DE1959309C - Lehrmittel zur Veranschaulichung der Notenschrift - Google Patents

Description

Töne, Tonfolgen und Akkorde werden bekanntermaßen mit einer Notenschrift dargestellt, bei welcher die Dauer und Höhe der Töne durch Noten in einem a'ts fünf Linien bestehenden Liniensystern symbolisiert werden. Erfahrungsgemäß ist es nicht ganz leicht, dem Lernenden, insbesondere dem Kind, den Zusammenhang zwischen der Notenschrift und dem akustisch wahrnehmbaren Ton verständlich zu machen, da die mit abstrakten Noten symbolisierten Töne mittels eines besonderen Musikinstrumentes hörbar gemacht werden müssen.

Zur Erleichterung des Verständnisses dieses Zusammenhanges können bekannte Lehrmittel verwendet werden, die eine beschriftbare Notentafel aufweisen, weiche mit Tongeneratoren und Wiedergabegeräten kombiniert ist. Mit diesen Lehrmitteln ist es möglich, die bildlich durch Noten in dem Liniensystem der Tafel dargestellten Töne dadurch hörbar zu machen, daß die Noten mittels eines geeigneten und mit den Tongeneratoren und der Wiedergabeeinrichtung elektrisch verbundenen Tastkopfes abgetastet werden. Bei einer derartigen Anordnung sind den Notenlinien elektrische Leiter zugeordnet, die jeweils mit Tongeneratoren mit den Notenlinien entsprechenden Tonfrequenzen verbunden sind und an weiche der Tastkopf, der über einen Verstärker mit einem Lautsprecher verbunden ist, ankoppelbar ist.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird die Verbindung zwischen den elektrischen Leitern und dem Tastkopf galvanisch hergestellt. In die Schreibfläche der aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Tafel sind zu diesem Zweck metallische Leiter eingelassen, mit welchen die metallische Tastspitze des Tastlfopfes in Berührung zu bringen ist. Da die Tafeloberfläche gleichzeitig mit Kreide od. dgl. beschrieben wird, verschmutzen diese Leiter relativ rasch, so daß kein sicherer elektrischer Kontakt zwischen Tastkopf und den Leitern gewährleistet ist. Außerdem muß die Tastspitze exakt auf die Leiter gehalten und gegen diese zur Überwindung des zwangläufig vorhandenen Übergangswiderstandes gedrückt werden. Abgesehen davon, läßt sich eine mit derartigen Leitern versehene Tafel nur schlecht beschriften.

Diese Nachteile lassen sich, wie aus der schweizerischen Patentschrift 325 498 bekannt, vermeiden, wenn der Tastkopf nicht galvanisch, sondern kapazitiv ankoppelbar ist. Zu diesem Zweck sind die elektrischen Leiter auf der Rückseite der aus isolierendem Material bestehenden Tafel symmetrisch zu den entsprechenden Noten angebracht. Zur Verhinderung des sogenannten Übersprechens, d. h. der gegenseitigen Kopplung der Leiter, können zwischen und isoliert von diesen geerdete Abschirmbeläge angebracht sein, was nach der deutschen Offenlegungsschrifi 1 497 843 gleichfalls bekannt ist.

Die kapazitive Ankopplung der Wiedergabevorrichtung an die mit den Tongeneratoren verbundenen Leiter wirft jedoch eine Anzahl von Problemen auf, die nachstehend erörtert und die gemäß der Erfindung derart gelöst sind, daß dieses sehr anschauliche Lehrmittel für den Schul- und Lehrbetrieb brauchbar wird.

Ein wesentlicher Nachteil der Anordnung nach der schweizerischen Patentschrift 325 498 ist nämlich, daß der jeweilige Tongenerator mittels gesonderter Steuerungselemente erst eingeschaltet wird, wenn der Tastkopf dem betreffenden Leiter genähert wird. Der Tongenerator muß also erst anschwingen, um über einen zentralen Verstärker und einen Lautsprecher einen hörbaren Ton erzeugen zu können. Dieser Einschwingvorgang ist nicht leicht beherrschbar, so daß beim Anschwingen unerwünschte Überschwinger oder Frequenzverschiebungen auftreten können. Die Folge ist, daß der Ton im ersten Augenblick des Zeigens unsauber ist

Dieser Nachteil wird nach einem ersten erfindungsgemäßen Merkmal dadurch vermieden, daß sämtliche mit den Leitern verbundene Tongeneratoren gleichzeitig in Betrieb sind, wie das bei einigen sogenannten elektronischen Orgeln an sich bekannt ist. Da sich die Tongeneratoren bereits im Schwingzustand befinden, brauchen sie nicht erst eingeschaltet zu werden. Die nachteiligen Einschwingeffekte treten nicht aai. Außerdem entfallen die bei der Anordnung nach der schweizerischen Patentschrift erforderlichen Steuerungselemente.

