Akustische Vorrichtung, insbesondere Aerophon

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Akustische Vorrichtung, insbesondere Aerophone mit einem Resonator, wobei der Resonator eine Wandung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung wenigstens in Teilabschnitten eine gedrallte Oberfläche, insbesondere eine Innenoberfläche umfasst.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine akustische Vorrichtung, insbesondere ein Aerophon, mit einem Resonator, der eine Wandung aufweist. Insbesondere betrifft die Anmeldung Blasinstrumente und deren Mundstücke bzw. Schafte. Aerophone, insbesondere Blasinstrumente wie beispielsweise Trompeten, Posaunen, Hörner, Oboen, Klarinetten sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. In ihrer ursprünglichen Ausführungsart waren Blasintrumente ventillos. Der besseren Spielbarkeit Willen hat man die Blasinstrumente später mit Ventilen versehen, beispielsweise mit Pump-, Dreh- oder Schubventilen. Nur beispielhaft seien hier ohne Beschränkung für ein Blasinstrument die AIDA-Trompete, für ein mehrventiliges Blasinstrument die Trompeten wie beispielsweise B- und ES-Trompeten sowie Konzert- und Kornett-Trompeten genannt. Die Bauart und Bauausführung derartiger Blasinstrumente sind in einer Vielzahl von Fachbüchern im Einzelnen beschrieben.

[0002] Ohne Beschränkung hierauf sind die nachfolgenden Fachbücher zitiert, deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird:

Bahnert, Herzog, Schramm "Metallblasinstrumente", F. Noetzel-Verlag (1958), ISBN B0000BG2EI; Herbert Heyde, "Trompeten, Posaunen, Tuben", Breitkopf & Härtel, ISBN 376510213X; Karl Nödl, "Metallblasinstrumentenbau", Verlag Musikinstrumente (1970), ISBN B0000BUQUX.

[0003] Bekannte Blasinstrumente, wie beispielsweise Trompeten, Posaunen, etc. weisen ein Mundstück, ein konisches Mundrohr und einen zylindrischen Stimmzug auf. Bei Instrumenten mit Ventilen mündet die Austrittsöffnungen in eine Ventileinrichtung.

[0004] Bei Blechblasinstrumenten nimmt das Mundstück die Schwingungen der Lippen auf, die für die Tonerzeugung entscheidend ist. Aufgrund der Schwingungen der Lippen wird im Instrument eine stehende Welle angeregt, die für die Tonerzeugung und die Tonhöhe verantwortlich ist.

[0005] Betreffend die Erzeugung von Tönen in Blasinstrumenten wird auf die Unterlagen zum Seminar "Akustik und Blechblasinstrumentenbau" gehalten von Freitag, 17.11. bis Sonntag 19.11.2000 an der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien Kapitel 5 "Akustik der Blechblasinstrumente", insbesondere Seiten 2 bis 24 verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieses Artikels wird vollumfänglich in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung miteinbezogen.

[0006] Wie in dieser Arbeit beschrieben, wird der Ton in einem Blasinstrument vom schwingenden Teil der von der Instrumentenaußenwand umschlossenen Luftsäule erzeugt.

[0007] In einem Blasinstrument ist diese stehende Welle für den Ton verantwortlich und nur ca. 10 % der eingebrachten Luft treten nach vorne zwangsweise zum Instrument aus.

[0008] Durch die im Instrument ausgebildete stehende Welle wird verhindert, dass die vom Bläser in das Instrument abgegebene Luft weitgehend vollständig abfließen kann. Der Bläser empfindet dies als Blaswiderstand. Der Blaswiderstand führt dazu, dass der Bläser nicht richtig ausatmen kann, was zur Atemnot und hohem Überdruck im Lungensystem führen kann.

[0009] Des Weiteren kann dies bei schlecht verarbeiteten Instrumenten zu enormen intonatorischen Problemen führen, die wiederum die Klanggüte des Instrumentes beeinflussen.

