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Verfahren zur Erzeugung von Klängen auf elektrischem Wege nach dem
Schwebungsprinzip Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Klängen
unter Anwendung des Schwebungsprinzips sowie ein mehrstimmiges elektrisches Musikinstrument,
bei dem das Verfahren benutzt wird. Mit dem neuen Instrument können einfache oder
zusammengesetzte Töne von bestimmter Klangfarbe sowie jede beliebige Kombination
von Tönen ein und derselben Oktave oder verschiedener Oktaven erzeugt werden.
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Es ist bekannt, durch Kombination zweier Hochfrequenzen nach dem Schwebungs-Prinzip
musikalische Klänge hervorzurufen. In der Praxis hat man jedoch bisher nur einstimmige
Instrumente nach diesem Prinzip gebaut. Ein nicht in die Praxis umgesetzter Vorschlag
geht dahin, einem konstanten Schwehungsgenerator mehrere jeweils innerhalb eines
Oktavbereichs veränderliche Generatoren zuzuordnen, so daß der Anzahl der den Oktavbereich
deckenden Generatoren entsprechend Oktaven gespielt werden könnten. Da eine klare
Beschreibung dieses Vorschlages nicht vorhanden ist, ist die Annahme wahrscheinlich,
däß es sich hierbei ebenfalls um ein einstimmiges Instrument-handelt.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem es möglich ist,
dem Mangel der Einstimmigkeit abzuhelfen. Um ein solches mehrstimmiges, zweckmäßig
durch Tasten spielbares Instrument herstellen zu können, wird erfindungsgemäß ein
Verfahren zur-Klangerzeugung benutzt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Anzahl
der gewünschten Oktaven entsprechende, um Oktaven unterschiedliche Hochfrequenzschwingungen
(Oktavschwingungen) und der Anzahl der Töne innerhalb einer Oktave entsprechende,
sich um den gewünschten Ton, z. B. um je einen Halbton in der Frequenz, unterscheidende
oberwellenreiche Schwingungen (Notenschwingungen) erzeugt werden, und daß Schwebungen
zwischen beliebigen Oktavschwingungen und Notenschwingungen herbeigeführt werden,
so daß jeder Ton einer beliebigen Oktave erzeugt werden kann.
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Der Erfindungsgegenstand soll an Hand der Zeichnungen, deren Abb.
i bis 4 mehrere Ausführungsbeispiele veranschaulichen, bei denen das Verfahren gemäß
der Erfindung benutzt wird, näher erläutert werden.
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Durch die Klammer 18 ist ein System von Querverbindungen angedeutet,
bestehend aus
den Schaltern i9 bis 23 usw., 19' bis 23' usw:, i9"
bis 23" usw., mit deren Hilfe die einzelnen Ausgangskreise der Oktavengeneratoren
15 bis 17 wahlweise mit den Eingangskreisen der Notengeneratoren i bis 5 verbunden
werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die verschiedenen Noten der einzelnen
Oktaven zu erzeugen. Die Schalter können zweckmäßig nach Art der Tasten eines Pianos
angeordnet sein.
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Soll beispielsweise der niedrigste Ton der ersten Oktave erzeugt werden,
so wird der Schalter i9 betätigt, wodurch der Ausgangskreis 15' des Generators 15
wit dem Eingangskreis i' des Generators i über die Leiter 24 bis 26 verbunden wird.
