DE856405C

DE856405C - Elektroakustisches Turmmusikspiel

Info

Publication number: DE856405C
Application number: DEP37368A
Authority: DE
Inventors: Werner Trautwein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-03-22
Filing date: 1949-03-22
Publication date: 1952-11-20

Description

Elektroakustisches Turmmusikspiel Die Erfindung betrifft ein elektroakustisches Musikinstrument, welches die klangliche Wirkung eines Turmglockenspiels ergibt. Die bekannten Turmglockenspiele bestehen aus zahlreichen Glocken, je nach der Größe 2o bis 36, die in einem Glockenturm aufgehängt sind und der Reihe nach auf die Tonhöhen der Tonleiter abgestimmt sind. Sie sind mittels einer mechanischen Übertragseinrichtung entweder von Hand oder Fuß oder auch durch ein automatisches Spielwerk zu spielen. Die Erfindung löst die Aufgabe, die Klangwirkung solcher Glockenspiele mit einem wesentlich geringeren Aufwand zu erzielen. Sie verwendet dazu akustische Schwingungsgebilde, die glockenähnliche Schwingungen bei kleineren räumlichen Dimensionen ausführen. Die geringe Schwingungsenergie dieser Gebilde wird elektrisch abgetastet, verstärkt und durch Lautsprecher auf Glockenlautstärke gebracht. Auf diese Weise werden nicht nur Vorteile hinsichtlich der Rohstoffersparnis und eines niedrigen Preises erzielt, sondern es wird auch die Spielbarkeit erleichtert (die älteren Glockenspiele benötigten sehr oft erhebliche Körperkraft zum Spielen), die Lautstärke und Schallrichtung kann den gegebenen Bedürfnissen, z. B. der Wetterlage, angepaßt werden, die Gewichtsbelastung der Glockentürme ist wesentlich kleiner u. a. m.
Wenn man an die Klangqualität der glockenartigen Töne keine besonderen hohen Anforderungen stellt und sich mit der Wirkung begnügen würde, welche mit naheliegenden und für Glockenbildungen, z. B. im Orchester, bereits verwendeten Klangkörpern, wie Metallröhren oder länglichen Metallplatten, erzielbar ist, könnte man zu keinem praktisch brauchbaren Ergebnis gelangen. Der Glockenklang ist durch die Gewohnheit vieler Jahrhunderte zu einer festen Tradition geworden. Der Spielraum, welchen die verschiedenen Nuancierungen des Glockenklangs frei lassen, ist sehr eng. Dies gilt sowohl für die geschwungenen wie für die feststehenden Glocken der Glockenspiele. -Klänge,':. welche von diesem Glockenideal merklich abweichen, haben keine Aussicht auf öffentliche Verwendbarkeit für die traditionellen kirchlichen und zum Teil auch profanen Zwecke. Die Erfindung muß daher die Aufgabe lösen, Klänge zu erzeugen, welche in jeder Hinsicht dem Glockenideal entsprechen.
Der Glockenklang ist ein Klanggemisch besonderer Art, in welchem nicht nur wie bei den meisten musikalischen Tönen ein Grundton mit seinen Obertönen vorhanden ist, also ein Akkord. Auch in seinem zeitlichen Verlauf weist der Glockenklang eine größere Vielfältigkeit auf als musikalische Töne. Man unterscheidet nach dem subjektiven Höreindruck den Schlagton, die Innenharmonietöne und den Ausklington. Der Schlagton wird bereits als Ton von bestimmter Tonhöhe empfunden, im Gegensatz z. B. zum Klavierton, bei welchem der Anschlag nur als Geräusch empfunden wird. Dem Schlagton folgen die Harmonietöne, meist drei oder vier Töne, die einen Akkord bilden. Es gibt Glocken, bei denen diese Innenharmonie einen Durdreiklang und solche, bei denen sie einen Molldreiklang bildet. Andere Innenharmonien sind ungebräuchlich. Der Durdreiklang ist die bevorzugte Innenharmonie. Zu den Harmonietönen kommen noch Obertöne derselben hinzu. Der Ausklington ist der am längsten nachklingende Harmonieton. Von den Innenharmonietönen dominiert einer, den man als Stimmton empfindet. Ob der Eindruck einer bestimmten Tonhöhe von der überragenden Lautstärke dieses Tones herrührt oder vielmehr durch eine Häufung von Kombinationstönen zu erklären ist, ist noch nicht genügend geklärt. Als Kombinationswirkung ist auch das Auftreten der Suboktave des Grundtons zu erklären, die bei guten Glocken einen besonders guten, wuchtigen Klangeindruck vermittelt.
