DE2115119B2 - Resonanzkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Resonanzkörper aus Kunststoff für Saiteninstrumente und insbesondere auf einen Resonanzkörper für ein Klavier.

Ein Saiteninstrument, beispielsweise ein Klavier, ist mit einem Resonanzkörper ausgerüstet, um die Schwingungen von den Saiten an die Luft zu übertragen, so daß eine Erhöhung der Schallabgabe erreicht wird. Es ist üblich, den Resonanzkörper aus Fichtenholz herzustellen. Da natürlich gewachsenes Fichtenholz in seiner Struktur nicht gleichmäßig ist, bereitet es Schwierigkeiten, daraus Resonanzkörper von hoher und gleichmäßiger' Qualität und Wirkung herzustellen. Ein weiterer Nachteil des hölzernen Resonanzkörpers besteht darin, daß er sich entsprechend den Änderungen der Umgebungstemperatur oder des Feuchtigkeitsgehaltes ausdehnt oder zusammenzieht, wodurch im Ergebnis die Qualität der übertragenen Töne leidet. Durch die zu kleine innere Dämpfung des Fichtenholzes leiden ferner die Übertragungseigenschaften für Schwingungen ίο hönerer Frequenz.

Um gute Ubertragungseigenschaften für Schwingungen in dem gesamten interessierenden Frequenzbereich zu erzielen, ist es erwünscht, daß das Verhältnis des Elastizitätsmoduls zur Dichte möglichst groß ist. Bei Holz ist dieses Verhältnis nicht erreichbar, denn sowohl Dichte als auch Elastizitätsmodul sind bei Holz vorgegeben und durch technische Mittel nicht manipulierbar, so daß bei der Verwendung von Holz nur durch Auswahl der Holzsorten eine Beeinflussung des Verhältnisses von Elastizitätsmodul zu Dichte möglich ist.

Es sind auch Resonanzkörper aus Kunststoff bekannt, bei denen sich zwar ohne Schwierigkeiten durch Aufschäumen die Dichte verringern läßt, jedoch mangelt es andererseits aufgeschäumten Kunststoffen wie-

derum an dem erforderlichen Elastizitätsmodul, so daß insbesondere die hohen Frequenzen stark benachteiligt werden. Kunststoffe geringerer Dichte bringen daher nur den Vorteil der Unempfindlichkeit gegen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, während sie nicht im Hinblick auf das Frequenzverhalten des Resonanzkörpers befriedigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Resonanzkörper zu schaffen, der ein großes Verhältnis von Elastizitätsmodul zu Dichte aufweist und dadurch gute Übertragungseigenschaften auch bei Schwingungen höherer Frequenz besitzt.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein plattenförmiger Basisteil des Resonanzkörpers aus aufgeschäumtem Kunststoff mit einer Dichte von 0,05 bis 0,3 besteht und auf den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen des Basisteils in einer oder mehreren zu ihm parallelen Ebenen mindestens je ein verstärkendes Element aus Material mit höherem Elastizitätsmodul als der aufgeschäumte Kunststoff befestigt ist. wobei die Verstarkungselemente in jeder Ebene in einer Richtung verlaufen oder in einer Richtung verlaufende Fasern enthalten und die Richtungen in benachbarten Ebenen einander etwa im rechten Winkel kreuzen.

Die Erfindung zeigt einen neuen Weg, bei dem der Grundgedanke darin besteht, den bisher homogenen Resonanzkörper in zwei Komponenten aufzuteilen, und zwar in eine Komponente, die die erwünschte geringe Dichte bringt, und in eine zweite Komponente, die für den erwünschten hohen Elastizitätsmodul sorgt. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Klavier,

F i g. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonanzkörpers für ein Klavier im Querschnitt,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform eines Resonanzkörpers im Querschnitt,

F i g. 4 eine perspektivische Explosicmsdarstellung

des Resonanzkörpers gemäß F i g. 3,

F i g. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Resonanzkörpers gemäß F i g. 3

F i g. 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer anderen Ausführungsform des Resonanzkörpers j,emäß F i g. 3,

F i g. 7 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Resonanzkörpers in Ansich·,

F i g. 8 einen Querschnitt entlang de; Linie V!!!-Viii in F ig. 7, .

F i g. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX in F i g. 8,

Fig. 10 eine weitere Auführungsform eines erfindungsgemäßen Resonanzkörpers in Seitenansicht und

F i g. 11 einen Querschnitt entlang der Linie Xl-Xl in Fig. 10.

