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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.
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Electroacoustic device The invention relates to an electroacoustic device with at least one rod struck by a hammer, clamped, damped vibrating rod, the mechanical vibration of which is electrically scanned, amplified and made heard by loudspeakers.
We already know bells consisting of rods, which are firmly clamped at one end and in which the adaptation of the oscillation ability of the rods to tune the sound generated by them takes place by special profiling of the rod, in particular the clamping point.
However, these known rods have the disadvantage that they are practically not retunable due to the profile of the rod. Another disadvantage is that, due to the relatively wide-area clamping point, the vibration node is not in the clamping position, but outside the clamping point. Therefore, the strike tone does not harmonize satisfactorily with the decay tones, so that when applying this principle one has to resort to multiple sampling of the overtones, which results in a considerable complication of the bell.
Multiple sampling is understood to mean processes in which several microphone coils are provided on a sound rod, arranged in the antinodes of the overtones, or in which several rods for a bell sound are tuned to basic and desired overtones and individually sampled.
The purpose of the invention is to create an electroacoustic device, for example a bell, a glockenspiel or a chime, in which the holding of the rod or rods takes place in a simple and material-saving manner without disturbing the overtone harmony, and also any intended retuning of the or the individual bars is possible without difficulty. The entire sound spectrum can be sampled by a single sampling device. The electroacoustic device is therefore significantly simpler in its construction and thus much cheaper to manufacture.
The electroacoustic device according to the invention is characterized by an external attenuation acting outside the rod length which is decisive for the frequency of the fundamental tone. This makes it possible to match the stick (s) precisely to the desired keynote, because the stick length, which is decisive for the keynote, is not influenced by the damping. For the same reason, with external attenuation outside the stick length that is decisive for the fundamental tone, a particularly good sound purity is obtained because the knots are formed at mathematically exact intervals.
The rod or rods are preferably clamped in on one side, with the external damping acting on the rod part that is not attached. In this embodiment, the rod can be tuned or retuned in any way by shifting the clamping point accordingly.
The clamping blades can be made of a suitable material, for example brass or the like, and a certain amount of damping can be achieved by simply holding the rod in this way. This damping can be increased by providing a damping pad between the clamping point and the end of the non-struck part of the rod when the rod is clamped at one end.
The device can be designed as a glockenspiel, the ratio of cross section to length of the individual rods being constant over the entire row of rods. This gives the opportunity
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to keep the damping effort essentially constant for the entire row of rods, that is to say to choose the same damping material with the same effort for the individual rods regardless of the pitch. This has the effect, for example, that only a single continuous strip of felt or the like needs to be used as a damper over the entire rail carrying the bars.
This procedure proves to be particularly advantageous in that with the bars tuned to a lower fundamental tone, the dominance of the fundamental tone is retained in the attack of the sound spectrum.
An equally good mood in all keys can be achieved very easily, for example, by using a choir of several, preferably two or three, choir bars that are very slightly out of tune with one another instead of a single bar. Since the ear is unable to separate the individual tones of the choir, the sound of the choir fits harmoniously into every tone sequence and into every multi-tone regardless of the key played.
This slightly detuned chime group enables a particularly high-quality chromatic tuning of the glockenspiel, as can only be achieved with glockenspiels working with cast bells by considerably multiplying the manufacturing costs, while the manufacturing costs are only insignificantly and negligibly increased with the electroacoustic glockenspiel .
An emphasis on the pauses and rhythmic effects can be achieved very easily with the electroacoustic glockenspiel, for example by means of a general damper that is placed on all chime bars at the same time by a lever mechanism and causes their vibrations to subside immediately.
The same principle can also be applied to electroacoustic devices designed as bells and for this purpose it is preferably modified so that a second rod is coupled in resonance to each sound rod, whereby the mechanical vibrations of both rods generated by striking one rod by electromagnetic or electrostatic scanning at least one of the two rods can be converted into electrical oscillations. Preferably, only the second, unstruck rod is scanned, so that the impact sound of the first rod only appears attenuated in the oscillations of the second rod.
The mechanical coupling of the two rods can take place in a simple manner by means of a metallic body which touches both rods and which can be designed as a separate connecting web. However, it can also be sufficient to mount the rods in such a way that their end protruding beyond the clamping point touches the common mounting rail, so that the mechanical coupling takes place via this. For each individual bell of a chime, two almost identical sound rod systems are preferably used, which are struck alternately by a hammer, so that the double-sided impact of the clapper on the bell is imitated even better.
In order to imitate the Doppler effect present with bells ringing even with such an electroacoustic ringing, the second sound bar system present in each group is advantageously slightly out of tune with respect to the first sound bar system. The detuning is dependent on the pitch of the respective pair of rod systems, that is, it must also increase with increasing depth of the pitch.
