PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3108827C2 14.05.1987
Titel Vorrichtung zur Schwingungserzeugung der Luftsäule innerhalb eines Resonanzkörpers, insbesondere Orgelpfeife
Anmelder Lohrmann, Uwe, 6900 Heidelberg, DE
Erfinder Lohrmann, Uwe, 6900 Heidelberg, DE
Vertreter Mierswa, K., Dipl.-Ing., Pat.- u. Rechtsanw., 6800 Mannheim
DE-Anmeldedatum 09.03.1981
DE-Aktenzeichen 3108827
Offenlegungstag 16.09.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.05.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.05.1987
IPC-Hauptklasse G10B 3/08
IPC-Nebenklasse G10H 3/12   
Zusammenfassung Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung der Luftsäule innerhalb eines Resonanzkörpers. Das untere Ende des Resonanzkörpers ist mit einem Deckel verschlossen. Am unteren Ende des Resonanzkörpers im Bereich des Deckels in der Seitenwandung des Resonanzkörpers sind zwei sich gegenüberliegende Aussparungen angeordnet, über denen je ein Lautsprecher befestigt ist, deren Schallabstrahlungsrichtungen ungefähr senkrecht zur Längsachse des Resonanzkörpers in denselben hinein gerichtet sind, wobei die beiden sich gegenüberliegenden Lautsprecher gleichphasig erregt gegensinnig schwingen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung der Luftsäule innerhalb eines Resonanzkörpers, insbesondere Orgelpfeife mit einer Grundschwingung von 16 Hz bis 200 Hz, wobei am unteren Ende des Resonanzkörpers ein Lautsprecher angeordnet ist zur Erzeugung des Tones der Resonanzfrequenz des angespielten Resonanzkörpers.

Die Erzeugung von Tönen durch die Schwingungserregung von Luftsäulen innerhalb von Röhren oder Pfeifen ist im klassischen Orgelbau bekannt. Eine heutige Orgelpfeife besteht aus dem Corpus und dem sich daran nach unten ansetzenden Fuß, der mittels des Kerns abgedeckt ist. Im Bereich des Kerns zwischen dem Fuß und dem Corpus befindet sich auf der Vorderseite des Labium, welches zur Tonerzeugung dient. Die Tonerzeugung geschieht dadurch, daß durch den Fuß der Orgelpfeife Luft strömt, welche aus der Kernspalte zwischen dem Unterlabium und dem Kern austritt. Die ausströmende Luft wird am Oberlabium gebrochen (Membranösepolsterzunge); durch Luftverdünnung und Luftverdichtung wird die im Corpus stehende Luftsäule entsprechend der Resonanzfrequenz des Corpus erregt. Dabei ist zum Anblasen von großen Orgelpfeifen, insbesondere derjenigen mit einer Grundschwingung von 16 Hz bis 200 Hz, ein erheblicher Luftstrom notwendig, für dessen Erzeugung eine erhebliche Energie aufgebraucht werden muß.

Deshalb hat die US-PS 26 19 866 vorgeschlagen, die Pfeifen mittels Lautsprecher zu erregen, die unterhalb der unteren, offenen Enden der Pfeifen angeordnet sind. Alle Pfeifen sind dabei auf ein einziges gemeinsames Gehäuse montiert, wobei unterhalb der mit den unteren offenen Enden der Pfeifen zusammenfallende Öffnungen des Deckels jeweils ein Lautsprecher für je eine Pfeife montiert ist. Bei den Pfeifen handelt es sich um Zungenpfeifen. Diese Ausführung ist jedoch physikalisch völlig unzureichend und führt zu einem Klangbrei. Denn alle Lautsprecher sind gleichzeitig mit dem Verstärker oder der Elektrik oder der elektronischen Orgel verbunden und werden zur gleichen Zeit angesprochen, also gleichzeitig. Wenn ein Ton auf der Orgel gespielt wird, wird der Lautsprecher unter dieser Pfeife erregt und die Luftsäule innerhalb dieser Pfeife in oszillierende Schwingungen versetzt. Wenn nun die Pfeife mit dieser Resonanzfrequenz übereinstimmt, so wird der Ton verstärkt. Da aber innerhalb eines angesprochenen Rohres alle harmonischen Frequenzen mitklingen, werden folglich auch diejenigen Pfeifen erregt, die sich harmonisch zu dem erklingenden Ton verhalten, weil alle Lautsprecher gleichzeitig erregt werden. Das bedeutet, daß das Rohr mit halber Länge (Oktave), das mit 1/3 Länge, das mit 1/4 Länge usw. ebenfalls mitklingt. Bei beispielsweise 36 Pfeifen oder Röhren werden somit 8 sich harmonisch zum Grundton verhaltenden Röhren mitangeregt, weshalb die Folge ein Klangbrei ist.