An Hand der F i g. 1 wird nachfolgend der Aufbau eines Klaviers beschrieben, in dem der Resonanzkörper gemäß der Erfindung Verwendung findet. Über dem Klavierrahmen 2 ist eine Vielzahl von Saiten 1 zwischen Aufhängestiften 4 und Abstimmstiften 3 gespannt. Wenn die Saite 1 zur Erzeugung eines Tones mit einem Hammer 5 angeschlagen wird, werden die Schwingungen der Saite 1 auf einen Resonanzkörper 6 über eine darauf befestigte Brücke 7 übertragen, gegen die die Saite 1 gepreßt wird, so daß Töne in verstärkter Form erzeugt werden. Der äußere Rand des Resonanv:- körpers 6 ist an einem Tragrahmen 8 befestigt. In Fig.! ist zwar ein normales Klavier dargestellt, jedoch ist die Konstruktion bei einem Flügel ähnlich.

F i g. 2 zeigt einen Resonanzkörper in einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Kern ti aus einem aufgeschäumten Kimstr.offmaterial von geringer Dichte, beispielsweise aus einer aufgeschäumten Form von Acryl, Styrol oder Urethan, zwischen zwei dünnen Verstärkungsteilen 12 und 13 angeordnet, die aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen, der härter als das aufgeschäumte Kunststoffmaterial ist. Der Kern 11 besitzt eine Dicke von 8 bis 13 mm und ein spezifisches Gewicht von 0.05 bis 0,3, vorzugsweise von 0,1. Die Verslärkungsieile 12 und 13 bestehen aus einer Glasmatte oder aus einem Glasgewebe, deren Fasern einander etwa im rechten Winkel schneiden oder aus einer anderen Art von Glasgewebe, bei dem zwei Schichten mit jeweils in nur einer Richtung gedehnten Glasseidensträngen so aufeinander angeordnet sind, daß sich die Glasseidensiränge im rechten Winkel schneiden.

Das durch die Glasfasern verstärkte Kunststoffmaterial kann aus einem Polyester oder einem Epoxidharz bestehen. Die Verstärkungsteile 12 und 13 besitzen vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 1,0 mm. Da diese Teile 12 und 13 als vorimprägniertc Glasfaserschichten herstellbar sind, die thermisch bei einer Temperatur von etwa 100⁰C auf der Oberfläche des Kerns 11 aushärten, wird kein zusätzlicher Kleber benötigt, um den Kern 11 und die Verstärkungsteile 12 und 13 miteinander zu verkleben. Die auf diese Weise hergestellten Verstärkungsteile 12 und 13 dienen als Mittel zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften des Kerns 11 für Schwingungen. Der Resonanzkörper 6 als Ganzes hat vorzugsweise ein spezifisches Gewicht von etwa 0,3 bis 0,5.

Bei dem Ausführungsbeispiel für den Resonanzkörper gemäß F i g. 2 wird im Kern 11 und in den Verstärkungsteilen 12 und 13 ein Kunstharz verwendet, um ein großes Verhältnis von Elastizitätsmodul zu Dichte (etwa 32,4 · 10¹⁰) zu erreichen. Die Dicke des Kerns U kann unterschiedlich bemessen werden, um dem Resonanzkörper ein Optimum an Steifigkeit und Gewicht 7.U verleihen. Die glasfaserverstärkten Kunststoffteile, deren innere Dämpfung nennenswert größer als in einem Fichtenresonanzkörper ist, bilden ein gutes Schaiiausbreitungsteil in einem Saiteninstrument. Die Dicke des Verstärkungsteiles aus kunstharzimprägniertem Glas kann 0,5 bis 1 mm betragen, um große Steifigkeit zu erhalten. Hierdurch werden liefe wie auch hohe Töne in gutem Zustand übertragen. Da die das Verstärkungsteil bildenden Glasfasern einander im rechten Winkel schneiden, brauchen keine Rippen verwendet

ίο zu werden. Naturgemäß ist der vollständig aus Kunststoff bestehende Resonanzkörper gemäß F i g. 2 nur wenig anfällig für Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen der Umgebung.

