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Synchronisationsvorrichtung für elektrische Musikinstrumente Es ist
bereits in Vorschlag gebracht worden, bei elektrischen Musikinstrumenten subharmonische
Frequenzen mit Hilfe von synchronisierten Kippschwingungen zu erzeugen. Durch das
Zusammenklingen von mehreren subharmonischen Frequenzen kann man neuartige und reizvolle
musikalische Effekte erzielen. Das Bestreben nach solchen Effekten besteht in der
Musik schon lange; man konnte es aber nur unvollkommen in den Orgelmixturen verwirklichen,
die darin bestehen, daß beim Drücken einer Taste mehrere untereinander harmonische
Töne zugleich erklingen und daß die Töne der anderen Tasten aus Mischungen von gleichen
harmonischen Verhältnissen bestehen. Man kann die subharmonischen Frequenzen gemäß
der Erfindung auch dazu benutzen, ein Instrument durch eine einfache Umschaltung
auf eine subharmonische Stimmung 'zu transponieren, indem man nur die subharmonische
Frequenz zum Erklingen bringt, während die höhere Frequenz, von der die subharmonische
durch Synchronisation abgeleitet wird, nur als elektrische Schwingung besteht, nicht
aber in Schall umgewandelt wird.
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Sowohl das Zusammenklingen von Subharmonischen als auch die Transponiereffekte
der Synchronisation unterscheiden sich grundsätzlich von den genannten bisher bekannten
Vorrichtungen der Orgel. Diese konnten lediglich dadurch harmonische Frequenzen
erzeugen, daß mehrere an sich unabhängige Tonerzeuger eingesetzt wurden, die dann
durch die Einstimmung künstlich in harmonische Frequenzverhältnisse gebracht wurden.
Verstimmte sich der eine oder andere dieser Tonerzeuger, so war das harmonische
Verhältnis
gestört. Eine Abhängigkeit der synchronisierten von der
synchronisierenden Frequenz -war in der Musik unbekannt.
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Die durch Synchronisation erzeugten Frequenzen stehen nun in einem
genau subhartrionischen Verhältnis; eine Verstimmung ist physikalisch nicht möglich.
Bei einer Änderung in den Abstimmverhältnissen kann sich nur das harmonische Verhältnis
ändern.
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Ein weiterer Unterschied ist der, daß durch einfache Änderung eines
Abstimmelements, z. B. eines Widerstands, das subharmonische Verhältnis verändert
werden kann und ein und dieselbe Gruppe von subharmonischen Schwingungserzeugern
wahlweise auf jedes harmonische Verhältnis eingestellt werden kann, während bei
den Orgelmixturen die Stimmung ein für allemal festliegt und nachträgliche Änderungen
unmöglich sind. Diese Wirkungsweise hat das überraschende Ergebnis, daß aus ihr
eine musikalisch ganz neue Spiel-und Ausdrucksweise von bedeutendem künstlerischem
Wert entwickelt werden kann. Diese besteht darin, daß beim Drücken auf die Spielvorrichtung
an einem Punkt zwei oder mehr untereinander harmonische Töne erklingen. Wenn man
also z. B. eine zweistimmige Spielvorrichtung verwendet, d. h. eine solche, die
entweder aus zwei einstimmigen Manualen besteht oder beim Drücken auf zwei Punkte
eines Manuals die beiden diesen Punkten entsprechenden Töne zugleich erklingen,
so kann man eine solche Spielvorrichtung durch Hinzunähme von zwei synchronisierten
Schwingungen zu einer vierstimmigen weiterbilden, bei der jeweils nur zwei Tasten
bzw. Punkte ,der Spielvorrichtung gedrückt werden und vier Töne erklingen. Man kann
nun durch zwei Umschaltevörrichtungen, die man z. B. mit den Füßen bedienen kann,
für jede der Doppelstimmen das harmonische Verhältnis beliebig wechseln und erreicht
so ein vierstimmiges Spiel, das durch Anpassung des Tonsatzes an diese Wirkungsweise
zu einer bedeutenden Kunstform entwickelt werden kann. Wenn man unter den althergebrachten`
Musikinstrumenten nach einer Analogie zu einer solchen Wirkungsweise sucht, so kommt
man allenfalls auf gewisse volkstümliche Instrumente, bei welchen feste Harmoniekombinationen
vorgesehen sind, die man zu Melodietönen spielen kann, z. B. die Mundharmonika,
das Akkordeon, die Akkordzither. Derartige Instrumente unterscheiden sich aber von
den erfindungsgemäßen musikalisch dadurch, daß sie sich nicht für die Kunstmusik
eignen, und technisch dadurch, daß die Tonkombinationen durch einzelne an sich unabhängige,
nur durch eine gemeinsame Taste o. dgl. spielbare Tonerzeuger gebildet werden, die
sich gegenseitig verstimmen können, während gemäß der Erfindung zwischen den synchronisierten
Tönen eine strenge harmonische Beziehung zwangsläufig besteht. Diese zwangsläufige
Beziehung hat weiter zur Folge, daß sich ohne besondere Übertragungsvorrichtungen
auch musikalische Ausdrucksformen, wie Vibrato, Glissando und Portamento, der synchronisierenden
auf die synchronisierte Frequenz übertragen.