The fullness of the sound of the ringing bells, in particular their wealth of inner harmony tones, can be expanded by providing several pairs of tone bar systems with corresponding mutual coordination, which are struck synchronously.
In order to drive the approach to real bell peal even further, in which bronze bells are generally used because of their euphoria, it is expediently proposed to manufacture the rods from bronze or a material which has elastic properties similar to bronze. With the general electromagnetic scanning, which is preferred because of the simpler switching of the amplification and reproduction system, it must be ensured that this material must be ferromagnetic. An aluminum-nickel alloy with low copper additions has proven to be particularly suitable.
However, other alloys can also prove to be suitable if they only have elastic properties which essentially correspond to those of bronze.
Bells or bars made of bronze have a much richer interior harmony and fewer aliquot tones than steel bells or steel bars, so that bronze bells or bells made of an alloy with similar elastic properties are preferred for ringing bells.
Finally, the sound character of the electroacoustic ringing can be more closely approximated to that of a bell ringing if an exponential loudspeaker or a loudspeaker with similar frequency characteristics is used to emit the bell tones.
The drawing shows exemplary embodiments of the subject matter of the invention, namely in FIG. 1 a section through the fastening and the actuating mechanism of the chime bar, the electroacoustic device designed as a bell, FIG. 2 the clamping of the bar in individual representation, FIG. 3 a representation of the chime bars an electroacoustic device designed as a glockenspiel and
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4 shows an electroacoustic device designed as a bell.
According to FIG. 1, the sound bar 1 is fastened to a heavy rail 3 via the holding device 2, on which a holding element 4 for the sound pick-up coil 5 is also located. The core of the coil 5, the mounting element 4, the rail 3 and the mounting device 2 as well as the rod are made of magnetically soft material, so that the magnetic circuit of the coil 5 with the exception of the small air gap at 6 and the permanent magnet for generating the flux with low magnetic resistance is closed. In this way, a sufficiently high useful voltage can be generated with the oscillation of the rod 1 in the coil 5.
The rod 1 is struck by the hammer 7, which is actuated via a linkage 8, 9 by a rod 10, which receives its movement, for example via a magnet. When arranging the linkage 8, care must be taken that the hammer 9 only hits the rod through its inertia. A resilient material is therefore used for the stem 8.
In Fig. 2, the holder of the rod 1 is shown in detail. A preferably rounded cutting edge 11 is attached to the rail 3 and consists, for example, of a clip made of a piece of wire made of brass or the like, which is inserted into the rail 3. The rod 1 is placed on this cutting edge 11 and held in place by a second cutting edge 12 which is fastened to the rail 3 by means of a screw 13 or the like. A cushioning pad 14, for example a felt strip 14 or the like, sits between the clamp 12 and the rail 3.
3 shows, purely schematically, an arrangement for increasing the melodious sound of a carillon. The sound bars 21, 21 'and 21 ″ are fastened via the holding device 22 to a heavy rail 23 on which there is a holding element (not shown in detail) for the sound pick-up coil 25. The core of the coil 25, the holding element (not shown) and the rail 23 as well as the mounting device 22, like the rod, are made of magnetically soft material, so that the magnetic circuit of the coil 25, with the exception of the air gap, is closed with little magnetic resistance. In this way, with the oscillation of the rods 21, 21 'and 21 ″ in the coil 25 generate a sufficiently high useful voltage.
The rods 21, 21 ', 21 ″ are struck by the hammer 27, which in this context is operated in a manner which is not of particular interest.
A set of three tone bars, which are slightly detuned from one another, can be provided for each tone. These tone rod sets are repeated in the embodiment shown. Finally, FIG. 4 shows an electroacoustic ringing. With 31 and 32, the rails for receiving the clamping devices 33 and 34 for clamping the sound bars 35, 36 and 37, 38 are designated. The clamping devices can only be seen on rail 31. In the case of the rail 31, the mechanical coupling 39 of the two sound bars 35, 36 can also be seen, which is provided in the same way on the rail 32 of the second sound bar group 37, 38.
The reduction of the mechanical vibrations for conversion into electrical vibrations takes place through the magnet coils 40, 41, the windings 43 and 44 of which are connected to the amplifier and playback device 45. Included in this device is the loudspeaker 46 which is an exponential loudspeaker or a loudspeaker with a similar characteristic. The chime bars, in each case only the rear chime bars 35 and 38, are struck by the hammer 47 which is rotatably fastened on the shaft 48 and operated by a device not shown in detail.
The transmission of the attack tone takes place via the mechanical coupling device 39 to the resonance-tuned sound bars 36 or 37, from where the pick-up takes place by the magnets 40, 41.