DE2915959A1 - Resonanzboden - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Wilhelm Schimmel Pianofortefabrik GmbH Hamburger Str. 273» 3300 Braunschweig

"Resonanzboden"

Die Erfindung betrifft einen Resonanzboden für Saiteninstrumente, insbesondere Klaviere oder Flügel.

Saiteninstrumente, wie Klaviere oder Flügel, werden bekanntlich mit plattenförmigen Resonanzböden ausgerüstet, welche die Aufgabe haben, die Schwingungen der Klangsaiten unter Erhöhung der Schallabgabe an die Luft zu übertragen. Bei der herkömmlichen Ausbildung der Resonanzböden werden diese aus Tonholz, vorzugsweise besonders gewachsenem und ausgewähltem Fichtenholz in massiver Bauweise hergestellt. Durch die Verminderung des Bestandes an Fichtenholz wird es immer schwieriger, die für die Fertigung von Resonanzböden geeigneten Holzqualitäten zu finden. Die bekannten Resonanzböden aus massiven Fichtenholzbrettern sind sehr empfindlich gegenüber schwankenden relativen Luftfeuchten, da sich hierdurch die inneren Spannungen laufend ändern und insbesondere zu Beginn und Ende der Heizperioden auftreten. Hierdurch ändern sich die inneren Schwingungs-L Δ

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Verhältnisse des Resonanzbodens, so daß sich die Ubertragungseigenschaften bei der Weiterleitung der Schwingung der Klangsaiten an die Luft in unerwünschter Weise ändern.

Um die vorgenannten Schwierigkeiten zu vermeiden, sind Resonanzböden aus Kunststoff gefertigt worden, welche zwar den Vorteil mit sich bringen, daß sie unempfindlich gegen Temperatur- und FeuchtigkeitsSchwankungen sind, jedoch führen sie wegen zu hoher Dämpfung insbesondere von Schwingungen höherer Frequenzen zu einnem unbefriedigenden Ergebnis.

Es ist bekannt, daß zur Erzielung guter Ubertragungseigenschaften für die Schwingungen im gesamten hörbaren Frequenzbereich ein möglichst großes Verhältnis des Elastizitätsmoduls zur Dichte des Resonanzbodens erwünscht ist. Bei Holz und auch bei Kunststoff kann dieses Verhältnis nur in geringem Maße durch entsprechende Auswahl der Holzsorte bzw. der Kunststoffzusammensetzung beeinflußt werden. Dabei werden durch die unvermeidbar bei Holzwerkstoffen und auch bei Kunststoff auftretenden Dämpfungen die Ubertragungseigenschaften für Schwingungen höherer Frequenz ungünstig beeinflußt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Resonanzboden so auszubilden, daß er nicht nur weitgehend unabhängig von Feuchtigkeit s- und WärmeSchwankungen ist, sondern auch eine möglichst geringe Dämpfung der auf ihn übertragenen Schwingungen gewähr- leistet und hierdurch zu einer Erhöhung der Schallabgabe in dem

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gesamten interessierenden Frequenzbereich sicherstellt, wobei durch den jeweiligen Aufbau der Grad der Dämpfung gezielt beeinflußt werden kann.

Zur Lösung vorstehender Aufgabe kennzeichnet sich der einleitend genannte Resonanzboden dadurch, daß eine Metallplatte, vorzugsweise Stahlplatte, in der Form eines Festigkeitsbleches mit einem Elastizitätsmodul und einer inneren Dämpfung entsprechend einem Stahl der Güte St 3^ beidseitig mit einer oder mehreren parallel zu der Metallplatte verlaufenden Abdeckschichten aus Holz oder j einem Werkstoff mit Dämpfungseigenschaften, welche etwa den ! Dämpfungseigenschaften von Holz entsprechen, vollflächig verbun-

j den ist.

