EP1471498A2 - Schallschwingungsabnahmesystem, Klanginstrument und Verfahren zur Abnahme von Schallschwingungen - Google Patents

Schallschwingungsabnahmesystem, Klanginstrument und Verfahren zur Abnahme von Schallschwingungen Download PDF

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EP1471498A2
EP1471498A2 EP04009134A EP04009134A EP1471498A2 EP 1471498 A2 EP1471498 A2 EP 1471498A2 EP 04009134 A EP04009134 A EP 04009134A EP 04009134 A EP04009134 A EP 04009134A EP 1471498 A2 EP1471498 A2 EP 1471498A2
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EP
European Patent Office
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sound
vibration
instrument
transducer
sound vibration
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EP04009134A
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Hermann Müller
Martin Lauer
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    • 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
    • G10H3/00—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means
    • 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
    • G10H3/14—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
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    • 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
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • 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
    • G10H2220/525—Piezoelectric transducers for vibration sensing or vibration excitation in the audio range; Piezoelectric strain sensing, e.g. as key velocity sensor; Piezoelectric actuators, e.g. key actuation in response to a control voltage

Definitions

  • the invention relates to a sound vibration reduction system for converting Sound vibrations of a sound instrument in electrical signals, a sound instrument with such a sound vibration collection system and method for removing sound vibrations from a sound instrument.
  • the bridge In known systems, the bridge, usually made of wood, takes the string vibrations as mechanical vibrations, transforms and filters them and conducts them over the bridge feet onto a sound floor that further transforms the sound and finally radiates to the environment as airborne sound. Many common pickup systems couple to the structure-borne noise of this bridge.
  • the heart of the Pickup is the transducer that converts the mechanical vibrations into electrical ones Implement vibrations. Path changes in the form of mechanical vibrations are converted into electrical voltage changes by the converter.
  • Such Pickup systems can be in existing or custom-made recesses of the web are inserted or clamped, as in US 4,785,704 is described.
  • EP 0 609 553 B1 describes a pickup for musical instruments in which Voice coils vibrated by the resonance body of the instrument that reach into the annular gap of a permanent magnet. On the coils the induction voltage generated by the vibrations is tapped. The permanent magnet as a passive pole of movement of the formed in this way Transducer is decoupled by springs.
  • the object of the present invention is to provide a sound vibration reduction system for converting sound vibrations of a sound instrument into electrical ones Signals, a sound instrument with a sound vibration reduction system and Method of taking sound vibrations for conversion into electrical Specify signals with improved acoustic properties.
  • This task is with a sound vibration system with the features of the claim 1, a sound instrument with the features of claim 19 and Method for sound vibration reduction with the features of claim 24 or 25 reached.
  • Subclaims are directed to preferred designs.
  • An inventive sound vibration acceptance system for converting Sound vibrations of a sound instrument in electrical signals have at least a mechanical-electrical converter with one active and one passive Movement pole on, the active movement pole with a swinging Element of the sound instrument either directly or via an intermediate one Pass-through element can be brought into contact.
  • At least one inertial mass element is connected to the passive movement pole of the transducer, this inertial mass element is decoupled from vibration with a bearing, which is independent of an existing connection via the converter and the vibrations parallel to the direction of the acoustic vibrations to be reduced decoupled.
  • the bridge of a stringed instrument are advantageously two transducers and two inertial masses are used.
  • the at least one additional inertial mass element is essentially at rest against the vibration to be picked up, both against the sound vibration pick-up point as well as against other vibrating parts of the Instrument.
  • the invention uses Sound vibration acceptance system one or more transducers, their passive movement pole with independent of the actual transducer Inertial masses are connected separately via vibration-isolating pickup bearings stored in a reference environment at rest are. Inertia masses of at least 20 g are advantageous.
  • the bearing is decoupled from vibrations referred to when they are at least in the direction parallel to the direction of the decrease Sound vibrations decouples vibrations.
  • a sound vibration acceptance system has at least an inertial mass with transducer.
  • two or more can also be used Inertia masses can be provided with a corresponding number of transducers.
  • the transducers can be interconnected to amplify the electrical signal.
  • the Converters in phase or in phase when operating the sound instrument vibrate the signals become out of phase or in phase with each other switched to achieve an optimal gain result.
  • the system for sound vibration reduction of quiet instruments especially of semi-acoustic ones Instruments whose handling corresponds to original acoustic instruments, but which should not emit a loud direct sound.
  • semi-acoustic Instruments can e.g. B. Practice concert musicians without being too remote or to rely on soundproofed rooms.
  • Such instruments with a sound vibration acceptance system according to the invention can be in the form Weight, handling and response to the original acoustic instruments correspond as far as possible. The musician can use the largely original Sound z. B. perceive speakers positioned near headphones or near the ears. Nevertheless, the basic playing technique on such a semi-acoustic Instrument correspond to the original instrument.
  • the sound vibration acceptance system according to the invention is different Instruments can be used, but e.g. B. also as a pickup on a glass pane connectable, which records the sounds and sounds of the environment. Especially however, it is advantageous to use a stringed instrument, e.g. B. one Cello.
  • the modulus of elasticity (or the material stiffness) of the inertial mass element including the connection of the inertial mass element to the passive movement pole of the transducer has a value of at least 20 N / mm 2 .
  • the vibration-decoupling storage preferably has in the direction of Vibration of the sound to be picked up a bearing stiffness of less than (TM / 4) (N / (g ⁇ mm)) if the above special storage of the inertial mass is supplemented by additional bearings such as the material composite between the active and passive movement pole in some transducer types, whereby this stiffness includes all the effects supporting the inertial mass.
  • the vibration decoupling Storage has also preferably in the direction of Vibration of the sound to be picked up a bearing stiffness of less than (TM / 8) (N / (g.
  • TM stands for the size of the inertial mass in grams. Falling below the stiffness specified above proves to be particularly favorable for the optimal conversion of the sound vibrations in sound-accurate electrical signals, since the mass of inertia and thus the passive movement pole of the transducer particularly effective against the reception of Disturbing sound and phase-shifted useful sound from the direction of the attachment the inertial mass storage is decoupled from the reference environment.
  • the overall stiffness of the inertial mass is in the direction of useful sound vibration in relation to the mass of inertia in such preferred embodiments so low that the natural frequency of the spring-mass system Values below the hearing threshold can be shifted. So the inertial masses stay on the passive converter poles with low damping and positioning measures stand still throughout the entire transmission range and enable a linear frequency response and maximum effectiveness of the Converter.
  • An immobility and rigidity of the vibration-decoupling bearing in on the other hand provides the directions transverse to the direction of the useful sound vibration
  • the sound vibration tapping point of the sound body designed in such a way that the usable vibration direction in normal use essentially is parallel to the earth's surface, such as B. when installed in the bridge of a cello, then the bearing is designed stiff in the direction of gravity. So she can take static support and the flexible direction of the vibration decoupling Storage remains free for the optimal coupling of the transducers to the Sound vibration acceptance point of the sound instrument. It turns out to be cheap when the vibration-decoupling mounting has a stiffness parallel to Direction of the acoustic vibration to be reduced by at most half the stiffness perpendicular to this direction.
  • the vibration-decoupling bearing should be in the direction of the one to be removed Be sonic vibration compliant, so a preferred direction of movement in this Direction.
  • This preferred direction should be as little as possible, advantageously at least less than 32 ° from the direction of vibration of the to be removed Sound vibration deviate.
  • the vibration-decoupling bearing can be a linear guide or a Include curve guidance.
  • the vibration-isolating bearing preferably has at least one joint.
  • the vibration decoupling Storage as a parallelogram guide with at least two articulated arms and four Joints executed. On two opposite sides of this parallelogram guide are those elements that can be moved against each other should.
  • Solid-state joints have proven to be a simple and inexpensive option, especially rubber joints or flex joints. Such solid-state joints can consist of metals or metal components, thermosetting, contain thermoplastic or elastomeric plastics. Likewise, corresponding Joints made of textiles, fiber materials or as composite materials or Compounds of the above components can be executed. Solid joints in particular have the advantage of absolute freedom of play. Both the most common bearing play, on the other hand, can lead to other joint designs disturbing rattling noises, especially certain resonance frequencies, to lead.
  • the distance between two outer advantageously Articulated arms chosen at least half as long as the length of the articulated arms, thus the parallelogram sides parallel to the direction of the vibration to be picked up at least half as long as the parallelogram sides perpendicular to the Direction of the vibration to be picked up.
  • the width of the articulated arms is advantageously chosen to be at least half as large become like the length of the articulated arms.
  • the bends in the joints are advantageously at most 1 / 10th times as thick as the length of the joints ,
  • the pressing device can solid springs, z. B. compression springs or rubber springs, but also have gas springs or magnetic repulsion springs. With appropriate Arrangement on the sound instrument, the pressing device can also Use the weight of the inertial mass.
  • the active pole of movement of the transducer and the sound vibration tapping point of the sound instrument can be directly connected to each other.
  • a pass-through element located in the form of a plunger for transmitting the sound vibrations.
  • This pestle can either be at the sound vibration take-off point and be attached to the active pole of movement of the transducer or only on one of these Elements and on the other of these elements can only be pressed.
  • An embodiment is also possible in which the plunger is only pressed at both points becomes.
  • the pressing can, for. B. in the preferred described above Embodiment with the help of the pressing device.
  • Such a pass-through element takes over the sound vibrations of the sound vibration take-off point energized and in phase and passes it on as Longitudinal vibrations continue on the active pole of movement of the transducer.