[0010] Blasinstrumente, die einen derartig hohen Blaswiderstand aufweisen, sind aus einer Vielzahl von Druckschriften bekannt geworden.

[0011] Nur beispielsweise werden hier die nachfolgenden Patentanmeldungen genannt:

DE-A-4425083

DE-A-19721870

DE-A-4006745

DE-A-3630346

US-B-2,232,608

[0012] Mundstücke für Blasinstrumente sind beispielsweise aus der DE 2232393, der DE-B-422795, der US-B-2,827,819 sowie der US-B-2,232,608 bekannt geworden. Das Mundstück gemäß der US 2,232,608 zeigt einen Kessel mit einer gestuften Innenwand. Auch die US-B-2,827,819 sowie die DE-B-422795 zeigen lediglich unterschiedliche Ausgestaltungen des Kessels eines Mundstückes.

[0013] Die DE 44 25 083 beschäftigt sich mit der Vermeidung von Kanten und Mensursprüngen. Die Vermeidung von solchen Störkonturen dient aber lediglich dazu, verfrühte Reflektionen zu vermeiden, die die stehende Welle stören oder diese sogar zum Zusammenbrechen bringen können, was zum Überschlagen des Tones führt.

[0014] Der Blaswiderstand wird aber durch die in der DE 44 25 083 beschriebenen Maßnahmen praktisch nicht beeinflusst.

[0015] Generell ist an den im Stand der Technik beschriebenen akustischen Vorrichtungen, insbesondere Aerophonen, insbesondere Blasinstrumenten also der hohe Blaswiderstand nachteilig.

[0016] Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Nachteile zu überwinden.

[0017] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass bei einer akustischen Vorrichtung, insbesondere einem Aerophon mit einem Resonator, der eine Wandung, insbesondere eine Innenwandung, aufweist, die Wandung, insbesondere die Innenwandung wenigstens in Teilabschnitten eine gedrallte Oberfläche aufweist.

[0018] Durch die gedrallte Oberfläche, insbesondere der Innenwandung, die auch als gedrallte Innenoberfläche des Resonators bezeichnet wird, wird abgegebene Luft in Rotation versetzt und fließt dadurch aufgrund der Sogwirkung aus dem Resonator besser ab. Der Blaswiderstand wird also stark vermindert.

[0019] In der vorliegenden Anmeldung wird unter einer gedrallten Oberfläche, insbesondere eine Oberfläche verstanden, die sich durch das Einbringen von Zügen und Feldern ergibt oder durch eine Lageänderung eines Vieleckes entlang einer Rotationsachse. Des Weiteren soll der Begriff gedrallte Oberflächen sämtliche von Gewehrläufen bekannte Konturen aus der Waffentechnik, insbesondere auch sogenannte Polygonzüge umfassen. Innenkonturen von Gewehrläufen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.

[0020] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die gedrallte Oberfläche eine gedrehte Oberfläche, so dass die Wandung eine spiralförmige Kontur aufweist. Die Kontur der Innenoberfläche eines Aerophones, die ähnlich der eines Gewehrlaufes ist, versetzt die Luft in Rotation und sorgt somit für eine Sogwirkung, die wiederum das Abfließen der zur Tonbildung notwendigen Luft vereinfacht. Wie zuvor beschrieben, ist die akustische Vorrichtung vorzugsweise ein Blasinstrument, ohne hierauf jedoch beschränkt zu sein. Die Erfindung kann beispielsweise auch bei einem Tieftonhorn eines Lautsprechers, bei dem ebenfalls ein Resonator angeregt wird, eingesetzt werden.