Wie bereits erwähnt, unterscheiden sich die Frequenzen beider Generatoren um. einen
Betrag, den der niedrigsten Note entspricht. Das Gitter der Röhre i wird hinreichend
negativ beeinflußt, damit dieselbe auch als Gleichrichterröhre arbeitet. Infolgedessen
tritt im Ausgangskreis der Röhre i - die Schwebungsfrequenz der durch die Generatoren
15 und -i erzeugten Frequenzen auf, die über den Kreis i i und den Verstärker 13
dem Lautsprecher 14 zugeführt werden. Der nächsthöhere Ton wird durch die Taste
2o, welche den Ausgangskreis 15' mit dem Eingangskreis 2' verbindet, erzeugt, da
die Grundfrequenz des Notengenerators 2 sich von derjenigen des Oktavengenerators
15 um einen Betrag unterscheidet, welcher der entsprechenden Note entspricht. In
ähnlicher Weise werden durch die Schalter 22, 23 usw. der zum Oktavengenerator_i5
gehörigen Gruppe die entsprechenden Noten der ersten Oktave erzeugt. Damit die einzelnes
Noten der ersten und folgenden Oktaven die ,gewünschte Intensität haben, sind Widerstände
27 bis 31 usw. vorgesehen, die parallel zum Eingangskreis der Notengeneratoren liegen.
Ferner sind Widerstände 32 bis 34 usw. für jede - Oktave .vorgesehen, durch welche
die Gesamtintensität der . einzelnen Oktaven im Verhältnis zueinander genau geregelt
werden kann. _Mittels dieser Widerstände kann somit die Intensität. der einzelnen
Töne eines Klanges unabhängig voneinander, gesteuert werden, mögen diese 'Töne nun
,ein =d derselben Oktave oder verschiedenen Oktaven angehören. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich, können mehrere der Sehalter i9 bis 23, i9' bis @23', 1g" bis 23" usw.
gleichzeitig betätigt werden, wodurch die gewünschten Klänge entstehen.
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. Die Notengeneratoren i bis -5 usw. sind nun von solcher Konstruktion,
@ däß ' sie Schwin- . gongen erzeugen; die reich an höheren Harmonischen sind. Diese
höheren Harmonischen werden nun zur Erzeugung der entsprechenden Noten der -höheren
Oktaven benutzt. So wird z. B., um die Note der nächsthöheren Oktave, die der zum
Schalter i9 gehörigen Note entspricht, zu erzeugen, der Schalter i9' betätigt, der
dann den Ausgangskreis 16' des Generators 16 direkt mit dem Eingangskreis i' des
Notengenerators i verbindet. Auf diese Weise wird die Frequenz des Oktavengenerators
16 mit der, zweiten Harmonischen des Notengenerators i überlagert, so daß infolgedessen
im Lautsprecher die niedrigste Note der zweiten Oktave zu Gehör gebracht wird. In
entsprechender Weise wird die niedrigste Note der 3. Oktave durch Betätigung des
Schalters i9" erzeugt, wodurch eine Überlagerung der Frequenz des Oktavengenerators
17 mit der 4. Harmonischen des Notengenerators i hervorgerufen wird usf. Werden
nun beispielsweise die Schalter i9 und i9' gleichzeitig betätigt, dann wird die
im Lautsprecher niedrigste Note der i. Oktave mit ihrem .i. Oberton erzeugt usf.
Die Abstimmkondensatoren 35 bis 39 usw. der Notengeneratoren und die Abstirnrnkondensatoren
40 bis 42 usw. der Oktavengeneratoren sind variabel und dienen zur Einstellung der
einzelnen Noten bzw. deren Obertöne. Die Tonhöhe der Oktaven kann entweder durch
den Kondensator 4o oder vorzugsweise durch eine gemeinsame Steuerung der Kondensatoren
35 bis 39 usw., welche die Frequenzen eines jeden Notengenerators in proportionalen
Beträgen ändert und die in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie 43 angedeutet
ist, erfolgen.
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In die-Ausgangskreise der einzelnen Generatoren können auch Filter
zur Unterdrückung unerwünschter ' Frequenzen sowie Verstärker eingeschaltet werden.
Eine Gesamtregelung der erzeugten Töne findet durch das Potentiometer 12 statt.