; Es sind zwar Resonanzböden vorgeschlagen worden, welche aus einem

plattenförmigen aufgeschäumten Kunststoff geringer Dichte von

\ 0,05 bis 0,3 und darauf beidseitig aufgebrachten Schichten aus Werkstoffen mit einem höheren Elastizitätsmodul, wie Holz oder

glasfaserverstärktem Kunststoff, bestehen, jedoch kann mit solchen Resonanzboden wegen der durch die Schicht aus aufgeschäumtem I

Kunststoff geringer Dichte bedingten hohen Dämpfung eine Erhöhung' der Schallabgabe über den gesamten interessierenden Frequenzbe- j reich nicht erreicht werden. Die durch den genannten plattenfor- !

migen Teil aus aufgeschäumtem Kunststoff geringer Dichte bedingte Dämpfung läßt sich auch mit den aufgebrachten Verstärkungsschichten aus Werkstoffen größerer Dichte, wie beispielsweise Holz oder; glasfaserverstärktem Kunststoff, nicht verkleinern.

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ORIGINAL INSPECTED t ...

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Demgegenüber ist beim Anmeldungsgegenstand die beidseitig abgedeckte Metallplatte der schwingungstragende Teil, welcher eine sehr geringe Dämpfung aufweist und der nun in solchem Maße mit den dämpfenden Abdeckschichten versehen wird, daß eine Schallabgabe ohne scharfe und ausgeprägte Resonanzen einzelner Frequenzen erfolgt. Man kann somit eine optimale Dämpfung über den die Gesamtklangwirkung beeinflussenden Frequenzbereich erreichen und den jeweiligen Grad der Dämpfung durch die Wahl des Werkstoffes sowie des Aufbaues der Abdeckschichten in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Metallplatte beeinflussen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn bei der Ausbildung der Abdeckschichten aus mehreren Holzschichten Holzplatten vorgesehen sind, bei denen die Faserrichtungen benachbarter Holzplatten etwa in einem rechten Winkel zueinander verlaufen. Hierdurch werden ungünstige Spannungsverhältnisse des Resonanzbodens vermieden.

Die verwendeten Holzschichten brauchen dabei nicht jene Qualität aufweisen, die für die Herstellung von Resonanzböden aus massivem Fichtenholz erforderlich ist. Vielmehr können Holzqualitäten für die Abdeckschichten verwendet werden, die auch in der Zukunft in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen.

Statt der genannten Holzplatten können bei einer anderen Ausführung der Erfindung die auf der Metallplatte angeordneten Abdeckschichten auch aus einer Kunststoffbeschichtung, insbe-

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sondere aus Kunststoffplatten oder Kunststofflaminaten, mit

in benachbarten Schichten etwa rechtwinklig zueinander verlaufenden Fasern bestehen. Dabei können durch die Wahl der Werk- j stoffe bzw. der Laminate unterschiedliche Dämpfungseigenschaften der Abdeckschichten erreicht werden.

Um eine weitere Verbesserung der Schallabgabe des Resonanzbodens zu erzielen, ist es empfehlenswert, die Biegesteifigkeit der Metallplatte im Randbereich durch Ein- oder Ausstanzungen in den Randzonen oder durch Anordnung von Sicken längs des Randverlaufe im Vergleich zum mittleren Teil der Metallplatte zu vermindern. Hierdurch wird die Schwingungsfähigkeit des Resonanzbodens verbessert, und es werden somit günstige Voraussetzungen für die Schwingungsübertragung geschaffen.

'Zur Erzielung der bereits genannten unterschiedlichen Biegesteifigkeiten im Randbereich und im Mittelbereich des Resonanzbodens können zusätzlich zu den vorgenannten Maßnahmen oder auch unabhängig hiervon die Metallplatten im mittleren Teil durch in die Abdeckschichten eingesetzte Metall-, vorzugsweise Stahlstreifen, biegesteifer ausgebildet werden als die Randzonen. Derartige Stahlstreifen kommen zweckmäßigerweise dann zur Anwendung, wenn eine sehr dünne Metallplatte gewählt wurde, deren Biegesteifigkeit im mittleren Teil auf die beschriebene Weise ohne großen baulichen Aufwand erhöht wird.

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Die Dicke dsr Metallplatte wird vorteilhafterwexse wesentlich geringer gewählt als die Dicke der Abdeckschichten, wobei es günstig ist, wenn sich die Dicke der Metallplatte zur Dicke der Abdeckschichten wie etwa 1:3 bis etwa 1:6 verhält und die Metallplatte eine Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 mm aufweist. Die vorgenannten Abmessungen haben sich für Metallplatten in der Form eines aus Stahl bestehenden Pestigkeitsbleches der Güte St 50 als besonders günstig herausgestellt.