F i g. 3 bis 6 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Resonanzkörpers. Der Kern 21 ist wie bei der Ausführung gemäß F i g. 2 aus einem aufgeschäumten Acryl, Styrol oder Urethan mit einer Dicke von 8 bis 13 mm hergestellt. Auf beiden Seiten des Kerns 21 sind hier Verstärkungsteile mit einer Dikke von jeweils 0,5 bis 1 mm aufgeklebt, die aus Holz, z. B. Lauan (philippinisches Holz) oder Birke bestehen. Verstärkungsteile 22 und 23 bzw. 24 und 25 sind auf jeder Seite des Resonanzkörpers so geschichtet, daß sich die Maserung in Richtung der Pfeile in F i g. 4 erstreckt, d. h. daß sich die Maserungen im rechten Winkel schneiden.

Bei dem geschichteten Resonanzkörper gemäß F i g. 3 und 4. bei dem sich die Maserungen von zwei übereinanderliegenden Teilen auf jeder Seite des Kerns im rechten Winkel zueinander schneiden, können die Größen der Biegesteifigkeit in den Richtungen der jeweiligen Maserung ausgeglichen werden, so daß es nicht erforderlich ist, zusätzlich Rippen wie bei einem üblichen Resonanzkörper zu verwenden. Dies hat den weiteren Vorteil, daß eine Resonanz von 1000 bis 3000H/. die anderenfalls zwischen den benachbarten Rippen erzeugt würde, beseitigt wird und der Resonanzkörper um das Gewicht der Rippen erleichtert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Schallübertragung zunimmt.

Das hölzerne Verstärkungsteil hat eine verhältnismäßig große Biegesteifigkeit, wodurch elastische Wellen, die von der Schwingungsenergie herrühren, über den gesamten Resonanzkörper in gutem Zustand übertragen werden und eine volle Schallausbreitungscharakteristik für den gesamten Bereich von tiefen bis zu hohen Tönen ergeben.

Wenn die äußeren hölzernen Verstärkungsteile 23 und 25 so angeordnet werden, daß die Maserungsriehtungen einander im rechten Winkel entsprechend F i g. 4 schneiden, kann der Resonanzkörper nach dem Verkleben zwecks besserer Ausbreitung des Schalls zu einer Verbiegung veranlaßt werden, wobei von der Tatsache Gebrauchs gemacht wird, daß sich der Resonanzkörper entsprechend der Umgebungstemperatur verschieden stark zwischen der Maserungsrichtung und einer Richtung senkrecht dazu ausdehnt oder zusammenzieht. Ein geeigneter Kleber für das Verstärkungsteil besteht vorzugsweise aus wasserlöslichem Vinylazetat oder einem anderen Leim.

Fig.5 und 6 zeigen entsprechende Abwandlungen von F i g. 3 und 4. Bei dem Resonanzkörper gemäß F i g. 5 sind auf beiden Seiten des Kerns 21 hölzerne Verstärkungsteile 22 bzw. 24 so angeordnet, daß sich ihre Maserungsrichtungen im rechten Winkel zueinander schneiden.

Bei dem Resonanzkörper gemäß F i g. 6 sind auf jeder Seite des Kerns 21 drei Verstärkungsteile 22, 23, 26

bzw. 24, 25, 27 so übercinandergeschichtet, daß die Maserungsrichtungen von benachbarten Verstärkungsteilen einander im rechten Winkel schneiden.

F i g. 7 bis 9 zeigen eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Resonanzkörpers. Bei dieser Ausführungsform wird der aus aufgeschäumtem Kunststoff bestehende Resonanzkörper nicht durch Verstärkungsplatten wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vervollständigt. Vielmehr wird der Resonanzkörper nur durch eine Anzahl von üblichen Rippenteilen verstärkt.

