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La présente invention concerne des générateurs d'oscillation élec- trique pour instruments de musique électroniques.
Jusqu'à présent on a expérimenté de la difficulté à produire des instruments de musique électroniques dans lesquels le processus d'accorder l'instrument en entier pouvait être mis en oeuvre d'une manière simple, étant donné que ce procédé d'accordage donnait ordinairement pour résultat une variation du rapport entre les fréquences des notes individuelles de la gamme, cette variation devenant progressivement plus grande quand l'xten- due sur laquelle le procédé d'accordage était exécuté' devenait plus grande.
Quand l'instrument était du genre polyphonique et qu'on expectait 'unique- ment de le jouer à la ,gamme standard, cet arrangement ne constituait pas un grand désavantage,mais particulièrement quand l'instrument était du gen- re monophonique et était joué comme instrument solo sous des circonstances hautement variables, c'était un grand désavantage qu'il ne pouvait pas gé- néralement être accordé facilement sur une étendue de toute grandeur.
Le but primaire de la présente invention est de produire un gé- nérateur pour instruments de musique électroniques capable de produire al- ternativement des notes de fréquences différentes en raison d'avoir des voies de décharge de condensateur déterminant une fréquence alternative, voies de différente valeur résistante qui peuvent être mises en circuit alternativement pour produire des notes de gamme différente* en relation prédéterminée, l'accordage de l'instrument en son entier pouvant facile- ment être varié sans affecter pratiquement le rapport de la gamme des notes individuelles.
Un autre but de l'invention est de produire un générateur qui don- ne une forme d'onde en dent de scie particulièrement appropriée à des buts musicaux, lequel est stable à l'usage et dans lequel la fréquence à laquel- le il est accordé reste constante sur de longues périodes de temps.
L'invention consiste en un générateur d'oscillation électronique pour instruments de musique électronique comportant une première valve élec- tronique thermionique et une seconde valve thermionique, ayant chacune,une cathode, une' grille de contrôle et une anode, un condensateur déterminant la fréquence en séries avec la première valve et une source de potentiel électrique, qui charge le condensateur quand la première valve est rendue conductive, un circuit de résistance de décharge en travers du condensa- teur, et dont une partie forme la résistance cathodique de la seconde valve et dont une partie forme la résistance cathodique de la première valve, la partie de la résistance formant la résistance cathodique de la première valve étant munie d'une ou plusieurs prises de courant entre ses extrémi- tés,
auxquelles il est fait connection alternativement pour produire des oscillations de différentes fréquences ayant un rapport prédéterminé entre- elles, une connection directe entre l'anode de la seconde valve et la gril- le de la première valve, et des moyens pour varier le courant anodtque moyen de la seconde valve pour varier la fréquence d'oscillation afin d'accorder le générateur.
Alors que généralement dans des dispositifs précédemment propo- sés on obtient une forme d'onde en dents de scie en chargeant lentement un condensateur et en le déchargeant rapidement, il est proposé selon la présente invention de charger rapidement un condensateur, soit même de façon extrêmement rapide, et da le décharger ensuite de manière relative- ment lente, cette mise en charge et la décharge étant effectués cyclique- ment pour produire une oscillation en dent de soie continue.
Il a été maintenant constaté qu'il est produit une différence considérable dans la forme d'onde quand le condensateur est chargé rapide-
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ment au lieu d'être déchargé rapidement pour provoquer une variation rapi- de de potentiel dans la forme d'onde en dent de soie et pour faire usage de cette caractéristique le condensateur est connecté en séries avec et dans le conducteur cathodique d'une valve qui autrement contient peu d'im- pédance dans sont circuit et qui agit comme un contacteur pour connecter le condensateur à une source de potentiel élevéo Au commencement de chaque cycle la grille de contrôle est convenablement polarisée pour rendre la valve hautement conductrice et en conséquence de la faible impédance du circuit le condensateur est chargé de façon extrêmement rapide,
en fait si rapidement que le potentiel à travers le condensateur augmente momentané- ment à une valeur à peu près égale à la source de potentiel élevé. Le con- densateur est déchargé par une haute résistance et une faible résistance en séries l'une avec l'autre, la résistance de faible valeur formant la résistance polarisante de la cathode d'une seconde valve ou valve de con- trôle, cependant que la résistance de haute valeur est la résistance de cathode de la première valve. La seconde valve a une résistance de charge dans son-circuit d'anode et par conséquent quand le condensateur se déchar- ge à travers la résistance de cathode, le courant passé par cette résis- tance d'anode change. Cette variation de courant est utilisée pour produire le potentiel de tension pour contrôler la première valve.
