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Elektroakustische Vorrichtung Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Vorrichtung mit mindestens einem durch einen Hammer angeschlagenen, eingespannten, gedämpft schwingenden Stab, dessen mechanische Schwingung elektrisch abgetastet, verstärkt und durch Lautsprecher zu Gehör gebracht wird.
Man kennt bereits aus Stäben bestehende Glocken, die an einem Ende fest eingespannt sind und bei denen die Anpassung der Schwingungsfähigkeit der Stäbe zur Abstimmung des von ihnen erzeugten Klanges durch besondere Profilgebung des Stabes, insbesondere der Einspannstelle, erfolgt.
Diese bekannten Stäbe haben jedoch den Nachteil, dass sie durch die Profilierung des Stabes praktisch nicht nachstimmbar sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die verhältnismässig breitflächige Einspannstelle der Schwingungsknoten nicht in der Einspannung, sondern ausserhalb der Einspannstelle liegt. Deshalb harmonisiert der Schlagton nicht befriedigend mit den Ausklingtönen, so dass man bei Anwendung dieses Prinzips zu einer mehrfachen Abtastung der Obertöne greifen muss, was eine erhebliche Komplizierung der Glocke zur Folge hat.
Unter mehrfacher Abtastung sind Verfahren zu verstehen, wo mehrere Mikrophonspulen an einem Klangstab vorgesehen sind, angeordnet in den Schwingungsbäuchen der Obertöne, oder wo mehrere Stäbe für einen Glockenklang auf Grund - und erwünschte Obertöne abgestimmt und einzeln abgetastet werden.
Zweck der Erfindung ist es, eine elektroakustische Vorrichtung, also zum Beispiel eine Glocke, ein Glockenspiel oder ein Geläute, zu schaffen, bei dem die Halterung des oder der Stäbe ohne Störung der Obertonharmonie in einfacher und materialsparender Weise erfolgt, und ausserdem jede beabsichtigte Nachstimmung des oder der einzelnen Stäbe ohne Schwierigkeiten möglich ist. Die Abtastung des gesamten Klangspektrums kann durch eine einzige Abtastungsvorrichtung erfolgen. Die elektroakustische Vorrichtung ist daher in ihrem Aufbau bedeutend einfacher und damit in der Herstellung wesentlich billiger.
Die erfindungsgemässe elektroakustische Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine ausserhalb der für die Frequenz des Grundtones massgeblichen Stablänge angreifende Fremddämpfung. Damit ist es möglich, den oder die Stäbe genauestens auf den gewünschten Grundton abzustimmen, weil die für den Grundton massgebliche Stablänge durch die Dämpfung nicht beeinflusst wird. Aus dem gleichen Grunde erhält man bei einer Fremddämpfung ausserhalb der für den Grundton massgeblichen Stablänge eine besonders gute Klangreinheit, weil die Knotenbildung in mathematisch exakten Abständen erfolgt.
Vorzugsweise erfolgt die Einspannung des oder der Stäbe einseitig, wobei die Fremddämpfung an dem nicht angeschlagenen Stabteil angreift. Bei dieser Ausführungsform lässt sich der Stab durch entsprechende Verlagerung der Einspannstelle in beliebiger Weise stimmen oder nachstimmen.
Man kann die Einspannschneiden aus einem geeigneten Material, beispielsweise Messing oder dergleichen, herstellen und erreicht so lediglich durch diese Art der Halterung des Stabes bereits eine gewisse Dämpfung. Man kann diese Dämpfung verstärken, indem man bei einem an einem Ende eingespannten Stab ein Dämpfungspolster zwischen der Einspannstelle und dem Ende des nicht angeschlagenen Teils des Stabes vorsieht.
Die Vorrichtung kann als Glockenspiel ausgebildet sein, wobei das Verhältnis von Querschnitt zu Länge der einzelnen Stäbe über die ganze Stabreihe konstant ist. Damit ist die Möglichkeit gegeben,
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den Dämpfungsaufwand für die gesamte Stabreihe im wesentlichen konstant zu halten, das heisst für die einzelnen Stäbe unabhängig von der Klanghöhe gleiches Dämpfungsmaterial im gleichen Aufwand zu wählen. Das wirkt sich beispielsweise dahin aus, dass man über die ganze, die Stäbe tragende Schiene nur einen einzigen, durchlaufenden Filzstreifen oder dergleichen als Dämpfer zu verwenden braucht.
Als besonders vorteilhaft erweist sich dieses Vorgehen dadurch, dass bei den auf einen tieferen Grundton abgestimmten Stäben das Dominieren des Grundtones im Anschlag klangspektrum erhalten bleibt.
Eine in allen Tonarten gleich gute Stimmung lässt sich zum Beispiel sehr einfach dadurch erzielen, dass man an Stelle eines einzigen Klangstabes einen Chor von mehreren, vorzugsweise zwei oder drei Klangstäben verwendet, die ganz geringfügig gegeneinander verstimmt sind. Da das Ohr die Einzeltöne des Chores nicht zu trennen vermag, fügt sich der Klang desselben in jede Tonfolge und in jeden Mehrklang unabhängig von der gespielten Tonart harmonisch ein.