Ein Vorteil der galvanischen Ankopplung des Tastkopfes ist, daß der Ton erst dann hörbar wird, wenn der Tastkopf die Tafel berührt. Dieser erwünschte Effekt tritt bei kapazitiver Ankopplung dagegen nicht ohne weiteres ein, da sich der Übergangswiderstand zwischen Tastkopf und Leiter bei Annäherung des Tastkopfes kontinuierlich und nicht sprungartig ändert. Vielmehr würde die Lautstärke des Tones .mit Annäherung des Tastkopfes unerwünschterweise allmählich wachen.

Um auch bei kapazitiver Ankopplung den Ton erst dann hörbar zu machen, wenn der Tastkopf die Tafel berührt, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, im Übertragungskanal zwischen Tastkopf und Lautsprecher ein den Übertragungskanal bei Signalen mit kleiner Amplitude kurzschließenden steuerbaren Widerstand, vorzugsweise einen Feldeffekt-Transistor, vorzusehen. Eine derartige Schaltautomatik verhindert sowoh¹ das allmähliche Anschwellen des Tones als auch Einstreuungen unerwünschter Fremdspannungen, so z. B. das bekannte Netzbrummen.

Da der kapazitive Widerstand des Tastkopfes relativ hoch ist, muß zur Erzielung einer brauchbaren Lautstärke bei ausreichendem Störabstand der Eingangswiderstand des Verstärkers groß sein. Aus diesem Grunde ist gemäß der Erfindung schon im Tastkopf selbst der Vorverstärker mit hohem Eingangswiderstand untergebracht.

Schließlich ist für die erfindungsgemäße Lösung wichtig, daß der empfindliche Vorverstärker nicht nur einen unteren Schwellwert, sondern auch einen oberen Schwellwert zum Schutz gegen Überspannungen, z. B. Netzspannungen oder Spannungen durch statische Aufladungen, besitzt. Zur Erzielung des oberen Schwe'lwertes ist eine Amplitudenbegrenzungsschaltung vorgesehen.

Der bekannte Stand der Technik, von welchem die Erfindung ausgeht, ist im Gattungsbegriff des Hauptanspruchs umrissen. Die Merkmale, mit weichen die gestellte Aufgabe gelöst wird, sind im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs zusammengefaßt.

Aus Demonstrationsgründen kann es zweckmäßig sein, wenn die Abstrahlung des Tones gegenüber der Bewegung der Tastspitze derart verzögert ist, daß die Tastspitze die jeweilige Note bereits berührt, wenn der Ton hörbar wird. Außerdem soll der Ton ohne störende Knackgeräusche einsetzen und ausklingen. Dies wird in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß im Steuerkreis der Schaltautomatik ein derart bemessenes Zeitkonstantenglied vorgesehen ist, daß der Übertragungskreis im wesentlichen ohne Uberschwinger geöffnet bzw. gesperrt wird. Vorzugsweise sind dL im Steuerkreis vorgesehenen Siebglieder so dimensioniert, daß eine Zeitkonstante von 0.1 bis 0.5 see wirksam wird.

Bei kapazitiver Ankopplung ist die Verwendung eines Verstärkers mit möglichst hochohmigem Eingangswiderstand wichtig, um den Leistungsverlust durch Spannungsteilung klein zu halten. Gemäß der

Erfindung wird darum die Verwendung eines im Tastkopf angeordneten Vorverstärkers vorgeschlagen, der einen Feldeffekt-Transistor mit durch Bootstrap-Effekt erhöhtem Eingangswiderstand aufweist. Die dem Vorverstärker vorgeschaltete Ampiitudenbegrenzungsschaltung kann hierbei aus je zwei den Widerständen des Gate-Spannungsteiiers gegensinnig parallelgeschalteten Dioden bestehen.

Weitere Merkmale des Gegenstandes der Erfindung, insbesondere Aufbau und Funktionsweise der

erfindungsgemäßen Anordnung, sind nachstehend an Hand von Zeichnungen im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,

ao Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Notentafel,

F i g. 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Steuerteils der Notentafel mit Lautsprecher gemäß F i g. 2,

a₅ F i g. 4 eine Aufsicht eines vergrößerten Ausschnittes der Tafelrückseite,

F i g. 5 die Schaltungsanordnung des im Tastkopf angeordneten Verstärkers und

Fig. 6 die Schaltungsanordnung der Schaltautomatik.