Deshalb wurde durch die DE-AS 10 73 838 vorgeschlagen, eine Wiedergabeeinrichtung für elektronische Musikinstrumente mit weitem Tonbereich, insbesondere für Orgeln, bei der zur Erzielung orgelähnlicher An- und Ausklingvorgänge mehrere bzw. zahlreiche im wesentlichen rohrförmige, auf unterschiedliche Tonfrequenzen abgestimmte und offen in die Außenluft mündende Lufträume oder Rohre mit Lautsprechern akustisch derart zu koppeln, daß die rohrförmigen Lufträume oder Rohre mit einem ihnen gemeinsamen Hohlraum ( Kopplungsraum) in offener Verbindung stehen und über diesen mit einem oder mehreren in den Hohlraum strahlenden Lautsprecher akustisch gekoppelt sind. Durch diese Anordnung wird aber die Erstehung eines Klangbreis nicht verhindert. Hier ist jeweils ein Lautsprecher für gleichzeitig mehrere Pfeifen vorhanden, weshalb niemals die exakte Einstimmung des entsprechenden Lautsprechers mit Resonanzfrequenz auf die Resonanzfrequenz einer Pfeife möglich ist. Auch hier sind alle Lautsprecher gleichzeitig in einem einzigen Gehäuse angeordnet und somit untereinander akustisch gekoppelt.

Um diese Nachteile zu beheben, wurde durch die DE-OS 29 14 688 vorgeschlagen, unter jeden Resonanzkörper, der eine Orgelpfeife mit offenem, unterem Ende ist, einen separaten Lautsprecher anzuordnen und somit jede Pfeife von der Nachbarpfeife akustisch zu trennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die zur Tonerzeugung und damit zur Schwingungserregung der Luftsäule innerhalb des Resonanzkörpers, insbesondere Orgelpfeife mit einer Grundschwingung von 16 Hz bis 200 Hz, eine um ein Vielfaches geringere Energie benötigt, als sie zum Anblasen z. B. einer klassischen Orgelpfeife des gleichen Tones notwendig ist, wobei klangrein der Ton des Resonanzkörpers erregt werden soll.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß das untere Ende des Resonanzkörpers mit einem Deckel verschlossen ist ( Gedecktpfeife) und am unteren Ende des Resonanzkörpers im Bereich des Deckels in der Seitenwandung des Resonanzkörpers zwei sich gegenüberliegende Aussparungen angeordnet sind, über denen je ein Lautsprecher befestigt ist, deren Schallabstrahlungsrichtungen ungefähr senkrecht zur Längsachse des Resonanzkörpers in denselben hinein gerichtet sind, wobei die beiden sich gegenüberliegenden Lautsprecher gleichphasig erregt gegensinnig schwingen.

Des weiteren kann in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein 32-Fuß-Register aufgebaut werden als Untersatz, Violone oder als Prinzipal.

Um besonders klangreine Töne zu erzeugen ist in vorteilhafter Weise für jeden Resonanzkörper ein separater elektrischer Verstärker zur Erregung der beiden Lautsprecher vorhanden.

