DE10309838A1 - Tonabnehmer mit mindestens einem Piezo-Sensor für Musikinstrumente und Verwendung - Google Patents

Abstract

Tonabnehmer mit mindestens einem Piezo-Sensor für Musikinstrumente mit einer schwingfähigen Resonanzkörperwand, insbesondere für Saiten- und Schlaginstrumente. Der Tonabnehmer (TA1) weist mindestens einen Piezo-Sensor (15) auf und ist an der Resonanzkörperwand (4) - vorzugsweise an deren Innenseite von außen nicht sichtbar - in schwingungsübertragendem Kontakt befestigt. Die Piezo-Signale des Piezo-Sensors (15) sind durch eine an diesen angeschlossenen aktive Transistor-Beschaltung (16) verstärkbar. Bei akustische Gitarren ist der Tonabnehmer (TA1) an der Decke (4) der Gitarre schwingungsübertragend angekoppelt. Bei Kombination dieses "Decken"-Tonabnehmers (TA1) mit einem Stegtonabnehmer (TA2) ergibt die Mischung beider Signale ein sehr naturgetreues Frequenzband. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von piezo-keramischen Sensoren, Piezo-Film-Sensoren, Piezo-Polymer-Sensoren oder Backelektret-Sensoren für den Piezo-Sensor (15).