Le dessin annexé montre, uniquement à titre d'exemple, plusieurs formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 est un schéma le circuit d'un générateur d'oscilla- tion simple en concordance avec l'inventiono
La figure 2 est un schéma de circuit d'un étage de sortie de dio- de pour le générateur.
La figure 3 est un tableau schématique d'un montage des éléments d'un instrument musical électronique à clavier comportant le nouveau géné- rateur.
La figure 4 est un schéma de circuit d'une partie d'un instrument musical électronique monophonique à table d'harmonie.
La figure 5 est un schéma de circuit d'une partie d'un instrument musical électronique polyphonique à table d'harmonie.
La figure 6 montre les formes d'onde générées en différents points du circuit de générateur de la figure 4.
Dans le schéma de circuit de la -figure 1 le générateur d'oscilla- tion comprend les deux sections de triple d'une double valve triode dans une enveloppe, les résistances 1, 2, 3 et ainsi de suite sont les résistan- ces déterminant la fréquence et agissent pour charger le condensateur 4 à travers la résistance de cathode 5 de la deuxième valve triode b.
En fer- mant le contact 6 avec le conducteur commun 9 la résistance 1 est mise en circuit, alors que si le contact 7 est fermé en sa place sur le conducteur commun 9 les résistances 1 et 2 sont miese en séries avec la cathode 10 de la première valve a et ainsi la fermeture de contacts additionnels sur la gauche d'un contact quelconque fermé n'affecte pas la résistance connectée dans ce circuit de cathodeo
L'anode de la seconde valve b est pourvue d'une résistance 11 de charge variable cependant que la cathode 12 est pourvue d'une résistance 5, la grille de la valve étant retournée via une résistance 13 sur le conduc- teur commun 9 rendant ainsi la grille négative par rapport à la cathode 12. La grille de la première valve est directement connectée à l'anode de la deuxième valve.
La borne 14 est connectée à une tension positive élevée
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et la borne 17 à une tension négative élevée.
Le mode de fonctionnement du générateur est comme suite Au com- mencement de chaque cycle le condensateur est dans la condition de déchar- ge et le courant passe à travers la première valve pour charger celle-ci.
Ce courant de charge passe à travers la résistance de décharge de la valve inférieure produisant ainsi une différence de potentiel entre la cathode de la seconde valve et une tension négative élevée telle que la cathode est positive par rapport à la grille de cette valve. Comme la grille de la seconde valve est connectée électriquement au négatif de tension éle- vée ceci a pour effet de rendre la grille de cette valve négative par rap- port à sa cathode qui baisse son courant d'anode. Le résultat de ceci est de réduire la chute de voltage à travers la résistance d'anode, rendant ainsi la grille de la première valve plus positive, accélérant ainsi le chargement du,condensateur.
Cette augmentation de voltage à travers le con- densateur continue jusqu'à ce que la cathode de la première valve s'élève à un voltage positif plus élevé que sa grille (c.à.d. la grille de la pre- mière valve devient négative par rapport à sa cathode) coupant ainsi le courant d'anode de celte valve avec le résultat qu'il ne passe plus de courant dans le condensateur. Le condensateur se décharge alors de façon relativement lente à travers les résistances de décharge.
