Kienle谐振器系统(也称为Kienle管风琴音响系统)自1970年以来由Ewald Kienle开发,解决了电子管风琴的扩音问题。
电子管风琴扩音问题
扩音器经常扰乱教堂的整体审美印象,因为由于声学原因,它们只能被隐藏或覆盖得不够。更重要的是,扬声器无法再现管风琴的真实的特别的声音特性。
此外,对于较高的音调,由于扬声器在较高的频率上变得更具指向性,因此只能在非常有限的频率下实现管风琴的圆形声音发射特性。
因此,在某些情况下,几个扬声器相邻放置在一个(半)圆圈中,以获得更均匀的发射度。另一种可能性是安装扬声器时使振膜朝上和朝下,并使用固定在扬声器上下的圆锥体(所谓的圆形发射器)将声音从扬声器中转移出去。尽管均匀发射度的区域在水平面上扩展,但如果观众相对于发射装置坐在不同的高度上,均匀的声音分布问题还不能得到满意的解决。
功能
管风琴音管和Kienle管风琴扩音系统中振动气柱的示意图(黑色箭头:气流;红色:管内振荡分布和通过开口的声音发射)
Ewald Kienle通过使用管风琴音管的共振体来获得声音发射度,同时避免了管风琴音管中气流激励的常见复杂性,从而找到了解决发射率问题的方法。相反,共振体中的气柱由扬声器激励,这种方法自20世纪中叶开始用于扬声器箱设计。
图中显示了管风琴音管和Kienle管风琴扩音系统的发声过程。要启动音管,必须首先产生足够数量的所需气流(黑色箭头),并通过管脚从下方供应。气流通过风道流向上唇,在那里空气漩涡相互替代,在内外交替。这个过程刺激管内的气柱,它开始振荡。
图中红色曲线显示了在管内产生的声波基音的分布示例。节点位于曲线交点的高度处,反节点出现在靠近开口处发出声音的主体部分。气柱的振荡和谐振器系统的声发射率与传统管风琴的振动方式相同。然而,音管中的气柱由安装在谐振器下端的小扬声器激励,扬声器通过振膜的往复运动提供激励气流。
技术优势
通过去除气流激励,具有管风琴特性的扩音系统的技术大大简化。省去了在传统的管风琴中产生和控制气流的所有部件,从而减少了安装和维护工作量。不会出现由于流动困难或不可控现象而导致的音质问题。此外,扬声器可以通过简单而精确的电气方式进行控制。
这允许在谐振器中对主音和单个泛音进行可控的刺激。因此,可以用相对较少的谐振器来再现大量管风琴的声音,从而大大减少了所需的发射元件总数,也不会造成任何明显的音质损失。在较大的管风琴中,有时甚至需要超过10000根风琴管,而Kienle管风琴扩音系统需要的谐振器要少得多。根据制造商提供的信息,第比利斯目前最大的Kienle管风琴扩音系统仅由约600个谐振器组成。但如果出于美观和或财务原因而要求安装,则可以安装一半数量的谐振器。根据设计,Kienle管风琴扩音系统可以相对容易地运输。在难以或不适当地在受保护的历史建筑中永久安装设施的情况下,这是一个优势。
技术设计
Kienle管风琴扩音系统既可以制造成圆形横截面的简单管(没有音唇),也可以制造成传统的管风琴作为“管道谐振器”(有音唇,但没有核心)。大多数情况下,低频(64hz以下)的关键音谐振器和高频(500hz以上)的谐振器都是不带唇形的。在这种情况下,不是每个谐振器都必须由它自己的扬声器激励。在极低频下工作的管直径约为120mm的谐振器通常通过一个或两个低音扬声器同时激励5到10个谐振器的所谓集体激励来激活。在高频情况下,管直径仅为5-25 mm的几个谐振器只能放置在一个扬声器的上方。
代替锡管风琴音管的是由锌或铝和非金属材料(如丙烯酸玻璃或PVC涂层)制成的Kienle管风琴扩音系统音管。除了视觉、美学和财务方面的原因外,还考虑了不同材料对声音产生的影响,因为声音的产生也取决于管壁的振动,尽管这种影响很小。
Kienle谐振器系统受到生产公司的专利保护。第一项专利(DE000002924473C2)于1979年申请,目前的最后一项专利(DE102012109002B4)于2017年授予。