[0021] Ist die akustische Vorrichtung bevorzugt ein Blasinstrument, so kann die gedrallte Oberfläche an jeder Stelle der Innenwandung des Resonators des Blasinstruments vorgesehen sein. Weist der Resonator des Blasinstrumentes ein Mundstück und ein Mundrohr auf, so kann die gedrallte Oberfläche bevorzugt sowohl in das Mundstück wie auch das Mundrohr oder beide Bauteile eingebracht werden. Das Mundstück und/oder das Mundrohr weisen dann eine spiralförmige Innenkontur auf. Durch die spiralförmige Innenkontur wird wie oben beschrieben die in den Resonator eingeleitete, d. h. die vom Bläser abgegebene Luft in Rotation versetzt. Aufgrund der Sogwirkung fließt sie besser als bei herkömmlichen Blasinstrumenten, wie im Stand der Technik beschrieben, ab. Die abströmende Luft wird bei einer derartigen Innenkontur an der Wandung des Mundstücks und dann später an der Wandung der Rohre des Instrumentes entlang geführt. Eine Kollision mit der stehenden Welle, die im Blasinstrument bei der Tonerzeugung ausgebildet wird, wird weitgehend vermieden. Der Blaswiderstand wird somit deutlich verringert. Aufgrund der erfindungsgemäßen Luftführung kann ein lauterer und vollerer Ton aus dem Instrument austreten, insbesondere benötigt der Bläser eines Blasinstruments für die gleiche Lautstärke weniger Energie. Das Instrument ist somit leichter zu spielen, insbesondere aber auch flexibler.

[0022] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Innenwandung eines Blasinstrumentes ist das gleichmäßige Blasgefühl, das sich über die gesamte Bandbreite des akustischen Spektrums des Blasinstrumentes einstellt. Dies führt zu einer besseren Kontrollierbarkeit des Instrumentes. Somit kann sich der Musiker damit beschäftigen, sich technisch zu verbessern und die Fehler des Instrumentes auszugleichen.

[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Mundstück, das einen Kessel und einen Schaft aufweist, einteilig ausgeführt sein. Es ist aber auch möglich, dass das Mundstück zweiteilig aus einem Kessel und einem Schaft ausgeführt ist, wobei der Kessel auf den Schaft aufgeschraubt ist. Eine derartige Ausführungsform hat den Vorteil, dass der an den jeweiligen Bläser individuell angepasste Kessel nicht getauscht werden muss, sondern lediglich der Schaft. Erfindungsgemäß weist der Schaft eine gedrallte Oberfläche, insbesondere eine gedrallte Innenobefläche auf. Bevorzugt ist es, wenn die Innenbohrung des Schaftes eine spiralförmige Kontur aufweist.

[0024] Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden.

[0025] Es zeigen:

Figur 1

beispielhaft für ein Blasinstrument eine Trompete mit drei Ventilen gemäß dem Stand der Technik wie in der DE 4425083 gezeigt

Figur 2

ein Mundstück gemäß dem Stand der Technik für eine ES-Trompete

Figur 3

einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Mundstück, wie es anstelle des Mundstückes in Figur 2 eingesetzt werden kann

Figur 4

ein Schnitt entlang der Linie A-A des in Figur 3 gezeigten Mundstückes

Figur 5:

Impedanzmessung an einer Trompete mit Mundstück gemäß dem Stand der Technik und mit einem Mundstück gemäß der Erfindung

[0026] In Figur 1 ist eine ES-Trompete ohne Mundstück wie in der DE 4425083 gezeigt dargestellt. Diese ES-Trompete besteht aus einem Mundrohr 1, einem sich daran anschließenden Stimmzug 2, der mit seinem Ende in eine Einführungsöffnung eines Ventiles 4 mündet. Insgesamt weist die Trompete drei Ventile 4, 5 und 6 auf. Bei den eingesetzten Ventilen handelt es sich beispielsweise um Perinet-Ventile mit Spiraldruckwerken mit senkrechtem Stößel 12, 13, 14 mit tellerförmigen Betätigungselementen. Der Auslass des Ventiles 6 mündet in das Rohr 10 eines Schallstückes. Der durch das Instrument, das auch als Aerophon bezeichnet wird, erzeugte Schall wird über einen Schalltrichter 16 abgegeben.

