DE3433207A1

DE3433207A1 - Resonanzboden fuer musikinstrumente

Info

Publication number: DE3433207A1
Application number: DE19843433207
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Imagawa; Yoshihiko Hamamatsu Shizuoka Murase; Shuuichi Sawada
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1985-04-18
Also published as: US5469769A

Description

Resonanzboden für Musikinstrumente
Die Erfindung betrifft einen Resonanzboden für Musikinstrumente, insbesondere eine Verbesserung in der Konstruktion eines Resonanzbodens vom Sandwich-Typ, welcher für Saiteninstrumente wie z.B. Klaviere benutzt wird.
In der akustischen Wirkung eines Saiteninstrumentes wie z.B.
eines Klaviers spielt der Resonanzboden eine sehr wichtige Rolle bei der Verstärkung der Schwingungen der Saiten zur Erzeugung von Musiktönen. In der Tat hat die Wirkung eines Resonanzbodens einen großen Einfluß auf die Tonqualität, Tonlautstärke und Einhüllende der Musiktöne des Saiteninstruments. Es kann sicher gesagt werden, daß der Resonanzboden der Schlüsselfaktor ist, um die Qualität einer Vorstellung auf dem Klavier zu bestimmen.
Aus diesen Gründen wird vom Resonanzboden ein niedriges spezifisches Gewicht, ein reichhaltiges elastisches Verhalten, und eine geringe Absorption an Vibrationsenergie gefordert. Insbesondere wird eine gleichmäßige Resonanz vom Bass bis zum hohen Tonlagenbereich gefordert.
Hölzer wie z.B. Weisstanne, Edeltanne oder Fichte sind zur Herstellunq eines Resonanzbodens benutzt worden.
Der alleinige Gebrauch von solchen natürlichen Materialien führt jedoch zu hohen Produktionskosten und komplizierten Arbeitsschritte. Zusätzlich ist das Vermögen zur Erzeugung von Musiktönen begrenzt, weil das Modulverhältnis E/p des Produkts unvermeidbar auf die speziellen Werte der Hölzer begrenzt ist.
Um solche Schwierigkeiten zu vermeiden, wird vorgeschlagen, ein Material von niedrigem spezifischen Gewicht wie z.B. Schaumstoff zu verwenden. Hölzerne Platten werden an das Material niedrigen spezifischen Gewichts laminiert, einem sogenannten Kern, um eine Konstruktion vom Sandwich-Typ zu schaffen. Bei einem Resonanzboden dieser Konstruktion verursachen jedoch der niedrige Abscherungselasizitätsmodul des Kerns und der hohe Abscherungsverlust ein unzureichendes Ansprechen bei hohen Frequenzen, ein niedriges Tonvolumen und eine schwache Einhüllende der Musiktöne.
Als Ergebnis kann keine schöne Tonausqewoqenheit erwartet werden.
In dem Fall einer sandwichartigen Konstruktion, die Holz für den Kern benutzt, ergibt sich ein relativ niedriges Modularverhältnis und qroßer interner Verlust.
Wieder kann keine schöne Tonausgeglichenheit erzielt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Resonanzboden für Musikinstrumente zu schaffen, welcher eine ideale Erzeugung von Musiktönen vom Bass bis zu hohem Tonlagenbereich mit gut kontrollierter Tonausgewogenheit sicherstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.
In Übereinstimmung mit dem Grundaspekt der Erfindung wird ein Kern, der aus einem Material mit mindestens einem größeren Abscherungselastizitätsmodul oder einem geringeren Abscherungsverlust hergestellt ist, zwischen Vorder- und Hinterplatten eingesetzt.
In den Zeichnungen zeigen Fig.1 eine perspektivische Teilansicht einer Ausführunasform des Resonanzbodens nach der Erfindung, Fig.2 eine Graphik'zur Darstellung des Verhältnisses zwischen offenErem oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Schwingungsfrequenzen für Resonanzböden verschiedener Typen, Fig.3 eine Graphik zur Darstellung des Verhältnisses zwischen offerbarem oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Schwingungsfrequenzen für Resonanzböden verschiedener Typen, Fig.4 eine Graphik zur Darstellung des Verhältnisses zwischen offenbarem oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Schwingungsfrequenzen für Resonanzböden verschiedener Typen, Fig.5 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des Resonanzbodens nach der Erfindung, und Fig.6 eine Graphik zur Darstellung des Verhältnisses zwischen offerbarem oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Schwingungsfrequenzen für Resonanzböden verschiedener Typen.
Fig. 1 zeigt den Hauptteil einer Ausführunqsform eines Resonanzbodens nach der Erfindung. Demgemäß ist ein Resonanzboden 1 aus einem Kern 4, einer Vorderplatte 2, die auf einer Oberfläche des Kerns 4 angebracht, vorzugsweise angeklebt ist, und einer Hinterplatte 3, die auf der anderen Oberfläche des Kerns 4 angebracht, vorzugsweise angeklebt ist, gebildet.
Die Vorderplatte 2 enthält eine Anzahl von Streifen 21, 22, 23 usw., welche nebeneinander angeordnet und verbunden sind, wobei ihre Maserung bzw. Fasern in dieselbe Richtung verlaufen, wie dies ein Pfeil A zeigt. Die Hinterplatte 3 besitzt eine ähnliche Konstruktion, bei welcher eine Anzahl von Streifen 31, 32, 33, usw., Seite an Seite zusammengesetzt ist, deren Maserung in einer gleichen Richtung verläuft. Die Maserung bzw.
Faserrichtungen der Vorder- und Hinterplatten 2 und 3 können vorzugsweise gleich sein. Ferner haben die Vorder- und Hinterplatten 2 und 3 vorzugsweise die gleiche Dicke, z.B. 4mm, wenn der Kern 4 eine Dicke von 2mm hat.
Der Kern 4 sollte aus einem Material bestehen, dessen Abscherungselastizitätsmodul (G) größer ist als der der Vorder- und Hinterplatten 2 und 3 oder dessen Abscherungsverlust kleiner ist als der der Vorder-und Hinterplatten 2 und 3. Vorzugsweise ist der Kern 4 aus einem Material hergestellt, dessen Abscherungselastizitätsmodul (G) größer und dessen Abscherunqsverlust kleiner ist als der der Vorder-und Hinterplatten 2 und 3. Am typischten wird solches Material aus Hölzern wie z.B. Western Rot-Zeder, Padauk, und Onoore Kamba (Betula Schmidtiì), Metallen wie z.B. Aluminium, Magnesium und Titan, Kunststoffen wie z.B. Glasferharz-Zusammensetzungen und Graphitfaserharz-Zusammensetzungen, und Keramik ausgewählt.
Wenn Holz für den Kern 4 verwendet wird, sollten seine Fasern vorzugsweise parallel zu den Fasern der zugehörigen Vorder- und Hinterplatten 2 und 3 verlaufen.