Die bekannten Glockennachbildungen für Orchesterzwecke ergeben nicht die vorstehend beschriebene Klangwirkung. Sie sind in ihrer Stimmung, d. h. in dem Hervortreten des Grundtons mit seinen Obertönen, viel bestimmter als die Turmglocken. Vermutlich soll für musikalische Zwecke, wie z. B. im Parsifal, der Grundton stärker hervortreten, da dies aus rein musikalischen Gründen (Zusammenklang mit dem Orchester) erforderlich ist. Bis jetzt bekanntgewordene elektroakustische Glockenspiele verwenden derartige Klangröhren mit mikrophonischer Aufnahme des Klanges, Verstärkung und Lautsprecherwiedergabe. Diese Glockenspiele entsprechen nicht der Aufgabenstellung der Erfindung. Ebensowenig eignen sich für die Erfindung Metallplatten von schmaler rechteckiger Form, da auch diese nur einen ausgeprägten musikalischen Ton ergeben.
Für die Erfindung werden flächenförmige Klangkörper verwendet. Schon Chladny hat vor mehr als Zoo Jahren gezeigt, daß flächenförmige Körper' in mehreren Grundtönen und zahlreichen teils harmonischen, teils unharmonischen Teiltönen schwingen können. Um einen glockenähnlichen Klang zu erhalten, ist es nicht nötig, gekrümmte Flächen, wie die Glocke selbst, zu verwenden, es genügen vielmehr auch ebene Flächen. Die einfachste Form, die man sowohl hinsichtlich der Vorausbestimmung als auch der nachträglichen Justierung der Stimmung und der Klangqualität am besten beherrscht, ist die rechteckige Platte aus hartem, elastischem Material, wie Stahl, Bronze, auch Glas oder Porzellan. Es mögen wohl schon verschieden geformte Platten, auch rechteckige, für verschiedene Signal-, Alarm- oder ähnliche Zwecke verwendet worden sein, es ist aber bis jetzt noch nicht bekannt und erkannt gewesen, daß solche Platten, planmäßig dimensioniert, zu den Schwingungsformen des traditionellen Glockenklanges führen.
Durch den Chladnischen Sandversuch kann man die Schwingungsformen sichtbar machen und die nicht schwingenden Knotenstellen ermitteln. An diesen Stellen kann man die Platten auflegen, ohne ihre Schwingungen zu beeinträchtigen. Als Auflagematerial wählt man zweckmäßigerweise Filz, Gummi od. dgl., um ein Klirren zu vermeiden, welches entstehen könnte, wenn die Auflagepunkte nicht völlig schwirr-. gungsfrei sind. Durch die Wahl dieser Auflagestoffe erreicht man eine Toleranz in den Auflagestellen, die den Sandversuch für jedes Stück entbehrlich macht und Ungleichmäßigkeiten in der Herstellung unerheblich macht.. Die räumlich feststehende Anordnung der Platten ist wichtig, um eine Körperschallabtastung. zu ermöglichen. Klangröhren sind schwebend an Fäden aufgehängt und bewegen sich durch den Anschlag. Es ist daher nur eine mikrophonische Schallaufnahme durch Luftübertragung, daher keine gesonderte elektroakustische Behandlung jedes einzelnen Klangkörpers möglich, es müßte denn sein, daß für jeden der Aufwand eines besonderen schalldichten Gehäuses zugelassen wird.
Die Seitenverhältnisse der Rechtecke, die Plattendicke und die Materialeigenschaften sind die Bestimmungsgrößen für die Klangeigenschaften. Die günstigsten Dimensionierungen werden empirisch ermittelt. Neben dem objektiven Vergleich der Klangspektren mit denen von Glocken muß hier die subjektive Tonempfindung entscheiden. Bei dem traditionellen Glockenklang handelt es sich hauptsächlich lern eine Angelegenheit des künstlerischen Geschmacks.. -Die physikalischen Meßmethoden sind noch 'nicht genügend vervollkommnet, um die Glockeneigenschaften objektiv zu erfassen; bzw. für die Bewertung. von ; Glocken ist heute noch die subjektive Beurteilung durch einen künstlerischen Sachverständigen' gebräuchlich. Die Technik muß diesen Gepflogenheiten Rechnung tragen. Die Erfindung stützt sich ,auf die Tatsache, daß es gelungen ist, rechteckige Platten z. B. aus Gußstahl so zu dimensionieren, daß sie nach solchen subjektiven Prüfungen für geeignet befunden worden sind. Das ermittelte Seitenverhältnis der Rechtecke entspricht ungefähr dem goldenen Schnitt. Ob dies einen physikalischen Grund hat,' ist .noch nicht geklärt. Die Plattendicke verhält sich bei GuB-stahl zur längsten Seite im Durchschnitt wie i : 5o. Eine auf i8o Hz abgestimmte Platte hat eine Länge von 75 cm, eine auf 7oo Hz abgestimmte von 14,5 cm. Bei den gut dimensionierten Platten tritt noch jeweils die Suboktave des Grundtons mit geringerer hörbarer Lautstärke hinzu.