  • a pass-through element of low mass and high has proven particularly advantageous Proven rigidity relative to its mass. So there are resonance frequencies, which are far above the vibrations to be transmitted, so that the plunger conducts the vibrations linearly and without superposition through natural resonances. Due to a large diameter of the plunger in relation to its Length are bending vibrations as an undesirable additional form of vibration kept low.
  • Hard elastomeric material is advantageous as material for such a tappet, in particular if the sound vibration tapping point from that for musical instruments typical material is wood. Become the materials of the sound vibration collection point Touching tappet areas selected too hard, it can be particularly difficult high sound amplitudes and sonic rapidities cause the plunger and the active transducer pole no longer vibrates due to inertia can follow and the plunger tip lifts from the sound absorption point. In these In extreme cases, there would be unwanted sound distortion or incorporation of the ram into the sound vibration take-off point.
  • the pestle takes over here So the task of a filter and damper for overdriven portions of the removed Useful noise and the task of protecting against wear and tear or changes the size and pressure distribution of the contact surface between the plunger and Sonic vibration off point.
  • the corner frequency or the corner amplitude for the response of the damping in the range outside the top frequencies to be transmitted or above the greatest volume to be transmitted it has proven to be advantageous proven to be the sum of the masses on the active transducer side (essentially the mass of the ram and the mass of the vibrating transducer components) to choose particularly small in relation to the sum of the masses on the passive transducer side (essentially the mass of the inertial mass and parts the inertial mass storage).
  • this connection point is designed to be angle-tolerant.
  • the Cylindrical, spherical or pointed element can either be on the plunger itself or be trained at the sound vibration tapping point.
  • the loose connection point is less than eight times the weight that the Inertia mass and the converter corresponds. It is also advantageous if the loose connection point has a relative sliding friction number of less than 0.3.
  • the sound vibration acceptance system according to the invention is in contrast to the conventional converter systems also with converters without composite materials can be used between active and passive movement pole.
  • An example of one such a composite material-free converter would be a capacitive converter in which the sound vibration absorption surface is metallized and at a short distance a counter surface divided into two metallized pole halves parallel to this surface is arranged, which is applied to the passive side of the transducer. at Vibration-induced changes in distance change the capacity of the arrangement. This change in capacitance can be achieved using suitable electronic circuits as with the condenser microphones in electrical voltage fluctuations convert.
  • a sound instrument according to the invention has a sound vibration reduction system according to the invention, which picks up the sound vibrations at at least one sound vibration reduction point, which vibrations are set in motion during operation of the sound instrument.
  • the sound vibration take-off point can advantageously comprise a swing arm, one end of which has a vibration surface that is connected to the transducer of the sound vibration take-off system according to the invention, the swing arm having an elongated shape. This arm transfers the tapped off Nutzschallschwingept and is advantageously designed such that at least 2/3 of the arm length are free of voltage conditions, which are due to other mechanical functions of the sound instrument such.
  • the sound vibration reduction system according to the invention can Replace bridge of a stringed instrument or parts of it.
  • this couples Sound vibration reduction system according to the invention on the sound floor or on another structure-borne component of the sound instrument, for. B. the saddle, the bass bar or the tuning stick of a stringed instrument.
  • the sound instrument according to the invention can be a normal instrument which with the help of the sound vibration reduction system according to the invention Sound vibrations are picked up and converted into electrical signals become.
  • a preferred further development of the sound instrument according to the invention is a Instrument that produces little or no direct sound in the audible range.
  • Such semi-acoustic instruments are used e.g. B. by stringed instruments formed with or without a small sound box.
  • the sound vibrations are with Removed with the help of the acoustic vibration acceptance system according to the invention, converted into electrical signals, electronically processed and directly or output via loudspeaker after amplification.
  • the active movement pole of the at least one transducer either directly or via a pass-through element with a sound vibration take-off point a sound instrument is in contact and the passive movement pole with at least one inertial mass element is connected, which in the direction of sound vibration to be decoupled from vibration and from a possibly existing connection via the converter is stored independently.
  • FIG. 1 shows the sectional view through a sound vibration reduction system according to the invention, how it z. B. can be used as a replacement for the bridge of a cello can.
  • Figure 2 shows a perspective view of this embodiment. there are usually identical elements for the sake of clarity only once provided with a corresponding reference number.
  • the entire sound vibration absorption system is designated 30. 1 designated a substructure, which is supported by feet 10 on the sound instrument. On the middle part of the substructure 1 is supported by a support leg 12 of the wooden superstructure 5 from. The strings 9 of the sound instrument are in the string guide notches 18 of the superstructure 5 stored.
  • the superstructure 5 has in this embodiment outer feet 13, which are increasingly slender towards their ends, and at its extreme ends by two clamps, e.g. B. eccentric fittings, are positively and non-positively connected to the substructure 1.
  • the feet are 13 designed such that they are flexible joints due to their slim design represent and the pendulum movement of the superstructure 5 in the direction 21, which further below is described in detail, oppose little resistance, but the necessary restoring force for the pendulum vibrations and the correct global Ensure the position of the superstructure 5 relative to the substructure 1 and the strings 9.
  • the metatarsus 12 absorbs the static bearing forces, the Pressing via the installation force and the proximity of the installation point to the node of the pendulum vibrations avoid unwanted vibrations.
  • the static contact pressure is caused by the string tension of the strings 9, the the superstructure 5 presses in the direction of the substructure 1, which in turn extends over the Support feet 10 on the body 31 of the instrument (see Figure 4).
  • the outer feet 13 are designed as a bending beam
  • the middle takes over Foot 12 the static loads that z. B. 250 N to 300 N at a string tension of 4 160 N can be.
  • Articulated arms 42 are fastened to the middle part of the substructure 1 via joints 41. These articulated arms 42 are in turn via joints 41 with the inertial mass elements 2 connected.
  • the articulated arms 42 are, for. B. plastic joints one Length of about 1 cm.
  • the width that is used for the selected representation of the Figures 1 and 3 is measured perpendicular to the plane of the figure, z. B. 1.5 cm.
  • the joints 41 are in the described embodiment with thinned areas a thickness less than 0.1 times the length of the articulated arms.
  • the parallelogram-like Design is so chosen that movement of the inertial mass elements 2 relative to the substructure 1 in direction 22 is easily possible, one Movement perpendicular to this direction is very limited.
  • a membrane 14 with a piezoelectric coating Located at the area of the inertial mass elements 2 shown in FIG a membrane 14 with a piezoelectric coating. Electrical connections for tapping on the piezoelectric membrane by mechanical Electrical voltage generated are schematically by supply lines 15 shown, the z. B. lead to an electronic evaluation unit.
  • the inertial mass elements 2 have z. B. a mass of 150 g.
  • the piezoelectric Membrane 14 has a diameter in the preferred embodiment of 27 mm, a thickness of 0.3 mm and is on the inertial mass elements 2nd glued by means of an overlapping ring contact surface of 0.5 mm width.
  • a plunger element 7 made of hard elastomer Glued on material.
  • the thickness of this plunger 7 is 1 mm to 2 mm in one Diameter of z. B. 7 mm.
  • the plunger 7 are z. B. simply by Contact pressure of the prestressed compression springs 4 on the superstructure 5.
  • the end face of the plunger 7 facing the sound vibration absorption surface can have a slightly spherical shape, so that only a very small area, which do not necessarily correspond to the entire end face of the plunger 7 must be in contact with the superstructure 5 at the sound vibration take-off point 8.
  • a complete according to the invention Transducer unit formed from the components tappet 7 and the vibratable Proportion of the converter membrane 14 as components which represent the active movement pole represent the transducer system, and from the no longer vibratable Edge areas 6 of the membrane, the inertial mass 2 and also one effective portion of the mass of the vibration decoupling Inertial mass storage 3, which are the components of the passive movement pole of the converter system.
  • swing arms 11 are provided. These swing arms do not take over essential static loads.
  • the strings are supported on the strings 9 the midfoot 12.
  • the swing arms 11 have only the task, the sound vibrations with the greatest possible amplitude and the smallest possible damping to the tappets 7 to transfer.
  • Lateral incisions 16 and central incisions 17 can be provided in the superstructure 5 be similar to conventional bridge instrument bridges Optimize sound transmission. Such incisions 16, 17 make the web more flexible against the pendulum vibrations 21 and secure a position of the pendulum vibration axis near the contact area of the midfoot 12 on the base 1.
  • FIG. 4 shows an inventive sound instrument with an inventive one Sound vibration pickup system 30.
  • the embodiment is a semi-acoustic Cello with a semi-acoustic body 31, a neck 33 and a spike 34, the z. B. can be designed extendable.
  • To the side of the Semi-acoustic sound body 31 are support elements 32 which, for. B. as Can serve knee support.
  • the semi-acoustic body 31 is not suitable emit loud direct sound like the sound body of a conventional one Cello would be.
  • the signals are interconnected in parallel or in series, so that on the output side either the impedance halved or the voltage level be doubled.
  • the small diameter of the plunger 7 in relation to Diaphragm diameter of the membrane 14 causes only a small lever arm Torsion of the membrane 14 in bending vibrations, so that the initiation undesirable additional forms of vibration is suppressed even more effectively.
  • the vibrations are in the direction 21 via the plunger 7 on the membrane 14 transfer.
  • the passive movement pole 6 of the converter unit described above is in connection with the inertial mass elements 2, the vibration decoupling are stored.
  • the inertial mass elements 2 are essentially at rest against the vibration, which is carried out by the superstructure 5 as well possibly from the soundboard of the sound body 31 on which the feet 10 are supported.
  • the compression springs 4 are not in the Parallelogram guides 3 are provided, but support the inertial elements 2 directly against the substructure 1. Such support is such. B. in the embodiment of Figure 6 described below realized.