Ein Resonanzkörper aus aufgeschäumtem Kunststoff, der nur durch Rippenleile vervollständigt ist, weist jedoch sehr schlechte Übertragungseigenschaften für Schwingungen auf, insbesondere im Bereich der hohen Töne und bei höheren Harmonischen. Bei Tönen tiefer Frequenz würde die akustische Masse oder Inertanz von einer am Resonanzkörper angebrachten Brükke mit Rippen kleiner als die Steifigkeit eines Resonanzkörpers aus aufgeschäumtem Kunststoff, gemessen in Richtung seiner Dicke, werden, so daß sich ein verhältnismäßig geringer Schwingungsübertragungsverlust ergibt. Im Falle von Tönen mit höherer Frequenz würde jedoch die akustische Masse der Brücke und der Rippen gegenüber der Steifigkeit des Resonanzkörpers, gemessen in seiner Richtung, überwiegen. Aus diesem Grunde würden auch, wenn die Brücke ausreichende Saitenschwingungen empfängt, die Schwingungen durch das aufgeschäumte Kunstharz bzw. durch das aufgeschäumte Kunststoffmaterial gedämpft und dadurch nicht zu den Rippen übertragen. Dadurch wird verhindert, daß der gesamte Resonanzkörper voll in Schwingungen gerät, wodurch ein Abfall des Frequenzverlaufs bei höheren Frequenzen eintritt. Daher ist besonders zu beachten, daß eine wirksame Übertragung der Brückenschwingungen zu den Rippen erfolgt.

F i g. 7 bis 9 zeigt eine Anordnung zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften von Schwingungen bei solchen Resonanzkörpern. In allen Figuren ist mit 31 ein Resonanzkörper aus aufgeschäumtem Kunststoff bezeichnet. An der Unterseite des Resonanzkörpers 31 sind Seite an Seite mehrere Rippen 32 in diagonaler Richtung fest am Resonanzkörper angebracht. An der Oberseite des Resonanzkörpers ist eine Brücke 33 befestigt, die die Rippen 32 im rechten Winkel schneidet. Die Teile des Resonanzkörpers 31, die zwischen den Rippen 32 und der Brücke 33 liegen, sind mit Durchgangslöchern 37 versehen. In die Durchgangslöcher 37 sind ringförmige Teile 34 eingesetzt, die aus härterem Material als das aufgeschäumte Kunststoffmaterial sind und eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Übertragung von Schwingungen besitzen. Die Teile 34 können aus Metall, z. B. aus Aluminium, oder aus Holz. z. B. aus Ahorn, Buche oder Buchsbaum, oder aber auch aus warm aushärtenden Kunstharzen mit geringer Schrumpfung, wie z. B. Epoxid oder Polyester bestehen. Die ringförmigen Teile 34 haben die gleiche Dicke wie der Resonanzkörper 31 und sind in den Löchern 37 so angeordnet, daß sie an der Brücke 33 und den Rippen 34 anliegen.

Bei dieser Ausführungsform werden die Brücke 33 und die Rippen 32 miitels der ringförmigen Teile oder Einsätze 34 verbunden. Da die Teile 34 aus einem Material mit guten Schwingungsübertragungseigenschaften bestehen, d. h. eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.

werden Schwingungen der Brücke 33. die von den Schwingungen der Saiten herrühren, an die Rippen ohne Dämpfung durch das den Resonanzkörper bildende aufgeschäumte Harz übertragen, wodurch die hohen Frequenzen ebenso wie die zu den Baßtönen, den mittleren und den hohen Tönen gehörenden höheren Harmonischen voll erzeugt werden können. In F i g. 9 ist mit 35 eine Saite und mit 36 ein Saitenhalter bezeichnet.

Der nach den verschiedenen, ober beschriebenen Konstruktionen ausgebildete Resonanzkörper wird mit dem Rand an einem Halterahmen befestigt, wodurch die Biegesteifigkeit erhöht und als unvermeidliche Folge aber auch die Schwingungseigenschaften des Reso-'5 nanzkörpers verschlechtert werden.

Dadurch kann bei einem Resonanzkörper, dessen Kern ims aufgeschäumtem Kunstharz besteht, eine Verringerung der Randdicke des Kerns in Betracht gezogen werden, um die Schwingungseigenschaften des Resonanzkörpers zu verbessern. Eine solche Methode führt jedoch zu praktischen Schwierigkeiten. Man könnte aber auch daran denken. Ausnehmungen und viele Löcher im Rand des Resonanzkörpers zu bilden, um die Steifigkeit der Randzone zu verringern. Bei dem Resonanzkörper gemäß der Erfindung jedoch, der aus einem Kern und Verstärkungsteilen gemäß F i g. 3 bis 6 besteht und bei dem ein Klebemittel aus synthetischem, organischem Material verwendet wird, wird die Qualität des auf der inneren Wand der erwähnten Ausnehmungen oder Löcher aufgetragenen Klebers, wenn er länger der Atmosphäre ausgesetzt wird, verschlechtert, wodurch sich eine erhebliche Verringerung der mechanischen Festigkeit des Kerns und der Klebkraft des Klebemittels ergibt.