Es wird also durch diese, unter sich geringfügig verstimmte Klangstabgruppe eine besonders hochwertige chromatische Stimmung des Glockenspiels ermöglicht, wie sie bei mit Guss- glocken arbeitenden Glockenspielen nur unter erheblicher Vervielfachung der Herstellungskosten erreichbar ist, während beim elektroakustischen Glockenspiel die Herstellungskosten nur unwesentlich und vernachlässigbar erhöht werden.
Eine Betonung der Pausen und rhythmische Effekte lassen sich beim elektroakustischen Glockenspiel zum Beispiel sehr einfach erzielen, beispielsweise durch einen Generaldämpfer, der durch einen Hebelmechanismus gleichzeitig auf sämtliche Klangstäbe aufgesetzt wird und deren Schwingungen augenblicklich zum Abklingen bringt.
Das gleiche Prinzip lässt sich auch auf als Geläute ausgebildete elektroakustische Vorrichtungen anwenden und wird zu diesem Zweck vorzugsweise dahin abgewandelt, dass man an jedem Klangstab einen zweiten Stab in Resonanz ankoppelt, wobei die durch Anschlagen eines Stabes erzeugten mechanischen Schwingungen beider Stäbe durch elektromagnetische oder elektrostatische Abtastung wenigstens eines der beiden Stäbe in elektrische Schwingungen verwandelt werden. Vorzugsweise wird nur der zweite, nicht angeschlagene Stab abgetastet, so dass der Anschlagton des ersten Stabes in den Schwingungen des zweiten Stabes nur gedämpft in Erscheinung tritt.
Die mechanische Kopplung der beiden Stäbe kann in einfacher Weise durch einen beide Stäbe berührenden, metallischen Körper erfolgen, der als gesonderter Verbindungssteg ausgebildet sein kann. Es kann jedoch auch genügen, die Stäbe so zu lagern, dass sie mit ihrem über die Einspannstelle vorstehenden Ende die gemeinsame Halterungsschiene berühren, so dass über diese die mechanische Kopplung erfolgt. Vorzugsweise verwendet man für jede einzelne Glocke eines Geläutes zwei nahezu identische Klang- stabsysteme, die abwechselnd von einem Hammer angeschlagen werden, so dass der beiderseitige Anschlag des Klöppels an der Glocke noch besser nachgeahmt wird.
Um den bei Glockengeläuten vorhandenen Dopplereffekt auch bei einem solchen elektroakustischen Geläute nachzuahmen, ist vorteilhaft das in jeder Gruppe vorhandene zweite Klangstabsystem gegenüber dem ersten Klangstabsystem geringfügig verstimmt. Die Verstimmung ist dabei abhängig von der Tonlage des jeweiligen Mangstabsystempaares, das heisst, sie muss mit zunehmender Tiefe der Tonlage ebenfalls zunehmen.
Man kann die Klangfülle der Läuteglocken, insbesondere ihren Reichtum an Innenharmonietönen, dadurch erweitern, dass man mehrere Paare von Klangstabsystemen mit entsprechender gegenseitiger Abstimmung vorsieht, die synchron angeschlagen werden.
Um die Annäherung an echte Glockengeläute noch weiter zu treiben, bei denen im allgemeinen wegen des Wohlklangs Bronzeglocken Verwendung finden, wird zweckmässig vorgeschlagen, die Stäbe aus Bronze oder einem Material herzustellen, das ähnliche elastische Eigenschaften wie Bronze aufweist. Bei der allgemeinen, wegen der einfacheren Schaltung der Verstärkungs- und Wiedergabeanlage bevorzugten elektromagnetischen Abtastung ist dabei darauf zu achten, dass dieses Material ferromagne- tisch sein muss. Als besonders geeignet hat sich eine Aluminium - Nickel - Legierung mit geringen Kupferzuschlägen erwiesen.
Jedoch können sich auch andere Legierungen als geeignet erweisen, wenn sie nur Elastizitätseigenschaften besitzen, die denen von Bronze im wesentlichen entsprechen.
Glocken oder Stäbe aus Bronze besitzen nämlich eine viel reichere Innenharmonie und weniger Ali- quottöne als Stahlglocken oder Stahlstäbe, so dass man bei Glockengeläuten Bronzeglocken oder Glocken aus einer Legierung mit ähnlichen elastischen Eigenschaften bevorzugt.
Schliesslich lässt sich der Klangcharakter des elektroakustischen Geläutes noch besser an den eines Glockengeläutes annähern, wenn man zur Abstrahlung der Glockentöne einen Exponentiallautsprecher oder einen Lautsprecher mit ähnlicher Frequenzcharakteristik verwendet.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar in Fig. 1 einen Schnitt durch die Befestigung und den Betätigungsmechanismus des Klangstabes, der als Glocke ausgebildeten elektroakustischen Vorrich- tung, Fig.2 die Einspannung des Stabes in Einzeldarstellung, Fig. 3 eine Darstellung der Klangstäbe einer als Glockenspiel ausgebildeten elektroakustischen Vorrichtung und
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Fig. 4 eine als Geläute ausgebildete elektroakustische Vorrichtung.