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Durch die Erfindung wird die Vorrichtung hinsichtlich ihrer musikalischen
Wirksamkeit und Brauchbarkeit sowie in technischer und wirtschaftlicher Beziehung
dadurch verbessert und erweitert, daß die gleichzeitig erklingenden harmonischen
Töne nicht nur an der gleichen Stelle der Spielvorrichtung durch ein und dieselbe
Spielbewegung eingeschaltet werden, sondern daß das Tonhöhenbestiinmungselement,
welches zur Frequenzveränderung für das musikalische Spiel dient, z. B. ein veränderlicher
Widerstand, für den synchronisierenden und den bzw. die synchronisierten Tonerzeuger
gemeinsam ist. Der durch diese Maßnahme erzielte Fortschritt liegt nicht nur in
der wirtschaftlichen Ersparnis eines Konstruktionselements, sondern technisch in
der zwangsläufig herbeigeführten völligen Identität des Toneinsatzes, Tonverlaufs
und Tonendes der harmonischen Schwingungen, und zwar mit einer solchen Präzision,
wie sie durch mehrere gleichzeitig schaltbar gemachte Tonhöhenbestinimungselemente
nicht erreicht werden kann, und musikalisch in der befriedigenden Klangwirkung von
Tönen mit einer solchen Präzision des Gleichlaufs, wobei zu berücksichtigen ist,
daß das Ohr für kleine Unterschiede im Toneinsatz außerordentlich empfindlich ist.
Bei der Gemeinsamkeit des Tonhöhenbestimmungselements tritt weiter die überraschende
Wirkung ein, daß ein einmal eingestelltes harmonisches Verhältnis über den ganzen
musikalisch in Betracht kommenden Frequenzbereich erhalten bleibt, ohne daß etwa
für einzelne Töne oder Bereiche zusätzliche Umschaltungsmaßnahmen erforderlich wären.
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Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß der synchronisierende
und der synchronisierte Generator aus völlig gleichen Konstruktionselementen bestehen.
Es ist also durch die Erfindung möglich, zwei oder mehr an sich zu unabhängiger
Frequenzerzeugung geeignete Kippschwingungsgeneratoren derart miteinander zu verbinden,
daß der eine der synchronisierende, die-anderen die synchronisierten Generatoren
werden, indem man allen Generatoren ein Frequenzbestimmungselement zur T onhöhenbildung
gemeinsam macht und einen kleinen Teil des erzeugten Wechselstroms von dem synchronisierenden
auf die synchronisierten Generatoren durch
eine Kopplung überträgt.
Das harmonische @lerhä ltnis wird durch ein als Parameter wirkendes Frequenzbestimmungselement
eingestellt.