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Tonabnehmer für Musikinstrumente mit mindestens einer schwingfähigen Resonanzkörperwand, insbesondere für Saiten- und Schlaginstrumente, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
• An solche Tonabnehmer werden eine Reihe von Anforderungen gestellt: Möglichst naturgetreue Wiedergabe des aufgenommenen Klangspektrums; kleine Baugröße und gute Montierbarkeit, damit er möglichst unauffällig am Saiten- oder Schlaginstrument montiert werden kann; gute Herstellbarkeit; Störunanfälligkeit und gute Abschirmung, d.h. kein negativer Einfluß von Störfeldern, um nur die wichtigsten zu nennen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tonabnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die vorstehend aufgeführten Anforderungen auf besonders günstige Weise erfüllt werden und mit dem es darüber hinaus ermöglicht ist, das Frequenzspektrum, welches von piezoelektrischen Stegtonabnehmern geliefert wird, so zu ergänzen, daß auch bei großen Lautstärken (Musikwiedergabe in Sälen) ein überraschend naturgetreuer Sound erreicht werden kann.
• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich dadurch, daß der Tonabnehmer mindestens einen Piezo-Sensor aufweist und an der Resonanzkörperwand – vorzugsweise an deren Innenseite von außen nicht sichtbar – in schwingungübertragendem Kontakt befestigt ist und daß die Piezo-Signale des Piezo-Sensors durch mindestens eine an diesen angeschlossenen aktive Transistor-Beschaltung verstärkbar sind.
• Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 16 angegeben. Gemäß der Verwendung nach Anpruch 17 werden vorteilhafterweise für den Piezo-Sensor piezokeramische Sensoren, Piezo-Film-Sensoren, Piezo-Polymer-Sensoren oder Backelektret-Sensoren verwendet.
• Der Tonabnehmer nach der Erfindung findet eine bevorzugte Anwendung bei akustischen Gitarren und wird dabei an der Decke der Gitarre schwingungsübertragend angekoppelt, bevorzugt unsichtbar an der Innenseite der Decke. Es ist gefunden worden, daß das so gewonnene Körperschallspektrum einen besonders „warmen" Klang ergibt, der sich überraschend gut mit dem Frequenzspektrum eines piezoelektrischen Stegtonabnemers an der selben Gitarre mischen läßt, was sich besonders bei großen Lautstärken (natürlicher Klang ohne Übersteuerung) bemerkbar macht. Dementsprechend ist gemäß einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, daß die Piezo-Signale des „Decken"-Tonabnehmers (erste Piezo-Signale) mit denjenigen (zweite Piezo-Signale) eines sogenannten Stegtonabnehmers gemischt werden, d.h. eines Piezo-Tonabnehmers, der in den Gitarrensteg integiert ist und dessen Signale aufgrund der von den Saiten über Druckstücke auf ihn ausgeübten Kräfte gebildet werden, wobei vorzugsweise die ersten und zweiten Piezo-Signale durch je einen Vorverstärker vorverstärkbar und in einem nachgeschalteten Gitarrenverstärker oder einer Mischeinrichtung mit wählbarer Gewichtung der beiden Klangkomponenten mischbar sind.
• Es gibt Spielweisen der Gitarre, bei denen zur Rhythmus-Betonung die Decke mit Handballen oder Fingern angeschlagen wird. Auch zur naturgetreuen Übertragung solcher Percussion-Effekte ist der Tonabnehmer nach der Erfindung besonders geeignet. Ein Nebeneffekt ist, daß man elektronische Rhythmus-Synthesizer durch ein vom Deckentonabnehmer geliefertes und entsprechend verstärktes Schlagsignal der Decke auch über größere Entfernung taktsynchron einschalten kann.
• Weitere Merkmale und Vorteile sowie Aufbau und Funktion des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in z.T. schematischer, vereinfachter Darstellung:
• 1 eine akustische Gitarre mit einem Deckentonabnehmer nach der Erfindung und mit einem piezoelektrischen Stegtonabnehmer, in perspektivischer Darstellung;
• 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Tonabnehmer mit länglicher Piezo-Keramik ohne Gehäuse und mit teilweise entfernter Abschirmfolie und mit einem hervorstehenden Platinen-Ende für die Transistor-Beschaltung, im Grundriß;
• 3 den zu 2 gehörenden Aufriß mit durchsichtig dargestelltem Gehäuse-Unterteil;