  • the described embodiments can replace a web String instrument can be used. Sound vibration reduction systems according to the invention can also run as a separate assembly and to existing ones Saddles, bars or other vibrating surfaces of the instrument coupled become.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment for the superstructure 5.
  • the same elements are again identified by the same reference numerals, with each again only one of the possibly duplicate elements with the Reference number is provided.
  • the sound vibration tapping points 8 Operation of the plunger 7 with its upper contact surface.
  • the swing arms 11 and the side feet 13 are fused together.
  • Such an embodiment can e.g. B. especially for small superstructures 5 be advantageous since the pickup tappet 7 as far from the Center axis 12 should be placed away to tap large amplitudes to be able to accommodate large inertial mass elements 2.
  • For further notches between the swing arms 11 and the outer feet 13 then there may be no more space. Nevertheless occurs with this tripod arrangement Sound vibration tapping points 8 a high undamped vibration amplitude on.
  • z. B. on a cello or a double bass is often sufficient space to close the five-foot arrangement of Figures 1 and 2 realize.
  • FIG. 1 An alternative construction is shown in FIG. This is the web 51 of a bass, which is shown here only as a partial view. Via a clamp 19 of the system on the bridge foot of the bass bridge 51 is only schematic shown bracket 23 attached, the sound vibration reduction system according to the invention supports. Again, via a parallelogram guide 3, the Comprises articulated arms 42 and joints 41, an inertial mass element 2 is held, that is via a compression spring 4 against the bracket 23 on the clamp 19 supports. As already described with reference to FIG. 1 and FIG. 2, this represents Inertial mass element 2 over the edge fastening of the membrane 14 passive movement pole 6, the active movement pole of the piezoelectric Diaphragm 14 is connected to the plunger 7. Figure 6 clearly shows that spherical contact surface of the plunger 7 for contact with the sound vibration take-off point 81st
  • Figure 7 shows a bass bridge 51 with possible sound vibration removal points 81.82.
  • the reference numbers designate here 81 and 82 the contact surfaces between plunger 7 and that part of Superstructure 5, on which the sound vibration is picked up.
  • the bridge 51 shows essentially the horizontal position of the violin vertically upwards, so that here too gravity in a stiff direction of the Storage 3 acts.
  • the Angular alignment of the compliant direction of movement by appropriate Alignment of the sound vibration absorption system or the contained therein Joints in relation to the sound body are chosen accordingly.
  • the sound vibration removal system according to the invention can be used for weight loss of sound vibrations on original acoustic instruments, or semi-acoustic Instruments that do not emit loud direct sound are used become. Because of the statically stable, but in the area of the sound-conducting Components of low-loss construction and because of the relative to the known Pickup systems with very high amplitudes on the transducers result significantly higher electrical output levels.
  • the constructionally high useful sound vibration signal does when using regenerative converter types like the piezoelectric diaphragm transducer described, the preamplification of the electrical output signal and avoids the associated negative effects. Cost of preamplifier and necessary supply with Auxiliary energy is eliminated.
  • the with the acoustic vibration system according to the invention equipped musical instruments can if necessary directly to the usual Line-in sockets connected to inexpensive recording devices and amplifiers become.
  • the high mass contributes significantly to the high electrical output signal passive movement pole of the converter and the effective decoupling of this Masses due to flexible joint bearings.
  • the inertial mass is relative to the vibration-decoupling bearings to the sound pick-up point stored in a global reference environment.
  • the place of fortification these bearings can optionally be in the immediate vicinity of the sound collection point, but also selected at more distant parts of the sound body will take place or even in places that are not part of the sound instrument represent.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schallschwingungsabnahmesystem zur Umwandlung von Schallschwingungen eines Klanginstrumentes in elektrische Signale mit zumindest einem mechanisch-elektrischen Wandler mit einem aktiven und einem passiven Bewegungspol, wobei der aktive Bewegungspol mit einem schwingenden Element des Klanginstrumentes entweder direkt oder über ein zwischenliegendes Durchleitelement in Kontakt bringbar ist, zumindest einem Trägheitsmassenelement, das mit dem passiven Bewegungspol des Wandlers verbunden ist, und zumindest einer schwingungsentkoppelnden von einer Verbindung über den Wandler unabhängigen Lagerung zur Lagerung des zumindest einen Trägheitsmassenelementes und zur Schwingungsentkopplung parallel zur Richtung der abzunehmenden Schallschwingungen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Klanginstrument mit einem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem und Verfahren zum Abnehmen von Schallschwingungen von Klanginstrumenten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schallschwingungsabnahmesystem zur Umwandlung von Schallschwingungen eines Klanginstrumentes in elektrische Signale, ein Klanginstrument mit einem solchen Schallschwingungsabnahmesystem und Verfahren zum Abnehmen von Schallschwingungen von einem Klanginstrument.
Schallschwingungsabnahmesysteme dienen zur Ankopplung an Körperschall z. B. eines Musikinstrumentes, um die abgenommenen Schallschwingungen in elektrische Signale umzuwandeln. Diese elektrischen Signale dienen dann mit Hilfe elektronischer Komponenten zur Verstärkung des Schalles oder Aufzeichnung. Insbesondere werden derartige Schallschwingabnahmesysteme als Tonabnehmer für Musikinstrumente eingesetzt. Dabei wäre der Einsatz in folgenden Haupteinsatzgebieten wünschenswert:
  • Bei Live-Auftritten vor großem Publikum, im Freien oder bei der Kombination von leisen akustischen Instrumenten mit den beliebig verstärkbaren elekroakustischen Instrumenten muß der Schall der akustischen Instrumente in elektrische Signale gewandelt und nach dem Durchlaufen von Mischpulten und Verstärkern über Lautsprecher wiedergegeben werden. Als Wandler eignen sich Tonabnehmer prinzipiell besser als Mikrofone, da bei Tonabnehmeranordnungen die Rückkopplungsschwelle deutlich höher liegt als bei Mikrofonanordnungen.
  • Im Gebiet der Musikaufnahmetechnik und im vorgenannten Anwendungsgebiet ist es häufig wünschenswert, wenn die einzelnen Instrumente über separate Kanäle aufgenommen werden können, um dann über die spätere Signalverarbeitung, etwa an Mischpulten, den Klang und die Lautstärkeverhältnisse abzustimmen. Bei der Aufnahme über einzelne Mikrofone werden hierzu Richtmikrofone und besonders dicht am Schallerzeuger angebrachte Mikrofone eingesetzt. Zum Teil müssen die Einzelinstrumente in schallisolierenden Einzelräumen aufgenommen werden. Beim Einsatz von Tonabnehmersystemen an leisen akustischen Instrumenten würden sich die geschilderten aufwendigen Mikrofonaufnahmeanordnungen erübrigen, da das Übersprechen auf die Mikrofone benachbarter Instrumente vermieden wird.
Bekannte Systeme, wie sie z. B. in EP 0 840 282 A1 oder US 6,255,565 beschrieben sind, greifen den Körperschall eines Saiteninstrumentes mit Hilfe einer piezokeramischen Folie unter den Stegfüßen des Saiteninstrumentes oder an den Saiten direkt ab.
Bei bekannten Systemen nimmt der Steg, in der Regel aus Holz, die Saitenschwingungen als mechanische Schwingungen auf, transformiert und filtert sie und leitet sie über die Stegfüße auf einen Klangboden, der den Schall weiter transformiert und schließlich an die Umgebung als Luftschall abstrahlt. Viele marktübliche Tonabnehmersysteme koppeln an den Körperschall dieses Steges an. Kernstück des Tonabnehmers ist der Wandler, der die mechanischen Schwingungen in elektrische Schwingungen umsetzt. Wegänderungen in Form mechanischer Schwingungen werden vom Wandler in elektrische Spannungsänderungen umgewandelt. Solche Tonabnehmersysteme können in vorhandene oder eigens angefertigte Ausnehmungen des Steges eingefügt oder eingeklemmt werden, wie es in US 4,785,704 beschrieben ist.
EP 0 609 553 B1 beschreibt einen Tonabnehmer für Musikinstrumente, bei dem Schwingspulen durch den Resonanzkörper des Instrumentes in Schwingungen versetzt werden, die in den Ringspalt eines Permanentmagneten reichen. An den Spulen wird die durch die Schwingungen erzeugte Induktionsspannung abgegriffen. Der Permanentmagnet als passiver Bewegungspol des auf diese Weise gebildeten Wandlers ist durch Federn entkoppelt.
Andere Tonabnehmersysteme sind als Zwischenglied zwischen dem saitenführenden Oberteil des Steges und den auf dem Klangboden stehenden Füßen ausgeführt, so wie es in EP 0 840 282 A1 beschrieben ist. Die Körperschallwellen durchlaufen im Wandler die Strecke zwischen seinen beiden Bewegungspolen und erfahren dabei eine Phasenverschiebung, die als Relativauslenkung der beiden Bewegungspole zur eigentlichen Wandlung zur Verfügung steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schallschwingungsabnahmesystem zur Umwandlung von Schallschwingungen eines Klanginstrumentes in elektrische Signale, ein Klanginstrument mit einem Schallschwingungsabnahmesystem und Verfahren zur Abnahme von Schallschwingungen zur Umwandlung in elektrische Signale mit verbesserten akustischen Eigenschaften anzugeben. Diese Aufgabe wird mit einem Schallschwingungsabnahmesystem mit den Merkmalen des Anspruches 1, einem Klanginstrument mit den Merkmalen des Anspruches 19 und Verfahren zur Schallschwingungsabnahme mit den Merkmalen des Anspruches 24 oder 25 erreicht. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungen gerichtet.
