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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY.
4,rue Boudewyns "PERFECTIONNEMENTS AUX INSTRUMENTS ELECTRIQUES DE MUSIQUE" .
La présente invention se rapporte à des instrumenta électriques de musique et plus particulièrement à des appareils dans lesquels des oscillations électriques de relativement haute fréquence sont produites puis utilisées d'une façon convenable suivant le morceau à jouer et enfin appliquées sur des disposi- tifs translateurs d'énergie électrique en énergie acoustique.
Un objet de la présente invention est de fournir des moyens permettant de réduire le nombre d'appareils ou de circuits ou de portions de circuits nécessaires pour pour produire des sons d'une richesse en harmoniques donnée.
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Suivant une des caractéristiques de l'invention, un instrument électrique de musique comprend une pluralité d'oscillateurs électriques, par exemple, stabilisés par des quartz, les dits oscillateurs étant adaptés pour être successivement ou simultanément associés co-opérativement avec une plura- lité de détecteurs dont les débits sont utilisés pour contrôler un seul ou plusieurs reproducteurs de son tels que les haut-parleurs.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le débit de la dite pluralité de détecteurs peut être contrôlé au moyen d'impédances convenables, par exemple, des résistances variables, les circuits de sortie des dits détec- teurs étant connectés soit directement, soit à travers un amplificateur commun à un ou plusieurs dispositifs translateurs d'énergie électrique en énergie acoustique.
Suivant une autre caractéristique de l'invention dans un instrument de musique électrique du type mentionné dans lequel une pluralité de détecteurs est prévue , un pour les fréquences fondamentales et un pour chacun des harmoni- ques successifs des dites fréquences fondamentales, les dits détecteurs sont munis de dispositifs potentiométriques à prises fixes ou réglables, les dites prises étant connectées à des clés qui peuvent être déplacées lorsque l'on désire produire des sons analogues à ceux d'un instrument de musique déterminé, par exemple, de la flûte, du trombone, du hautbois ou dans le cas des orgues , un quelconque des jeux habituels caractéristiques de l'instrument.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante basée sur les dessins ci-joints, dans lesquels :
La Figure 1 représente schématiquement un instrument électrique de musique utilisant des caractéristiques de l'invention.
Les Figures 2 et 5 représentent en détails une partie des circuits électriques de l'appareil.
La Figure 4 représente Schématiquement les éléments d'un orgue élec- trique utilisant des caractéristiques de l'invention.
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Le principe général de l'appareil montré schématiquement dans la Figure 1 est le suivant :
Un oscillateur à lampes très stable de fréquence fo oscille en permanence. D'autres oscillateurs également stables différant de la fréquence f0 d'une fréquence musicale F peuvent être mis en état d'oscillation lorsqu'on ferme un contact commandé par la touche d'un clavier correspondant à la note de fréquence F.
En faisant réagir ces deux oscillateurs sur une lampe détectrice on fait apparaître après détection une fréquence de battements égale à f + F - f soit F. On pourra par exemple employer comme oscillateur stable un oscillateur à triodes, un oscillateur à résistance négative, du type bigrille par exemple.
De préférence on emploiera un oscillateur contrôlé par un cristal piézo-électrique ou un oscillateur stabilisé par une pièce de métal soumise à la magnétostriction.
On peut choisir des oscillateurs stables, de fréquence principale f et f + F, riches en harmoniques de haute fréquence. De tels oscillateurs émettent donc simultanément les fréquences : f1 ; 2f1 ; 3f1 ; .... nf et (f + F) ; 2 (f + F) ; 3(f + F) ; n (f + F)
Si donc on règle des circuits récepteurs détecteurs accordée,, le premier sur la fréquence f, le 2ème sur la fréquence 2f... etc.... le nième Sur la fréquence nf, chacun des détecteurs donnera un courant de basse fréquence qui sera soit f + F - f = F
2 (f + F) - 2f = 2 F n (f + F) - nf = nF par conséquent un harmonique de la fréquence principale.
En amplifiant simultanément toutes ces basses fréquences dans un amplificateur de basse fréquence on aura une oscillation très riche en harmoni- ques de basse fréquence. On peut alors facilement faire varier considérablement le timbre d'une note quelconque.