• 4 einen Schnitt nach der Ebene IV-IV aus 3, zusätzlich mit an der Unterseite des Gehäuse-Unterteils aufgeklebtem Doppelklebeband;
• 5 den Gegenstand nach 4, vergrößert und versehen mit einem Gehäuseoberteil; und
• 6 eine Abwandlung des Tonabnehmers nach 2 bis 5 mit kreisförmiger Grundform, im Grundriß.
• In 1 bedeutet 1 den Klangkörper oder Korpus einer Konzert- oder akustischen Gitarre, 2 ihren Boden, 3 die Zarge, 4 die Decke, 5 das Schalloch, 6 das Stegbrettchen, 9 den Hals mit Griffbrett, 8 jeweils einen Bund, 9 die Bundstäbchen, 10 den Kopf, 11 die Wirbel und 12 den Sattel. Das Stegbrettchen weist ein fest mit ihm verbundenes Ankerbrettchen 6.1 auf, an welchem die Saiten 13 mit ihren einen Enden fixiert sind. Die anderen Saitenenden sind durch nicht ersichtliche Löcher in den Spannwellen 11a gezogen, so daß die einzelnen Saiten 13 durch Betätigung der Wirbel 11 gespannt oder gelockert werden und damit die Gitane gestimmt werden kann. Das auf die Decke 4 aufgeleimte Stegbrettchen 6 weist eine saitenquere Aufnahmenut 6a auf, in welche ein nicht näher dargestellter Stegtonabnehmer TA2 eingefügt ist. 14 ist eine im unteren Zargenbereich befestigte Steckerbuchse, in welche der Stecker des abgeschirmten Kabels eines Verstärkers eingesteckt werden kann. Der Tonabnehmer TA1 nach der Erfindung, auf den noch näher eingegangen wird, ist an der Unterseite der Decke 4 in schwingungsübertragendem Kontakt zu dieser befestigt, insbesonder angeklebt. Je eine abgeschirmte Signalleitung L1, L2 führt zu einem in einer Aufnahmeöffnung der Zarge 3 befestigten Vorverstärker VV. Mit dem Vorverstärker VV kann man mittels Schiebern oder Drehknöpfen die beiden Tonsignale der Tonabnehmer TA1, TA2 getrennt voneinander beeinflussen, z.B. hinsichtlich Volume, Brilliance, Treble, Contour, Frequency. Vom Vorverstärker VV werden über zwei getrennte Signalleitungen oder eine zweikanalige Signalleitung (nicht dargestellt) die vorverstärkten Tonsignale der zweikanaligen und deshalb mindestens dreipoligen Steckerbuchse 14 zugeführt, so daß in einem nachgeschalteten zweikanaligen Gitanenverstärker die optimale Mischung der beiden Tonsignale hergestellt werden kann.
• Der Tonabnehmer TA1, der in 2 bis 5 näher dargestellt ist, ist für Musikinstrumente mit mindestens einer schwingfähigen Resonanzkörperwand, insbesondere für Saiten- und Schlaginstrumente, vorgesehen. Der Tonabnehmer TA1 weist mindestens einen Piezo-Sensor 15 auf und ist an der Resonanzkörperwand (im Beispiel die Decke 4 der Gitane nach l) – vorzugsweise an deren Innenseite von außen nicht sichtbar – in schwingungübertragendem Kontakt befestigt. Die Piezo-Signale des Piezo-Sensors 15 sind durch mindestens eine an diesen angeschlossenen aktive Transistor-Beschaltung 16 verstärkbar.
• Aus 2 bis 5 erkennt man, daß daß bei rechteckig-länglicher Form des piezokeramischen Körpers 15 dieser unter Isolierung (Isolierstreifen 17) seiner neutralen Flanken 15a, 15b zusammen mit einer ihm zugeordneten Platine 18 von einem Abschirmmantel, 19, bestehend aus gut leitender, mit dem Massepotential verbundener Metallfolie, umgeben sind, wobei aus dem Abschirmmantel 19 ein Beschaltungsabschnitt 18a der Platine 18 hervorragt, auf welchem der mindestens eine Transistor 16T und ein Ableit-Widerstand 16W angeordnet und mit je einem Pol einerseits an den Signalausgang 20 der Piezokeramik 15 und andererseits an das Massepotential angeschlossen sind, wobei der Transistor 16T das Piezo-Signal verstärkt und einem Signal-Ausgang 22 zuleitet.
• Der Transistor 16T und seine Beschaltung 16, z.B. der Ableit-Widerstand 16W zwischen dem Piezo-Signal-Kontakt 20 und Massepotential 21 der Platine 18, können anstelle der diskreten Schaltelemente auch als integierte Bauelemente ausgeführt sein.
