CH680476A5 - - Google Patents

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CH680476A5
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Description

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CH 680 476 A5
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wandler zum Umformen von Saitenschwingungen eines Musikinstrumentes in elektrische Signale und insbesondere einen Steg-Tonabnehmer mit einem direkt mit der Saite in Kontakt stehenden Sattel.
Nach dem Stande der Technik sind eine Vielzahl von Tonabnehmervorrichtungen bekannt, die in einen Instrumentensteg eingebettet sind. Beispielsweise zeigt US-PS 4 189 969 einen Tonabnehmeraufbau mit einzeln vergossenen, piezoelektrischen Sensorelementen, die einen T-förmigen Schlitz zur Aufnahme auswechselbarer, in Kontakt mit den Saiten stehender Scheitelelemente aufweisen. DE
3 536 921 zeigt eine langgestreckte, abgeschirmte Struktur piezoelektrischer Kristalle, die innerhalb eines Sattelteils angeordnet sind. Verschiedene andere Konstruktionen sind in den US-PSen 3 154 701,
4 252 990, 4 278 000, 4 290 331, 4 378 721, 4 380 357 und 4160 401 sowie DE-PS 3 613 888 gezeigt.
in der Regel ist das zentrale Konstruktionsproblem eines jeden Tonabnehmers sowohl die Erzeugung eines naturgetreuen Signals als auch ein gutes Signal-Störgeräusch-Verhältnis. In einem piezoelektrischen Tonabnehmer erhält dieses Problem spezielle Dimensionen, weil der Tonabnehmer ein sogenannter «Kontakt»-Tonabnehmer ist. Dabei wird das Signal durch direkte Einwirkung von Druckwellen erzeugt, die durch ein oder mehrere Piezokri-stallelemente über eine Koppelstruktur wie dem Sattelelement des Steges übertragen werden. So werden sowohl die Geometrie als auch die mechanischakustischen Eigenschaften der Koppelstruktur sehr wichtig. Idealenweise sollte die Übertragung der Schwingungsenergie der Saite über die Koppelstruktur zum Sensorelement mit bester Klangtreue und einem hohen Wirkungsgrad erfolgen.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannten piezoelektrischen Tonabnehmer diesen Ansprüchen nicht vollumfänglich genügen - bezeichnenderweise hat jedes Fabrikat seinen «Eigenklang». Oftmals werden tiefe Resonanzen konstruktionsbedingt ausgefiltert, was zu einem schrillen Ton mit überbetonten Saitennebengeräuschen führt. Konstruktionen mit einer Tonabnehmereinheit für mehrere Saiten zusammen neigen dazu, die einzelnen Saiten in unterschiedlichen Pegeln zu übertragen.
Die moderne elektronische Klangbearbeitung wie beispielsweise MIDI (Musical Instrument Digital Interface) oder Mehrkanal-Tonaufzeichnung erfordert von jeder Saite ein separates Signal mit hoher Übersprechdämpfung (s 40dB) zu den benachbarten Saiten.
Die Anwendung eines Tonabnehmers in akustischen Instrumenten wirft zusätzliche Probleme auf. Insbesondere tritt häufig schon vor Erreichen eines ausreichend grossen Verstärkungseffekts Rückkopplung auf, die durch die rückwirkende Anregung des Resonanzkörpers durch die Schallwellen des Lautsprechers erzeugt wird. Traditioneile und «exotische» Saiteninstrumente wie beispielsweise Harfe oder das chinesische Cheng erfordern eine mechanisch ungebundene Tonabnehmer-Baugruppe für jede Saite, da der Saitenabstand untereinander von Instrument zu Instrument variiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemässen piezoelektrischen Steg-Tonabnehmer so weiterzuentwickeln, dass er absolute Klangtreue zum originalen Saitenklang gewährt und hinsichtlich der Nebengeräusch-Dämpfung, insbesondere der beim Spiel erzeugten Saitenschleifge-räusche, der akustischen Rückkopplung und dem Übersprechen von benachbarten Saiten, überlegene Eigenschaften aufweist, welche zusätzlich die Möglichkeit öffnen, neuartige mehrkanalige Musikelektronik mit unterschiedlichsten Instrumenten anzusteuern.