Abscherungselastizitätsmodule und Abscherungsverlusttangens für Fichte, Padauk, Western-Rot-Zeder, Aluminium und Graphitfaserharz-Zusammensetzungen sind;-in der folgende Tabelle gezeigt.

Scherelastizitäts- Abscherverlust-

modul (G) tangent (tan JG)

dyn/cm2

Fichte, 9

Rottanne 6,8 x 109 0,0219

Padauk 1,44 x 1010 0,0148

Aluminium 2,9 x 1011 0,0002

Graphitfaserharz-

Zusammsentzungen 5,4 x 1010 0,012

Western-Rot-

Zeder 8,5 x 109 0,0011

Für die Vorder- und Hinterplatten 2 und 3 werden vorteilhaft Hölzer wie z.B. Fichte, Kiefer, Föhre, Pinie und Zeder und Kunststoffe wie z.B. mit Glasfaser- oder Graphitfaserharz-Zusammensetzungen verwendet.

Fig.2 zeigt das Verhältnis zwischen offenbarem oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Schwingungsfrequenz für verschiedene Abscherungselastizitätsmodulanstiege.
In den Tests wird der Abscherungselastizitätsmodul des Kerns schrittweise prozentual zu dem der Vorder-und Hinterplatten erhöht. Die Kurve A ist für Sitkafichte und wird zum Vergleich gezeigt. Die Kurven B, C, D, E und F sind für einen Anstieg um 10, 20, 30, 40 und 50%. Ein bedeutsames Abfallen des scheinbaren Verlustkoeffizienten zeiqt sich dann, wenn der Zuwachs 20% überschreitet.
In Fig.3 wird das Verhältnis zwischen offenbarm oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Frequenzänderung für verschiedene Verminderungen des Abscherungsverlusttangens gezeigt. In den Test wird der Abscherungsverlusttangens des Kerns schrittweise prozentual zu dem der Vorder- und Hinterplatten vermindert. Die Kurve A ist für Sitkafichte und wird zum Vergleich gezeigt. Die Kurven B, C, D, E und F sind für Verminderungen um 10, 20, 30, 40 und 50S. Ein bedeutsames Abfallen des scheinbaren Verlustkoeffizienten wird beobachtet, wenn die Abnahme 20% übersteigt.
Diese technischen Daten zeigen an, daß dort gute Wirkungen bei der Erzeugung von Musiktönen erzielt werden, wo der Abscherungselastizitätsmodul (G) des Materials für den Kern 20% oder größer ist als der des Materials für die Vorder- und Hinterplatten, oder wo der Abscherungsverlusttangens (tanSG) des Materials für den Kern 20% oder kleiner als der des Materials für die Vorder- und Hinternlatten ist. Es wurde auch bestätigt, daß das beste Ergebnis dort erzielt wird, wo der Abscherungselastizitätsmodul (G) des Materials für den Kern 20% oder größer als der des Materials für die Vorder- und Hinterplatten ist und der Abscherungsverlusttangens (tan So ) des Materials für den Kern 20% oder kleiner als der des Materials für die Vorder-und Hinterplatten ist.
Fig.4 zeigt das Verhältnis zwischen Abscherungsverlusttangens (tan zG ) und Schwingungsfrequenzen für verschiedene Typen von Resonanzböden. Die Kurve I entspricht einem Resonanzboden, wie ihn z.B. Fig.l zeigt, welcher einen Padaukkern von 2 mm Stärke und wichtenhinter-und Vorderplatten von je 4 mm Stärke aufweist, so daß die gesamte Dicke des Resonanzbodens 10 mm beträgt. Die Kurve II entspricht einem Resonanzboden von 10 mm Gesamtdicke, welcher ausschließlich aus Fichte hergestellt ist. Die Kurve III entspricht einem Resonazboden von 10 mm Gesamtdicke, welcher einen Fichtenkern von 9,5 mm Dicke und Vorder- und Hinterplatten von je 0, 25 mm Dicke aus Graphitfaserharz-Zusammensetzungen aufweist.
Aus diesen technischen Daten ersieht man, daß der Resonazboden nach der Erfindung (Kurve I) einen kleineren scheinbaren Verlustkoeffizienten im Hochfrequenzbereich zeigt, verglichen mit dem ausschließlich aus Fichte bestehenden Resonanzboden (Kurve II).