Ein erfindungsgemäßes Schallschwingungsabnahmesystem zur Umwandlung von Schallschwingungen eines Klanginstrumentes in elektrische Signale weist zumindest einen mechanisch-elektrischen Wandler mit einem aktiven und einem passiven Bewegungspol auf, wobei der aktive Bewegungspol mit einem schwingenden Element des Klanginstrumentes entweder direkt oder über ein zwischenliegendes Durchleitelement in Kontakt bringbar ist. Zumindest ein Trägheitsmassenelement ist mit dem passiven Bewegungspol des Wandlers verbunden, wobei dieses Trägheitsmassenelement schwingungsentkoppelnd mit einer Lagerung gehalten wird, die von einer ggf. vorhandenen Verbindung über den Wandler unabhängig ist und die Schwingungen parallel zur Richtung der abzunehmenden Schallschwingungen entkoppelt. Aus Symmetriegründen und wegen der leichten Anpaßbarkeit an die Geometrie z. B. des Steges eines Saiteninstrumentes werden vorteilhafterweise zwei Wandler und zwei Trägheitsmassen eingesetzt.
Das zumindest eine zusätzliche Trägheitsmassenelement ruht also im wesentlichen gegenüber der abzunehmenden Schwingung, sowohl gegenüber der Schallschwingungsabnahmestelle als auch gegenüber anderen schwingenden Teilen des Instrumentes.
Im Unterschied zu konventionellen Tonabnehmersystemen verwendet das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem einen oder mehrere Wandler, deren passiver Bewegungspol mit von dem eigentlichen Wandler unabhängigen Trägheitsmassen verbunden ist, die separat über schwingungsentkoppelnde Tonabnehmerlagerungen an einer relativ dazu ruhenden Bezugsumgebung gelagert sind. Vorteilhaft sind Trägheitsmassen von mindestens 20 g.
Für die Zwecke des vorliegenden Textes wird die Lagerung als schwingungsentkoppelnd bezeichnet, wenn sie zumindest in Richtung parallel zur Richtung der abzunehmenden Schallschwingungen schwingungsentkoppelnd wirkt.
Ein erfindungsgemäßes Schallschwingungsabnahmesystem verfügt über zumindest eine Trägheitsmasse mit Wandler. Es können jedoch ebenso zwei oder mehr Trägheitsmassen mit entsprechend vielen Wandlern vorgesehen sein. Sind mehrere Wandler mit Trägheitsmassen vorgesehen, so können die Wandler zusammengeschaltet werden, um das elektrische Signal zu verstärken. Je nach dem, ob die Wandler beim Betrieb des Klanginstrumentes gleichphasig oder gegenphasig schwingen, werden die Signale gegenphasig bzw. gleichphasig zueinander geschaltet, um ein optimales Verstärkungsergebnis zu erreichen.
Mit dem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem können elektrische Ausgangsleistungen erbracht werden, welche geeignet sind, analoge Line-In-Eingänge von Audiogeräten normal und rückwirkungsfrei ohne Zwischenschaltung von elektronischen Vorverstärkern anzusteuern. So ist z. B. eine mittlere Ausgangsspannung von größer 0,25 V unter einer Ausgangsnennimpedanz von weniger als 15 kOhm zu erreichen.
Andererseits eignet sich aufgrund der optimalen Schallschwingungsabnahmeeigenschaften des erfindungsgemäßen Systems das System auch zur Schallschwingungsabnahme von leisen Instrumenten, insbesondere auch von semi-akustischen Instrumenten, deren Handhabung originalen akustischen Instrumenten entspricht, welche aber keinen lauten Direktschall abgeben sollen. Mit derartigen semi-akustischen Instrumenten können z. B. Konzertmusiker üben, ohne auf weit abgelegene oder schallisolierte Räume angewiesen zu sein. Solche Instrumente mit einem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem können in Form, Gewicht, Handhabung und Ansprache den originalen akustischen Instrumenten möglichst weitgehend entsprechen. Der Musiker kann den weitgehend originalen Klang z. B. über Kopfhörer oder nahe den Ohren positionierte Lautsprecher wahrnehmen. Dennoch kann die prinzipielle Spieltechnik an einem solchen semi-akustischen Instrument dem originalen Instrument entsprechen.
Das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem ist mit unterschiedlichen Instrumenten einsetzbar, aber z. B. auch als Tonabnehmer an eine Glasscheibe ankoppelbar, die Geräusche und Klänge der Umgebung aufnimmt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung mit einem Saiteninstrument, z. B. einem Cello.
Aufgrund der schwingungsentkoppelnden Eigenschaft der Trägheitsmassen könnte die der Trägheitsmasse abgewandte Seite dieser Lagerung sogar in unmittelbarer Nähe der Schallschwingungsabnahmestelle vom Klanginstrument befestigt sein. Um eine Dämpfung der abnehmbaren Amplitude zu vermeiden und eine Klangbeeinflussung zu minimieren, wird jedoch als Befestigungsstelle vorzugsweise ein weiter von der Schallschwingungsabnahmestelle entfernter Ort mit geringerer Eigenschwingung ausgewählt.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Elastizitätsmodul (bzw. die Materialsteifigkeit) des Trägheitsmassenelementes einschließlich der Verbindung des Trägheitsmassenelementes mit dem passiven Bewegungspol des Wandlers einen Wert von mindestens 20 N/mm2 aufweist.
Die schwingungsentkoppelnde Lagerung hat vorzugsweise in Richtung der Schwingung des abzunehmenden Schalles eine Lagersteifigkeit von weniger als (TM/4) (N/(g · mm)), wenn die obengenannte spezielle Lagerung der Trägheitsmasse ergänzt wird durch weitere Lagerungen wie etwa den Materialverbund zwischen dem aktiven und dem passiven Bewegungspol in einigen Wandlerbauarten, wobei diese Steifigkeit alle die Trägheitsmasse lagernden Effekte einschließt. Die schwingungsentkoppelnde Lagerung hat darüber hinaus vorzugsweise in Richtung der Schwingung des abzunehmenden Schalles eine Lagersteifigkeit von weniger als (TM/8) (N/(g . mm)), wenn die obengenannte spezielle Lagerung die einzige wesentliche Lagerung der Trägheitsmasse darstellt, wie dies zum Beispiel der Fall sein kann bei Wandlerbauarten ohne Materialverbund zwischen dem aktiven und dem passiven Bewegungspol. TM steht in beiden Fällen für die Größe der Trägheitsmasse in Gramm. Die Unterschreitung der oben angegebenen Steifigkeiten erweist sich als besonders günstig für die optimale Umwandlung der Schallschwingungen in klangtreue elektrische Signale, da die Trägheitsmasse und damit der passive Bewegungspol des Wandlers besonders effektiv gegen den Empfang von Störschall und von phasenversetztem Nutzschall aus der Richtung der Befestigung der Trägheitsmassenlagerung an der Bezugsumgebung entkoppelt wird.
Die Gesamtsteifigkeit der Lagerung der Trägheitsmasse ist in Nutzschallschwingungsrichtung im Verhältnis zur Trägheitsmasse bei derartigen bevorzugten Ausführungsformen so gering, daß die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems auf Werte unterhalb der Hörschwelle verschoben werden kann. So bleiben die Trägheitsmassen an den passiven Wandlerpolen bei geringen Dämpfungs- und Positionierungsmaßnahmen im gesamten Übertragungsbereich räumlich still stehen und ermöglichen einen linearen Frequenzgang und eine maximale Effektivität der Wandler.
Eine Unbeweglichkeit und Steifigkeit der schwingungsentkoppelnden Lagerung in die Richtungen quer zur Nutzschallschwingungsrichtung erbringt andererseits folgende Vorteile: Die Querbewegungen zwischen dem Wandler und der Schallschwingungsabnahmestelle werden reduziert und damit Störgeräusche und eventuelle Fehlstellungen oder mechanische Überlastungen im Wandler vermieden. Ist die Schallschwingungsabnahmestelle vom Klangkörper derart gestaltet, daß die Nutzschallschwingungsrichtung im normalen Einsatzfall im wesentlichen parallel zur Erdoberfläche liegt, wie z. B. beim Einbau in den Steg eines Cellos, dann ist die Lagerung in Schwerkraftrichtung steif ausgelegt. Sie kann also die statische Lagerung übernehmen und die nachgiebige Richtung der schwingungsentkoppelnden Lagerung bleibt frei für die optimale Ankopplung der Wandler an die Schallschwingungsabnahmestelle des Klanginstrumentes. Als günstig erweist sich dabei, wenn die schwingungsentkoppelnde Lagerung eine Steifigkeit parallel zur Richtung der abzunehmenden Schallschwingung von höchstens der Hälfte der Steifigkeit senkrecht zu dieser Richtung aufweist.
Die schwingungsentkoppelnde Lagerung sollte in Richtung der abzunehmenden Schallschwingung nachgiebig sein, also eine Vorzugsbewegungsrichtung in dieser Richtung haben. Diese Vorzugsrichtung sollte möglichst wenig, vorteilhafterweise zumindest weniger als 32° von der Schwingungsrichtung der abzunehmenden Schallschwingung abweichen.