[0027] In Figur 2 ist ein konventionelles Mundstück, wie es derzeit in einer ES-Trompete verwandt wird, gezeigt. Das in Figur 2 gezeigte Mundstück umfasst einen Kessel 23 mit einem Rand 33, sowie einem Schaft 22. Die Schaftbohrung ist mit Bezugsziffer 24 gekennzeichnet. Die Schaftbohrung 24 mündet in die Bohrung 29 des Mundrohres 1 beispielsweise der in Figur 1 dargestellten Trompete. Während in Figur 2 eineinteiliges Mundstück gezeigt ist, bei dem Kessel und Schaft eine Einheit ausbilden, ist es auch möglich, dass der Kessel auf den Schaft aufgeschraubt ist, also eine zweiteilige Ausführungsform vorliegt. Deutlich zu erkennen auch der konische Verlauf der Schaftbohrung 24.

[0028] In Figur 3 ist ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Mundstück 100 gezeigt. Das erfindungsgemäße Mundstück 100 ist ein Mundstück mit einem langen Schaft, wie in Figur 2 gezeigt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Auch kurze Mundstücke wie beispielsweise in der DE 44 25 083 dargestellt, sind möglich. Das in Figur 3 gezeigte Mundstück ist einteilig ausgeführt. Eine zweiteilige Ausführung mit auf den Schaft 122 aufgeschraubtem Kessel 123 ist ebenfalls möglich.

[0029] Das erfindungsgemäße Mundstück weist wie zuvor erwähnt einen Kessel 123 sowie einen Schaft 122 auf.

[0030] Erfindungsgemäß weist in vorliegender Ausführungsform der Schaft 122 des Mundstückes eine Innenbohrung, eine sogenannte Schafthinterbohrung 124 auf. Die Schafthinterbohrung ist, wie in Figur 3 gezeigt, konisch ausgebildet. Weist das Blasinstrument als Resonator ein konisches Rohr auf, wie beispielsweise der Resonator einer Trompete, der im Wesentlichen die Form eines Schalltrichters hat, so ist der konische Verlauf der Schafthinterbohrung 124 für die Einhaltung der Instrumentenmensur notwendig, um die Ausbreitung der stehenden Welle in dem konischen Rohr des Instrumentes zu gewährleisten.

[0031] Erfindungsgemäß weist die Schafthinterbohrung eine Wandung mit gedrallter Oberfläche auf, so dass sich eine spiralförmige Innenkontur der Schafthinterbohrung 124 ergibt. Eine solche gedrallte Oberfläche wird durch das Einbringen von Zügen und Feldern erreicht, die zum Beispiel durch Stoßen, Taumeldrehen oder Senkerodieren erzeugt werden können.

[0032] Das Stoßen ist eine zerspanende Bearbeitung des Werkstückes, hier beispielsweise der Schafthinterbohrung des Mundstückes. Diese zerspanende Bearbeitung kann mit Hilfe einer Stoßmaschine erfolgen, wobei der Stößel mit dem Werkzeug die Schnittbewegung ausführt und der Werkstücktisch mit dem Werkstück die Vorschub- und die Einstellbewegung. Betreffend Stoßmaschinen wird auf A. Böge, Vieweg Lexikon Technik, (1997), S. 412-413 verweisen.

[0033] Beim Taumeldrehen handelt es sich um ein Drehverfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken bei einer kreisförmig drehenden Schnittbewegung des Werkstückes und einer beliebig quer zur Schnittrichtung verlaufenden Vorschubbewegung des Werkzeuges. Die Drehwerkzeuge haben einen geometrisch bestimmten Schneidkeil. Beim Taumeldrehen handelt es sich um Mehrkantdrehen bzw. Schlagdrehen. Beim Mehrkantdrehen wird eine Drehmaschine mit angetriebenem Werkzeug eingesetzt. Betreffend die verschiedenen Drehverfahren wird wiederum auf Böge, Vieweg Lexikon Technik, S. 39-94 verwiesen.