Die Zeichnung gibt Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Darstellung wieder.

Es zeigen:

Pig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den rückwärtigen Teil eines Klavieres,

Fig. 2 perspektivisch und teils geschnitten eine Ausführungsform des Resonanzbodens nach der Erfindung,

Fig. 3 eine andere Ausbildung des Resonanzbodens in der gleichen Darstellung wie in Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des Resonanzbodens,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V in Fig.4,

Fig. 6 die Draufsicht ähnlich wie Fig. 4 auf eine andere Ausführungsform,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig.6,

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Pig. 8 einen Teilschnitt durch einen Resonanzboden mit zugehörigem Klangsteg.

In der Pig. 1, welche das Prinzip des Klangkörpers eines Klavieres wiedergibt, ist mit 1 der Gußrahmen bezeichnet, welcher bekanntlich ringförmig geschlossen ist und dessen umschlossene öffnung von den Klangsaiten 2 überspannt ist. Die Klangsaiten sind mit ihrem einen Ende an Stimmwirbeln 3 befestigt, die sich durch entsprechende Ausnehmungen in dem Gußrahmen 1 in einen Stimmstock 4 erstrecken. Die Klangsaiten 2 stützen sich auf einem Klangsteg 5 ab, welcher mit dem Resonanzboden 6 verbunden ist, der durch einen Rahmen 7 abgestützt wird.

Der Anschlag der Klangsaiten 2 erfolgt mittels eines Hammers 8, der über eine in der Zeichnung nicht wiedergegebene Mechanik betätigt wird.

Der Resonanzboden 6 stellt ein verhältnismäßig großflächiges Plattenelement dar, welches in der herkömmlichen Weise aus besonders ausgewählten massiven und durchschnittlich 7 bis 11 mm starken Fichtenholzbrettern mit senkrecht stehenden Jahresringen hergestellt wird.

Bei der neuen Ausführung des Resonanzbodens, wie er in den Fig. 2 bis 8 wiedergegeben ist, besteht dieser aus einer Metallplatte 9, vorzugsweise aus einer Stahlblechplatte in Form eines Festigkeitsbleches der Mindestgüte St 34 und ist beidseitig mit einer

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oder mehreren Abdeckschichten aus Holz oder einem Werkstoff mit Dämpfungseigenschaften, welche etwa den Dämpfungseigenschaften von Holz entsprechen, vollflächig verbunden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Metallplatte 9 auf den gegenüberliegenden Seiten mit je einer Abdeckschicht 10 bzw. 11 ! verbunden, die in der wiedergegebenen Darstellung aus Holz bestehen, dessen Maserrichtung durch die Pfeile 12 und 13 angegeben ist. Statt der genannten Abdeckschichten 10 und 11 aus Holz können diese auch aus einem Kunststoff, beispielsweise in Form einer Kunststoffplatte, bestehen, deren Dämpfungseigenschaften etwa denen von Holz entspricht. Dabei kommen Kunststoffmaterialie wie Polyester oder Epoxyharze, in Betracht, welche durch Einlagerung von Fasern, wie Glas oder Mineralfasern, armiert sind. Die Anordnung wird dabei so getroffen, daß die Faserrichtung den Pfeilen 12 und 13 in der Fig. 2 entspricht. Die jeweilige Stärke der Abdeckungen 10 und 11 richtet sich dabei nach den Dämpfungseigenschaften des verwendeten Werkstoffes sowie auch danach, welche Material für die Metallplatte 9 zur Herstellung des Resonanzbodens gewählt worden ist. Es soll einerseits verhindert werden, daß zu scharfe Resonanzen insbesondere der hohen Frequenzen entstehen und durch die Schallabgabe an die Luft übertragen werden, andererseits jedoch die Dämpfung in solchen Grenzen gehalten werden/iaß kein muffiger Ton entsteht.