Die schwingungsentkoppelnde Lagerung kann eine Linearführung oder eine Kurvenführung umfassen. Vorzugsweise weist die schwingungsentkoppelnde Lagerung zumindest ein Gelenk auf.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist die schwingungsentkoppelnde Lagerung als Parallelogrammführung mit mindestens zwei Gelenkarmen und vier Gelenken ausgeführt. An zwei gegenüberliegenden Seiten dieser Parallelogrammführung sind diejenigen Elemente befestigt, die gegeneinander beweglich sein sollen. Als einfache und kostengünstige Möglichkeit haben sich Festkörpergelenke, insbesondere Gummigelenke oder Biegegelenke erwiesen. Solche Festkörpergelenke können aus Metallen bestehen oder Metallbestandteile, duroplastische, thermoplastische oder elastomere Kunststoffe enthalten. Ebenso können entsprechende Gelenke aus Textilien, Faserwerkstoffen oder als Verbundwerkstoffe bzw. Kompounde der obengenannten Bestandteile ausgeführt sein. Festkörpergelenke besitzen insbesondere den Vorteil der absoluten inneren Spielfreiheit. Bei den anderen Gelenkbauformen kann dagegen das meist vorhandene Lagerspiel zu störenden Scheppergeräuschen, besonders bestimmten Resonanzfrequenzen, führen.
Um bei einer parallelogrammartigen Lagerung die Verwindungssteifigkeit ausreichend hoch zu gestalten, wird vorteilhafterweise der Abstand zwischen zwei äußeren Gelenkarmen mindestens halb so groß gewählt wie die Länge der Gelenkarme, also die Parallelogrammseiten parallel zur Richtung der abzunehmenden Schwingung mindestens halb mal so lang wie die Parallelogrammseiten senkrecht zur Richtung der abzunehmenden Schwingung gewählt. Aus dem gleichen Grund kann vorteilhafterweise die Breite der Gelenkarme mindestens halb so groß gewählt werden wie die Länge der Gelenkarme.
Um die Nachgiebigkeit der Gelenke in Richtung des abzunehmenden Nutzschalles ausreichend hoch zu gestalten und die trotz der schwingungsentkoppelnden Lagerung noch übertragenen Schwingungen in Richtung unhörbar tiefer Frequenzen zu verlagern, sind die Biegestellen in den Gelenken vorteilhafterweise höchstens 1/10 mal so dick wie die Länge der Gelenke.
Die Ankopplung der Wandlerbaueinheit an die Schallschwingungsabnahmestelle am Klanginstrument kann z. B. durch Anpressen geschehen. Dazu können entsprechende Anpreßvorrichtungen, z. B. Druckfedern vorgesehen sein. Diese Druckfedern können die Wandlerbaueinheit gegen einen im Vergleich zur Schallschwingungsabnahmestelle ruhenden Teil des Klanginstrumentes abstützen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind derartige Anpreßvorrichtungen, z. B. Druckfedern zwischen die Gelenkarme der parallelogrammartig ausgestalteten Führung der schwingungsentkoppelnden Lagerung eingefügt.
Die Anpreßvorrichtung kann Festkörperfedern, z. B. Druckfedern oder Gummifedern, aber auch Gasfedern oder Magnetabstoßungsfedern aufweisen. Bei entsprechender Anordnung am Klanginstrument kann die Anpreßvorrichtung auch die Gewichtskraft der Trägheitsmasse ausnutzen.
Der aktive Bewegungspol des Wandlers und die Schallschwingungsabnahmestelle des Klanginstrumentes können direkt miteinander verbunden werden. Besonders günstig für den Klang hat sich jedoch erwiesen, wenn sich zwischen dem aktiven Bewegungspol des Wandlers und der Schallschwingungsabnahmestelle ein Durchleitelement in Form eines Stößels zum Weiterleiten der Schallschwingungen befindet. Dieser Stößel kann entweder an der Schallschwingungsabnahmestelle und dem aktiven Bewegungspol des Wandlers befestigt sein oder nur an einem dieser Elemente und an dem anderen dieser Elemente nur angepreßt werden. Ebenso ist eine Ausführung möglich, bei der der Stößel an beiden Stellen nur angepreßt wird. Das Anpressen kann z. B. bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform mit Hilfe der Anpreßvorrichtung erfolgen.
Ein solches Durchleitelement übernimmt die Schallschwingungen der Schallschwingungsabnahmestelle zwangserregt und phasengleich und leitet sie als Longitudinalschwingungen auf den aktiven Bewegungspol des Wandlers weiter.
Besonders vorteilhaft hat sich ein Durchleitelement von geringer Masse und hoher Steifigkeit relativ zu seiner Masse erwiesen. So ergeben sich Resonanzfrequenzen, die weit oberhalb der zu übertragenden Schwingungen liegen, so daß der Stößel die Schwingungen linear und frei von Überlagerungen durch Eigenresonanzen hindurchleitet. Durch einen großen Durchmesser des Stößels im Verhältnis zu seiner Länge werden Biegeschwingungen als unerwünschte zusätzliche Schwingungsform gering gehalten.
Als Material für einen solchen Stößel ist hartelastomeres Material vorteilhaft, insbesondere, wenn die Schallschwingungsabnahmestelle aus dem für Musikinstrumente typischen Material Holz besteht. Werden die Materialien der die Schallschwingungsabnahmestelle berührenden Stößelbereiche zu hart gewählt, kann es bei besonders hohen Schallamplituden und Schallschnellen dazu kommen, daß der Stößel und der aktive Wandlerpol aus Trägheitsgründen den Schwingungen nicht mehr folgen können und die Stößelspitze von der Schallabnahmestelle abhebt. In diesen Extremfällen käme es zu unerwünschten Klangverzerrungen oder zum Einarbeiten des Stößels in die Schallschwingungsabnahmestelle. Der Stößel übernimmt hier also die Aufgabe eines Filters und Dämpfers für übersteuerte Anteile des abgenommenen Nutzschalls und die Aufgabe eines Schutzes vor Abnutzung bzw. Änderungen der Größe und der Druckverteilung der Berührfläche zwischen Stößel und Schallschwingungsabnahmestelle. Diese Funktionen des Stößels garantieren die Eliminierung von Übersteuerungs-Verzerrungen noch vor der Umwandlung in elektrische Signale und zeitliche Konstanz der Klangeigenschaften.
Damit die Eckfrequenz bzw. die Eckamplitude für das Ansprechen der Dämpfung im Bereich außerhalb der obersten zu übertragenden Frequenzen bzw. oberhalb der größten zu übertragenden Lautstärken zu liegen kommen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Summe der Massen auf der aktiven Wandlerseite (im wesentlichen die Masse des Stößels und die Masse der schwingenden Wandlerbestandteile) besonders klein zu wählen im Verhältnis zu der Summe der Massen auf der passiven Wandlerseite (im wesentlichen die Masse der Trägheitsmasse und Teile der Trägheitsmassenlagerung).
Bei einem Stößel, der zumindest eine lose Verbindungsstelle entweder mit der Schallschwingungsabnahmestelle des Klanginstrumentes oder dem aktiven Bewegungspol des Wandlers aufweist, hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Verbindungsstelle winkeltolerant ausgestaltet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß diese lose Verbindungsstelle ein zylindrisches, balliges oder spitzes Element aufweist und somit nur mit einer begrenzten Fläche aufliegt. Mit einer solchen Anordnung erhält man eine gute zeitliche Konstanz der Klangergebnisse und gewinnt zu gleich ein Element zum klangneutralen Toleranzausgleich bei Toleranzbewegungen, die z. B. beim Stimmen eines Saiteninstrumentes oder sonstigen Formoder Lageänderungen durch Stöße und Abnutzungserscheinungen auftreten. Das zylindrische, ballige oder spitze Element kann dabei entweder am Stößel selbst oder an der Schallschwingungsabnahmestelle ausgebildet sein.
Für den Klang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Anpreßkraft des Stößels an der losen Verbindungsstelle kleiner ist als das Achtfache der Gewichtskraft, die der Trägheitsmasse und dem Wandler entspricht. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die lose Verbindungsstelle eine relative Gleitreibungszahl von weniger als 0,3 aufweist.
Als Wandler können z. B. Elemente eingesetzt werden, die Abstandsänderungen unter Ausnutzung optischer Verfahren und Effekte erfassen, oder Wandler, die eine abstandsabhängige elektrische Kapazitätsänderung erfassen. Ebenso sind Wandler möglich, die elektrische, magnetische und elektromagnetische Feldänderungen oder damit zusammenhängende Effekte erfassen. Besonders vorteilhaft aufgrund der einfachen Handhabung und robusten, kompakten Bauweise sind piezoelektrische Elemente, insbesondere eine Membran mit einer piezoelektrischen keramischen Beschichtung.
Das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem ist im Gegensatz zu den marktüblichen Wandlersystemen auch mit Wandlern ohne Materialverbund zwischen aktivem und passivem Bewegungspol einsetzbar. Ein Beispiel für einen solchen materialverbundfreien Wandler wäre etwa ein kapazitiver Wandler, bei dem die Schallschwingungsabnahmefläche metallisiert ist und in geringem Abstand parallel zu dieser Fläche eine in zwei metallisierte Polhälften geteilte Gegenfläche angeordnet ist, welche auf der passiven Seite des Wandlers aufgebracht ist. Bei schwingungsinduzierten Abstandsänderungen ändert sich die Kapazität der Anordnung. Diese Kapazitätsänderung läßt sich über geeignete elektronische Beschaltungen wie bei den Kondensatormikrofonen in elektrische Spannungsschwankungen umwandeln.
Ein erfindungsgemäßes Klanginstrument weist ein erfindungsgemäßes Schallschwingungsabnahmesystem auf, das an zumindest einer Schallschwingungsabnahmestelle die Schallschwingungen abgreift, die bei Betrieb des Klanginstrumentes in Schwingungen versetzt werden. Dabei kann vorteilhafterweise die Schallschwingungsabnahmestelle einen Schwingarm umfassen, dessen eines Ende eine Schwingfläche aufweist, die mit dem Wandler des erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystems verbunden wird, wobei der Schwingarm eine längliche Form aufweist. Dieser Arm überträgt die abzugreifenden Nutzschallschwingungen und ist vorteilhafterweise derart ausgestaltet, daß zumindest 2/3 der Armlänge frei von Spannungszuständen sind, die auf andere mechanische Funktionen des Klanginstrumentes zurückzuführen sind, z. B. Verbiegungen des Steges bei dem Stimmvorgang eines Saiteninstrumentes.