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Die Erfindung wird nachstehend zunächst an Hand der Abb. i erläutert,
die das Schaltschema eines Ausführungsbeispiels darstellt. Dabei sind die gleichartigen
Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet; die Lletnenze des synchronisierten
Generators sind mit Strichindex versehen. i sind gasgefüllte L_'titladungsgefäße
mit indirekt aus der Stromquelle 5 geheizten Kathoden 2, den Steuerelektroden 3
und den Anoden 4.. 6 sind, die holidensatoren, 8' die Widerstände zur Freduenzbestitninttng
der Kippschwingungen, 9 ist die beiden Generatoren gemeinsame Anodenstroinquelle,
io ist die Erdverbindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Tonhöhe durch
Veränderung der Spannung zwischen Steuerelektroden und Kathoden variiert. i-2 ist
die beiden Generatoren gemeinsame Stromquelle für die Steuerspannung, 13 und 14
sind Regelwiderstände, um diese Steuerspannung auf einen günstigen Ausgangswert
zubringen, der durch die Bedienungshebel 21 und ii justiert wird. Die Tonhöhe wird
durch Niederdrücken des saitenartig zwischen den Punkten 16 und 17 ausgespannten
Widerstandes 15 gebildet, der z. B. in dem Punkt ig mit der geerdeten Schiene 18
zum Kontakt gebracht wird. An dem Punkt 26 sind die Steuerelektroden der Gasentladungsgefäße
parallel geschaltet. Die" Synchronisationsimpulse werden von dem synchronisierenden
Generator auf den svtichronisierten über den Widerstand 27 und den Kondensator 28
zugeführt. Diese Elemente sind so bemessen, daß die an der Anode des synchronisierenden
Gasentladungsgefäl?es vorhandene verhältnismäßig hohe Wechselspannung auf die für
die Steuerung an der Steuerelektrode des synchronisierten Gasentladungsgefäßes erforderliche,
verhältnismäßig niedrige Spannung herabgesetzt wird. Die Entkopplungswiderstände
25 vor den Steuerelektroden dienen dazu, einen Übertritt der Synchronisationsimpulse
auf die Steuerelektrode des synchronisierenden Gasentladungsgefäßes zu verhindern
bzw. auf einen nicht störenden Betrag herabzusetzen. Der Widerstand 25 bedeutet
insofern keine zusätzliche Maßnahme, als er auch bei der einzelnen selbständigen
Kippschwingschaltung zweckmäßigerweise vorhanden ist. Das Bindeglied zwischen den
Generatoren ist lediglich das Kopplungsglied 27, 28, während jeder Generator an
sich auch selbständig Schwingungen erzeugen kann. Man könnte also z. B. den in der
Schaltung nach Abb. i als synchronisierend angenommenen (rechten) Generator ausschalten,
z. B. indem man die 13eizung der Kathode ausschaltet, dann würde der bisher als
synchronisierter arbeitende Generator i' selbständig Schwingungen erzeugen. Zum
Einschalten der synchronisierten.Schwingung dient der Schalter 30.
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Zwischen Steuerelektrode und Kathode des Gasentladungsgefäßes i ist
in dem Ausführungsbeispiel noch der Kondensator 29 eingeschaltet. Er ist in bezug
auf die Widerstände im Steuerelektrodenkreis so bemessen, daß der durch eine plötzliche
Verlegung des Punktes i 9 entstehende Übergang von einer Tonhöhe auf die andere
etwas langsamer erfolgt, als er gespielt wird, um so den musikalischen Effekt des
Portamentos zu erzielen. Ein solches Portamento überträgt sich genau auf den synchronisierten
Generator. Ein analoger Kondensator an dem synchronisierten Generator ist infolge
der Entkopplungswiderstände 25 von vernachlässigbarer Wirkung auf das Portamento.
Der Frequenzverlauf wird nur von dem synchronisierenden Generator bestimmt. Dieser
Kondensator ist jedoch bei beiden Generatoren zweckmäßigerweise vorhanden, schon
aus Gründen der gleichen Wirkungsweise der Generatoren für den unsynchronisierten
Betrieb.
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Die von den Generatoren erzeugten Frequenzen werden über die Ankopplungsglieder
23, 24 der gemeinsamen Klemme 20 zugeführt, wo der Verbraucher (Formantkreise, Verstärker
usw.) angeschlossen wird. Die Ankopplungsglieder bestehen je aus einem hohen Widerstand
23 und einem kleinen Kondensator 2,4 und haben den Zweck, Widerstandverschiedenheiten
der an Punkt :o angeschlossenen Verbraucher keinen merklichen Einfluß auf die Frequenz
erreichen zu lassen. Der Schalter 31 dient dazu, den synchronisierenden Generator
vom Verbraucher abzuschalten, während er elektrisch weiterschwingt, so daß nur die
Frequenz des synchronisierten Generators hörbar gemacht wird. Das subharmonische
Verhältnis wird durch einen Frequenzparameter, z. B. den Widerstand 8' oder den
Kondensator 6' des synchronisierten Generators eingestellt. Wenn man z. B. den Widerstand
8' bei einem fest gedrückten Punkt icg von seinem Gleichwert mit dem Widerstand
8, wobei also beide Generatoren die gleiche -Frequenz erzeugen, nach höheren Widerstandswerten
verändert, so springt an einer Stelle die Frequenz plötzlich in die Suboktave, an
einer weiteren Stelle ebenso plötzlich in die Subduodezime, an einer folgenden Stelle
in die zweite Suboktave um usf. In der Mitte zwischen zwei solchen Stellen besteht
die größte Sicherheit, daß das subharmonische Verhältnis bestehen bleibt, auch wenn
man nun den Punkt i9 in dem ganzen Spielbereich verschiebt.