[0034] Beim Senkerodieren handelt es sich um ein Verfahren der Metallbearbeitung, bei dem sich die Form einer Werkzeugelektrode in einem Werkstück abgebildet wird.

[0035] Diese genannten Bearbeitungsarten zur Erzeugen der gedrallten Oberfläche sollen lediglich als beispielhaft verstanden werden, keinesfalls als abschließend

[0036] Ein Schnitt durch Schaft 122 mit der Schafthinterbohrung 124 entlang der Linie B-B in Figur 3 ist in Figur 4 gezeigt.

[0037] Wie dem Schnitt B-B zu entnehmen ist, weist die Schafthinterbohrung 124 im Schnitt im gezeigten Beispiel die Innenkontur eines Vieleckes, hier eines Siebeneckes auf. Die Lage des Siebeneckes verändert sich entlang der Achse A-A der in Figur 3 gezeigten Schafthinterbohrung, so dass sich für die Schafthinterbohrung eine gedrallte Oberfläche ergibt. Generell sind auch andere Konfigurationen im Schnitt B-B denkbar, ohne dass von der Erfindung abgewichen wird. So kommt es zur Erreichung der Rotationsbewegung der Luft in der Bohrung darauf an, dass eine nicht parallel zur Achse A-A der Bohrung verlaufende Kontur, sondern eine rotativ verlaufende Kontur erzeugt wird, wie zuvor beschrieben.

[0038] Obwohl die Erfindung anhand eines Mundstückes für ein Blasinstrument näher erläutert wurde, ist sie hierauf nicht beschränkt.

[0039] Zur besseren Tongenerierung in Aerophonen, ist es möglich, innerhalb des Resonators des Aerophons an jeder Stelle eine derartig gedrallte Oberfläche, insbesondere Innenoberfläche vorzusehen. Beispielsweise wäre es möglich mit gleicher Wirkung, wie hier für das Mundstück beschrieben, auch das Mundrohr 1 einer Trompete wie in Figur 1 dargestellt, mit einer derartig gedrallten Oberfläche zumindest teilweise zu versehen oder aber Teile der Oberfläche des Stimmzuges 2 oder des Rohres, das in den Schaltrichter 16 der in Figur 1 dargestellten Trompete mündet.

[0040] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer gedrallten Oberfläche des Resonators eines Aerophons, insbesondere der spiralförmigen Innenkontur eines Mundstückes, Stimmzuges, oder Rohres für den Schalltrichter eines Blasinstrumentes, wird die vom Bläser in das Blasinstrument abgegebene Luft in Rotation versetzt. Hierdurch stellt sich eine Sogwirkung ein und die in das Blasinstrument abgegebene Luft kann besser als bei Blasinstrumenten gemäß dem Stand der Technik abströmen. Durch die Führung der abströmenden Luft an der Wandung des Blasinstrumentes wird erreicht, dass die abströmende Luft nicht mehr mit der stehenden Welle im Instrument kollidiert und so der Blaswiderstand deutlich verringert wird. Der Bläser benötigt dann um dieselbe Lautstärke bei herkömmlichen Blasinstrumenten zu erzielen weniger Energie. Der Bläser wird somit leistungsfähiger und flexibler. Des weiteren hat diese Sogwirkung zur Folge, dass der verstärkte Luftaustritt zum Schallstück hinaus mehr Klang mitreißt und der Klang somit lauter und voluminöser wirkt. Akustische Messungen mit dem BIAS (Blas-Instrumente-Analyse-System) haben ergeben, dass die Impedanz eines erfindungsgemäßen Mundstückes die eines herkömmlichen Mundstückes um mehr als das Doppelte überschreitet.

[0041] Betreffend das BIAS wird auf die Internetseite "Produkte" des Institutes für Wiener Klangstil mit der Internetadresse http://iwk.mdw.ac.at verwiesen. Der Inhalt dieser Seiten betreffend das BIAS wird voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.