Zum Beispiel kann das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem den Steg eines Saiteninstrumentes oder Teile davon ersetzen. Ebenso können der Sattel, der Saitenhalter eines Saiteninstrumentes oder Teile davon durch das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem ersetzt werden.
Bei anderen Ausführungen des erfindungsgemäßen Klanginstrumentes koppelt das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem an den Klangboden oder an einen anderen körperschallführenden Bestandteil des Klanginstrumentes an, z. B. den Sattel, den Baßbalken oder den Stimmstock eines Saiteninstrumentes. Ebenso kann das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem an eine Saite direkt ankoppeln.
Das erfindungsgemäße Klanginstrument kann ein normales Instrument sein, an dem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystemes die Schallschwingungen abgegriffen werden und in elektrische Signale umgewandelt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Klanginstrumentes ist ein Instrument, das im hörbaren Bereich nur leisen oder gar keinen direkten Schall erzeugt. Solche semi-akustischen Instrumente werden z. B. durch Saiteninstrumente ohne oder mit kleinem Klangkörper gebildet. Die Schallschwingungen werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystemes abgenommen, in elektrische Signale umgewandelt, elektronisch weiterverarbeitet und direkt oder nach Verstärkung über Lautsprecher ausgegeben.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abnehmen von Schallschwingungen von einem Klanginstrument werden die Schallschwingungen von zumindest einem mechanisch-elektrischen Wandler aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt, wobei der aktive Bewegungspol des zumindest einen Wandlers entweder direkt oder über ein Durchleitelement mit einer Schallschwingungsabnahmestelle eines Klanginstrumentes in Kontakt ist und der passive Bewegungspol mit zumindest einem Trägheitsmassenelement verbunden wird, das in Richtung der abzunehmenden Schallschwingung schwingungsentkoppelnd und von einer ggf. vorhandenen Verbindung über den Wandler unabhängig gelagert ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1:
eine Schnitt-Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Schallschwingungsabnahmesystem,
Figur 2:
eine perspektivische Schnittansicht eines solchen Schallschwingungsabnahmesystems,
Figur 3:
eine schematische Detailansicht der in Figur 1 bzw. Figur 2 gezeigten Ausführungsform,
Figur 4:
ein erfindungsgemäßes Klanginstrument,
Figur 5:
einen Steg einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klanginstrumentes zum Einsatz mit einem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem,
Figur 6:
eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystems, und
Figur 7:
einen Steg einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Klanginstrumentes zum Einsatz mit einem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem der Figur 6.
Figur 1 zeigt die Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Schallschwingungsabnahmesystem, wie es z. B. als Ersatz des Steges eines Cellos eingesetzt werden kann. Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform. Dabei sind in der Regel baugleiche Elemente der Übersichtlichkeit halber nur jeweils einmal mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Das gesamte Schallschwingungsabnahmesystem ist mit 30 bezeichnet. 1 bezeichnet einen Unterbau, der sich über Füße 10 auf dem Klanginstrument abstützt. Auf dem Mittelteil des Unterbaus 1 stützt sich ein Stützfuß 12 des hölzernen Oberbaus 5 ab. In Saitenführungskerben 18 des Oberbaus 5 sind die Saiten 9 des Klanginstrumentes gelagert. Der Oberbau 5 verfügt bei dieser Ausführungsform über äußere Füße 13, die zu ihren Enden hin zunehmend schlank ausgeführt sind, und an ihren äußersten Enden durch zwei Klemmen, z. B. Exzenterverschraubungen, mit dem Unterbau 1 form- und kraftschlüssig verbunden sind. Die Füße 13 sind derart ausgestaltet, daß sie aufgrund ihrer schlanken Ausführung Biegegelenke darstellen und der Pendelbewegung des Oberbaus 5 in Richtung 21, die weiter unten im Detail beschrieben wird, nur geringen Widerstand entgegensetzen, aber die notwendige Rückstellkraft für die Pendelschwingungen und die korrekte globale Lage des Oberbaus 5 relativ zum Unterbau 1 und den Saiten 9 sicherstellen. Durch massive Verklemmung der Füße 13 mit dem ruhenden Unterbau 1 werden störende Schepper- und Vibrationserscheinungen an den Berührflächen zum Unterbau 1 vermieden. Der Mittelfuß 12 nimmt die statischen Lagerkräfte auf, wobei die Verpressung über die Aufstellkraft und die Nähe des Aufstellpunktes zum Knotenpunkt der Pendelschwingungen unerwünschte Vibrationen vermeiden. Zum Beispiel wird die statische Anpreßkraft durch die Saitenspannung der Saiten 9 bewirkt, die den Oberbau 5 in Richtung des Unterbaus 1 drückt, der sich wiederum über die Füße 10 am Klangkörper 31 des Instrumentes abstützt (siehe Figur 4). Dadurch, daß die äußeren Füße 13 als Biegebalken ausgestaltet sind, übernimmt der mittige Fuß 12 die statischen Lasten, die z. B. 250 N bis 300 N bei einer Saitenspannung von 4 160 N betragen können.
Am Mittelteil des Unterbaus 1 sind parallelogrammartig ausgeführte schwingungsentkoppelnde Lagerungen 3 für die Trägheitsmassen 2 vorgesehen.
Diese Parallelogrammführungen sind in Figur 3 schematisch im Detail dargestellt. Am mittleren Teil des Unterbaus 1 sind über Gelenke 41 Gelenkarme 42 befestigt. Diese Gelenkarme 42 sind wiederum über Gelenke 41 mit den Trägheitsmassenelementen 2 verbunden. Die Gelenkarme 42 sind z. B. Kunststoffgelenke einer Länge von etwa 1 cm. Die Breite, die bei der gewählten Darstellungsweise der Figuren 1 und 3 senkrecht zur Figurenebene gemessen wird, beträgt z. B. 1,5 cm. Die Gelenke 41 sind bei der geschilderten Ausführungsform verdünnte Bereiche mit einer Dicke kleiner als 0,1 mal der Länge der Gelenkarme. Die parallelogrammartige Ausgestaltung ist also so gewählt, daß eine Bewegung der Trägheitsmassenelemente 2 relativ zum Unterbau 1 in Richtung 22 leicht möglich ist, wobei eine Bewegung senkrecht zu dieser Richtung stark begrenzt ist.
Wiederum mit Bezug zu den Figuren 1 bis 3 sind Druckfedern 4 erkennbar, die zwischen die Gelenkarme 42 eingebracht sind, die derart vorgespannt sind, daß sie die Trägheitsmassenelemente 2 in der Figur 1 nach oben gegen den Oberbau 5 vorspannen. In Figur 3 sind diese Federn als Zickzacklinie nur schematisch angedeutet.
Am in Figur 1 oben dargestellten Bereich der Trägheitsmassenelemente 2 befindet sich eine Membran 14 mit einer piezoelektrischen Beschichtung. Elektrische Anschlüsse zum Abgriff von an der piezoelektrischen Membran durch mechanische Belastung erzeugten elektrischen Spannung sind schematisch durch Zuleitungen 15 dargestellt, die z. B. zu einer elektronischen Auswertungseinheit führen.
Die Trägheitsmassenelemente 2 haben z. B. eine Masse von 150 g. Die piezoelektrische Membran 14 hat bei der bevorzugten Ausführungsform einen Durchmesser von 27 mm, eine Dicke von 0,3 mm und ist an den Trägheitsmassenelementen 2 mittels einer Überlappungs-Ringauflagefläche von 0,5 mm Breite verklebt.
Mittig auf der piezoelektrischen Membran 14 ist ein Stößelelement 7 aus hartelastomerem Material aufgeklebt. Es besteht z. B. aus einem thermoplastischen Elastomerkompound. Die Dicke dieses Stößels 7 beträgt 1 mm bis 2 mm bei einem Durchmesser von z. B. 7 mm. Die Stößel 7 werden z. B. einfach durch die Anpreßkraft der vorgespannten Druckfedern 4 am Oberbau 5 angepreßt.
Die der Schallschwingungsabnahmefläche zugewandte Stirnfläche des Stößels 7 kann eine leicht ballige Formgebung umfassen, so daß nur eine sehr kleine Fläche, die nicht notwendigerweise der gesamten Stirnfläche des Stößels 7 entsprechen muß, mit dem Oberbau 5 an der Schallschwingungsabnahmestelle 8 in Kontakt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform wird je eine vollständige erfindungsgemäße Wandlereinheit gebildet aus den Bestandteilen Stößel 7 und dem schwingungsfähigen Anteil der Wandlermembran 14 als Bauelemente, welche den aktiven Bewegungspol des Wandlersystems darstellen, und aus dem nicht mehr schwingungsfähigen Randbereichen 6 der Membran, der Trägheitsmasse 2 und einem ebenfalls noch als Trägheitsmasse wirksamen Anteil der Masse der schwingungsentkoppelnden Trägheitsmassenlagerung 3, welche die Bestandteile des passiven Bewegungspols des Wandlersystems darstellen.
