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Die
Erfindung betrifft ein Musikinstrument, insbesondere ein Saiteninstrument,
mit einem schallabstrahlende Flächen
in Form von Boden, Zargen und Decke aufweisenden Klangkorpus, bei
dem wenigstens eine schallabstrahlende Fläche aus einem Material aus
einer mit Faserlagen verstärkten
ausgehärteten
Matrix gebildet ist.
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Der
Klangkorpus eines Musikinstruments hat die Aufgabe, im Musikinstrument
erzeugte Schwingungen aufzunehmen und mit einer durch den Klangkorpus
bestimmten Klangcharakteristik abzustrahlen. Bei einem Saiteninstrument
wird die Saitenschwingung möglichst
effizient in eine großflächige Membranschwingung
gewandelt. Den größten Einfluss
an der Schallerzeugung hat dabei die Decke, bei Instrumenten mit
Stimmstock (Geige, Bratsche, Cello) auch der Boden. Wesentlich ist
ferner das Resonanzvolumen des Korpus und, falls vorhanden, die
Anordnung eines oder mehrer Schalllöcher.
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Für eine effiziente
Schallabstrahlung muss Steifigkeit und Gewicht der schallabstrahlenden
Fläche
optimiert werden, um einerseits eine große Membranfläche zu aktivieren
und andererseits die bewegte Masse nicht zu groß werden zu lassen, wodurch hohe
Frequenzen unterdrückt
würden.
Ferner muss die Decke auch die Belastung eines die Saiten abstützenden
Steges und teilweise auch die Zugkraft der Saiten aufnehmen. Bei
Gitarren werden hierzu die Decke und der Boden mit einer Beleistung
versteift. Die Anordnung und das Muster der Beleistung können dabei
variieren.
DE 19 69
876 U1 offenbart eine Beleistung mit ineinander greifenden
U-förmig gebogenen
Leisten. Bei Streichinstrumenten werden statt der Beleistung gewölbte Decken
und Böden
verwendet, die eine geometrische Versteifung bewirken.
EP 0 050 314 A1 beschreibt
ein Saiteninstrument mit gewölbter
Decke, die gleichzeitig mit einer feinen Rillenstruktur der Oberfläche versehen
ist.
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Saiteninstrumente
mit Korpuselementen aus künstlichen
Materialien sind bekannt. „Ovation"-Gitarren besitzen
einteilige Böden
und Zargen aus Faserverbundmaterial. „National"-Gitarren werden mit einem flach-konischen
Resonator aus Stahl auf der Decke ergänzt, der mit eingeprägten Rippen
versteift ist. Die Firma „Rainsong" fertigt Gitarren
komplett aus Kunststoff-Faserverbund. Hier sind die Decken durch abgestufte
Faserlagen in der Steifigkeit gesteuert. Dies ist allerdings aufwändig in
der Herstellung, da verschieden große Zuschnitte des Fasermaterials geschichtet
werden müssen.
Gleichzeitig wird die bewegte Masse im Bereich des Steges erhöht, da die Steifigkeit
durch die Verstärkung
größerer Flächen erreicht
wird.
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Durch
US 5,333,527 ist es ferner
bekannt, eine ebene schallabstrahlende Fläche eines Klangkorpus eines
Saiteninstruments durch nutförmige Vertiefungen
einerseits zu stabilisieren und andererseits Teilflächen abzutrennen,
die unterschiedliche Resonanzfrequenzbereiche ermöglichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Musikinstrument
der eingangs erwähnten
Art so auszubilden, dass die schallabstrahlende Fläche des
Klankorpus auf einfache Weise mit verbesserten Klangeigenschaften
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Musikinstrument der eingangs erwähnten
Art dadurch gelöst,
dass die wenigstens eine schallabstrahlende Fläche in eine Anzahl von Teilflächen unterteilt
ist, die von der Außenseite
des Klangkorpus gesehen konkav gewölbt sind und aufgrund Ihrer
Wölbung
eine die Teilflächen
begrenzende Rippe ausbilden.