[0042] Das BIAS ist ein Hardware- und ein Software-System zur Diagnose von Blechblasinstrumenten. Das Instrument wird mit dem Mundstück über dem Messkopf mit dem Computer verbunden. Zwei Sekunden lang wird das Instrument mit allen relevanten Frequenzen angeregt. Ein Spezialmikrofon misst in der Lippenebene im Mundstück die Reaktion des Instrumentes. Das Resultat ist eine komplexe Eingangs-Impedanzkurve. Diese Eingangs-Impedanzkurve gibt objektiv und ohne Zutun des Musikers die akustischen Eigenschaften des Instrumentes zur Gänze wider.

[0043] In Figur 5 wird das Impedanzspektrum für ein herkömmliches Mundstück (Bezugsziffer 200) einer Trompete sowie eines erfindungsgemäßen Mundstückes und das mit der Bezugsziffer 210 bezeichnet ist, gezeigt. Beide Mundstücke können beispielsweise durch Tausch auf derselben Trompete verwandt werden. Wie aus dem Impedanzspektrum unzweifelhaft hervorgeht, überschreitet die Impedanz eines erfindungsgemäßen Mundstückes die eines Mundstückes gemäß dem Stand der Technik (Bezugsziffer 200) um mehr als das Doppelte.

[0044] Wie zuvor ausgeführt, ist es unerheblich an welcher Stelle der Wandung des Blasinstrumentes die gedrallte Oberfläche vorgesehen ist. Entscheidend ist lediglich, dass durch eine derartige Ausbildung der Wandung die Luft in Rotation versetzt wird. Mit der Erfindung wird somit erstmals ein Aerophon, insbesondere ein Blasinstrument angegeben, das sich durch einen sehr niedrigen Blaswiderstand auszeichnet. Dies führt im Speziellen zu einer besseren Beherrschbarkeit des Instrumentes und damit zu einer merklichen Verbesserung der bläserischen Qualität. Ein weiterer Effekt ist das für den Bläser angenehme und gleichbleibende Blasgefühl, was sich positiv auf das Wohlbefinden des Bläsers und den durch ihn erzeugten Klang auswirkt.

Ansprüche

1. Akustische Vorrichtung, insbesondere Aerophone mit einem Resonator, wobei der Resonator eine Wandung aufweist, insbesondere eine Innenwandung dadurch gekennzeichnet, dass
die Wandung, insbesondere die Innenwandung wenigstens in Teilabschnitten eine gedrallte Oberfläche umfasst.

2. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gedrallte Oberfläche eine gedrehte Oberfläche ist, wobei die Wandung eine spiralförmige Kontur aufweist.

3. Akustische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass
die akustische Vorrichtung ein Blasinstrument ist, wobei der Resonsator des Blasinstruments wenigstens ein Mundstück und ein Mundrohr aufweist.

4. Akustische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück und/oder das Mundrohr wenigstens teilweise eine gedrallte Oberfläche aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gedrallte Oberfläche eine gedrehte Oberfläche ist, wobei das Mundstück und/oder das Mundrohr eine spiralförmige Innenkontur aufweist.

6. Schaft für ein Mundstück eines Blasinstrumentes, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Schaft eine Innenbohrung aufweist, wobei die Innenbohrung wenigstens abschnittsweise eine gedrallte Innenkontur aufweist.

7. Schaft nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die gedrallte Innenkontur spiralförmig verläuft.

8. Schaft nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung konisch verläuft.

9. Mundstück für ein Blechblasinstrument mit einem Kessel und einem Schaft gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8.

10. Mundstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
das Mundstück einteilig ausgebildet ist.

11. Mundstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
das Mundstück zweiteilig ausgebildet ist.

12. Mundstück nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
das zweiteilige Mundstück aus dem Kessel und dem Schaft besteht und
dass der Kessel ein Innengewinde und der Schaft ein Außengewinde besitzt, so dass der Kessel auf dem Schaft aufgeschraubt werden kann.

Zeichnung