Zur Weiterleitung der Nutzschallschwingungen vom Oberbau 5 in Richtung der Stößel 7 sind Schwingarme 11 vorgesehen. Diese Schwingarme übernehmen keine wesentlichen statischen Lasten. Die Saitenabstützung der Saiten 9 geschieht über den Mittelfuß 12. Die Schwingarme 11 haben nur die Aufgabe, die Schallschwingungen mit größtmöglicher Amplitude und kleinstmöglicher Dämpfung an die Stößel 7 zu übertragen.
In dem Oberbau 5 können seitliche Einschnitte 16 und Mitteleinschnitte 17 vorgesehen sein, die ähnlich wie bei herkömmlichen Stegen von Saiteninstrumenten die Klangübertragung optimieren. Solche Einschnitte 16, 17 machen den Steg nachgiebiger gegen die für Saiteninstrumente typischen Pendelschwingungen 21 und sichern eine Lage der Pendelschwingungsachse in der Nähe der Aufstandsfläche des Mittelfußes 12 auf dem Unterbau 1.
Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Klanginstrument mit einem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem 30. Die Ausführungsform ist ein semi-akustisches Cello mit einem semi-akustischen Klangkörper 31, einem Hals 33 und einem Stachel 34, der z. B. ausfahrbar gestaltet sein kann. Seitlich des semi-akustischen Klangkörpers 31 befinden sich Abstützelemente 32, die z. B. als Kniestütze dienen können. Der semi-akustische Klangkörper 31 ist nicht geeignet, lauten direkten Schall abzugeben, wie es der Klangkörper eines konventionellen Violoncellos wäre.
Beim Spielen auf einem solchen erfindungsgemäßen Violoncello werden die Schallschwingungen wie folgt abgenommen. Streichen, Zupfen oder Anschlagen der Saiten 9 mit einem Bogen führt zu Transversalschwingungen in Richtung 20. Die durch die Transversalschwingung 20 erzeugte seitliche Kraft wird von der Saite über die Saitenführungskerbe 18 in den Oberbau 5 eingeleitet. Es entsteht eine Pendelschwingung des Oberbaus 5 in Richtung 21 aufgrund der sich nach außen verjüngenden Füße 13, die eine Bewegung des unteren Teiles des Oberbaus 5 in Richtung 20 nicht zulassen, jedoch eine Pendelbewegung 21 um den Mittelfuß 12 gestatten. Über die Schwingarme 11 wird diese Schwingung an die Stößel 7 weitergegeben, die diese wiederum im wesentlichen linear an die piezoelektrische Membran 14 übertragen. Die Schwingungsübertragung der beiden Stößel erfolgt gegenphasig. Bei der elektronischen Nachbearbeitung der von den piezoelektrischen Membranen14 abgegriffenen gegenphasigen elektrischen Spannungen werden die Signale gekreuzt parallel oder seriell miteinander verschaltet, so daß ausgangsseitig wahlweise die Impedanz halbiert oder die Spannungshöhe verdoppelt werden. Der kleine Durchmesser des Stößels 7 im Verhältnis zum Membrandurchmesser der Membran 14 bewirkt einen nur geringen Hebelarm zur Verwindung der Membran 14 bei Biegeschwingungen, so daß die Einleitung unerwünschter zusätzlicher Schwingungsformen noch wirkungsvoller unterdrückt wird.
In Figur 1 andeutungsweise erkennbar ist die ballige Ausgestaltung der Stößel 7 im Auflagebereich am Oberbau 5, die eine praktisch identische Größe und Druckbeaufschlagung der Stößelendfläche auch bei leichten Winkelfehlstellungen zwischen Schallschwingungsabnahmefläche 8 und Stößel 7 bewirkt.
Die Schwingungen werden in Richtung 21 über den Stößel 7 auf die Membran 14 übertragen. Der passive Bewegungspol 6 der oben beschriebenen Wandlereinheit ist mit den Trägheitsmassenelementen 2 in Verbindung, die schwingungsentkoppelnd gelagert sind. Die Trägheitsmassenelemente 2 ruhen also im wesentlichen gegenüber der Schwingung, die sowohl vom Oberbau 5 ausgeführt wird, als auch ggf. vom Klangboden des Klangkörpers 31, auf dem sich die Füße 10 abstützen.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Druckfedern 4 nicht in den Parallelogrammführungen 3 vorgesehen, sondern stützen die Trägheitselemente 2 direkt gegen den Unterbau 1 ab. Eine derartige Abstützung ist z. B. bei der Ausführungsform der weiter unten beschriebenen Figur 6 realisiert.
Die beschriebenen Ausführungsformen können als Ersatz des Steges eines Saiteninstrumentes eingesetzt werden. Erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesysteme können aber auch als separate Baugruppe ausgeführt und an vorhandene Sättel, Stege oder andere Schwingflächen des Instrumentes angekoppelt werden.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform für den Oberbau 5. Gleiche Elemente sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei wiederum jeweils nur eines der möglicherweise mehrfach vorhandenen Elemente mit der Bezugsziffer versehen ist. An den Schallschwingungsabnahmestellen 8 liegt beim Betrieb der Stößel 7 mit seiner oberen Anlagefläche an. Bei der Ausführungsform der Figur 5 sind die Schwingarme 11 und die seitlichen Füße 13 miteinander verschmolzen. Eine solche Ausführungsform kann z. B. gerade bei kleinen Oberbauten 5 vorteilhaft sein, da die Tonabnehmerstößel 7 möglichst weit von der Mittelachse 12 entfernt angeordnet werden sollten, um große Amplituden abgreifen zu können und große Trägheitsmassenelemente 2 unterbringen zu können. Für weitere Einkerbungen zwischen den Schwingarmen 11 und den äußeren Füßen 13 ist dann ggf. kein Platz mehr. Dennoch tritt bei dieser Dreifußanordnung an den Schallschwingungsabnahmestellen 8 eine hohe ungedämpfte Schwingungsamplitude auf. Bei größeren Oberbauten 5, z. B. an einem Cello oder einem Kontrabaß, ist oftmals ausreichend Platz, um die Fünffußanordnung der Figuren 1 bzw. 2 zu realisieren.
In Figur 6 ist ein alternativer Aufbau gezeigt. Es handelt sich dabei um den Steg 51 eines Basses, der hier nur als Teilansicht gezeigt ist. Über eine Klemmbefestigung 19 des Systems am Stegfuß des Baßsteges 51 ist eine nur schematisch gezeigte Halterung 23 befestigt, die das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem haltert. Wiederum ist über eine Parallellogrammführung 3, die Gelenkarme 42 und Gelenke 41 umfaßt, ein Trägheitsmassenelement 2 gehaltert, das sich über eine Druckfeder 4 gegen die Halterung 23 an der Klemmbefestigung 19 abstützt. Wie bereits mit Bezug zu Figur 1 und Figur 2 beschrieben, stellt das Trägheitsmassenelement 2 über die Randbefestigung der Membran 14 einen passiven Bewegungspol 6 dar, wobei der aktive Bewegungspol der piezoelektrischen Membran 14 mit dem Stößel 7 verbunden ist. Die Figur 6 zeigt deutlich die ballige Anlagefläche des Stößels 7 zur Anlage an der Schallschwingungsabnahmestelle 81.
Figur 7 zeigt einen Baßsteg 51 mit möglichen Schallschwingungsabnahmestellen 81,82.
Wie auch die Bezugsziffer 8 der Figuren 1 bis 5, bezeichnen hier die Bezugsziffern 81 und 82 die Berührungsflächen zwischen Stößel 7 und demjenigen Teil des Oberbaus 5, an dem die Schallschwingung abgegriffen wird.
Aufgrund der großen Variabilität des erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystemes ist es möglich, auf die unterschiedlichen Spielhaltungen unterschiedlicher Instrumente Rücksicht zu nehmen. Wird z. B. ein Cello vertikal auf seinen Stachel gestellt und so gespielt werden, so ist das in Figuren 1 bis 3 gezeigte Schallschwingungsabnahmesystem in Ideallage derart ausgerichtet, daß die bevorzugte Bewegungsrichtung der Trägheitsmassenlagerung senkrecht zur Schwerkraftrichtung ist, da die gesamte Schwerkraft der Trägheitsmassen steif gelagert ist und keine Richtungskomponente der Schwerkraft in die Richtung der abgenommenen Schallschwingungen und damit in die nachgiebige Lagerungsrichtung der Parallelogrammlagerung verläuft. Ruckartige Bewegungen der Instrumentenmasse, der Schwerkraft folgend, führen also zu keiner unerwünschten Auslenkung der Trägheitsmassen. Dennoch hat bei Schrägstellungen des Cellos z. B. von weniger als 45° das erfindungsgemäße System noch Vorteile, da zumindest ein Großteil der Schwerkraft der Trägheitsmassen noch nicht in die Auslenkungsrichtung der Trägheitsmassen wirkt. Bei der Anordnung des erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystems an dem Instrument kann dies in vorteilhafter Weise berücksichtigt werden. So wird ein Kontrabaß z. B. in der Regel vertikaler gehalten als ein Cello, so daß ein Schallschwingungsabnahmesystem gemäß der Figuren 1 bis 3 im wesentlichen senkrecht vom Klangkörper abstehend ausgebildet werden kann, um den vorteilhaften Effekt optimal zu nutzen. Eine Violine wird andererseits während des Spielens im wesentlichen waagerecht gehalten, so daß sich eine Lagerungsanordnung nach Figur 6 als besonders vorteilhaft erweist. Bei im wesentlichen waagerechter Haltung der Violine zeigt der Steg 51 im wesentlichen vertikal nach oben, so daß auch hier die Schwerkraft in einer steifen Richtung der Lagerung 3 wirkt. Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem durch seine große Flexibilität auf die unterschiedlichen Spielhaltungen der einzelnen Instrumente angepaßt werden kann. Gegebenenfalls kann die Winkelausrichtung der nachgiebigen Bewegungsrichtung durch entsprechende Ausrichtung des Schallschwingungsabnahmesystems bzw. der darin enthaltenen Gelenke in Bezug zu dem Klangkörper entsprechend gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Schallschwingungsabnahmesystem kann zum Abnehmen von Schallschwingungen an originalen akustischen Instrumenten, oder aber semi-akustischen Instrumenten, die keinen lauten direkten Schall abgeben, eingesetzt werden. Aufgrund des statisch stabilen, aber im Bereich der schallführenden Bestandteile dämpfungsarmen Aufbaus und wegen der relativ zu den bekannten Tonabnehmersystemen sehr hohen Amplituden an den Wandlern ergeben sich deutlich höhere elektrische Ausgangspegel. Das konstruktionsbedingt hohe Nutzschall-Schwingungssignal macht bei Verwendung generatorischer Wandlertypen wie dem beschriebenen piezoelektrischen Membranwandler die Vorverstärkung des elektrischen Ausgangssignals überflüssig und vermeidet die damit verbundenen negativen Effekte. Kosten für Vorverstärker und erforderliche Versorgung mit Hilfsenergie entfallen. Die mit dem erfindungsgemäßen Schallschwingungsabnahmesystem ausgestatteten Musikinstrumente können ggf. direkt an die üblichen Line-In-Buchsen kostengünstiger Aufnahmegeräte und Verstärker angeschlossen werden.
