungsbauch, der etwa die Form des unteren Umrißbereiches der
Resonanzplatte einnimmt [vgl. Richardson, B.E."The acoustical
development of the guitar" in: Catgut Acoust. Soc. J. Vol. 2, No. 5
(Series II) May 1994; S. 5; Fig. 4b]. The second lowest mentioned in feature b2) of
Im Merkmal b3) handelt es sich um die tiefste Resonanz des Resonanzbodens des Klaviers bzw. Konzertflügels. Diese Resonanz wird entsprechend ihrer Schwingungsform ebenfalls mit 0,0-Mode bezeichnet. Ihre Schwingungsform ist durch Linien gleicher Amplituden 10 in Fig. 10 dargestellt [vgl.: Kindel: "Modal Analysis and finite element analysis of a piano soundboard" M.S.thesis, University Cincinnati. Zitiert aus: Fletcher N.H. und Rossing T.D: "The Physics of Musical Instruments", New York 1998, S. 382].Feature b3) is the deepest resonance of the Soundboard of the piano or concert grand. This resonance will also with 0.0 mode according to their waveform designated. Their wave form is the same by lines Amplitudes 10 shown in Fig. 10 [see: Kindel: "Modal Analysis and finite element analysis of a piano soundboard "M.S. thesis, University of Cincinnati. Quoted from: Fletcher N.H. and Rossing T.D: "The Physics of Musical Instruments", New York 1998, p. 382].
Die Messung des in Anspruch 1, Merkmal a) genannten
Qualitätsquotienten QM wird zweckmäßig wie folgt vorgenommen:The measurement of the quality quotient Q M mentioned in
Aus der Fläche der Resonanzplatte werden Streifenelemente 14
herausgeschnitten. Die Proportionen eines Streifenelementes sind
dabei wie folgt von der mittleren Dicke (Dm) des Streifenelementes
abgeleitet: Die Länge L des Streifens entspricht der 25-fachen Dicke
Dm, die Breite B des Streifens entspricht der 5-fachen Dicke Dm.
Es wird daraufhin meßtechnisch die Schallgeschwindigkeit CL der Longitudinalwellen in Längsrichtung des Streifenelementes (Streifens) bestimmt. Für diese Messung wird die im Bereich der Körperschallmessung etablierte Resonanzmethode angewandt. Sie ist in Fig. 11 veranschaulicht:The speed of sound C L of the longitudinal waves in the longitudinal direction of the strip element (strip) is then determined by measurement. The resonance method established in the field of structure-borne noise measurement is used for this measurement. It is illustrated in Fig. 11:
Der Streifen 14 wird in den beiden Knotenlinien (n1 und n2)
seiner ersten Biegeeigenfrequenz elastisch auf Gummizügen oder
Schaumstoffkeilen 15 gelagert (frei-freie Randbedingungen). Der
Streifen wird über Luftschall sinusförmig angeregt. Dazu wird im
Abstand von etwa 5 mm unterhalb eines der beiden Streifenenden ein
Miniaturlautsprecher 16 positioniert, der an einen
Leistungsverstärker 17 angeschlossen ist. Das sinusförmige Signal
wird von einem Sinusgenerator 18 generiert. Die Schwingungsantwort
des auf diese Weise sinusförmig angeregten Streifens wird mit Hilfe
eines Schallpegelmessers 19 abgenommen. Dazu wird das Mikrofon 20
des Schallpegelmessers in einem Abstand von ca. 1 mm oberhalb des
dem Lautsprecher gegenüber liegenden Streifenendes positioniert. Am
Sinusgenerator 18 wird die Frequenz allmählich so weit erhöht, bis
die Eigenfrequenz der ersten Biegeeigenschwingung des Streifens
durch das zugehörige Pegelmaximum des Pegelgipfels am
Schallpegelmesser abgelesen werden kann. (Die geringe
Eigenfrequenzabweichung infolge der Dämpfung kann an dieser Stelle
vernachlässigt werden). Die dem Pegelmaximum dieses Resonanzgipfels
entsprechende Frequenz f2;0 (in Hz) wird notiert. (Bedeutung der
Indizierung fn;m: Anzahl der in Querrichtung des Streifens
verlaufenden Knotenlinien n=2; Anzahl der Knotenlinien in
Längsrichtung m=0; Die entsprechende Eigenschwingungsform ist
mittels der (gestrichelten) Linien maximaler Auslenkung 21 in Fig.
11 symbolisiert).The
Die Schallgeschwindigkeit (cL) der Longitudinalwellen (in m/s)
ist wie folgt definiert:
Darin ist L die Streifenlänge (in m), Dm die mittlere Streifendicke
(in m), sowie f2;0 die Resonanzfrequenz (in Hz). (Sofern die
Streifendicke gemäß Anspruch 5 nicht konstant ist, wird über die
unterschiedlichen Dicken gemittelt und eine mittlere Streifendicke
Dm angesetzt.)L is the stripe length (in m), D m is the mean stripe thickness (in m), and f 2; 0 is the resonance frequency (in Hz). (If the strip thickness is not constant according to
Die mittlere Gesamtdichte rho des Streifens errechnet sich aus rho = m/V. Darin ist m die Gesamtmasse (in g) und V das Gesamtvolumen (in m3) des Streifens. Das Gesamtvolumen V wird durch Abmessen der Streifendimensionen (Streifenlänge L (in m), Streifenbreite B (in m), sowie der mittleren Streifendicke Dm (in m)) entsprechend V = L * B * Dm bestimmt.The average total density rho of the strip is calculated from rho = m / V. Here m is the total mass (in g) and V the total volume (in m 3 ) of the strip. The total volume V is determined by measuring the strip dimensions (strip length L (in m), strip width B (in m) and the average strip thickness D m (in m)) in accordance with V = L * B * Dm.