Nach Fig. 1 ist der Klangstab 1 über die Halterungsvorrichtung 2 an einer schweren Schiene 3 befestigt, an der sich ebenfalls ein Halterungsele- ment 4 für die Tonabnahmespule 5 befindet. Der Kern der Spule 5, das Halterungselement 4, die Schiene 3 und die Halterungsvorrichtung 2 bestehen ebenso wie der Stab aus magnetisch weichem Material, so dass der magnetische Kreis der Spule 5 mit Ausnahme des kleinen Luftspaltes bei 6 und des Permanentmagneten zur Erzeugung des Flusses mit geringem magnetischem Widerstand geschlossen ist. Auf diese Weise lässt sich mit der Schwingung des Stabes 1 in der Spule 5 eine ausreichend hohe Nutzspannung erzeugen.
Der Stab 1 wird durch den Hammer 7 angeschlagen, der über ein Gestänge 8, 9 von einem Stab 10 betätigt wird, der seine Bewegung beispielsweise über einen Magneten erhält. Es ist bei der Anordnung des Gestänges 8 dafür Sorge zu tragen, dass der Hammer 9 nur durch seine Trägheit auf den Stab aufschlägt. Man verwendet deshalb für den Stiel 8 ein federndes Material.
In Fig. 2 ist die Halterung des Stabes 1 im einzelnen dargestellt. An der Schiene 3 ist eine vorzugsweise abgerundete Schneide 11 befestigt, die beispielsweise aus einer in die Schiene 3 eingesetzten Klammer aus einem Drahtstück aus Messing oder dergleichen besteht. Auf diese Schneide 11 wird der Stab 1 aufgelegt und durch eine zweite Schneide 12 festgehalten, die an der Schiene 3 über eine Schraube 13 oder dergleichen befestigt ist. Zwischen der Klammer 12 und der Schiene 3 sitzt ein Dämp- fungspolster 14, beispielsweise ein Filzstreifen 14 oder dergleichen.
Fig.3 zeigt rein schematisch eine Anordnung zur Erhöhung des Wohlklanges eines Glockenspiels. Die Klangstäbe 21, 21' und 21" sind über die Halterungsvorrichtung 22 an einer schweren Schiene 23 befestigt, an der sich ein im einzelnen nicht dargestelltes Halterungselement für die Tonabnahmespule 25 befindet. Der Kern der Spule 25, das nicht dargestellte Halterungselement und die Schiene 23 sowie die Halterungsvorrichtung 22 bestehen ebenso wie der Stab aus magnetisch weichem Material, so dass der magnetische Kreis der Spule 25, mit Ausnahme des Luftspaltes, mit geringem magnetischem Widerstand geschlossen ist. Auf diese Weise lässt sich mit der Schwingung der Stäbe 21, 21' und 21" in der Spule 25 eine ausreichend hohe Nutzspannung erzeugen.
Die Stäbe 21, 21', 21" werden durch den Hammer 27 angeschlagen, der in diesem Zusammenhang in nicht im einzelnen interessierender Weise betätigt wird.
Es kann für jeden Ton ein Satz von drei Klangstäben, die geringfügig gegeneinander verstimmt sind, vorgesehen werden. Diese Klangstabsätze wiederholen sich in der dargestellten Ausführungsform. Schliesslich zeigt Fig. 4 ein elektroakustisches Geläute. Mit 31 und 32 sind die Schienen zur Aufnahme der Einspannvorrichtungen 33 und 34 für die Einspannung der Klangstäbe 35, 36 bzw. 37, 38 bezeichnet. Die Einspannvorrichtungen sind nur bei der Schiene 31 zu erkennen. Bei der Schiene 31 kann man auch die mechanische Kopplung 39 der beiden Klangstäbe 35, 36 erkennen, die in gleicher Weise auch bei der zweiten Klangstabgruppe 37, 38 an der Schiene 32 vorgesehen ist.
Die Abnahme der mechanischen Schwingungen zur Umwandlung in elektrische Schwingungen erfolgt durch die Magnetspulen 40, 41, deren Wicklungen 43 bzw. 44 mit der Verstärker- und Wiedergabevorrichtung 45 verbunden sind. In diese Vorrichtung ist der Lautsprecher 46 eingeschlossen, der ein Exponential- lautsprecher oder ein Lautsprecher mit einer ähnlichen Charakteristik ist. Die Klangstäbe, und zwar jeweils nur die hintern Klangstäbe 35 und 38, werden durch den Hammer 47 angeschlagen, der auf der Welle 48 drehbar befestigt und durch eine nicht im einzelnen dargestellte Vorrichtung betätigt wird.
Die übertragung des Anschlagtones erfolgt über die mechanische Kopplungsvorrichtung 39 auf die auf Resonanz abgestimmten Klangstäbe 36 bzw. 37, von wo die Abnahme durch die Magnete 40, 41 erfolgt.