An Hand des schematischen Blockschaltbildes in Fig. 1 sind grundsätzliche Aufbau- und Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Lehrmittels zur Veranschaulichung der Notenschrift erläutert.

Dieses Lehrmittel besteht aus einer beschriftbaren Notentafel 1, auf deren Rückseite elektrische Leiter angebracht sind, wie an Hand \on Fig. 4 weiter unten erläutert ist. Diese Leiter sind mit Tongeneratoren 2 verbunden, mit welchen sämtliche

₄„ Halbtöne zwischen α und a" erzeugt werden können. Zur erfindungsgemäßen Notentafel gehört ein Tastkopf 3 mit kapazitiver Tastspitze 3 α und Vorverstärker 3 b. Dieser Tastkopf leitet die empfangenen Schwingungen über eine Schaltautomatik 4,

welche die Wirkung einer Empfindlichkeitsschwclle hat, einen NF-Verstärker 5 zu den Lautsprechern 6. Wird der Tastkopf 3 mit seiner Tastspitze 3 a an die Notentafel 1 geführt, so strahlen die Lautsprecher 6 einen Ton mit der jeweiligen Note zugeordneter Frequenz ab.

Der mechanische Aufbau dieser Notentafel geht aus den perspektivischen Darstellungen in Fig. 2 und 3 hervor. Die Notentafel 1 ist mit dem Steuerteil 7 und der Lautsprecherbox 8 zu einer Einheit kombiniert. In dem Steuerteil 7 sind sowohl die Tongeneruoren als auch die NF-Verstärker mit der Schaltautomatik untergebracht. Wie insbesondere F i g. 3 zeigt, ist auf der Tonplatte des Steuerteils 7 eine Reihe von Tasten 9 in Höhe der Notenlinien angebiacht. Bei Betätigen dieser Tasten strahlen die Lautsprecher einen der jeweiligen Notenlinie entsprechenden Ton ab.

Neben den Tasten 9 sind dreistufige Umschalter 10 im Steuerteil 7 untergebracht, die jedem der 12 Töne des Notensystems zugeordnet sind. Mit diesen Schaltern ist die Alteration jedes Tones um einen Halbton nach oben und unten möglich, so daß entsprechend den Vorzeichen jede beliebige Tonart

und Tonfolge in dem gegebenen Tonumfang ein- teilweise überbrückt, welcher zur Verstärkungsgestellt werden kann. regelung mit der veränderbaren Mittelanzapfung des

Der obere Teil der Frontplatte der Lautsprecher- Widerstandes R₅ verbunden ist. Der Ausgangsbox 8 trägt den Netzschalter 11, einen Lautstärke- transistor T₃ ist dagegen mit seinem Emitterwiderregler 12 und eine Kontrollampe 13. 5 stand R₈ zur Erhöhung des Eingangswiderstande!

Die Anordnung der elektrischen Leiter auf der und damit Entkopplung vom NF-Verstärkeremgang

Tafelrückseite ist mittels des Ausschnittes in F i g. 4 in Kollektorschaltung angeordnet. Sein Emitter ist

verdeutlicht. Symmetrisch zu jedem Ton des auf der über die Klemmen d und α der Kupplung 16 mit dem

Vorderseite der Tafel angeordneten Notenlinicn- Eingang des nicht dargestellten NF-Verstärkers ver-

systems sind metallische Leiterflächen 14 angebracht. io bunden.

Diese Leiterflächen sind elektrisch mit den jeweiligen Parallel zum Transistor T₂ ist der als Kurzschluß-Oszillatoren über die Umschalter 10 verbunden. Je- schalter wirkende FET-Transistor T₄ vorgesehen, weils zwischen zwei benachbarten Leitern 14 befindet welcher einerseits über den Kondensator C₃ mit dem sich ein gleichfalls metallischer geerdeter Schirm- Knotenpunkt der Widerstände R₈ und R₇ und belag 15, der der Entkopplung dient. Sämtliche 15 andererseits mit dem Fußpunkt des Eingangs-Schirmbeläge 15 sind miteinander verbunden, so daß Verstärkers verbunden ist. Parallel zum Transistor T₄ sie in die Zwischenräume der Leiter 14 kammartig ist ein Ableitwiderstand R₉ vorgesehen,
eingreifen. Dieser Transistor T₄ wird mittels eines zum