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An
dem erfindungsgemäßen Musikinstrument
sind die Teilflächen
in ungewöhnlicher
Weise wenigstens teilweise vorzugsweise konkav gewölbt, sodass
die mit einem großen,
sich zur Rippe hin verringernden Krümmungsradius jeweils eine Seite
der die benachbarten Teilflächen
voneinander trennenden Rippe ausbilden. Treffen an der Rippe eine
große
Teilfläche
und eine in der Ausdehnung senkrecht zur Rippe kleine Teilfläche aufeinander,
entsteht eine stark unsymmetrische Rippe, da der Krümmungsradius
für die
große
Teilfläche
wesentlich größer ist
als für
die kleine Teilfläche.
Durch die erfindungsgemäße konkave
Ausbildung der Teilflächen
der schallabstrahlenden Fläche
wird einerseits eine gewünschte Stabilisierung
der schallabstrahlenden Fläche
erreicht und andererseits die Schwingung der schallabstrahlenden
Fläche
für tiefe
Frequenzen nicht in erheblicher Weise gestört. Die schallabstrahlende
Fläche
kann in einem Arbeitsgang als Verbundwerkstoff erstellt werden und
ermöglicht
es, die schallabstrahlende Fläche,
insbesondere in Form der Decke des Klangkorpus, vorzugsweise bei
einer Violine oder Gitarre, ohne eine aufwändige Verleistung zu erstellen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäß gewölbten Teilflächen zum
Rand der schallabstrahlende Fläche
in eine ebene Fläche
auslaufen. Dies erleichtert das Verkleben der Decke einer Gitarre
mit der Zarge.
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Eine
Aufteilung der schallabstrahlende Fläche in eine Vielzahl von elf
ebenen Teilflächen,
wie sie in
US 5,333,527 dargestellt
ist, ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
der schallabstrahlenden Fläche
nicht bevorzugt. Vielmehr liegt die Anzahl der Teilflächen vorzugsweise
zwischen drei und neun, vorzugsweise zwischen vier und acht. Weiter
bevorzugt zwischen sechs und acht.
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Die
erfindungsgemäße Aufteilung
der schallabstrahlenden Fläche
in Teilflächen
unter Ausbildung der erfindungsgemäßen Rippen dient in erster
Linie der Klangverbesserung des abgestrahlten Schalls. Darüber hinaus
können
die Rippen in einer bevor zugten Ausführungsform zur Stabilisierung
der schallabstrahlenden Fläche
in Bereichen der Aufnahme von Reaktionskräften für Spannkräfte der Saiten angeordnet sein.
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Bevorzugt
erstrecken sich die erfindungsgemäßen Rippen linienförmig über die
schallabstrahlende Fläche
und enden mit beiden Enden an Kanten der schallabstrahlenden Fläche. Dabei
kann wenigstens eine Rippe gekrümmt
ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine Rippe einen U-förmigen Verlauf
aufweisen, sodass die freien Enden der Rippe im Wesentlichen an
derselben Kante der schallabstrahlenden Fläche enden.
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Aus
fertigungstechnischen Gründen
ist es vorteilhaft, wenn das Material der schallabstrahlenden Fläche eine
konstante Dicke aufweist.
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Die
erfindungsgemäß ausgebildete
schallabstrahlende Fläche
ist vorzugsweise die Decke des Klangkorpus. Sie kann dabei bevorzugt
mit wenigstens einem Schallloch versehen sein. Das Schallloch lässt sich
dabei in einfacher und vorteilhafter Weise als Bassreflextunnel
ausbilden, wenn die Kanten des Schallloches durch von der schallabstrahlenden
Fläche
abgewinkeltes Material realisiert sind, das eine Wandung des Schallloches
bildet. Die abgewinkelte Wandung erstreckt sich vorzugsweise in
das Innere des Klangkörpers
und ist trichterförmig
oder zylindrisch geformt.