Bei dem in Fig. 10 und 11 dargestellten Resonanzkörper, bei dem die Schwingungseigenschaften durch Verringerung der Steifigkeit seines Randbereiches verbessert sind, ist den oben erwähnten Nachteilen Rechnung getragen. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführwngsformen ist auf jeder Seite eines Kerns 41 aus aufgeschäumtem Kunstharz mit einer Dicke von 8 bis 11 mm eine Gruppe aus mehreren (z. B. 2) Verstärkungselementen 42, 43 bzw. 44, 45 aus Aluminium glasfaserverstärktem Kunststoff oder Holz vorgesehen. Falls ein Aluminiumblech benutzt wird, braucht dieses nur 0,3 bis 0,5 mm dick zu sein. Die inneren Verstärkungsteile 42 und 44, die in unmittelbarem Kontakt mit dem Kern 41 stehen, sind in der Fläche gleich groß wie dieser, so daß sie ihn vollständig bedecken. Die anderen äußeren Verstärkungsteile 43 und 45 haben eine kleinere Fläche als die inneren Verstärkungsteile 42 und 44. Bei den äußeren Verstärkungsteilen 43 und 45 fehlen am Rand Bereiche gegenüber den inneren Verstärkungsteilen 42 und 44, so daß sie nur deren mittleren Teil bedecken. Wie in F i g. 11 gezeigt ist, ist nur ein Teil des Randes des äußeren Verstärkungsteils 43 in Kontakt mit dem inneren Verstärkungsteil 42. Auf dem äußeren Verstärkungsteil 43 ist eine Brücke 46 angeordnet. Das innere Verstärkungsteil 44 ist am Rand mit einem Rahmen 47 verbunden.

Ein Resonanzträger gemäß der zuvor beschriebenen Konstruktion ist am Rand dünner als in der Mitte, so daß die Steifigkeit am Rand verringert und demzufolge die Schwingungseigenschaften verbessert werden. (5

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   !. Resonanzkörper aus Kunststoff für ein Saiteninstrument, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Basisteil (21. 31. 41) des Resonanzkörpers aus aufgeschäumtem Kunststoff mit einer Dichte von 0.05 bis 0,3 besteht und auf den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen des Basisteils in einer oder mehreren zu ihm parallelen Ebenen mindestens je ein verstärkendes Element aus Material mit höherem Elastizitätsmodul als der aufgeschäumte Kunststoff befestigt ist, wobei die Verstärkungselemente in jeder Ebene in einer Richtung verlaufen oder in einer Richtung verlaufende Fasern enthalten und die Richtungen in benachbarten Ebenen einander etwa im rechten Winkel kreuzen.
2. 2. Resonanzkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente aus auf den Basisteil (II) geklebten glasfaserverstärkten Kunststoffschichten (12. 13) bestehen, wobei in benachbarten Schichten die Faserrichtung jeweils im rechten Winkel zueinander verläuft.
3. 3. Resonanzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente aus Holzplatten (22 bis 27) bestehen, wobei in benachbarten Platten die Maserungsrichtung etwa im rechten Winkel zueinander verläuft.
4. 4. Resonanzkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verstarkungselemente aus zwei Arten von Schichten oder Platten mit unterschiedlich großer Fläche bestehen, wobei die Schichten oder Platten (22, 44) mit der größeren Fläche unmittelbar auf den Basisteil (41) aufgeklebt sind, während die Schichten oder Platten (43, 45) mit der kleineren Fläche auf die Schichten oder Platten (42. 44) mit der größeren Fläche aufgeklebt sind.
5. 5. Resonanzkörper nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten oder Platten (42, 44) mit der größeren Fläche etwa im mittleren Teil des Resonanzkörpers angeordnet sind.
6. 6. Resonanzkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselenienie aus einer auf der einen Oberfläche des Basisteils (31) befestigten Brücke (33) und aus auf der anderen Oberfläche befestigten Rippenteilen (32) bestehen, und daß zwischen der Brücke und den Rippenteilen Einsätze aus härterem Material als der aufgeschäumte Kunststoff vorgesehen sind, wobei die Rippenteile (32) die Brücke (33) kreuzen und die Einsätze (34) in Durchgangslöchern des Resonanzkörpers so angeordnet sind, daß sie an die Brücke und die Rippenteile angrenzen.