Bei
der Schaltung nach der Abb. i erreicht man ohne Schwierigkeiten die Erhaltung eines
subharmonischen Verhältnisses in einem Bereich von vier Oktaven bis zur vierten
Subharmonischen. Der Frequenzbereich, welchem ein subharmonisches Verhältnis erhalten
bleibt, hängt von der Übereinstimmung der beiden Generatoren ab. Kleine Unterschiede
in der Zündcharakteristik der Entladungsgefäße kann man durch verschiedene Abgriffe
32 an der gemeinsamen Anodenbatterie ausgleichen.
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Wenn mehrere Generatoren synchronisiert werden sollen, kann man entweder
jeden durch je ein Kopplungsglied 27, 28 an den synchronisierenden ankoppeln, oder
man kann in Kaskade synchronisieren, d. h. derart, daß man von einem synchronisierten
Generator jeweils den folgenden synchronisiert. Die Synchronisation in Kaskade hat
den Vorteil, daß entlegene Subharmonische mit größerer Sicherheit über einen großen
Tonhöhenbereich synchronisiert werden können als bei direkter Synchronisation.
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Die Erfindung läß t mancherlei Erweiterungen und Abänderungen zu.
In dem Aisführungsbeispiel nach Abb. i ist angenommen, daß die Tonhöhenveränderung
durch die Spannung an der Steuerelektrode vorgenommen wird. Die Schaltung kann leicht
dahin abgeändert werden, daß die Tonhöhe durch Veränderung der Anodenspannung 9
variiert wird, während die Spannung an den Steuergittern konstant bleibt. Eine andere
schalttechnisch wertvolle Abänderung der Schaltung nach Abb. i besteht darin, daß
man die Synchronisationsimpulse nicht von der Anode, sondern an der Steuerelektrode
des synchronisierenden Gasentladungsgefäßes abnimmt. Bei der Entladung fließt ein
großer Teil des Entladungsstromes über den Steuerelektrodenkreis und erzeugt an
den Widerständen in diesem Kreis einen Spannungsabfall, der sich als Synchronisierimpuls
eignet.
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Die Ankopplung des synchronisierten an den synchronisierenden Generator
kann auch in anderer Weise wie in Abb. i, z. B. über einen Transformator, erfolgen.
Da der Transformator nur einen Impuls von sehr kurzer Dauer zu übertragen hat, genügt
es, wenn er nur zur Übertragung hoher Frequenzen geeignet ist, d. h. ein Hochfrequenztransformator
ist.
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Wenn man zur Tonhöhenbildung den Widerstand 8 verändert, muß die Schaltung
etwas abgeändert werden; es kann aber auch bei dieser Schaltart der Grundsatz beibehalten
werden, daß die ungekoppelten Generatoren für sich zur Erzeugung von Kippschwingungen
geeignet sind. Ein Ausführungsbeispiel dieser Abart ist in Abb.2 dargestellt, in
welcher sinngemäß die gleichen Bezugszeichen genommen sind wie in Abb. z. Die Ankopplung
erfolgt hier über den Gleichrichter 28, dem ein Widerstand 27 vorgeschaltet sein
kann. Der Parameter für die Wahl der Subharmonischen kann hier durch den Kondensator
6' oder durch die Spannungsteilung im Stromweg io, 11, , 12', 1.+ gebildet werden.
Auch diese Schaltung kann in mancher Hinsicht modifiziert werden, z. B. dadurch,
daß der Gleichrichter 28 durch einen Richtverstärker sinngemäß ersetzt wird, um
den synchronisierten Generator wirksamer von dem synchronisierenden zu entkoppeln.