En dosant l'amplitude relative des courants donnés par les lampes détectrices qui correspondent à chaque harmonique., on pourra réussir créer
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un timbre donné ; ce résultat peut être obtenu par exemple par l'adjonction de réai.tances shuntant les primaires ou les secondaires des transformateurs basse fréquence reliés aux lampes détectrices.
L'invention se rapporte donc à l'emploi d'oscillateurs électri- ques de hautes fréquences ce qui permet pour chaque timbre dû aux combinaisons de ces fréquences, une homogénéité complète du bas en haut de la gamme, résultat impossible à obtenir quand on emploie directement des oscillateurs à fréquences acoustiques.
Dans ces conditions toute la technique de la transmission, ou des amplificateurs et des haut-parleurs , est applicable au but poursuivi par l'invention. En outre le nombre d'organes oscillants autonomes est restreint .
Il n'en faut pas plus que de notes sur le clavier, alors que dans un orgue il en faut autant que le nombre du clavier multiplié par le nombre de jeux.
A titre d'exemple la Figure 1 représente une partie des circuits d'un instrument perfectionné de musique électrique.
Le montage comporte une lampe M destinée à entretenir en permanence des oscillations d'un cristal Q1 de fréquence f et n lampes ,1, 2, 5, 4.... n qui entretiennent les oscillations des quartz Q1,Q2, Q3 etc.., dont les fréquences différent de f d'une quantité correspondant aux fréquences des diverses notes de la gamme.
Chaque touche du clavier ferme un interrupteur tel que I1, I2,I3, I4. Lorsque l'un de ces interrupteurs est fermé, il détermine les oscillations du cristal correspondant.
Le courant plaque de la lampe M passe dans des selfs L1, L2, L3, etc.... qui sont couplées avec des circuits récepteurs C1,C2, C3.
Les courants plaques des lampes 1, 2, 5, 4 passent dans des selfs K1, K2, K3, qui sont aussi couplées aux circuits C1, C2, C3.
Ces circuits sont accordés ,le premier sur la fréquence F1, le 2ème sur la fréquence 2f , le Semé sur la fréquence 5f etc.... et reliés entre filament et grille d'une manière telle que la lampe A par exemple , soit détectrice. Le circuit plaque de chacune des lampes A, B et C est relié au
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primaire P1, P2 , P3 de transformateurs basse fréquence. Les secondaires S1, S2,S3, sont reliés en série et connectés aux bornes d'entrée d'un amplificateur basse fréquence BF dont le circuit de débit est associé à un ou plusieurs haut-parleurs L.S.
Les résistances R1,R2 , R3,qui shuntent ces secondaires ont des valeurs particulières pour chaque timbre, et peuvent être mises en circuit au moyen d'une clé spéciale.
Le fonctionnement de l'installation est alors le suivant :
Lorsque l'on ferme la clé Il par exemple, 1'oscillateur 1 comprenant le quartz Q1,entre en oscillation, le courant plaque de l'oscillateur 1 bat dans les circuits C1, C2,C3 et K1,K2, K3 avec les oscillations fournies par l'oscillateur M. Ces oscillations sont appliquées aux détecteurs A, B et 0 qui permettent, par les résistances réglables R1,R2, R3, de doser le nombre et le pourcentage d'harmoniques appliqués à l'amplificateur BF et par suite aux haut-parleurs L. S.
La Figure 2 représente schématiquement un dispositif doseur d'harmoni ques qui peut être utilisé en combinaison avec l'arrangement de la Figure 1.
Dans cette figure, les générateurs d'harmoniques A, B etc.... sont pourvus dans leurs circuits de débit de potentiomètres pa, pb, etc.... Pour obtenir un son correspondant à un instrument donné , au cor anglais, par exemple, il est néces- saire que chaque note fondamentale soit accompagnée de certains harmoniques et ce dans un pourcentage en amplitude donné, ce pourcentage ainsi que le rang des harmoniques nécessaires peuvent, par exemple, être déterminés par une analyse du son produit par un des meilleurs cors anglais connus . Ce résultat étant obtenu, on règle les prises fixes sur les potentiomètres pa ,pb, et si néces- saire sur d'autres potentiomètres non figurés , suivant les pourcentages obtenus par l'analyse pour chaque note du cor anglais.