Die Erfindung besitzt gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß nur mit der den Lautsprechern zugeführten sehr geringen Energiemenge große Luftsäulen innerhalb von großen Orgelpfeifen, insbesondere von solchen mit tiefer Grundfrequenz von 16 Hz bis 200 Hz, innerhalb der Resonanzfrequenz erregt werden können. Dadurch kann in höchst vorteilhafter Weise für derartige Orgelpfeifen die Erzeugung eines Luftstromes zur Schwingungserzeugung entfallen. Wird als Resonanzkörper des weiteren eine Orgelpfeife verwendet, so entfällt auch das Labium. Als Orgelpfeife kann einfach ein Rohr mit beliebigem Querschnitt, quadratisch, rechteckig, rund, dreieckig oder vieleckig, Verwendung finden. Die innerhalb dieses Resonanzkörpers durch die untere Deckelebene begrenzte Luftsäule wird durch die am unteren Ende im Bereich des Deckels befindlichen Lautsprecher in Schwingung versetzt. Die von dem Lautsprecher abgestrahlte Grundfrequenz eines Tonspektrums muß hier der Länge des Rohres (Wellenlänge) entsprechen, um Resonanz entstehen zu lassen. Dabei müssen jedoch die beiden Lautsprecher nicht exakt auf der Resonanzfrequenz des Resonanzkörpers schwingen, aber ihre Frequenz muß innerhalb des Resonanzbauches liegen.

In vorteilhafter Weise entspricht somit das Verhalten der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung eines Rohres oder einer Pfeife exakt dem Verhalten der Resonanzkörper von Zungenpfeifen und damit den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Gedecktpfeife im klassischen Orgelbau. Darüber hinaus kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Verwendung einer Pfeife oder eines Rohres bei entsprechender Frequenz des Lautsprechers in die harmonischen Teilresonanzen des Rohres einschwingen. Die Resonanzstärke der Grundfrequenz wie auch der Teiltöne ist abhängig von der Weitenmensur und der Form des Rohres.

In höchst vorteilhafter Weise kann nur mit einer sehr geringen Energieeinstrahlung der Lautsprecher eine sehr große Lautstärke aufgrund der Resonanzfrequenz des Rohres oder des Resonanzkörpers erzeugt werden. Bei zylindrischen oder rechteckigen Rohren treten dabei die Grundfrequenzen deutlich in den Vordergrund und können bis praktisch zur Unerträglichkeit gesteigert werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Tragfähigkeit eines Tonspektrums, die von der Amplitude der ersten Teiltöne abhängt, durch Lautstärkeveränderung der Lautsprecher willkürlich beeinflußt werden. Das Teiltonspektrum ist dadurch veränderbar, indem den Lautsprechern jedes beliebige Klangspektrum zugeführt werden kann. Wie bei der klassischen Orgelpfeife dominiert aber in jedem Fall die erste "Harmonische".

Von entscheidender Wichtigkeit ist, daß die beiden Lautsprecher seitlich ungefähr senkrecht zur Längsachse des Resonanzkörpers und somit ungefähr senkrecht zur schwingenden Luftsäule angeordnet sind. Denn es hat sich gezeigt, daß nur bei einer derartigen Anordnung Orgelpfeifen mit tiefer Grundfrequenz zwischen 16 Hz bis 200 Hz zur Schwingungserregung anzuregen sind. Beim Einschwingen wird in diesem Fall der unmittelbare Bereich zwischen den beiden Lautsprechern auf die Grundfrequenz erregt, wobei sich nunmehr die Schwingungserregung in den übrigen Resonanzkörper hinein fortsetzt und somit die gesamte Luftsäule zur Schwingung anregt. Offensichtlich können deshalb auf diese Weise Orgelpfeifen mit tiefer Resonanzfrequenz nur dann angeregt werden, wenn die beiden Lautsprecher unmittelbar zu Beginn des Einschwingungsvorganges nicht die gesamte Luftsäule sofort erregen müssen, sondern erst den unmittelbaren Bereich zwischen den beiden Lautsprechern.