Cette inversion de courant passe également à travers la résistance de cathode de la seconde valve et la phase de la décharge est alors telle que le courant d'anode de cette valve augmente, rendant ainsi la grille de la première valve même plus négative, arrêtant ainsi le courant de charge jusqu'à ce que la cathode de la première valve chute un tel voltage qu'elle devient négative par rapport à sa grille quand le chargement du condensateur commence et le cy- cle recommence.
La fréquence d'oscillation est proportionnelle à 1 dans la-
KCR quelle K est une constante qui dépend de points fonctionnels de la valve, C est la résistance de capacité du condensateur et R est la valeur combi- née des résistances de décharge. De ceci on peut apprécier que la fréquen- ce d'oscillation du'générateur peut être convenablement contrôlée en va- riant la résistance de haute résistance de la paire de résistances de dé- charge, soit celle dans le circuit de cathode de la première valve, et que la fréquence varie inversement que la valeur de résistance utilisée.
De même la fréquence d'iscillation varie inversement que la valeur du con- densateur employé. Ceci rend possible de passer à une octave plus basae dans un instrument de musique électronique en mettant simplement en cir- cuit un condensateur qui est un multiple exact d'une valeur quelconque donnée.
En raison de la simple relation entre la valeur du condensateur et la résistance de décharge, ce générateur est particulièrement adapté pour usage dans des instruments de musique électroniques quand l'audio- fréquence requise est produite en variant la valeur de la résistance de décharge mise en circuit à l'intervention des contacts de clavier, cepen- dant qué l'ensemble de la gamme de sonorité de ce générateur peut être élevé ou baissé d'une ou plusieurs octaves en variant la valeur du conden- sateur à un multiple exact sans affecter la relation entre les notes dans la gamme de sonorité, mais le plus grand avantage dans cette application consiste en ce qu'en rendant variable la résistance d'anode 11 de la se- conde valve,
l'instrument électronique peut être exactement accordé à la hauteur requise sans affecter la relation entre les notes dans la gamme de sonorité de l'instrument.
La valeur de la résistance d'anode de la deuxième valve contr8le l'amplitude d'oscillation en vertu du fait qu'elle règle le voltage de por-
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tée de la première valve tout comme elle contrôle la fréquence d'oscilla- tion du générateur.
Dans sa forme la plus simple d'application dans un instrument de musique électronique le générateur est muni d'une série de résistances 1, 2, 3 et ainsi de suite connectées en séries, le point d'interconnection étant relié aux contacts 6, 7, 8 et ainsi le suite du clavier, de sorte qu'en abaissant une touche quelconque une résistance prédéterminée est connectée dans le circuit de décharge. Ce genre de générateur est employé dans un instrument de solo capable de produire seulement une note à la fois, mais en raison du caractère de la forme d'onde employée, il est possible d'imiter les tons d'instruments d'orchestre individuels en faisant passer l'oscillation primaire à travers.de circuits formateurs de son appropriés à l'intervention desquels on peut obtenir la forme d'onde finalement re- quise.
Dans un sens large les instruments à cordes peuvent être simulés par une oscillation de forme en dents de scie, cependant que des instru- ments à vent en bois ont des oscillations qui s'approchent de la forme d'onde carrée. Afin de produire la forme d'onde quadrangulaire requise, l'onde en dents de scie produite par le générateur conformément à l'inven- tion est passée à travers une diode thermionique c comme montré dans la figure 2, la sortie du générateur étant prise aux bornes 16 et 17 à tra- vers la résistance de décharge de haute résistance, laquelle dans le cas de l'instrument à clavier est la résistance en séries tapée 1, 2, 3, et ainsi de suite,
d'après laquelle le signal produit à travers la résistan- ce d'anode 18 est amplifiée et modifiée par un ou plusieurs circuits for- mateurs qui ajustent le rapport des harmoniques dans la forme d'onde fina- le afin de produire l'effet requis.