Lorsque l'on désire produire des sons correspondants aux sons du cor anglais , on actionne la clé K, Figure 2, portant par exemple l'indication "cor anglais" . Cette clé k commande, par une série de contacts tels que ceux marqués 1, 2, 3, 4, les prises fixes en ques- tion et met en circuit la partie nécessaire du potentiomètre pa , par exemple.
Le débit de ces prises est appliqué à l'amplificateur BF et de là aux dispositifs
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translateurs L S d'énergie électrique en énergie acoustique.
Cette disposition a de très grands avantages pratiques ; elle permet en particulier de produire simplement des sons exactement correspondants à ceux des meilleurs instruments connus, et d'autre part, économiquement, elle réduit de beaucoup le prix des appareils. En effet, on sait que le prix des orgues ordinaires est approximativement proportionnel à A + B X, dans laquelle A et B sont des constantes et X le nombre de registres. Dans le cas présent, le nombre de registres est obtenu par des prises fixes sur les potentiomètres et n'exige pas de dépenses supplémentaires notables, en conséquence, le prix de l'appareil n'augmente pas sensiblement suivant le nombre de registres.
On remarquera que la présence d'oscillateurs à haute fréquence permet si on le désire, d'obtenir un timbre uniforme d'un bout à l'autre d'une gamme très étendue et donne aussi des timbres d'une grande richesse.
On remarquera aussi que l'on peut avoir un groupe de potentiomètres tel que ceux sus-mentionnés pour chaque clavier de l'appareil.
Un autre avantage de l'appareil est que dans un exemple pratique on n'avait que 60 oscillateurs à accorder, tandis que dans un grand orgue équi- valent on aurait eu environ 10.000 organes à accorder.
Il est aussi possible de produire des "notes percutées" en se servant des interrupteurs dommandés par les touches du clavier pour charger et décharger des condensateurs , des résistances étant alors placées dans le circuit plaque des lampe. oscillatrices.
Il est possible avec l'instrument décrit d'obtenir des variations progressives de timbre. On a supposé dans ce qui précède que les résistances potentiomètriques pa, pb. Figure 2, étaient fixes, mais on peut pendant le jeu faire varier ces résistances progressivement , d'où production d'un effet nouveau.
Dans ce but, les interrupteurs tels que I1,Figure 1, peuvent être à contact genre microphonique, c'est-à-dire que le courant traversant 1'interrupteur est d'autant plus grand que la pression appliquée au contact est plus grande.
On peut aussi très facilement employer des claviers transpositeurs, les contacts Il I2, I3, Figure 1, se déplacent dans ce but sur des résistance! variables ; le déplacement d'un intervalle entre deux touches peut être arrangé pour donner un demi-ton.
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Il est aussi possible d'employer pour fermer les contacte Il ,I2, I3, des bandes perforées comme en télégraphie ou comme dans les instrumente de musique à bandes perforées.
Plusieurs haut-parleurs peuvent être utilisés simultanément , ce qui permet de tirer les meilleurs résultats de l'acoustique d'une salle donnée en plaçant les haut parleurs convenablement,
Il est aussi possible de disposer les appareils de façon à obtenir des effets d'écho ou de réverbération ou de relief acoustique plus ou moins accentués.
Il est encore possible de faire varier la position des sources sonores apparentes en utilisant différents jeux de contacts pour mettre en action alternativement différents haut parleurs.
Au lieu de régler l'amplitude des divers harmoniques par des réais- tances agissant sur les transformateurs basse fréquenoe, il serait possible d'obtenir le même résultat en désaccordant de façon convenable les circuits oscillateurs.
Il est possible au moyen de très légères modifications des circuits montrés, de changer les timbres et d'avoir plusieurs timbres à la fois sur chaque clavier. Ceci peut être obtenu en fractionnant le secondaire des transformateurs basse fréquence S1,S2, S3,Figure 1, et en connectant chaque fraction à une résistance correspondant à un timbre donné.
On peut alors rendre opérative la fraction du secondaire désiré en la shuntant par une résistance convenable. Le dispositif se prête également à l'obtention de "l'expression individuelle^ en prévoyant pour les contacts tels que Il I2,I3, Figure 1, des impédances variables par exemple des capacités variables ou des résistances variables. Un clavier spécial peut être prévu cet effet.