In vorteilhafter Weise kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Bau eines Registers bewerkstelligt werden, indem die entsprechende Anzahl von Röhren oder Pfeifen jeweils mit den Lautsprechern gemäß der Erfindung versehen wird. Die Röhren oder Pfeifen werden dazu in ihrer Länge dem jeweiligen Ton entsprechend angepaßt, d. h. gestimmt. Bezüglich der Weiten-Mensur (Querschnitt) kann die Weitenmensur des klassischen Orgelbaus angewendet werden. Insbesondere aber dient die Erfindung zur Schwingungserregung von Orgelpfeifen mit tiefer Grundfrequenz von 16 Hz bis beispielsweise 200 Hz oder etwas darüber.

Daneben ist es auch möglich, eine sogenannte starre Querschnittsmensur zu verwenden, wobei in diesem Fall nur die Länge der Rohre verändert wird.

In vorteilhafter Weise kann deshalb die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ersetzung des 32- und des 16-Registers Verwendung finden. Es können mit der Erfindung derartige Register als Untersatz, Violone oder als Prinzipal aufgebaut werden.

Zur vollständigen akustischen und elektronischen Trennung der einzelnen Töne der verschiedenen Resonanzkörper voneinander ist es vorteilhaft, daß für jeden Resonanzkörper ein separater elektrischer Verstärker zur Erregung der beiden Lautsprecher vorhanden ist. Somit stehen die Resonanzkörper untereinander weder akustisch, noch elektrisch oder mechanisch in Verbindung. Dadurch ist die erzeugte Schwingung höchst klangrein. Die verwendeten Lautsprecher haben vorzugsweise nur einen kleinen Durchmesser entsprechend der gewählten Grundfrequenz.

Die Erfindung stellt einen Resonanzkörper zur Verfügung, der im klassischen Orgelbau eingesetzt wird anstelle der klassischen Orgelpfeifen mit tiefen Grundschwingungen, beispielsweise zwischen 16 Hz bis 200 Hz, der eine größere Tragfähigkeit besitzt als sie mit einer klassischen Orgelpfeife erreicht werden.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt die Figur einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Resonanzkörper.

Ein Resonanzkörper 1, der vorzugsweise aus Holz, Metall, Plastik oder dickwandig lackierter Pappe besteht, ist als zylindrisches oder kubisches Rohr ausgebildet, dessen oberes Ende 2 offen und dessen unteres Ende 3 mit einem Deckel 4 verschlossen ist. Im Bereich des unteren Endes 3 nahe des Deckels 4 befinden sich zwei sich gegenüberliegende Aussparungen 8, 9, die beispielsweise kreisrunde Löcher sind. Über diesen Aussparungen 8, 9 ist je ein Lautsprecher 5, 6 befestigt, der mit seiner Membranöffnung hin zur Aussparung gerichtet ist. Aufgrund der Anordnung der Aussparungen 8, 9 liegen sich somit die Lautsprecher 5, 6 ebenfalls gegenüber. Dabei sind die Lautsprecher 5, 6 vorzugsweise senkrecht oder ungefähr senkrecht zur Längsachse 7 des Resonanzkörpers 1 ausgerichtet, so daß auch die Schallabstrahlungsrichtungen der beiden Lautsprecher 5, 6 aufeinander zu und senkrecht oder ungefähr senkrecht zur Längsachse 7 des Resonanzkörpers 1 gerichtet sind. Beide Lautsprecher werden gleichphasig erregt und schwingen demzufolge, örtlich gesehen, gegensinnig.

Bein Einschwingvorgang wird dadurch nur der unmittelbar zwischen den beiden Lautsprechern liegende Luftbereich der Luftsäule innerhalb des Resonanzkörpers mit der Grundschwingung der Lautsprecher erregt, wobei sich diese Schwingungserregung im Rohr nach oben hin fortsetzt.