Dies bedeutet, daß sich bei Musiktönen imhohen Tonlagenbereich (Sopran, Diskant) gut ausgedehnte Einhüllende ergeben, wodurch Musiktöne mit einer idealen Gesamttonausgewogenheit erzeugt werden.
Die Daten zeigen ferner, daß die Verwendung eines Fichtenkerns mit einem kleinen Abscherungselastizitätsmodul (G) in Kombination mit Granhitfaser-Zusammensetzungen aufweisenden Vorder- und Hinterplatten mit einem großen Elastizitätsmodul (E) entsprechend Kurve III, einen leicht kleineren Abscherungsverlust im Bassbereich, aber einen größeren Abscherungsverlust im höheren Tonlaenbereich zur Folge hat. Solch ein großer Abscherungsverlust im höheren Tonlagenbereich führt zu einer fatalen Schädigung der Tonausgewoqenheit über die gesamten Tonbereiche.
Ferner kann jede gewünschte akustische Charakteristik durch eine geeignete Einstellung der Stärke des Kerns 4 bei der Herstellung des Resonanzbodens 1 erzielt werden.
Eine andere Ausführungsform des Resonanzbodens nach der Erfindung ist in Fig.5 gezeigt. Bei dieser enthält ein Resonanzboden 10 einen Aggreqatkern 7 und Vorder- und Hinterplatten 2 und 3, dieselben wie die in Fig.1 gezeigten. Der hierbei verwendete Aqgregatkern 7 enthält einen Kern 4 wie der in Fig.1 gezeiqte und ein Paar von zusätzlichen dünnen Schichten oder Laminaten 6, die an verschiedenen Seiten des Kerns 4 angebracht sind.
Diese zusätzlichen Schichten 6 sind aus Glasfaserharz- oder Graphitfaserharz-Zusammensetzungen, Metall, Holz oder Keramik hergestellt. Alternativ kann der Aggregatkern 7 ein Paar Kerne 4 enthalten, die auf verschiedene Oberflächen einer dünnen Schicht aufgebracht sind, welche aus denselben Materialien herqestellt ist.
Fig.6 zeigt das Verhältnis zwischen offenbarer oder scheinbarem Verlustkoeffizient und Schwingunos frequenzen für verschiedene Typen von Resonanzböden. Die Kurve IV entspricht einem Resonanzboden entsprechend Fig.5, welcher einen Western-Rot-Zedernkern von 2 mm Dicke, zwei Schichten mit Graphitfaser-Zusammensetzungen von je 0,25 mm Dicke und Fichten-Vorder- und Hinterplatten von je 3,75 mm Dicke enthält. Die Gesamtdicke des Resonanzbodens ist 10 mm. Die Kurve V entspricht einem Resonanzboden von 10 mm Gesamtdicke, welcher ausschließlich aus Fichte hergestellt ist. Die Kurve VI entspricht einem Resonanzboden von 10 mm Gesamtdicke, welcher einen Fichtenkern von 9,5 mm Dicke und ein Paar Schichten aus Graphitfaserharz-Zusammensetzungen von je 0,25 mm Dicke aufweist, die auf verschiedene Oberflächen des Fichtenkerns geklebt sind.
Man erkennt aus den technischen Daten, daß der Resonanzboden nach der Erfindung (IV) über die gesamten Frequenzbereiche einen kleineren offenbaren oder scheinbaren Verlustkoeffizienten aufweist, wenn er mit dem nur Fichte enthaltenden Resonanzboden (Kurve V) verglichen wird. Dies bedeutet, daß die Musiktöne über die gesamten Tonbereiche von gut ausgedehnten Einhüllenden begleitet werden, insbesondere im höheren Tonlagenbereich (Sopran), was die Erzeugung von Musiktöne mit einer idealen Gesamttonausgewogenheit zur Folge hat. Im Fall des Resonanzbodens der Kurve VI zeigt sich ein grober Abscherungsverlust im höheren Tonlagenbereich, trotz seines bemerkenswert kleinen Abscherungsverlusts im Bassbereich. Dies führt zu einer schlechten Gesamttonausgewogenheit.
Der Resonanzboden nach der Erfindung eignet sich nicht nur für Klaviere, sondern ebenso für andere Musikinstrumente, z.B.Gitarre und dgl.