Zum hohen elektrischen Ausgangssignal tragen wesentlich die hohe Masse am passiven Bewegungspol des Wandlers und die effektive Entkopplung dieser Massen durch Biegegelenklagerungen bei.
Durch die Ausgestaltung mit einem Stößel besteht die Möglichkeit, Körperschallschwingungen sowohl an großflächigen als auch an kleinflächigen Stellen oder an spitzen Erhebungen sowie an konvexen oder konkaven Stellen des Klangkörpers abnehmen zu können. Durch die andrückende Feder ist die Zuverlässigkeit der Kontaktstelle zwischen dem Wandler und der Schallschwingungsabnahmestelle gesichert.
Die Trägheitsmasse ist über schwingungsentkoppelnde Lagerungen an der relativ zur Schallabnahmestelle global ruhenden Bezugsumgebung gelagert. Der Befestigungsort dieser Lagerungen kann wahlweise in unmittelbarer Nähe der Schallabnahmestelle, aber auch an weiter entfernten Stellen des Klangkörpers gewählt werden oder sogar an Stellen erfolgen, welche keine Bestandteile des Klanginstruments darstellen.

Claims (26)

  1. Schallschwingungsabnahmesystem zur Umwandlung von Schallschwingungen eines Klanginstrumentes in elektrische Signale mit
    zumindest einem mechanisch-elektrischen Wandler (14) mit einem aktiven und einem passiven (6) Bewegungspol, wobei der aktive Bewegungspol mit einem schwingenden Element (8, 11) des Klanginstrumentes entweder direkt oder über ein zwischenliegendes Durchleitelement (7) in Kontakt bringbar ist,
    zumindest einem Trägheitsmassenelement (2), das mit dem passiven Bewegungspol (6) des Wandlers (14) verbunden ist, und
    zumindest einer schwingungsentkoppelnden, von einer Verbindung über den Wandler (14) unabhängigen Lagerung (3) zur Lagerung des zumindest einen Trägheitsmassenelementes (2) und zur Schwingungsentkopplung parallel zur Richtung der abzunehmenden Schallschwingungen.
  2. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 1, bei dem das zumindest eine Trägheitsmassenelement (2) und die Verbindung des Trägheitsmassenelementes (2) mit dem passiven Bewegungspol (6) des zumindest einen Wandlers (14) einen Elastizitätsmodul von mindestens 20 N/mm2 aufweisen.
  3. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Lagersteifigkeit pro Trägheitsmassenelement (2) in Richtung parallel zur abzunehmenden Schallschwingung einen Wert kleiner als (TM/4) (N/(g . mm)) aufweist, wenn die Trägheitsmasse parallel zur schwingungsentkoppelnden Lagerung noch andere Lagerungen aufweist, oder einen Wert kleiner (TM/8) (N/(g · mm)) aufweist, wenn die schwingungsentkoppelnde Lagerung die im wesentlichen einzige Ursache der statischen Trägheitsmassenlagerung bildet, wobei TM die Masse des Trägheitsmassenelementes (2) in Gramm ist.
  4. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zumindest eine Trägheitsmassenelement (2) eine Masse größer oder gleich 20 g aufweist.
  5. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die schwingungsentkoppelnde Lagerung (3) derart ausgestaltet ist, daß ihre Lagersteifigkeit parallel zur Richtung (21) der abzunehmenden Schallschwingung höchstens ½ x der Lagersteifigkeit senkrecht zu dieser Richtung ist.
  6. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 5, bei dem die schwingungsentkoppelnde Lagerung (3) eine Gelenkführung mit mindestens einem Gelenkarm und einem Gelenk umfaßt.
  7. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 6, bei dem die schwingungsentkoppelnde Lagerung (3) eine Parallelogrammführung mit mindestens zwei Gelenkarmen (42) und vier Gelenken (41) umfaßt.
  8. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 7, bei dem die Parallelogrammseiten parallel zur Richtung (21) der abzunehmenden Schwingung mindestens ½ x so lang wie die Parallelogrammseiten (41) senkrecht zur Richtung der abzunehmenden Schwingung sind.
  9. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Gelenke als Festkörpergelenke, insbesondere Gummilager oder Biegegelenke (41) ausgeführt sind.
  10. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 9, mit Biegegelenken (41) als Festkörpergelenke, wobei die Biegestellen in den Gelenken höchstens 0,1 x so dick sind wie die Länge der Gelenke.
  11. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit zumindest einer Anpreßvorrichtung (4) zur definierten Vorspannung des zumindest einen Wandlers (14) in Richtung einer Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) des Klanginstrumentes.
  12. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Anpreßvorrichtung (4) eine Feder umfaßt, die zwischen einer Angriffstelle des ruhenden Anteils des Wandlersystems und einer beliebigen kraftübertragenden Bezugsumgebung angeordnet ist.
  13. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Durchleitelement in Form eines Stößels (7) zum Weiterleiten der Schallschwingung von der Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) des Klanginstrumentes zu dem zumindest einen Wandler (14), wobei der Stößel (7) derart angeordnet ist, daß er zwischen dem aktiven Bewegungspol des zumindest einen Wandlers (14) und einer Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) des Klanginstrumentes angeordnet ist, wenn das Schallschwingungsabnahmesystem mit einer Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) in Kontakt ist.
  14. Schallschwingungsabnahmesystem nach Anspruch 13, bei dem der Stößel (7) in Richtung (21) der abzunehmenden Schallschwingung eine geringere Ausdehnung hat als in einer Richtung senkrecht dazu, insbesondere in Richtung der abzunehmenden Schallschwingung kleiner als 0,1 mal so groß ist wie in Richtungen senkrecht dazu.
  15. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der Stößel (7) separat ausgestaltet ist und an den aktiven Bewegungspol des Wandlers (14) einerseits und eine Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) eines Klanginstrumentes andererseits anpreßbar ist.
  16. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem der Stößel (7) als Teil des Wandlers (14) ausgestaltet ist und lose an eine Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) eines Klanginstrumentes anpreßbar ist.
  17. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem der Stößel fest mit der Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) eines Klanginstrumentes verbunden und lose an den Wandler (14) anpreßbar ist.
  18. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die lose Verbindungsstelle winkeltolerant ausgestaltet ist, insbesondere ein zylindrisches, ein balliges oder ein spitzes Element umfaßt.
  19. Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der zumindest eine Wandler ein piezoelektrisches Element, insbesondere eine Membran (14) mit einer piezoelektrischen Beschichtung umfaßt.
  20. Klanginstrument mit einem Schallschwingungsabnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19 und zumindest einer Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82), die bei Betrieb des Klanginstrumentes in Schwingungen versetzt wird.
  21. Klanginstrument nach Anspruch 20, bei dem die zumindest eine Schallschwingungsabnahmestelle einen Schwingarm (11) umfaßt, dessen eines Ende eine Schwingfläche aufweist, die mit dem Wandler (14) in Kontakt ist, wobei der Schwingarm eine längliche Form aufweist.
  22. Klanginstrument nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei das Klanginstrument ein Musikinstrument, insbesondere ein Saiteninstrument mit einem Steg (5, 51) ist.
  23. Klanginstrument nach den Ansprüchen 21 und 22, bei dem der zumindest eine Schwingarm (11) Teil des Steges (5) ist.
  24. Klanginstrument nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei das Klanginstrument ein semi-akustisches Instrument ist.
  25. Verfahren zum Abnehmen von Schallschwingungen von einem Klanginstrument und Umwandlung in elektrische Signale mit einem Schallschwingungsabnahmesystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
  26. Verfahren zum Abnehmen der Schallschwingungen von einem Klanginstrument, bei dem die Schallschwingungen von zumindest einem mechanisch-elektrischen Wandler (14) aufgenommen werden und in elektrische Signale umgewandelt werden, wobei der aktive Bewegungspol des zumindest einen Wandlers (14) entweder direkt oder über ein Durchleitelement (7) mit einer Schallschwingungsabnahmestelle (8, 81, 82) eines Klanginstrumentes in Kontakt ist, und der passive Bewegungspol (6) mit zumindest einem Trägheitsmassenelement (2) verbunden ist, das in der Richtung (21) der abzunehmenden Schallschwingung schwingungsentkoppelnd gelagert ist.
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