De innovatieve muzikant en ingenieur Joseph Katzenberger geeft het ontwerp van akoestische gitaren een nieuwe invulling met Cimatron.
Al decennia lang staan akoestische gitaristen voor de uitdaging om een groter volume en een betere projectie te bereiken zonder in te boeten aan klankkwaliteit.
Terwijl elektrische gitaren zich dankzij versterkingstechnologie snel hebben ontwikkeld, is de traditionele akoestische gitaar grotendeels onveranderd gebleven. Hoewel de akoestische gitaar wordt gewaardeerd om zijn natuurlijke klank, wordt hij vanwege zijn inherente ontwerp al lang overstemd door andere, krachtigere instrumenten.
Voor Joseph Katzenberger – ingenieur, specialist in productontwikkeling en uitvinder – werd die uitdaging de inspiratiebron voor een nieuwe benadering van het ontwerp van de akoestische gitaar.
„Het begon allemaal met een simpele vraag”, aldus Katzenberger, eigenaar van Katzenberger Engineering and Innovations, oftewel KEI. „Hoe kan ik de akoestische gitaar meer kracht geven zonder afbreuk te doen aan de prachtige klank?”
Die vraag leidde uiteindelijk tot de uitvinding van Katzenbergers gepatenteerde ‘Folded Horn Acoustic Guitar’, een instrument waarin de technologie van akoestische golfgeleiders en gevouwen hoorns – die vaak wordt aangetroffen in hoogwaardige luidsprekersystemen – is toegepast op het ontwerp van de gitaar.
Waar muziek en techniek samenkomen
Katzenberger, ingenieur van beroep en uit passie al zijn hele leven amateurmuzikant, heeft jarenlang nagedacht over hoe technologie de ervaring met de akoestische gitaar zou kunnen verbeteren.
„Techniek was mijn fulltime baan, maar ik heb altijd al op de een of andere manier muziek en techniek willen combineren om de gitaar te verbeteren,” aldus Katzenberger, senior projectingenieur bij Regal Mold in Elkhart, Indiana.
Het concept voor de gitaar kwam voort uit het besef dat luidsprekerfabrikanten al lang gevouwen hoorns en akoestische golfgeleiders gebruikten om geluid efficiënt te projecteren en de basweergave te verbeteren, maar dat soortgelijke principes nog nooit echt waren toegepast op akoestische gitaren.
„Akoestische gitaren hebben al sinds hun uitvinding te weinig vermogen“, aldus Katzenberger. „Het doel was om ze luider te maken met behoud van de klassieke klank.“
Zijn uiteindelijke ontwerp integreert interne gevouwen hoorns, die ongeveer vijf voet lang zijn wanneer ze worden uitgevouwen, direct in de gitaarbody. De interne kanalen helpen het geluid efficiënter te projecteren met full-range luidsprekers, terwijl de klankwarmte en de basweergave worden verrijkt.
VAN VISIE NAAR REALITEIT
Hoe geïntegreerde CAD/CAM hielp om een onconventioneel concept voor een akoestische gitaar om te zetten in een CNC-gefreesd prototype
Om het concept van de Folded Horn-akoestische gitaar om te zetten in een produceerbaar product waren geavanceerde CAD/CAM-technologie en uitgebreide ontwerpiteraties nodig. Katzenberger gebruikte Cimatron bij Regal Mold om de gitaarprototypes te ontwerpen en te vervaardigen, waarbij hij gebruikmaakte van de geïntegreerde CAD/CAM-software en de CNC-bewerkingsmogelijkheden van het bedrijf.
„Het eerste wat ik deed, was het ontwerp in Cimatron maken“, aldus Katzenberger. „Ik heb het waarschijnlijk wel tien keer herontworpen.“ De geïntegreerde workflow van de software bleek bijzonder waardevol tijdens de ontwikkeling van het prototype.
“Ik kon het ontwerp rechtstreeks vanuit CAD naar de programmering overbrengen en vervolgens direct naar de CNC-machine, met behulp van dezelfde Cimatron-bestanden,” zei Katzenberger. “Dat is echt een groot voordeel.”
De gitaarbody zelf vormde een unieke uitdaging voor de bewerking. Elk prototype werd gefreesd uit een massief blok hard esdoorn van ongeveer zes inch dik, 18 inch breed en 24 inch lang.
„Ik wist niet of het in één stuk uit de CNC-machine zou komen, omdat dit nog nooit eerder was gedaan”, zei hij. De interne geometrie van de gevouwen hoorn bestond uit hoge, dunwandige structuren die zorgvuldige bewerkingsstrategieën vereisten om de structurele integriteit tijdens het hele snijproces te behouden. Omdat het uit hout werd gefreesd in plaats van uit de gebruikelijke metalen, moesten ook de parameters van de bewerking zorgvuldig worden aangepast.
“De snelheden en voedingssnelheden waren cruciaal,” zei Katzenberger. “Je kunt geen koelvloeistof gebruiken op hout, en je moet ervoor zorgen dat de spanen goed worden afgevoerd.” Ondanks de complexiteit verliep het bewerkingsproces van het prototype succesvol. “Het werkte prachtig,” zei hij.
Traditioneel vakmanschap
Hoewel CAD/CAM-technologie het ontwerp produceerbaar maakte, bleef traditioneel instrumentenvakmanschap even belangrijk. Katzenberger koos hard esdoorn voor de gitaarbody vanwege de sterkte en stabiliteit, terwijl sparrenhout werd gekozen voor het klankbord vanwege de aloude reputatie ervan in hoogwaardige snaarinstrumenten.
„Vurenhout wordt beschouwd als een van de beste klankbordhoutsoorten ter wereld voor snaarinstrumenten“, legde hij uit. „Viool, cello, gitaar – bij veel instrumenten wordt een vurenhouten bovenblad gebruikt omdat de nerfstructuur het geluid buitengewoon goed doorgeeft.“ Het resultaat is een instrument dat technische precisie combineert met traditioneel akoestisch karakter.
Hout is prachtig, zorgt ervoor dat het instrument geweldig klinkt en heeft een ziel. Ik wil de beste eigenschappen van traditionele instrumenten behouden en verbeteren, niet weggooien.”
Het ‘onmogelijke’ herdefiniëren
Vandaag de dag blijft Katzenberger zijn concept verfijnen en zoekt hij naar mogelijkheden om de technologie op grotere schaal te produceren.
De akoestische gitaar met gevouwen klankbuis heeft al veel belangstelling gewekt bij muzikanten, audioliefhebbers en fabrikanten die geïntrigeerd zijn door het onconventionele ontwerp en de krachtige klank.
„Mensen hebben nog nooit zoiets gezien, en de reacties zijn overweldigend positief“, aldus Katzenberger. Voor Katzenberger weerspiegelt de uitvinding een bredere filosofie waarin technische creativiteit wordt gecombineerd met praktische probleemoplossing.
„Als ingenieur en innovator is het mijn drijfveer om ontwerpoplossingen te vinden voor complexe problemen“, zei hij. „Deze octrooien belichamen dat streven naar voortdurende verbetering.“
Door CAD/CAM-technologie te combineren met principes uit de akoestische techniek heeft Katzenberger aangetoond hoe digitale productiegereedschappen kunnen helpen om ambitieuze ideeën om te zetten in werkende realiteit.
De twee octrooien die betrekking hebben op dit product zijn Amerikaans octrooi nr. 10.777.172 en Amerikaans octrooi nr. 12.094.438. Beide zijn gebruiksmodeloctrooien met een looptijd van (20) jaar.
Meer informatie en een YouTube-video zijn te vinden op katzenberger-engineering.com