Leiter und Schirmbeläge können aus aufgeklebten Übertragungskanal parallclgf schalteten Steuerkreises Metallfolien bestehen. Einfacher ist es jedoch, wenn ao gesteuert, der einen Verstärkertransistor T_t mit diese, wie mit der Erfindung ferner vorgeschlagen Emitterwiderstand A₁₁, Kollektorwiderstand R _lt und wird, unter Zuhilfenahme einer geeigneten Schablone Emitterkondensator C₄. einen Hochpaß mit den Konin Form von Leitlack aufgespritzt werden. densatoren C₅. C₈ und Widerstand R₁₃, einen Doppel-

Die Schaltung des in dem Tastkopf 3 unter- weggleichrichter und ein nachgeschaltetes Siebglied gebrachten Vorverstärkers ist in dem Schaltbild ge- 25 mit d?n Dioden D₅, D₈, den Widerständen R₁₄, A₁₅ maß F i g. 5 dargestellt. Dieser Vorverstärker ist mit und den Kondensatoren C₇, C₈ sowie einen Schalteiiiem i eldeffekt- Transistor T. ausgestattet, dessen transistor T₈ mit den als Spannungsteiler geschalteten von Natur aus schon hoher dynamischer Eingangs- Kollektorwiderständen R₁₆, R_i7 aufweist. Der Mittelwiderstand noch durch die Bootstrap-Methode ver- punkt dieses Spannungsteilers ist über den VorgröUert ist. Zu diesem Zweck ist der Source-Wider- 30 widerstand A₁₈ mit dem wechsclstrommäßig mittels stand R. über den Kondensator C₁ mit dem Mittel- des Kondensators C₉ kurzgeschlossenen Gate des punkt des aus den Widerständen R_t und A₃ be- FET-Transistors T₄ verbunden. Die Stromversorgung stehenden Gate-Teilers verbunden. Zur Amplituden- erfolgt über das aus dem Widerstand R₁₉ und dem begrenzung sind diesen Tetlerwiderständen R₈ und R₁ Kondensator C₁₀ bestehende Siebglied.
Dioden D₁ und D₂ bzw. D₃ und D₄ gegensinnig 35 Diese Schaltung hat folgende Wirkungsweise:
parallel geschaltet, wobei deren mittlere Knoten- Das über die Klemme e dem Verstärkereingang punkte mit dem Teilermittelpunkt verbunden sind. zugeführte Signal wird bei ausreichender Amplitude Die Anordnung zweier Diodenpaare ist notwendig. über den Verstärkertransistor T_t und den Impedanzum den Bootstrap-Effekt nicht zu beeinträchtigen. wandlertransistor T₃ dem nicht dargestellten NF-Ver-

Das Gate des FET-Transistors T₁ steht über einen 40 stärker zugeführt. Gleichzeitig wird aus diesem Signal

Vorwideirstand R₄ mit der Tastspitze 3 α des Tast- nach weiterer Verstärkung mit Transistor T. durch

kopfes elektrisch in Verbindung. Der Ausgang dieses Gleichrichtung mit dem Doppelweggleichrichter D.

Vorverstärkers ist über die Adern e und b eines ge- und D₈ und Siebung mit dem Siebglied R₁₄, R_IS

schirmten Kabels, dessen Kupplungen 15 und 16 und C₇, C₈ eine Steuerspannung gewonnen, welche

dargestellt sind, mit der Schaltautomatik gemäß 45 den Kurzschlußtransistor T₄ über den Schalt-

F i g. 6 verbunden. transistor T₆ und den Spannungsteiler R_lt,R„ steuert.

Die Schaltung des Tastkopfes ist hierbei so aus- Hierbei bleibt der Schalttransistor bei Sigi.alen mit gelegt, dab über die Kabelader e sowohl die Signal- kleiner Amplitude gesperrt, so daß der Spannungsübertragung als auch die Stromversorgung erfolgt, teilerpunkt zwischen den Widerständen R₁,, R₁₇ prakwährend die Ader b lediglich eine Masseverbindung so tisch auf dem Potential t/g liegt Der Ober den Widerdarstellt, stand R₁₈ angekoppelte FET-Transistor T₄ wird ge-