• Wie es 4 und 5 deutlicher zeigen, sitzt der Keramikkörper 15 des Piezo-Sensors mit seiner Grundfläche 15c auf der Kontaktfläche 18b einer Leiterbahn der Platine 18 kontaktierend auf, die gemäß 2 mit einem Beschaltungsabschnitt 18a in Längsrichtung über den Keramikkörper 15 verlängert ist. Die beiden Seitenflanken 15a, 15b des Keramikkörpers 15 sind durch Isolierstreifen 17 abgedeckt, und um die äußeren Mantelflächen des Keramikkörpers 15 und der Platine 18 ist die metallischen Abschirmfolie 19, insbesondere eine Kupferfolie, herumgelegt bzw. herumgewickelt. Der Massekontakt 21 bzw. das Massepotential wird damit von der Abschirmfolie 19 und den sie kontaktierenden U-förmigen Gehäuseteilen 22U (Unterteil) und 22O (Oberteil) gebildet, wobei der Spalt 23 zwischen (22U) und (22O) durch Weichlöten geschlossen werden kann. Zu diesem Zweck bestehen die beiden Gehäuseteile 22U, 22O aus einem lötfähigen Metall oder einer entsprechenden Metall-Legierung, z.B. Neusilber.
• Auf dem Beschaltungsabschnitt 18a der Platine 18 ist mit Vorteil ein JFET-Transistor angeordnet. Dessen Gate-Anschluß G ist mit dem Piezo-Signal-Kontakt 20 verbunden, sein Drain-Anschluß D mit dem Signal-Ausgang und sein Source-Anschluß S mit Masse. Der Transistor 16T ist in einem Silikon-Bett 24 schwebend angeordnet, und hierzu sind seine Masse-Leitung S und seine Signal-Ausgangs-Leitung D mit einer das elastische Ausweichen ermöglichenden Form und Überlänge verlegt. Die genannten zwei Anschlußleitungen D und S des Transistors 16T sind (siehe insbesondere 2) wellenförmig gebogen, so daß sie genügend Spiel haben, eine Schwingungsentkopplung zusammen mit dem Silikonbett 24 zu bewirken, und zwar in Bezug auf die direkt mit dem Piezo-Signal-Kontakt verbundenen Anschluß G des Transistors 16T und den Transistor selbst. Der Transistor 16T erhält seine Speisespannung vom Vorverstärker VV (nicht im einzelnen dargestellt).
• Eine vorteilhafte Befestigung des Tonabnehmers TA1 an der Gitarrendecke 4 (1) bzw. allgemein an der Resonanzkörperwand ist mittels Doppelklebebandes (4 und 5). D.h. ein der Grundfläche des Tonabnehmers TA1 entsprechendes Stück des Klebebandes wird an der Unterseite des Gehäuse-Unterteils 22U von (TA1) festgeklebt, sodann wird wird der Tonabnehmer mit der freien Seite des Klebebandes 25 gegen die Befestigungsstelle gedrückt und somit festgeklebt. Als Klebwerkstoff hat sich z.B. ein elastisch verformbarer Acrylatkleber als vorteilhaft erwiesen.
• Bei der Ausführung TA1 nach 6 hat der Tonabnehmer eine runde oder elliptische Grundform, und dementsprechend sind der Piezo-Sensor, die Isolierstreifen für dessen Flanken, die Metallfolie, die Platine 18 mit ihrem hervorstehenden Beschaltungsabschnitt sowie Gehäuse-Unterteil und -Oberteil an den kreisförmigen bzw. elliptischen Grundriß angepaßt, was nicht im einzelnen dargestellt ist, sich aber sinngemäß bei Abwandlung der Quaderform nach 2 bis 5 in eine Scheibenform ergibt.
• Als Materialien für den Piezo-Sensor 15 sind besonders geeignet: keramischen Sensoren, Piezo-Film-Sensoren, Piezo-Polymer-Sensoren oder Backelektret-Sensoren.
• Wie bereits anhand von 1 erläutert, besteht ein besonderer Vorteil des Tonabnehmers TA1, TA1 darin, daß seine Piezo-Signale (erste Piezo-Signale) mit denjenigen (zweite Piezo-Signale) eines sogenannten Stegtonabnehmers TA2 gemischt werden , d.h. eines Piezo-Tonabnehmers, der in den Gitarrensteg integiert ist und dessen Signale aufgrund der von den Saiten über Druckstücke auf ihn ausgeübten Kräfte gebildet werden, wobei vorzugsweise die ersten und zweiten Piezo-Signale durch je einen Vorverstärker oder einen zweikanaligen Vorverstärker VV vorverstärkbar und in einem nachgeschalteten Gitarrenverstärker oder einer Mischeinrichtung mit wählbarer Gewichtung der beiden Klangkomponenten mischbar sind.
• Dieser Vorteil läßt sich auch verwirklichen, wenn der Tonabnehmer an die Decke eines Streichinstrumentes, z. B. in der Gestalt von Violine, Viola, Cello oder Kontrabass, schwingungsübertragend angekoppelt ist und diese Instrumente zusätzlich eien Stegtonabnehmer aufweisen, wobei indessen schon der Deckentonabnehmer für sich einen überraschend natürlichen Klang ergibt.
• Dementsprechend kann der Tonabnehmer auch mit der Resonanzkörperwand eines Klaviers bzw. eine Flügels schwingungsübertragend verbunden sein oder an die Decke eines anderen Saiteninstrumentes, z. B. in Gestalt von Banjo, Balalaika oder Mandoline, schwingungsübertragend angekoppelt sein.