Le circuit diode a l'effet supplémentaire de retarder légèrement la génération de l'oscillation, imitant ainsi de plus près le léger délai dans la production de notes musicales par des instruments d'orchestre, et en même temps de supprimer les bruits de passage qui se produisent quand les contacts de olavier sont fermés. La diode peut être opportunément con- nectée en séries avec la connection entre la cathode de la première valve et la grille de la valve incluse dans le circuit formateur, la cathode de la première valve étant connectée à la cathode de la diode à l'intervention du condensateur 19 de soit. 01 Mf de capacité comme montré dans la figure 2.
L'anode de la diode peut être connectée à la grille de la valve du cir- cuit formateur par une résistance de 1 megohm, une résistance de fuite de la grille de 1 megohm étant prévue ayant une capacité de condensateur de .0005 Mf en parallèle avec l'autre. Ce dernier circuit agit comme un limi- tateur dont la fonction est d'aplanir l'intensité des différentes fréquen- ces du générateur et d'introduire certaine forme de pulsation pour amélio- rer davantage la forme d'onde.
On peut associer (les réseaux de contrôle de tons avec la valve formatrice et pouvant comporter des inductances et des condensateurs qui peuvent être mis en circuit séparément ou en combinaison à travers la sor- tie de cette valve qui peut inclure un contrôle de volume par lequel se trouve contrôlé l'intensité du son produit et qui forme le contrôle du crescendo et diminuendo de l'instrument. La sortie du circuit formateur peut être directement alimentée à une valve de sortie appropriée ou des valves de sorties appropriées, soit après amplification ultérieure et qui peuvent inclure d'autres circuits de contrôle de ton selon que l'on désire.
La valve ou les valves de sortie peuvent également inclure différents cir- cuits de contrôle de tons par lesquels la forme d'onde des oscillations peut être modifiée davantage.
On peut produire un effet de vibration en suppléant une oscilla- tion basse fréquence d'environ 6 cycles par seconde à partir d'un généra-
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teur de basse fréquence convenable, tel, un circuit multivibrateur couplé à.cathode ajustable entre les fréquencessoit de 3 à 10 cycles par seconde dans la grille de la deuxième valve du générateur. Les oscillations peu- vent être alimentées à la grille de la seconde valve de la figure 1 par la borne 15, produisant ainsi une légère variation de fréquence produite par le générateur qui alterne autour d'un point moyen à la fréquence,de vibra- tion. Cette modula::ion de fréquence est plus acceptable comme vibrateur musical que ne serait une modulation d'amplitude.
La figure 3 montre un diagramme schématique des relations des différentes parties d'un simple instrument monophonique incorporant le nouveau générateur et dans lequel le clavier A est connecté au générateur B par lequel la fréquence d'oscillation est sélectionnée en pressant sur la touche convenable, la sortie du générateur est connectée au circuit dio- de C lequel est à son tour connecté à l'amplificateur de premier étage et circuit formateur désigné en D, le signal de la forme d'onde corrigée étant passé à l'étage final d'amplificateur et de sortie E qui commande le haut- parleur F. L'amplificateur final incorpore un gain de contrôle du cresoen- do-diminuendo par lequel le volume de son produit peut être contrôlé pen- dant que l'instrument est joué.
Le générateur de vibration G peut être con- necté si nécessaire au générateur B pour produire l'effet voulu.
Il est caractéristique du générateur qu'il est produit des for- mes d'onde dans les oscillations produites en différents points dans le circuit, la forme d'onde en dents de soie X de la figure 6 étant produite à la cathode 10 de la première valve a, les pulsations Y à la cathode de la seconde valve b cependant que les pulsations Z apparaissent à l'anode b. Afin de faire usage de ces sorties pour produire des formes d'onde al- ternatives, il peut être prévu des contacteurs 20 et 21 comme montré dans la figure 4 connectés à l'anode et à la cathode de la seconde valve b res- pectivement à l'intervention de résistances isolantes 22,'23 et de conden- sateurs 24, 25.