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Abb. 2 .zeigt :einen hochfrequenten Röhrengenerator D mit einem abstimmbaren
Gitterkreis 2, dessen Induktivität mit der Induktivität 3 im Anodenkreis induktiv
gekoppelt ist. Mit dem Schwingungskreis 2 ist eine Anzahl abgestimmter Resonanzkreise
4, 5, 6 usw.- gekoppelt, die entweder parallel oder in Reihe miteinander geschaltet
sein können und die im Gitterkreis eines Röhrenverstärkers A liegen. Von diesen
abgestimmten Kreisen ist je einer auf die Grundfrequenz und die verschiedenen höheren
Harmonischen des Generators O abgestimmt. - Parallel zum Ausgangskreis 13 des Verstärkers
A liegen eine Reihe Stromkreise 7, 8, 9 .mit Kapazität io, Induktiqität i i -und
variablen Wi@derständen 1.2, 12', r2", welche auf die Grundfrequenz bzw. ihre -höheren
Harmonischen abgestimmt sind. Wird einer dieser variablen Widerstände ausgeschaltet,
dann bildet der betreffende Stromkreis einen Kurzschluß für
seine-Resonanzfrequenz.
Ferner kann durch Einstellung der Widerstände 12, z2', 12" die Amplitude der einzelnen
Schwingungen, mag es sie Grundfrequenz oder "irgendeine oder mehrere ihrer höheren
Harmonischen sein, gesteuert werden.
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Zur Regelung der Widerstände z2, i:', 12"
sind Tasten 24, 24',.24"
vorgesehen, die durch Federn nach oben und durch Fingerdruck nach abwärts bewegt
werden. Gemäß Zeichnung werden - durch den Federdruck die Widerstände auf ein Minimum
eingestellt. Die Tasten 24, 24', 24" werden zweckmäßig so angeordnet, daß eine bequeme
Handhabung durch den Spieler ermöglicht wird. -0' zeigt einen zweiten hochfrequenten
Schwingungserzeuger, zu- dessen Gitterkreis mehrere Kondensatoren 14, 15, -z6 von
verschiedener Kapazität mittels geeigneter Schalter 17, 17',-i7" - beispielsweise
Druckschalter - parallel geschaltet werden können. Diese Schalter, durch deren Schließen
die Frequenz des Generators 0' geändert wird, werden wieder zweckmäßig so angeordnet,
daß sie vom Spieler leicht betätigt werden können, und zwar vorzugsweise derart,
daß die Tasten 24, 24', z4" durch die Finger der einen Hand und die Schalter
17, z7', 17" durch die Finger der anderen Hand bewegt werden. Mit der Induktivität
des Gitterkreises sind die im Gitterkreis des Verstärkers A' liegenden Resonanzkreise
q..', 5', 6' gekoppelt, welche auf die Grundfrequenz und die Harmonischen des Generators
0' abgestimmt sind.
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Parallel zum Ausgangskreis 18 des Verstärkers A' liegt ein hochohmiges
Potentiometer 18', dessen Potential über den Kondensator z8" der Gleichrichterröhre
ig zugeführt wird. Ein Teil dieses Potentiometers ist in dem Ausgangskreis 1ß des
Verstärkers A eingeschaltet. Auf diese Weise wird dem Gitter der Gleichrichterröhre
ig vom Generator 0 eine wesentlich kleinere Spannung als vom Generator 0' aufgedrückt.
Hierdurch werden unerwünschteHarmonische und Störungen vermieden, die durch das
Arbeiten ider.Röhre 1g auf dem gekrümmten Teil der Charakteristik entstehen. Gegebenenfalls
kann auch-der Generator 0 von kleinerer Leistung als der Generator 0' sein. Der
Strom im Ausgangskreis der Röhre ig weist u. a. Frequenzen auf, die der Differenz
der Grundfrequenzen und der-verschiedenen Harmonischen . der Schwingungsgeneratoren
0 und 0' entsprechen und deren Amplituden j e nach Wunsch mittels der Tasten 24,
24', 24" gesteuert werden- können. -Über die Verstärker 2o, 21 und den Transformator
22 werden dann -die -verstärkten Ströme dem Lautsprecher 23 zugeführt. Als Beispiel
sei -angenommen, daß der Generator 0 eine Grundfrequenz von 165 Per./s mit den Harmonischen
2 X 1o5, 3 X-105, 4 X zo5 Per./s usw. erzeugt. Der Schwingungskreis 4 ist dann auf
1o5, der Kreis 5 auf 2 X 1o5 und der Kreis 6 auf 3 X 105 Per./s abgestimmt.