1

Klangkörper oder Korpus

2

Boden von (1)

3

Zarge

4

Decke

5

Schalloch

6

Stegbrettchen

7

Hals

8

Bund

9

Bundstäbchen

10

Kopf

11

Wirbel

12

Sattel

6.1

Ankerbrettchen

13

Saiten

11a

Spannwellen

6a

Aufnahmenut

TA2

Stegtonabnehmer

14

Steckerbuchse

TA1

Deckentonabnehmer

LL1, L2

Signalleitungen, abgeschirmz

VV

Vorverstärker

15

Piezo-Sensor

16

Transistor-Beschaltung

17

Isolierstreifen

15a, 15b

neutrale Flanken von (15)

18

Platine

19

Abschirmmantel

18a

Beschaltungsabschnitt von (18)

16T

Transistor

16W

Ableit-Widerstand

20

Signalausgang von (15)

22

Signalausgang von (16)

21

Massepotential

15c

Grundfläche von (15)

18b

Kontaktfläche

22U, 22O

Gehäuse-Unter- bzw. -Oberteil

23

Spalt zwischen (22U) uns (22O)

G

Gate-Anschluß

D

Drain-Anschluß

S

Source-Anschluß

24

Silicon-Bett

25

Doppelklebeband

TA1'

Tonabnehmer, weiterer

Claims (16)