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Für das Material
der aushärtenden
Matrix kommen alle hierfür
bekannten Materialien in Frage. Im Instrumentenbau hat sich die
Verwendung von Epoxidharz als Kunststoffmatrix bewährt. Aufgrund guter
klangleitender Eigenschaften ist es bevorzugt, die Faserlagen mit
Kohlenstofffasern herzustellen, wobei die Kohlenstofffasern einen überwiegenden Anteil
der Fasern aufweisen sollten, insbesondere die Faserlagen auch nur
aus Kohlenstofffasern bestehen.
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Das
erfindungsgemäße Musikinstrument
ist vorzugsweise ein Saiteninstrument und vorzugsweise ein Saiteninstrument
mit einem Hals zur Führung von
Saiten zu einem Kopf. Bei dieser Ausbildung ist es vorteilhaft,
wenn eine Teilfläche
der schallabstrahlenden Fläche
in Verlängerung
des Halses ausgebildet ist und mit einem Steg und einer Halterung
für ein Ende
der Saiten versehen ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn wenigstens
eine Rippe von einer halsnahen Kante zu einer halsfernen Kante der
schallabstrahlende Fläche
geschwungen so verläuft,
dass sie an die den Hals verlängernde
Teilfläche
angrenzt und eine sich über
die Länge
der schallabstrahlenden Fläche
parallel zum Verlauf der Saiten verlaufende äußere Teilfläche definiert. In diesem Fall
kann eine zwischen einer äußeren Teilfläche und
der den Hals verlängernden
Teilfläche
angeordnete Teilfläche
mit einem Schallloch versehen sein. Diese Anordnung kann komplettiert
werden durch eine Teilfläche,
die durch eine etwa U-förmige Rippe
begrenzt ist, die mit den freien Enden an der Außenkante der schallabstrahlenden
Fläche
endet und mit dem Boden des U an die den Hals fortsetzende Teilfläche angrenzt.
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Bei
einer derartigen bevorzugten Anordnung der Teilflächen und
Rippen entstehen vorzugsweise sieben Teilflächen, von denen jeweils drei
seitlich von der durch den Verlauf der Saiten gebildeten Längsachse
des Instruments angeordnet sind, während die letztgenannte Teilfläche mit
der U-förmigen
Rippe im Wesentlichen in der Längsachse
verläuft
und symmetrisch zu dieser ausgebildet ist.
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Die
Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Gitarre;
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2 einen
Teil-Längsschnitt
durch die Decke der Gitarre;
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3 einen
Querschnitt durch die Decke der Gitarre zwischen Steg und Saitenhalter;
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4 einen
Querschnitt durch ein Schallloch der Gitarre.
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Die
in 1 als Beispiel eines Musikinstruments mit einem
Klangkorpus 1 dargestellte Gitarre weist in üblicher
Weise neben dem Klangkorpus 1 einen Hals 2 und
eine Kopf 3 auf. Über
den Hals verlaufen Saiten 4, die mit ihrem einen Ende im
Kopf 3 befestigt und dort mittels (nicht dargestellter)
Wirbel spannbar (stimmbar) sind. Zwischen dem Kopf 3 und dem
Hals 2 befindet sich ein Sattel 5 über den
die Saiten 4 geführt
werden, sodass sie mit einem Abstand parallel zur Oberfläche des
Halses 2 (Griffbrett) geführt sind. Die Saiten sind an
ihrem anderen Ende in Saitenhaltern 6 gehalten, die hinter
einem Steg 7 angeordnet sind, sodass die Saiten 4 durch
die Höhe von
Sattel 5 und Steg 7 geführt gelagert sind.