In Fig. 12 ist der der Erfindung zugrundeliegende, physikalisch
wesentliche Zusammenhang der Dickenabhängigkeit des
Qualitätsquotienten QM dargestellt: Auf der X-Achse ist die
Streifendicke Dm (in mm), auf der Y-Achse der Qualitätsquotient QM
(in m4/sg) aufgetragen. Die mit A (Ahorn) und F (Fichte)
bezeichneten Kurven stellen den Qualitätsquotienten der
herkömmlicher Weise für Resonanzplatten verwendeten Holzarten dar.
Es zeigt sich, daß er dickenunabhängig ist und in dieser Testreihe
für Fichte bei 0.0155 m4/sg und für Ahorn bei 0.0067 m4/sg lag.
Die mit VS bezeichnete Kurve zeigt den Qualitätsquotienten QM für
die als Faserverbund-Sandwich gefertigten Teststreifen der
erfindungsgemäßen Resonanzplatte. Deutlich ist die Verschlechterung
dieses Quotienten QM bei Verringerung der Streifendicken unter 4 mm
erkennbar. Je nach Materialbeschaffenheit der Kernplatte und des
Faserverbund-Werkstoffs (Faser-Flächengewicht; Harzgehalt u.s.w),
sowie je nach Kernplattenaussparungen und Faserbeschichtung
(Richtung und Dichte) erhält man unterschiedliche Kurven VS, d.h.
unterschiedliche Abhängigkeiten des Qualitätsquotienten QM von der
Plattendicke. Gemäß Anspruch 2 wird die Dicke der Resonanzplatte so
dimensioniert, daß der Qualitätsquotient QM wenigstens eines aus der
Resonanzplatte geschnittenen Teststreifens wenigstens 90% des mit
dem gewählten Faserverbund-Werkstoff erzielbaren Maximalwertes
aufweist. Diese 90%-Linie 28 ist in Fig. 12 für den dort
zugrundegelegten Faserverbund-Werkstoff eingezeichnet.12 shows the physically essential relationship on which the invention is based on the thickness dependency of the quality quotient QM: the strip thickness D m (in mm) on the X axis and the quality quotient QM (in m 4 / sg) on the Y axis. applied. The curves labeled A (maple) and F (spruce) represent the quality quotient of the wood types conventionally used for soundboard. It is shown that it is independent of thickness and in this test series for spruce at 0.0155 m 4 / sg and for maple at 0.0067 m 4 / sg. The curve labeled VS shows the quality quotient Q M for the test strips of the resonance plate according to the invention produced as a fiber composite sandwich. The deterioration of this quotient Q M is clearly evident when the strip thickness is reduced to less than 4 mm. Depending on the material properties of the core plate and the fiber composite material (fiber basis weight; resin content, etc.), as well as depending on the core plate recesses and fiber coating (direction and density), different curves VS are obtained, i.e. different dependencies of the quality quotient QM on the plate thickness. According to
Die Funktion VS in Fig. 12 macht sofort einsichtig, daß eine
Kompensation der Eigenfrequenz-Erhöhungen der Resonanzplatte durch
Verkleinerung ihrer Dicke zu einer Verschlechterung der akustischen
Qualität führt. Erfindungsgemäß wird demgegenüber die klanglich
notwendige Eigenfrequenz-Erniedrigung durch eine Vergrößerung des
vom Umriß der Resonanzplatte umgrenzten Flächeninhalts erreicht. Die
Fig. 13 und 14 zeigen dafür ein Ausführungsbeispiel. Da die Breite
der Resonanzplatte in erster Näherung in zweiter Potenz in die
Eigenfrequenzen eingeht, kann bereits eine relativ geringe
Verbreiterung des Umrisses 23 der erfindungsgemäßen, mit
Faserverbundbeschichtung 24 aufgebauten Resonanzplatte um etwa 5%
gegenüber dem herkömmlichen Umriß 22 (gestrichelt gezeichnet) die
geforderte Frequenzverschiebung bewerkstelligen.The function VS in FIG. 12 immediately reveals that a
Compensation of the natural frequency increases of the resonance plate by
Reducing their thickness to deteriorate the acoustic
Quality leads. In contrast, according to the invention, the sound
necessary natural frequency reduction by increasing the
area bounded by the outline of the soundboard. The
13 and 14 show an embodiment for this. Because the width
the resonance plate in the first approximation in the second power
Inherent natural frequencies can be a relatively low one
Widening of the
Die Kernplatte 26 der Resonanzplatte weist, wie in Fig. 14 an einem
Segment dargestellt, gemäß Anspruch 4 Aussparungen 27 auf, wobei das
Gesamtvolumen aller Aussparungen höchstens 80 %, vorzugsweise
zwischen 20 und 45 % des von Material erfüllten Gesamtvolumens der
Kernplatte beträgt. Dieses Merkmal gestattet eine Verbesserung des
Masse-Steifigkeits-Verhältnisses der Resonanzplatte. Gemäß Anspruch
5 besitzt das in Fig. 14 dargestellte Segment der Resonanzplatte
eine unterschiedliche Dicke D. Gemäß Anspruch 6 weist es eine
multidirektionale Faserbeschichtung auf, die aus nicht parallel
angeordneten Fasern 25 besteht.The
Claims (6)
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