1. Tonabnehmer für Musikinstrumente mit mindestens einer schwingfähigen Resonanzkörperwand, insbesondere für Saiten- und Schlaginstrumente, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonabnehmer (TA1) mindestens einen Piezo-Sensor (15) aufweist und an der Resonanzkörperwand (4) – vorzugsweise an deren Innenseite von außen nicht sichtbar – in schwingungübertragendem Kontakt befestigt ist und daß die Piezo-Signale des Piezo-Sensors (15) durch mindestens eine an diesen angeschlossenen aktive Transistor-Beschaltung (16) verstärkbar sind.
2. Tonabnehmer nach Anspruch 1, vorzugsweise für akustische Gitarren, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonabnehmer (TA1) an der Decke (4) der Gitarre schwingungsübertragend angekoppelt ist.
3. Tonabnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Piezo-Signale (erste Piezo-Signale) mit denjenigen (zweite Piezo-Signale) eines sogenannten Stegtonabnehmers (TA2) gemischt werden , d.h. eines Piezo-Tonabnehmers, der in den Gitarrensteg (6) integiert ist und dessen Signale aufgrund der von den Saiten (13) über Druckstücke auf ihn ausgeübten Kräfte gebildet werden, wobei vorzugsweise die ersten und zweiten Piezo-Signale durch je einen Vorverstärker (VV) vorverstärkbar und in einem nachgeschalteten Gitarrenverstärker oder einer Mischeinrichtung mit wählbarer Gewichtung der beiden Klangkomponenten mischbar sind.
4. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß bei rechteckig-länglicher Form eines piezokeramischen Körpers (15) dieser unter Isolierung seiner neutralen Flanken (15a, 15b) zusammen mit einer ihm zugeordneten Platine (18) von einem Abschirmmantel (19), bestehend aus gut leitender, mit dem Massepotential verbundener Metallfolie, umgeben sind, wobei aus dem Abschirmmantel (19) ein Beschaltungsabschnitt (18a) der Platine (18) hervorragt, auf welchem der mindestens eine Transistor (16T) und ein Ableit-Widerstand (16W) angeordnet und mit je einem Pol einerseits an den Signalausgang (20) der Piezokeramik (15) und andererseits an das Massepotential (21) angeschlossen sind, wobei der Transistor (16T) das Piezo-Signal verstärkt und einem Signal-Ausgang (22) zuleitet.
5. Tonabnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (16T) und seine Beschaltung, z.B. der Ableit-Widerstand (16W), zwischen dem Piezo-Signal-Kontakt (20) und Massepotential der Platine (18), als integierte Bauelemente ausgeführt sind.
6. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keramikkörper des Piezo-Sensors (15) mit seiner Grundfläche auf der Kontaktfläche einer Leiterbahn der Platine (18) kontaktierend aufsitzt, die mit einem Beschaltungsabschnitt (18a) in Längsrichtung über den Keramikkörper (15) verlängert ist, daß die beiden Seitenflanken (15a, 15b) des Keramikkörpers durch Isolierstreifen (17) abgedeckt sind und daß um die äußeren Mantelflächen des Keramikkörpers und der Platine die Metallfolie (19), insbesondere eine Kupferfolie, herumgelegt bzw. herumgewickelt ist.
7. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor-Platinen-Kombination von einem im Querschnitt U-förmigen metallischen Gehäuse-Unterteil (22U) aufgenommen ist, mit dessen Innenflächen die Metallfolie (19) kontaktiert ist, so daß Metallfolie (19) und Gehäuseunterteil (22U) die Masse bilden.
8. Tonabnehmer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Beschaltungsabschnitt (18a) der Platine (18) ein JFET-Transistor angeordnet ist.
9. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (16T) in einem Silikon-Bett (24) schwebend angeordnet ist und hierzu seine Masse-Leitung (S) und seine Signal-Ausgangs-Leitung (D) mit einer das elastische Ausweichen ermöglichenden Form und Überlänge verlegt sind.
10. Tonabnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß über die aus dem U-förmigen metallischen Gehäuse-Unterteil (22U) ragenden Partien der Sensor-Platinen-Kombi-nation ein dazu passender, ebenfalls U-förmiger und metallischer Gehäuse-Oberteil (22O) gestülpt ist und der Spalt (23) zwischen beiden Gehäuseteilen z.B. durch Weichlöten überbrückt ist, zu welchem Zweck die beiden Gehäuseteile (22U, 22O) aus einer lötfähigen Metall-Legierung, z.B. Neusilber, bestehen.
11. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er auf die Resonanzkörperwand mittels Doppelklebeband (25) aufgeklebt is.
12. Tonabnehmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebwerkstoff ein elastisch verformbarer Acrylatkleber verwendet ist. 13 Tonabnehmer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er an die Decke eines Streichinstrumentes, z. B. in der Gestalt von-Violine, Viola, Cello oder Kontrabass, schwingungsübertragend angekoppelt ist.
13. Tonabnehmer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er mit der Resonanzkörperwand eines Klaviers bzw. eine Flügels schwingungsübertragend verbunden ist.
14. Tonabnehmer nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er an die Decke eines Saiteninstrumentes, z. B. in Gestalt von Banjo, Balalaika oder Mandoline, schwingungsübertragend angekoppelt ist.
15. Tonabnehmer nach einem der Ansprüch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er (TA1) eine runde oder elliptische Grundform aufweist und dementsprechend der Piezo-Sensor (15'), die Isolierstreifen für dessen Flanken, die Metallfolie, die Platine (18) mit ihrem hervorstehenden Beschaltungsabschnitt sowie Gehäuse-Unterteil und -Oberteil an den kreisförmigen bzw. elliptischen Grundriß angepaßt sind.
16. Verwendung von piezo-keramischen Sensoren, Piezo-Film-Sensoren, Piezo-Polymer-Sensoren oder Backelektret-Sensoren für den Piezo-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16.