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Der
Klangkorpus 1 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einer Decke 8, die oberhalb eines gleich geformten
und daher in 1 von der Decke 8 abgedeckten
Bodens angeordnet ist. Die seitliche Verbindung zwischen Decke 8 und
Boden erfolgt über
eine (nicht gezeigte) Zarge.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Decke 8 aus einem Material gebildet,
das aus einer mit Faserlagen verstärkten ausgehärteten Matrix
besteht. Vorzugsweise ist das Material der Decke 8 aus Karbonfaserlagen
gebildet, die in ausgehärtetem
Epoxidharz eingebettet sind. Die Aushärtung des Materials kann mittels
der üblichen
Ver fahren erfolgen. Die Karbonfaserlagen können bereits mit Epoxidharz versehen
(Prepreg) aufeinander gestapelt und dann in einer Presse unter Druck
und Wärme
ausgehärtet werden.
Möglich
ist aber auch die trockene Stapelung der Karbonfaserlagen und Einbringen
des flüssigen
Epoxidharz in eines geeignete Form im RTM (Resin Transfer Moulding)
oder RIM (Resin Injection Moulding)-Verfahren.
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Das
Material der Decke 8 ist mit einer konstanten Materialstärke ausgeführt.
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Erfindungsgemäß ist die
Decke 8 als schallabstrahlende Fläche in mehrere Teilflächen 9 unterteilt,
die im Einzelnen mit 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 bezeichnet
sind.
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Die
Teilflächen
sind durch Rippen 10 voneinander abgetrennt, die im Einzelnen
mit 101, 102, 103 und 104 bezeichnet
sind.
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Eine
erste Teilfläche 91 setzt
unter den Saiten 4 die Form des Halses 2 der Gitarre
fort. Demgemäß ist die
Teilfläche 91 durch
eine im Wesentlichen U-förmige
Rippe 101 begrenzt, deren freie Enden mit den Längsseiten
des Halses 2 fluchten. In der Teilfläche 91 ist der Steg 7 angebracht.
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Eine
weitere Teilfläche 92 befindet
sich auf einer Seite der ersten Teilfläche 91 und erstreckt
sich mit einer geschwungenen, die Teilfläche 92 begrenzenden
Rippe 102 von einer oberen Kante der Decke 8 bis
zu einer unteren Kante, wobei die Rippe 102 im Bereich
des Stegs 7 mit einer Ausbauchung an die erste Teilfläche 91 angrenzt,
also in diesem Bereich mit der Rippe 101 zusammenfällt.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist
die Decke im Wesentlichen die Form einer Acht auf, wobei auf der
rechten Seite in der Draufsicht gemäß 1 an der
oberen Kante eine Ausnehmung 11 vorgesehen ist, die sich
auf der linken Seite der 8-Form nicht findet. Abgesehen davon ist
die Form der Decke 8, also des Klangkorpus 1 praktisch
symmetrisch ausgebildet.
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Demgemäß findet
sich etwa symmetrisch zur Rippe 102 ein Verlauf der Rippe 103,
die eine entsprechende äußere Teilfläche 93 abtrennt.
Zwischen den äußeren Teilflächen 92, 93 und
der mittleren Teilfläche 91 sind
somit Zwischen-Teilflächen 94, 95 ausgebildet.
Die linke Zwischen-Teilfläche 95 ist
wegen der fehlenden Ausnehmung 11 etwas größer ausgeprägt und weist
im oberen Randbereich ein Schallloch 12 auf, das sich somit
in einem etwa maximalen Abstand von dem Steg 7 befindet.
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Die
den geschwungenen unteren Enden der Rippen 102, 103 seitlich
und durch den Boden der U-Form der Rippe 101 abgrenzte
Zwischenfläche
ist durch eine etwa mittige, der Rippe 101 entgegengesetzt
gerichtet U-förmige
Rippe 104 durch Abtrennung einer mittigen Teilfläche 96 unterteilt,
sodass sich zwischen der mittigen Teilfläche 96 und den äußeren Teilflächen 92, 93 noch
jeweils eine Teilfläche 97, 98 befindet.
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1 verdeutlicht
durch Schraffierungen, dass die Teilflächen 91, 92, 93 und 96 durch
langsam ansteigende Materialverläufe
zu den Rippen 101, 102, 103 und 104 konkav
gewölbt
ausgebildet sind.