L'appareil décrit permet d'obtenir des effets nouveaux, soit : a) un timbre constant c'est-à-dire ayant la même composition centé- simale en harmoniques que celui d'une note quelconque d'un instrument de musique donné. b) possibilité de créer très aisément sur un appareil produisant déjà tous les timbres des diverses notes d'instruments usuels des timbres -le-
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entièrement nouveaux sans complication de l'appareil puisque ces timbres sont obtenus par des prises particulières sur des potentiomètres qui doivent de toute façon être prévus.
Parmi les avantages techniques on remarquera que pour un appareil ayant 5 octaves, il est possible d'avoir un seul jeu d'oscillateurs qui dans ce cas est de 60, soit 5 x 12 = 60.
Chaque oscillateur peut être commandé par l'un quelconque d'une série de claviers, chacun de ceux-ci fournissant des timbres particuliers.
Un autre avantage est que l'appareil par son principe même évite les battements entre les mêmes notes sur des claviers différents ou sur le même clavier entre des jeux différents.
La Figure 5 représente les schémas de lignes permettant pour un tim- bre donné de réaliser l'appel individuel ou simultané de jeux de hauteur différen- te sur la même note d'un clavier. Les contacts 1, 2, 5, 4 sont commandés par la touche du la3 du premier clavier, les contacts 5, 6, 7, 8 sont commandés par des interrupteurs faisant partie des clés appelant les jeux.
Supposons qu'on veuille jouer le la;3 sur le jeu (flûte de 8). On aura fermé la clef flûte de 8 ce qui aura pour effet de fermer le contact 7 qui com- mande tous les contacts N 5 de toutes les touches du clavier 1 dont une seule est figurée. On appuiera ensuite sur la touche, ce qui fermera l'interrupteur 5.
On voit que, si les claviers ne sont pas accouplés, les contacts A et C étant ouverts et le contact B fermé le courant passera dans la lampe F qui fait oscille! le cristal correspondant à 455 périodes, à ce moment cette lampe sera alimentée par la source de 80 volts N 1 et le courant de haute fréquence passera dans la self a qui est couplée aux détectrices du clavier 1. Le cristal de 435 oscillera seul et on entendra seulement le la,3 du jeu (flûte de 8). Supposons qu'on veuille sur la même touche jouer le la de la flûte 52, c'est-à-dire le la de la gamme, il suffira d'ouvrir l'interrupteur N 7 et de fermer l'interrupteur N 5 ce qui se fera par la commande de la clef désignée (flûte de 32), à ce moment lorsqu'on jouera la même touche du clavier, c'est le contact 1 qui servira et qui fera osciller le cristal de 108,75 donnant le la1.
Si on veut que la même touche commande maintenant les 4 jeux simultanément, il suffira de fermer les clefs désignées (flûte de 52) (flûte de 16) (flûte de 8) (flûte de 4),les @
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4 cristaux oscilleront en même temps et donneront 4 notes à l'octave l'une de l'autre.
De même les contacts 9, 10, 11 et 12 correspondent à la touche la$ du clavier N 2 et pourront faire osciller l'un quelconque des 4 cristaux donnan' le "la", suivant que les clefs 13, 14, 15 ou 16 seront fermes.
Les clefs 5, 6, 7, 8, 13, 14, 15, 16 sont relises au - 80 commun à toutes les batteries de tension claque et à tous les filaments* Il y a autant de batteries do tension plaque que de claviers, c'est ce qui correspond sur la figure 3 au signe + 80 N 1 et + 80 N 2. Lorsque les touches des "la3 " des deux claviers seront abaissées en même temps, les courants plaques des lampes proviendront à la fois des sources + 80 N 1 et + 80 N 2 et auront passe ainsi moitié dans la self "a" et moitié dans la self "b" réalisant ainsi l'excitation simultanée des détectrices du premier et du deuxième clavier.
La composition des boites de timbres correspondant à ces deux claviers pouvant d'ailleurs être différente.
On peut dans l'orgue, désirer accoupler les claviers, il suffit pour cela de fermer l'interrupteur An, ce qui rend les deux claviers solidaires réci proquement ou bien ouvrir A et B et fermer C, ce qui utilise pour le clavier 2 une source auxiliaire ? 5 dont les conducteurs sont couplés par les self. a' et b' respectivement aux détectrices du clavier 1 et du clavier 2. En jouant une note du clavier 2, elle fera parler les notes correspondantes de 1 et on aura réalisé l'accouplement du clavier 2 avec le clavier N 1 , le clavier N 1 restant toutefois indépendant.