Die Schaltautomatik, deren Schaltbild in F i g. 6 öffnet und damit die Eingangstransistorstufe kurz dargestellt ist bewirkt daß Signale mit unterhalb geschlossen. Bei Signalen mit den Schwellwert über· einer bestimmten Schwelle liegendem Pegel unter- schreitender Amplitude wird der Schalttransistor T. drückt werden. Hierdurch werden zunächst Stör- 55 geöffnet folglich de» FET-Transistor T₄ gesperrt und frequenzen, wie Netzbrummen, unterdrückt Vor damit der Übertragungskanal durchlässig,
allem bewirkt die Schaltautomatik jedoch, daß der Mittels des im Steuerkreis vorgesehenen Hoch-Ton bei Annähern des Tastkopfes ohne Anschwellen passes C₅, C₆, R₁₃ wird der Einfluß von Störspannunknackfreü einsetzt und bei Entfernen des Tastkopfes gen, insbesondere der Einfluß der tieferfrequenten entsprechend ausklingt. Nach dem Schaltbild in 60 Netzspannung, unterdrückt Außerdem wird der so-Fig. 6 ist neben einem Ubertragungskanal mit den genannte Blubbereffekt ausgeschaltet
Transistoren T_x und T₃, die über die Widerstände R, Die Scha'tautomatik gemäß Fig. 6 weist schließ- und R₇ miteinander verbunden sind, ein Steuerkreis lieh einen weiteren Eingang/ auf, der immittelb,»^r mit den Transistoren T₄, T_s und T₆ vorgesehen. Der mit der Bfisis des Ausgangstransistors T, verbunden Transistor T_x ist mit seinem Basiswiderstand R₄, dem 65 ist Dieser Eingang dient dem Anschluß der Tastveränderbaren Emitterwiderstand R₅ und dem r\ollek- matrix, mit welcher einzelne mittels der Tasten 9 eintorwiderstand R₁₀ in Emitterschaltung angeordnet. schaltbare Oszillatoren unmittelbar angekoppelt wer-Der Widerstand R₅ ist mittels Jes Kondensators C_x den können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lehrmittel zur Veranschaulichung der Notenschrift, bestehend aus einer beschriftbaren, aus isolierendem Material bestehenden Tafel mit Notenlinien, welchen auf der Rückseite symmetrisch zu den entsprechenden Noten elektrische Leiter und zwischen diesen von diesen isolierte geerdete Abschirmbeläge zugeordnet sind, wobei die Leiter jeweils n;it Tongeneratoren mit den Noten entsprechenden Tonfrequenzen verbunden sind, sowie einem kapazitiv an die Leiter ankoppelbaren, mit einem über einen Verstärker mit wenigstens einem Lautsprecher verbundenen Tastkopf, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche mit den Leitern (14) verbundene Tongeneratoren (2) in an sich bekannter Weise gleichzeilig 11: rietrieb sind, daß im Übertragungskanal zwischen Tastkopf (3) und Lautsprecher (6) ein den Übertragungskanal bei Signalen mit kleiner Amplitude kurzschließender steuerbarer Widerstand, vorzugsweise ein Feldeffekt-Transistor (T₄), vorgesehen ist jnd daß im Tastkopf (3) ein Vorverstärker (3 b) mit hoehohmigem Eingangswiderstand und einer Amplitudenbegrenzungsschaltung (D₁ bis D₄) angeordnet ist.

2. Lehrmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des steuerbaren Widerstandes (T₄) ein mit dem Eingangstransistor (T.,) verbundener Steuerkreis vorgesehen ist, der aus ein^m VerstüikertransistP^r(T₅), einem Hochpaß (C₅, C„, : ,,), einem Gleichrichter (D₅, D,.), einem Siebglied (R_n, A₁₅, C₇, C₈) sowie aus einem weiteren Schalttransistor (T_n) besteht, dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des steuerbaren Widerstandes, vorzugsweise dem Gate des FET-Transistors (T₄) verbunden ist.

3. Lehrmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Steuerkreis wirksame, insbesondere durch die Siebglieder (A₁₄, A₁₅, C₇, C_s) bestimmte Zeitkonstante derart bemessen ist, daß der Übertragi':igskreis im wesentlichen ohne Überschwinger geöffnet bzw. gesperrt wird, wobei die Zeitkonstante vorzugsweise eine Größe von 0,1 bis 0,5 see besitzt.

4. Lehrmittel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Tastkopf (3) vorgesehene Verstärker (3 b) einen derart geschalteten FET-Transistor (T₁) aufweist, daß sein Fingangswiderstand durch Bootstrap-Effekt erhöht wird, und daß die Amplitudenbegrenzungsbchaltung aus je zwei den Widerständen des Gate-Spannungsteilers (R₂, R₃) gegensinnig parallelgeschaltetcn Dioden (D, bis D₄) besteht.