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Dies
wird durch die Schnittdarstellungen der 2 und 3 verdeutlicht.
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Der
Längsschnitt
der 2 verläuft
durch die Teilfläche 91,
die über
die Rippe 101 in die untere mittige Teilfläche 96 übergeht.
Im Bereich der Rippe 101 sind Saitenhalter 6 vorgesehen,
durch die die über den
Steg 7 geführte
Saite 4 an der Decke 8 befestigt ist.
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2 lässt die
konkave Wölbung
der Teilfläche 91 und
der Teilfläche 96 zur
Rippe 101/104 erkennen, die in einem Teilbereich ineinander übergehen
und verdeutlicht ferner, dass die Saitenhalter 6 nahe an
dem Steg 7 ausgebildet sind, um durch die Zugkräfte der
Saiten 4 keine Momente auf der Decke 8 entstehen
zu lassen.
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Der
Querschnitt der 3 liegt zwischen Steg 7 und
Saitenhalter 6 mit Blick auf die Saitenhalter 6.
Auch hier ist die konkave Wölbung
der Teilfläche 91 zu
der Rippe 101 hin auf beiden Seiten erkennbar. Erkennbar
ist ferner die konkave Wölbung der äußeren Teilflächen 92, 93 zu
der Rippe 101 hin. Da die Teilflächen 92, 93 in
der Breite der Decke 8 wesentlich größer sind als die Teilfläche 91,
ist erkennbar, dass der Wölbungsradius
im Bereich der Teilfläche 91 zur
Rippe 101 hin kleiner ist als der Wölbungsradius der Flächen 92, 93,
wodurch eine unsymmetrische Ausbildung der Rippe 101 – wie dargestellt – entsteht.
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4 zeigt
einen Querschnitt der Ausbildung der Decke 8 im Bereich
des Schalloches 12. Das Schallloch 12 ist in der
im Wesentlichen eben ausgebildeten Teilfläche 95 realisiert,
und zwar mit in das Schallloch 12 hinein abgewinkeltem
Material, das eine trichterartige Wandung 13 bildet, die
sich in das Innere des Klangkorpus 1 hinein erstreckt.
Durch die in 4 erkennbare trichterförmige Ausgestaltung
der Wandung 13 ist ein abgerundeter Übergang zwischen der Oberfläche der
Teilfläche 95 und
der Wandung 13 des Schalloches 12 möglich. Bei
einer zylindrischen Ausbildung der Wandung 13 wäre die Abrundung
nicht so ausgeprägt
und ggf. auch durch eine kantige Abwinkelung ersetzt.
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Die
Integration des Schallloches 12 in das Material der Decke
und die Ausbildung des Schalloches als Bassreflextunnel oder kurzes
Horn vergrößert die
akustische Impedanz des Schallloches 12, was der Wiedergabe
tiefer Frequenzen zugute kommt. Durch den erheblichen Abstand vom
Steg 7 kann das Schalloch 12 in einem Bereich
der Decke 8 untergebracht sein, der wenig zur Schallerzeugung beiträgt. Durch
das als Bassreflextunnel oder kurzes Horn ausgebildete Schallloch
wird die Resonanz der Decke weniger schart und deckt einen breiteren
Frequenzbereich ab.
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Bei
der dargestellten Gitarre als Beispiel eines erfindungsgemäßen Musikinstruments
lässt sich eine
hohe Effektivität
der Schallabstrahlung erzielen. Dadurch wird der Schwingung der
Saiten 4 Energie effektiv entzogen, wodurch der Ton weniger
lange gehalten wird. Dieser Effekt ist von lauten Instrumenten, wie
dem Banjo, bekannt und für
Gitarren an sich nicht erwünscht.
Durch die Verwendung eines Karbonfaserverbundwerkstoffs wird eine – gegenüber dem üblichen
Werkstoff Holz – geringe
Grunddämpfung
bewirkt, sodass trotz des größeren Dynamikumfangs ein
stimmiges Klangbild des Instruments entstehen kann.