La sortie normale de la cathode de la première valve a est fournie à travers la diode c et passée aux circuits formateur et amplifi- cateur premier étage au moyen des bornes 26, 17. Les deux autres sorties peuvent alors être mélangées, soit séparément ou ensemble avec la sortie de la diode par-la fermeture du ou des contacteurs appropriés. Le fait que les pulsations des points sur la seconde valve b sont légèrement hors de phase entre-elles produit dans l'ensemble un effet légèrement différent de cha- cun d'eux à part.
En imitant des instruments tel des banjos et mandolines dans les- quels les notes devraient être normalement répétées rapidement, il peut être fait usage de moyens électroniques pour effectuer cette répétition tout le temps qu'une touche est abaissée. Ceci est accompli en suppléant la sortie d'un générateur d'oscillation basse fréquence fonctionnant à la fréquence de répétition, de telle façon que la note émise est coupée et libérée au taux de répétition requis. Les valves d et e de la seconde doub- le triode 4 peuvent constituer l'oscillateur de.pareil dispositif, l'anode de la seconde valve étant couplée par le condensateur 27 à la grille de la seconde valve de la première double triode. Il peut être prévu des disposi- tifs de contact, non illustrés, pour connecter et déconnecter l'oscillateur selon les besoins.
L'amplitude de l'oscillation est suffisante pour couper le courant d'anode de la seconde valve quasi complètement périodiquement.
La description ci-devant a été particulièrement dirigée sur un instrument électronique du genre monophonique, coàodo dans lequel on ne peut jouer Qu'une note à la fois, mais dans lequel les caractéristiques de la note peuvent ajustées pour 'imiter différents instruments de l'orchestre, mais le générateur peut être employé dans des orgues électroniques dans
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lesquels on peut jouer un nombre quelconque de notes différentes simulta- nément et dans lesquels il peut être prévu un ou plusieurs claviers, qui ou chacun d'eux étant réglables pour varier les caractéristiques des tons produits.
L'arrangement des circuits pour certains des générateurs pour pareil instrument est montré dans la figure 50 Les trois doubles triodes sur la gauche du schéma sont celles du générateur de note et chacune a un circuit similaire y relatif et de ce fait les mêmes références indiquent les mêmes composants dans chaque circuit de générateur.
On pourra remar- quer que chacun de ces circuits est similaire à celui de la figure 1 avec une ou deux exceptions, par exemple, les résistances déterminant la fré- quence 1, 2, 3 et ainsi de suite toutes à la base de la figure 1 sont con- nectées au circuit de cathode de la première valve au moyen du contact de touche 6, 7, 8 et ainsi de suite pour varier le diapason du générateur se- lon les besoins, alors que dans le cas d'un orgue polyphonique ayant un générateur de note pour chaque note du clavier, il est requis uniquement qu'une seule résistance et le circuit à travers cette résistance est com- plété quand la touche associée est abaisséeo Quand telle est la situation il n'est requis qu'une seule résistance 1 et les contacts 6, les résistan- ces alternatives 2 et le contact 7 étant exclus.
Mais il a été constaté qu'on peut faire une économie dans le nombre de générateurs nécessaires en faisant servir un générateur pour deux touches adjacentes et produisant des notes qui sont écartées d'un demi-ton alternativement quand les touches adjacentes sont abaissées alternativemento Ceci est rendu possible du fait du nombre non fréquent de fois qu'il est nécessaire que des notes adjacen- tes sont jouées simultanément. Si parfois à dessein ou accidentellement, deux notes sont abaissées et sont desservies uniquement par un générateur la note plus élevée seule donnera un son, du fait que la seconde résistan- ce 2 est alors courtcirouitée.
Le générateur de note est varié en diapason en changeant la ten- sion sur la grille de la seconde valve b et dans cette réalisation cette méthode est employée pour accorder tous les générateurs simultanément, par exemple, quand il est nécessaire que l'ensemble de l'instrument soit éle- vé ou abaissé en diapason pour compenser avec un instrument d'accompagne- ment quelconque, tel un piano qui @ être légèrement désaccordée Les résistances de grille 13 sont jointes et connectées via une résistance dé- couplante 28 à un potentiomètre 29 en série avec la résistance 30 connec- tée à travers l'alimentation haute tension. Ceci est une alternative à la variation de la valeur de la résistance d'anode individuelle de la seconde valve b à laquelle il a été référé en relation avec la figure 4 pour le même but.