Studien an den bekannten Tonabnehmern sowie Versuche an eigenen Prototypen bestätigen die oben erwähnte zentrale Rolle der Koppelstruktur als Übertrager der Saitenschwingungsenergie. Diese Schwingungsenergie soll sich möglichst direkt und absolut kraftschlüssig von der Saite auf das Sensorelement übertragen, wozu ein leichter und in seiner Masse geringer Aufbau der Koppelstruktur vorteilhaft ist. Dabei ist zu gewährleisten, dass die Koppelstruktur die Schwingungsenergie einzig auf das Sensorelement leitet; schwingungsübertragen-der Kontakt mit weiteren Komponenten wie beispielsweise einer Nut zur seitlichen Führung der Koppelstruktur erwirkt ein teilweises Ab- oder Umleiten der Schwingung, was einem akustischen Filter für das Sensorelement gleichkommt und entsprechende Klangverfälschungen erwirkt. Dabei sind eine erhöhte Rückkopplungsanfälligkeit sowie eine Reduktion des Wirkungsgrades festgestellt worden.
Entgegen der Mehrzahl der bekannten Steg-Tonabnehmer liegt der vorliegenden Erfindung die Betrachtungsweise zugrunde, dass ein Tonabnehmer zur Erreichung eines originalgetreuen Klanges einzig der «reinen» Saitenschwingungen bedarf, da sie bekanntlich von den mechanisch-akustischen Eigenschaften des Instrumentes geformt werden und somit den Grossteil dessen Klangcharakters beinhalten. Ergänzende Klangsimulationen beispielsweise des Abstrahlverhaltens des Klangkörpers können elektronisch erwirkt werden.
Diese Betrachtungsweise stützt sich sowohl auf eigene Erfahrung als auch auf eine Veröffentlichung im AES-Journal (Audio Engineer Society) 03/1982, die die Wichtigkeit der Erfassung der «reinen» Saitenschwingungen unter konsequentem Ausschluss der Klangkörperreaktionen zur Erreichung eines vorteilhaften Rückkopplungs- und Klangverhaitens verdeutlicht. Dabei kommt dem Eigenschwingverhalten des Tonabnehmergehäuses besondere Beachtung zu. In der Praxis erwies sich ein formstabiier und eigenschwingungsbedämpfter Sensor-Halter als vorteilhaft.
Es ist bekannt, dass die Zug- und Druckbelastung eines polarisierten piezoelektrischen Sensorelementes elektrische Spannung an seinen Elektroden erzeugt. Eine Kombination von Zug- und Druck stellt die Biegung dar, auf welche der Piezo-Sensor stärker reagiert. Diese Leistungssteigerung macht sich die Erfindung zunutze.
Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe
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durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im folgenden wird anhand der Figuren, die ein grundsätzliches Ausführungsbeispiel mit einer Ausführungsvariante zeigen, die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemässen Tonabnehmers,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Rg- 3,
Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2,
Fig. 4 die Einzelheit X aus Fig. 3, welche eine Ausführungsvariante der einen elektrischen Kon-taktierung darstellt.
Der piezoelektrische Tonabnehmer nach Fig. 1 eines nicht näher dargestellten Saiteninstrumentes ist anstelle des Steg-Sattelelements in eine Aufnahmenut 1 eingesetzt oder einfach auf den Klangkörper aufgesetzt. Die Auflagefläche 1a ist mit elektrisch leitendem Material, beispielsweise Kupferfolie 2, belegt und zur Durchführung des Signalleiters 9 mit einer Bohrung und/oder einem Kanal 3 versehen. Die an Massepotential (-) angeschlossene Auflage 2 kontaktiert den Basiskörper 4 an seiner Unterseite und bildet eine Abschirmung gegen elektrische Störfelder auf das Sensorelement 7. Fig. 3 veranschaulicht das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten: Das Sensorelement 7 liegt mit seinen längsseitigen Endpartien 7a auf den Lagerflächen 5a der Fassung 5, auf welchen es mittels Cyano-acrylatklebstoffes befestigt ist. Zusätzlich umrandet die Fassung 5 das Sensorelement 7 zu etwa der Hälfte seiner Dicke und gewährleistet durch die Ausführung in Kunststoff die sichere elektrische Isolation der Sensorelektroden-Unterseite 7.2 (+Potential) vom Grundkörper 4. Der einwirkende Wechseldruck Pgs der Saite 14 auf das Sensorelement 7 erzwingt sowohl Druck- als auch Biegespannung. Die Fassung 5 liegt kraftschlüssig auf der Grundfläche 4.1a der Aufnahme-Tasche 4.1 und der Durchbruch 6 in ihrem Mittelbereich ermöglicht das direkte Anbringen eines elektrischen Leiters 9.1 an die untere Elektrodenfläche 7.2 des Sensorelementes 7, vorzugsweise mittels Weichlöten mit Niedrigtemperaturlot. Der isolierte Leiter 9 ist durch eine Bohrung 4.2 im Basiskörper-Boden 4a nach aussen geführt und in derselben mittels Klebstoff 11 gegen ein Ausreissen gesichert. Ausserhalb des Tonabnehmers wird der Leiter 9, unter Berücksichtigung der