Bei der Ausbildung des Resonanzbodens nach Fig. 3 ist die Metallplatte 9 beiderseits durch zwei Abdeckschichten 14 und 15 abge-

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deckt, wobei auch diese Schichten wiederum aus Holz oder vorzugsweise armiertem Kunststoff- bestehen können. Die Paserrichtung der benachbarten Abdeckschichten 14 und 15 ist dabei wiederum durch die Pfeile 16 bzw. 17 angedeutet. Man erkennt, daß die Faserrichtung benachbarter Schichten etwa rechtwinklig zueinander verläuft. Die Anordnung von zwei oder ggf. auch mehr Abdeckschichten auf jeder Seite der Metallplatte 9 wird man vornehmen, wenn eine höhere Dämpfung erwünscht ist oder aufgrund der Eigenschaften der Metallplatte 9 erforderlich ist. Dabei kann man als Abdeckschichten Holz- und Kunststoffschichten kombinieren.

Sowohl bei der Ausbildung nach der Fig. 2 als auch nach der Ausgestaltung der Fig. 3 können für die Abdeckschichten auch Kunststofflaminate mit von Schicht zu Schicht wechselnder Faserrichtung Verwendung finden.

Bei den beschriebenen Ausführungen des Resonanzbodens mit der zwischen den Abdeckschichten vorgesehenen Metallplatte bildet die Metallplatte den eigentlichen Klangträger bzw. den schwingungstragenden Teil, während die Abdeckschichten die Funktion der Dämpfungsschichten übernehmen.

Da die Metallplatten, insbesondere wenn sie als Stahlplatten in Form eines Festigkeitsbleches der Mindestgüte St 3^ vorgesehen sind, eine sehr geringe Dämpfung haben, werden praktisch alle Schwingungen der Klangsaiten, und zwar auch die höherer Frequen-

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zen, unter Erhöhung der Schallabgabe an die Luft übertragen. Dabei können scharfe Resonanzen auftreten, die jedoch durch die vorgesehenen Dämpfungsschichten auf den jeweils gewünschten Grad reduziert werden.

Durch die Verbundbauweise des Resonanzbodens mit der Mittelschicht aus der Metallplatte kann eine erhöhte Biegesteifigkeit resultieren, die einerseits durchaus erwünscht ist, da hierdurch die Anordnung von Verstärkungsrippen entfallen kann, jedoch können andererseits die Schwingungseigenschaften ungünstig beeinflußt werden. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann gemäß den Fig. 4 und 5 der Resonanzboden außerhalb seines Befestigungsrandes, mit dem er an einem entsprechenden Rahmen gehalten wird, mit längs des Randverlaufes angeordneten Sicken 16 ausgerüstet werden, durch welche die Biegesteifigkeit der Randzone vermindert wird. In ähnlicher Weise läßt sich die Biegesteifigkeit gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 durch Ein- oder Ausstanzungen im Randbereich vermindern. InFig. 6 sind Schnittausstanzungen 17 dargestellt, die im Abstand längs des Randverlaufes in der Metallplatte 9 angeordnet sind. Statt derartiger Ein- oder Ausstanzungen in Schlitzform können auch andere Ausstanzungen, beispielsweise Langlöcher oder dgl., vorgesehen sein. In den Fig. 6 und 7 ist ferner dargestellt, daß der mittlere Bereich des Resonanzbodens durch zusätzliche Metallstreifen l8 bzw. 19 verstärkt bzw. ausgesteift sein kann. Derartige zusätzliche StreifenverStärkungen kommen zur Anwendung, wenn eine sehr dünne Metallplatte 9 Verwendung findet, die in Verbindung

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mit den Abdeckschichten keine hinreichende Biegesteifigkeit des Resonanzbodens gewährleistet.

In dem dargestellten Beispiel der Fig. 6 und 7 sind die zusätzlichen Metallstreifen 18 und 19 auf der mit Randschlitzen 17 versehenen Metallplatte 9 so angeordnet, daß sie in die unmittelbar an die Metallplatte anschließenden Abdeckschichten 20 und 21, die aus Holz oder Kunststoff in der eingangs beschriebenen Weise bestehen können, eingebettet sind. Für die äußeren Abdeckschichten 22 und 23 ist wiederum durch die Pfeile 24 die Faserrichtung angegeben, die zu der Faserrichtung der Abdeckschichten 2o und 21 im rechten Winkel verläuft.