Le voltage de cette tension d'accord peut être rendu oscillant autour de la valeur courante à l'intervention d'une oscillation de vibrato comportant les valves d et e, laquelle est similaire à l'oscillateur de répétition de la figure 4, avec l'exception que pour des buts de vibration l'amplitude de l'oscillation est bien moindre et que les connections de circuit sont disposés en conséquence. On peut avoir recours à des moyens contacteurs si l'on désire pour faire servir cet oscillateur pour chaque but alternativement.
La sortie de chacun ies différents générateurs est connectée à une borne de sortie commune 31- à l'intervention des résistances 23, d'où elle passe aux étages d'amplitude et formateurs de l'instrument. Un avan- tage considérable du générateur construit conformément à l'invention est que le signal émis peut être prélevé à la cathode de la seconde valve b et comme cet arrangement a une impédance de sortie très basse, des connections peuvent être établies à travers la haute résistance 23 vers la borne de sortie commune à partir de tous les g dateurs. Le circuit expose une li-
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berté de "sollicitation" (c.à.d.
la tendance de deux générateurs modulés sur des fréquences étroitement adjacentes tendant à s'entraîner mutuelle- ment en résonance due à l'intercouplage à travers l'alimentation commune) remarquable. La part de signal refoulée de la sortie commune à un autre générateur est si minime qu'il n'y a pratiquement aucune tendence à ce qu'ils se sollicitent mutuellement en modulation. Il en résulte qu'il n'est pas requis d'étages de valve isolante entre les générateurs de notes avec pour conséquence une économie considérable en valves.
On pourra remarquer que la diode de limite employée dans l'in- strument monophonique n'est pas utilisée essentiellement pour économiser dans le nombre de valves, car il est évident qu'une diode serait nécessai- re pour chaque générateur de note. Dans un instrument plus complexe dans lequel l'espace et le coût ne sont pas d'une telle importance, on peut em- ployer une valve diode pour chaque générateur de note, ou bien alternative- ment on peut utiliser une diode au germanium ou autre cristal.
On pourra se rendre compte par la description ci-devant que le générateur d'oscillation conforme à l'invention trouve maintes applica- tions, dont il n'a été question que de quelques unes, cela en raison de la facilité avec laquelle on peut régler la fréquence d'oscillation et de la stabilité de l'oscillateur en fonction.
Le générateur n'est pas limité à l'utilisation avec les valves à vide du genre triode, car on peut employer des valves à électrodes multi- ples appropriées et dans certaines applications la seconde valve peut être remplacée par un tube de décharge à remplissage gazeux du genre thyratron et même un transformateur et également les deux valves peuvent être en une enveloppe et d'autres détails pour mettre l'invention en oeuvre peuvent varier sans départir de l'étendue de l'invention.
Revendications
1. - Générateur d'oscillation électrique pour instruments de musique électroniques comportant une première valve thermionique et une seconde valve thermionique, ayant chacune une cathode, une grille de con- tr8le et une anode, un condensateur déterminateur de fréquence en série avec la première valve et une source de potentiel électrique, le condensa- teur étant chargé quand la première valve est rendue conductive, un air- cuit de résistance de décharge à travers le condensateur, dont une partie forme la résistance cathodique de la seconde valve et dont une ¯partie for- me la résistance cathodique de la première valve,
la partie de la résistan- ce formant la résistance cathodique de la première valve étant munie d'une ou plusieurs dérivations entre ses extrémités auxquelles il est fait con- nection alternativement pour produire des oscillations de fréquences dif- 'férentes d'un rapport mutuel prédéterminé, une connection directe entre l'anode de la seconde valve et la grille de la première valve, et des moyens pour varier le courant d'anode moyen de la seconde valve pour faire varier la fréquence d'oscillation pour moduler le générateur.