Je nach den Erfordernissen können noch weitere Schwingungskreise -vorgesehen werden,'
wie durch die gestrichelte Linie im Gitterkreis der Röhre.A angedeutet ist. Der
Kopplungsgrad zwischen Kreis 2 und jedem der Kreise 4, 5, 6 kann nach Bedarf veränderlich
gemacht werden, wie in der Zeichnung durch den verschiedenen Abstand der Kreise
4, 5 und 6 vom Kreis :2 angedeutet ist. Die Kreise 7, 8, g werden ebenfalls auf
1o5 bzw. - 2 X 1o5, 3Xio5 usw. Per./s abgestimmt, wobei so viele Kreise vorhanden
sind, wie höhere Harmonische gesteuert werden sollen. Die Frequenz des Generators
O_' kann -dann bei geöffneten Schaltern 17, 17', 17" auf dieselbe Frequenz
des Generators 0 eingestellt werden, wodurch die Schwebung Null entsteht.
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In Abb. i stellen i bis 5 hochfrequente Schwingungserzeuger dar, deren
Ausgangstransformatoren 6 bis io über die Leitung x i, den Widerstand 12 und-den
Verstärker 1ß mit dem Lautsprecher 14 verbunden .sind. Die von den Generatoren i
bis 5 erzeugten Frequenzen unterscheiden sich voneinander entsprechend dem Frequenzunterschied
der ersten fünf Töne einer Oktave.
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Während in der Zeichnung nur fünf Generatoren dargestellt sind, ist
es 6elbstverständlich, daß idie Anzahl dieser Generatoren der Zahl der Noten, die
in ,den einzelnen Oktaven erzeugt werden sollen, entspricht, Beispiels= weise z2.
Die Generatoren i bis 5 :seien daher im folgenden als Nobengeneratorenbezeichnet.
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15 bis 17 zeigen eine zweite Gruppe hochfrequenter Schwingungsgeneratoren,
die im folgenden Oktavengeneratoren genannt werden sollen. Die Schwingungen des
Generators 15 unterscheiden sich von denjenigen des Generators i um einen Betrag,
welcher der Frequenz des niedrigsten zu erzeugenden Tones entspricht. Die Generatoren
16, 17 usw..führen jeweils die doppelteFrequenz des vorhergehenden, und zwar werden
dem Generator 16 Schwingungen von dem Generator 15
und dem Generator 17 Schwingungen
von dem Generator 16 zugeführt usw., indem die Schwingungen des Generators 15 dem
Gitterkreis des Generators 16 zugeführt werden, dessen -Anodenkreis auf die doppelte
.Frequenz des Generators 15 abgestimmt ist. In entsprechender Weise tritt im Ausgangskreis
des Generators 17 Aiedoppelte Frequenz des Generators 16 oder die vierte
-Harmonische des - Generators 15 auf.
Wird nun beispielsweise vorausgesetzt,
daß die Grundfrequenz im Ausgangskreis des Systems um io ooo Per./s, d. h. um io°1o
der Grundfrequenz .des Generators 0', variieren soll, dann wird die Frequenz dieses
Generators durch Schließen der Schalter 17, l7', 17" von ioo ooo-
Per./s auf 9o ooo Penis geändert. Dieselbe prozentuale Änderung erscheint dann auch
in den einzelnen höheren Harmonischen der Grundfrequenz. Dementsprechend sind die
Kreise q.', 5', 6' usw. auch auf die entsprechenden Frequenzbereiche abgestimmt.