Um von den Klangsaiten 2 die Schwingungen unmittelbar auf den schwingungstragenden Teil des neuen Resonanzbodens, d.h. auf die Metallplatte 9, zu übertragen, kann gemäß Fig. 8 der die Klangsaite 2 abstützende Klangsteg 25 unmittelbar auf der Metallplatte 9 befestigt sein, wobei eine Verleimung oder Verklebung 26 und zusätzlich eine Befestigungsschraube 27 als Befestigungsmittel vorgesehen sind. In Fig. 8 sei angenommen, daß es sich bei dem Resonanzboden um eine Ausführung gemäß Fig. 2 handelt, d.h. daß die Metallplatte 9 zwischen den Abdeckschichten 10 und 11 angeordnet ist. In der Abdeckschicht 11 ist für den Durchtritt des Klangsteges eine entsprechende Ausnehmung vorgesehen, ebenso wie in der Abdeckschicht 10 für den Durchtritt der Befestigungsschraube 27.

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Bei der beschriebenen neuen Ausbildung wird nicht nur ein sehr großes Verhältnis des Elastizitätsmoduls zur Dichte erreicht, sondern ein schwingungstragender Teil verwendet, welcher eine sehr geringe Dämpfung aufweist, die im Sinne einer Dämpfungs-

! erhöhung durch die Abdeckschichten beeinflußt werden kann, während bei allen bisherigen Ausführungen der Resonanzböden der schwingungstragende Teil eine verhältnismäßig hohe Dämpfung aufweist, die durch die Abdeckschichten nicht mehr vermindert, sondern nur erhöht werden kann. Da die Dämpfung das Spektrum der übertragbaren Schwingungen für die Schallabgabe bestimmt, ist es erklärlich, daß mit dem neuen Resonanzboden wesentlich günstigere Ubertragungsverhältnisse geschaffen werden können, als dies bisher mit den bekannten Ausführungen möglich ist.

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Claims (8)

6633 PATENTANWÄLTE 2915959 DR.-ING. R. DÖRING DIPL-PHYS, DR. J. FRICKE BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN Ansprüche

1. Resonanzboden für Saiteninstrumente, insbesondere Klaviere oder Flügel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallplatte (9), vorzugsweise Stahlplatte, in der Form eines Festigkeitsbleches mit einem Elastizitätsmodul und einer inneren Dämpfung entsprechend einem Stahl der Güte St 34 beidseitig mit einer oder mehreren parallel zu der Metallplatte verlaufenden Abdeckschichten (10,11;14,15; 20-23) aus Holz oder einem Werkstoff mit Dämpfungseigenschaften, welche etwa den Dämpfungseigenschaften von Holz entsprechen, vollflächig verbunden ist.

2. Resonanzboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung der Abdeckschichten aus mehreren Holzschichten (14,15 bzw. 20-23) Holzplatten vorgesehen sind, und daß die Faserrichtungen (17 bzw. 24) benachbarter Holzplatten etwa in einem rechten Winkel zueinander verlaufen..

3. Resonanzboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Metallplatte (9) angeordneten Abdeckschichten (12,13;l4,15) aus einer Kunststoffbeschichtung, insbesondere aus Kunststoffplatten oder Kunst-

l_ _ stofflaminaten, mit in benachbarten Schichten etwa recht- j

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winklig zueinander verlaufenden Pasern bestehen.

4. Resonanzboden nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegesteifigkeit der Metallplatte (9) im Randbereich durch Ein- oder Ausstanzungen (17) in den Randzonen oder durch Anordnung von Sicken (16) längs des Randverlaufes im Vergleich zum mittleren Teil der Metallplatte vermindert ist.

5. Resonanzboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (9) im mittleren Teil durch in die Abdeckschichten (20,21) eingesetzte Metallstreifen (18,19), vorzugsweise Stahl streifen, biegesteifer ausgebildet ist als die Randzonen.

6. Resonanzboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallplatte (9) wesentlich geringer ist als die Dicke der Abdeckschichten (10,11 bzw. 14,15).

7. Resonanzboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallplatte (9) sich zur Dicke der Abdeckschichten (10, 11 bzw. 14,15) wie etwa 1:3 bis etwa 1:6 verhält und die Metallplatte eine Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 mm aufweist.

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8. Resonanzboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klang-

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stege (25) durch Aussparungen in der oder den Abdeckschichten j (11 bzw. 14,15) hindurchgreifen und unmittelbar auf der Metallplatte aufliegen sowie mit der Metallplatte verbunden sind.

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