Abschirmung gegen elektrische Störfelder, an einen möglichst nahe angebrachten elektrischen Vorverstärker geführt zur Herabsetzung der Impedanz. An der oberen Elektrodenfläche 7.1 liegt das elektrisch leitende Druckstück 8 auf, welches als Masse-Leiter gemäss den Ansprüchen 5, 6 oder 7 fungiert. Fig. 2 veranschaulicht die kraftschlüssige Übertragung des Wechseldrucks Pgs der Saite 14 auf das Sensorelement 7 unter Einhaltung eines Luftspaltes L zwischen den Druckstück-Breitseiten und den Seitenwänden 4.1b, 4.1c der Aufnahme-Tasche 4.1 sowie der Schrägstellung der Aufnahme-Tasche und der darin aufgenommenen Komponenten 5, 7, 8 entsprechend der Richtung a des Saitendrucks Pgs. In der Praxis fällt diese Schrägstellung in einem Winkel um 10° zur Vertikalen aus. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Druckstück 8 an seinen Stirnseiten 8a, 8b mittels zähhärtendem Kunstharzklebstoff 12 am Basiskörper 4 befestigt. Mit der Ausführungsvariante gemäss Anspruch 7 wird die mechanische Fixierung und die elektrische Verbindung mit demselben Medium erreicht.
Es ist weiterhin anzumerken, dass der leitende Basiskörper 4 zusammen mit dem Druckstück 8 und der oberen Elektrodenfläche 7.1 einen Faraday-schen Käfig bildet, der das Sensorelement von externen elektrischen oder elektromagnetischen Störsignalen abschirmt. Des weitern ermöglicht die Ausführung als separate Baugruppe pro Saite grösste mechanisch-akustische Anwendungsbreite.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Piezoelektrischer Steg-Tonabnehmer für eine einzelne Saite eines Musikinstrumentes, der
    - einen auf der Instrumentenoberfläche (1) aufliegenden, metallischen Basiskörper (4), ein Druckstück (8), über das die Saite (14) verläuft, und ein zwischen Basiskörper (4) und Druckstück (8) angeordnetes piezoelektrisches Sensorelement (7), das an seiner Unterseite durch eine Fassung (5) elektrisch gegen den Basiskörper (4) isoliert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Basiskörper (4) derart ausgestaltet ist, dass die beiden Elektrodenkontaktflächen (7.1, 7.2) des piezoelektrischen Sensorelements (7) senkrecht zur durch die Saite (14) auf das Druckstück (8) ausgeübten Kraft (Pgs) stehen; dass
    - der Basiskörper (4) eine verwindungssteife Einheit darstellt durch eine Bodenwandung (4a) von mindestens 2 mm Dicke und Seitenwandungen (4.1b, 4.1c), die über das Niveau der Oberseite des piezoelektrischen Sensorelements (7) reichen; und dass
    - Basiskörper (4) und Druckstück (8) voneinander beabstandet angeordnet und durch elastische Verbindungselemente (12) miteinander verbunden sind.
    2. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (12) aus zähhärtendem Kunstharzklebstoff besteht.
    3. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (8) halbrunden Querschnitt aufweist.
    4. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis
    3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (8) aus einem Material der Härte HRc 22 ± 2 besteht und ein Biegemoment Mbmax von 172 cm N ± 2 aufweist.
    5. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis
    4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (8) elektrisch leitfähig ist und eine elektrische Verbindung von einer elektrisch leitfähigen Saite (14) zur Oberseite des piezoelektrischen Sensorelements (7) herstellt.
    6. Tonabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (8) aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht und durch einen
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    Feinleiter (13) elektrisch mit dem Basiskörper (4)
    verbunden ist.
    7. Tonabnehmer nach Anspruch 5 oder 6, daurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (8) an seinen längsseitigen Stirnflächen (8a) mit elektrisch leitfähigem Kunstharzklebstoff (12) am Basiskörper (4) befestigt ist.
    8. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis
    7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Fassung (5) aus einem harten, thermoplastischen Kunststoff besteht und so geformt ist, dass sie das piezoelektrische Sensorelement (7) an seinen längsseitigen Endpartien (7a) zu je maximal 1/3 seiner Länge lagert.
    9. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis
    8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der das piezoelektrische Sensorelement (7) tragenden Fläche (4.1a) des Basiskörpers (4) und der Instrumentenoberseite 10° beträgt.
    10. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis
    9, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (4) aus einer Kupfer-Zink-Legierung besteht.
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