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Zur Erzeugung eines bestimmten Tones gewünschter Klangfarbe wird nun
der oder die entsprechenden Schalter 17, I7', 17" geschlossen, so
@daß ,die entsprechende Hörfrequenz mit ihren höheren Harmonischen in dem Ausgangskreis
entsteht, deren Amplitude dann durch die Tasten 2q., 2q.', 2q." usw. gesteuert werden.
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Statt der obengenannten ioo ooo Per./s als Grundfrequenz der Generatoren
0 und 0' können auch niedrigere oder höhere Frequenzen verwendet werden. Vorzugsweise
wenden jedoch hinreichend hohe Frequenzen benutzt, so daß eine besondere Einstellung
der Kreise q.', 5', 6' usw. für jeden Ton infolge der geringen prozentualen Frequenzänderung,
die bei der Erzeugung der einzelnenTöne auftritt, nichterforderlich ist.
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Ferner sollen die Frequenzen so gewählt sein, daß durch die Überlagerung
keine unerwünschten Hörfrequenzen auftreten dürfen.
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In Abb. 3 sind im Gegensatz zur Abb. 2 für die Verstärkung der verschiedenen
höheren Harmonischen besondere Kanäle vorgesehen. So dient z. B. der Kanal
30 zur Verstärkung der von den Generatoren 0 und 0' erzeugten Grundfrequenzen.
Kanal 31: erhält durch die Batterie 42 eine negative Gitterspannung, so daß die
Röhre auf dem gekrümmten Teil der Charakteristik arbeitet. Auf diese Weise verstärkt
sie nicht nur die Grundfrequenz, sondern erzeugt auch in bekannter Weise deren höhere
Harmonische, die dann dem Hochfrequenzverstärker A zugeführt werden, in dessen Ausgangskreis
ein Potentiometer i8' vorgesehen ist. Entsprechend wird der Ausgangskreis .des Generators
0' zwecks Erzeugung der höheren Harmonischen dem Generator qo' zugeführt, _ dessen
Ausgangsströme durch den Verstärker A' verstärkt und einem Teil des Potentiometers
i8' zugeführt werden.
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Die beiden Grundfrequenzen werden dann mit ihren höheren -Harmonischen
über die abgestimmten Kreise 30' bis 33', die mit geeigneten Teilen des Potentiometers
i8' verbunden sind, den entsprechenden Eingangskreisen der Kanäle 30 bis 33 zugeführt,
und zwar sei der Stromkreis 30' auf die Grundfrequenzen, der Kreis 3-l' auf ihre
zweite Harmonischen, der Kreis 32' auf ihre dritte Harmonischen und der Kreis 33'
auf ihre vierte Harmonischen usw. abgestimmt. Bei hohen Frequenzen der Generatoren
0 und 0' ist bei oder Erzeugung der verschiedenen Schwebungstöne eine variable Abstimmung
der einzelnen Kreise nicht erforderlich. Die Frequenz des Generators 0' wand in
diesem Ausführungsbeispiel in bekannter Weise durch Änderung der Handstellung des
Spielers gegenüber der vertikalen Elektrode 43, die mit dem Schwingungskreis 2'
verbunden ist, gesteuert.
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Die Kanäle 3o bis 313, usw. enthalten je einen Hochfrequenzverstärker
44, eine Gleichrichterröhre 45 und einen Niederfrequenzverstärker 37. Die Verstärker
44 erhalten durch die Batterie 46 und das Potentiometer 47 eine negative Gitterspannung
aufgedrückt. Die Verbindung der Gitter mit den Potentiometern wird entsprechend
Abb.2 durch die Tasten 2q., 2q.', 2q." geregelt, wodurch der Verstärkungsgrad der
Verstärker 44 und damit die den Lautsprechern 38 zugeführte Energie gesteuert werden
kann.
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Die Erfindung ist auf obige Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.
Es können viele Modifikationen sowohl in der Stromkreisanordnung als auch in den
Teil eingeführt werden, ohne daß derartige Anordnungen aus dem Bereich der Erfindung
fallen.