Auf diese Weise ist der Einschwingvorgang des gesamten Resonanzkörpers gewährleistet. Dabei hat sich gezeigt, daß zur Tonerzeugung eine Gedecktpfeife bevorzugt Verwendung findet.

Zum Aufbau eines Registers werden eine Mehrzahl derartiger Pfeifen verwendet, wobei jede Pfeife mit ihren beiden Lautsprechern einen eigenen elektrischen Verstärker zur Tonerzeugung besitzt. Auf diese Weise sind die Pfeifen eines Registers untereinander akustisch und elektrisch getrennt.

Es hat sich gezeigt, daß der Grundton der Lautsprecher nicht exakt der Resonanzfrequenz des Resonanzkörpers entsprechen muß, sondern nur in der Nähe zu liegen braucht, wobei jedoch der Grundton innerhalb des Resonanzbauches oder -spektrums liegen muß.

Des weiteren kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Schallabstrahlungsrichtung eines oder beider oder der mehreren Lautsprecher zur Längsachse des Resonanzkörpers geneigt sein, wobei darüber hinaus die Schallabstrahlungsrichtung der Lautsprecher gegenüber der Längsachse des Resonanzkörpers veränderbar sein kann. Dadurch kann - abhängig von den Maßen des Resonanzkörpers - dessen günstiges Einschwingverhalten leicht aufgesucht und auch sich wechselnden Bedingungen angepaßt werden. Vorzugsweise weist dabei der Winkel zwischen der Längsachse des Resonanzkörpers und Mittellängsachse des einzelnen Lautsprechers einen Betrag zwischen 90 Grad und 180 Grad auf, insbesondere zwischen 90 Grad und 135 Grad. Ebenso kann dadurch die Geschwindigkeit des Einschwingvorganges optimiert werden und ein unterschiedliches Einschwingverhalten der Lautsprecher untereinander ausgeglichen werden.

Die Mittellängsachse der Lautsprecher 5, 6 ist in der Zeichnung mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet, der Winkel zwischen der Mittellängsachse 10 und der Längsachse 7 des Resonanzkörpers 1 mit der Bezeichnung β. Ebenso kann der Winkel β kleiner als 90 Grad sein, wodurch die Rückwand 4 stärker in das Einschwingverhalten einbezogen wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Schwingungserzeugung der Luftsäule innerhalb eines Resonanzkörpers, insbesondere Orgelpfeife mit einer Grundschwingung von 16 Hz bis 200 Hz, wobei am unteren Ende des Resonanzkörpers ein Lautsprecher angeordnet ist, zur Erzeugung des Tones der Resonanzfrequenz des angespielten Resonanzkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (3) des Resonanzkörpers (1) mit einem Deckel (4) verschlossen ist (Gedecktpfeife) und am unteren Ende des Resonanzkörpers im Bereich des Deckels in der Seitenwandung des Resonanzkörpers zwei sich gegenüberliegende Aussparungen angeordnet sind, über denen je ein Lautsprecher (5, 6) befestigt ist, deren Schallabstrahlungsrichtungen ungefähr senkrecht zur Längsachse (7) des Resonanzkörpers in denselben hinein gerichtet sind, wobei die beiden sich gegenüberliegenden Lautsprecher gleichphasig erregt gegensinnig schwingen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit derselben ein 32-Fuß-Register aufgebaut ist als Untersatz, Violone und Prinzipal.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Resonanzkörper ein separater elektrischer Verstärker zur Erregung der beiden Lautsprecher vorhanden ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von 2 Lautsprechern 4 Lautsprecher am unteren Ende des Resonanzkörpers angeordnet sind, die sich jeweils paarweise gegenüberliegen oder die im äquidistanten Abständen verteilt am Umfang des Resonanzkörpers angeordnet sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallabstrahlung der Lautsprecher geneigt zur Längsachse des Resonanzkörpers ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallabstrahlungsrichtung der Lautsprecher gegenüber der Längsachse des Resonanzkörpers veränderbar ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com