La Figure 4 représente très schématiquement les éléments principaux d'un orgue électrique utilisant des caractéristiques de l'invention. Dans cette figure :
1 - M, 1, 2, 5 ....n représentent les oscillateurs stabilisés par quartz par exemple. Ces oscillateurs sont communs à "n" claviers, ici 3 désigne par Cl 1, Cl 2, Cl 5. La liaison entre les oscillateurs M1... n et les claviers Cl 1, Cl 2, Cl 3 est réalisée par les conducteurs 11, 12 .... 1n.
2 - A, B et C représentent trois séries de lampes détectrices accor dées sur des harmoniques successifs, et qui sont associées aux claviers corres- pondants Cl1, 0 CI,% Cl3.
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3 - DH 1, DH 2 et DH 3 représentent des dispositifs doseurs d'harmoni- ques ou "boîtes de timbres" permettant de réaliser la synthèse des timbres à re- produire. Ces boites pourront être du type ci-dessus, et montré dans la figure 2.
4c - BF l, BF 2, BF3 désignent des amplificateurs basses fréquences faisant suite aux "boûtes de timbres., LS 1 , LS 2 désignent des haut-parleurs.
Une des caractéristiques de l'orgue à tuyaux est de faire correspondre à la marne touche d'un clavier plusieurs jeux, ces jeux pouvant être de même hau- teur et de timbres différents ou de même timbre et de hauteur différente.
C'est ainsi que l'on désigne la hauteur des sons donnés par un jeu par la longueur exprimée en pieds du tuyau le plus grave du jeu.
Il existe par exemple, des flûtes de 32p, de 16p, de 8P , de 4P , etc...
Une même note du clavier peut ainsi commander 4 sons à l'octave les uns des autres et de même timbre. Ceci pourra être réalisé dans l'instrument en faisant commander à chaque touche 4 contacts différents en relation avec 4 cris- taux de fréquence telle qu'ils soient à l'octave les uns des autres. Autrement dit, il y aura autant de cristaux qu'on veut de notes différentes du haut en bas de l'échelle sonore par exemple 60 cristaux pour les 60 notes du clavier plus 5 douzaines de cristaux pour les octaves inférieures ou supérieures, au total 96 cristaux.
Lorsqu'on jouera le "la3" par exemple, la note correspondante sera accouplée au cristal donnant avec le cristal de base une différence de 455 vibrations, ceci lorsqu'on aura tiré un jeu de 8 pieds, mais, lorsqu'on tire- ra un jeu. de 16 pieds ou de 52 pieds, on utilisera les autres contacts liés à la note pour faire vibrer le cristal donnant 217,5 vibrations ou 108,25.
Sur la botte de timbres il y aura donc 4 clefs marquées par exemple flûte 8 pieds, 16, 52 ou 4, qui correspondront aux mêmes dispositions des résistances donnant les timbres mais à des cristaux de rang différent. Il est d'usage à Morgue en jouant sur un clavier de pouvoir faire parler simultanément les notes correspondantes de un ou plusieurs claviers différents. Il suffit pour cela d'avoir autant de batteries de tension plaque différentes qu'il y a de claviers et d'alimenter les cristaux de même nom par l'une ou l'autre des
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batteries dont le fil de retour sera toujours connecté aux touches d'un même clavier.
Il suffira alors en reliant les batteries entre elles par l'interrupteur "c" par exemple, de diviser le courant de haute fréquence en deux parties, une partie qui, passant dans les selfs de couplage "a" excitera les détectrices du clavier 1, une autre passant dans la self "b" excitera les détectrices du clavier 2 simultanément.
Mais en général, les deux claviers ne doivent pas être couples d'une Manière réciproque, c'est-à-dire que le premier doit rester indépendant du deuxième et jouer seul, le deuxième faisant au contraire parler à la fois les notes du premier et du deuxième; dans ce cas il suffira au moyen d'un inverseur de faire passer le courant alimentant le clavier 2., soit par la self "b" qui le couple à ses propres détectrices, soit par les selfs en série "a' " et " b' " qui le couplent à la fois aux détectrices du clavier 1 et à celles du clavier 2.