Claims

PatentansDrüche 1. Resonanzboden für Musikinstrumente, g e k e n n z e i c h n e t durch Vorder (2)- und Hinterplatten (3) und einen Kern (4), der dazwischen angeordnet und mit diesen Vorder- und Hinterplatten verbunden, vorzugsweise verklebt ist und aus einem Material hergestellt ist, welches mindestens entweder einen größeren Abscherungs-Elastizitätsmodul oder einen kleineren Abscherungsverlust-Tangens besitzt als die Materialien für die Vorder- und Hinterplatten.
2. Resonanzboden nach Anspruch 1 dadurch g e k e n n z ei c h ne t, daß das Material für den Kern einen größeren Abscherungs-Elastizitätsmodul und einen kleineren Abscherungs-Verlust-Tangens besitzt als jene Materialien für die Vorder- und Hinterplatten.
3. Resonanzboden nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Abscherungs-Elastizitätsmodul des Materials für den Kern um 20t oder mehr größer ist als der des Materials für die Vorder- und Hinterplatten.
4. Resonanzboden nach Anspruch 1 oder 2, da dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Abscherungs-Verlust-Tangens des Materials für den Kern um 20% oder mehr kleiner ist als der des Materials für die Vorder- und Hinterplatten.
5. Resonanzboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Material für den Kern aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Hölzer wie z.B. Western-Rot-Zeder und Onoore Kamba, Metalle wie z.B.

Aluminium, Magnesium und Titan, Kunststoffe wie z.B. Graphitfaserharz-Zusammensetzungen und Glasfaserharz-Zusammensetzungen, und Keramik enthält.
6. Resonanzboden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Material für den Kern aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Hölzer wie z.B.Fichte, Rotfichte, Rottanne, Kiefer, Föhre, Pinie, kanadische Hemlacktanne und Zeder, und Kunststoffe wie z.B. Graphitfaserharz-Zusammensetzungen und Glasfaserharz-Zusammensetzungen enthält.
7. Resonanzboden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gek e n n z e i c h ne t, daß der Kern (4) mindestens eine dünne Schicht (6) aufweist, die aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, welche Hölzer, Metalle, Keramik, Graphitfaserharz-Zusammensetzungen und Glasfaserharz-Zusammensetzungen enthält.
8. Resonanzboden nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Paar dünne Schichten (6) an unterschiedlichen Oberflächen des Kerns (4) angebracht sind.
9. Resonanzboden nach Anspruch 7, da dur c h g e k e n n z e i c h ne t, daß die dünne Schicht (6) am Kern (4) als eine Zwischenschicht angebracht ist.