Ein weiteres 'Merkmal der Erfindung ist die Auswahl der Anschlagpunkte sowie der Abtastpunkte für den Körperschall. An der Anschlagstelle ist die Schwingungsamplitude am stärksten; der dieser Stelle entsprechende Ton tritt also besonders stark auf. Dies gilt besonders für den Schlagton, der ja mit dem Stimmton möglichst zusammenfallen soll. Man wählt also die Anschlagstelle so aus, daß die günstigste Lautstärke für den Grundton erzielt wird. Erfahrungsgemäß liegt dieser Punkt am Rande der Platte in der Mitte der langen Seite. Etwa in der Platte vorhandene unharmonische oder unerwünschte Teiltöne können durch geeignete `'Fahl des Anschlagpunktes niedrig gehalten werden. Durch die Wahl des Abtastpunktes kann man vor allem die innenharmonischen Verhältnisse des Klanges, wie er zuletzt vom Lautsprecher abgestrahlt wird, beeinflussen. Die Schwingungen der Teiltöne überschneiden sich auf der Platte in mannigfaltiger Weise, und man kann empirisch einen Punkt ermitteln, in welchem sich die Schwingungsamplituden mit ,dem- gewünschten Verhältnis überlagern. Erfahrungsgemäß liegt der günstigste Abtastpunkt auf eiper Diagonale in der Nähe einer Ecke. Bei Verwendung von Stahlplatten erfolgt die Tonabnahme zweckmäßigerweise elektromagnetisch durch Kopfhörersysteme ohne Membran, welche auf einen gemeinsamen Verstärkereingang zusammengefaßt werden. Aber auch Kohlekörner oder Piezokristalle können für die Abtastung verwendet werden.
Als zweckmäßiges Material für den Anschlaghammer hat sich Hartholz erwiesen, welches den- Anschlag der Metallhämmer bei Glocken am besten' nachbildet. Metallhämmer ergeben einen zu scharf klingenden, Hämmer aus weicherem Material einen zu weich klingenden Anschlag.
Für den elektromagnetischen Antrieb der Anschlaghämmer hat sich am besten die Form des Tauchsolenoids bewährt. Es hat die wertvolle Eigenschaft, daß der bei Stromeinschaltung sich gegen die Erdschwere in die Höhe bewegende Eisenanker anfänglich infolge seines Beharrungsvermögens über die bei Stromdurchgang bestehende Ruhelage hinausstößt und so einen prellfreien Anschlag hervorruft. Für das Spielen ist eine Klaviatur mit elektrischen Kontakten an den Tasten vorgesehen. Zur Ersparnis von Kupfer können die Tauchsolenoide für einen dauernden Stromfluß unterdimensioniert und die Klaviaturkontakte als Momentkontakte ausgebildet sein, welche nur beim Hinlauf, nicht aber auch beim Rücklauf Kontakt geben. Bei einer anderen kupfersparenden Ausführungsform wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Tasten nur kurzzeitig gedrückt werden. Jedes Tauchsolenoid ist mit einer Woodmetallsicherung versehen, welche ihren Stromkreis bei Erwärmung infolge dauernden Stromflusses trennt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß auch bei Dauerstrom infolge eines Fehlers in den Klaviaturkontakten keine gefährliche Wärmeerzeugung auftreten kann.
An die Verzerrungsfreiheit von Verstärker und Lautsprecher für ein Turmmusikspiel sind geringere Anforderungen tragbar als für andere Musikübertragungen. Der natürliche Glockenklang ist reich an harmonischen und z. T auch unharmonischen Teiltönen sowie an Kombinationstönen; so daß eine zusätzliche Anreicherung an solchen weniger stört. Auch durch die Auswahl der Anschlag- und Abtastpunkte kann einem Übermaß an Teiltönen entgegengewirkt werden.
Gegen eine Einebnung der Amplitudenunterschiede zwischen Anschlag- und Ausschwingklängen ist das Ohr nach dem Weber-Feschnerschen Gesetz wenig empfindlich. Um den Verstärker- und Lautsprecheraufwand niedrig zu halten, wird daher erfindungsgemäß eine Dynamikpressung vorgenommen.
In' der Figur ist die Erfindung als Ausführungsbeispiel halbschematisch erläutert. Es bedeutet: i die Tastatur, 2 die Tastenkontakte, 3 ein Widerstandskondensatorglied zur Funkenlöschung, 4 die Stromduellefür die Anschlagmagnete, 5 eine Klangplatte in perspektivischer Darstellung von unten gesehen. 6* sind die Lagerpunkte mit elastischem Zwischenmaterial, 7 ist ein Anschlagmagnet in Form eines Tauchsölenoids, 8 ist das elektrische Abtastorgan, 9 ist der Kraftverstärker, io die Lautsprecheranlage. Es werden zweckmäßigerweise mehrere Lautsprecher für die Verschiedenen Himmelsrichtungen vorgesehen. ii ist der Spieltisch, in welchem die Klaviatur i nochmals dargestellt ist. 12 ist ein kleiner Lautsprecher zu Übungs- und Kontrollzwecken., 13, 14 und 15 sind Bedienungsknöpfe. Einer dient als Generalausschalter, wobei die Betriebsbereitschaft der Anlage durch ein Schauzeichen 16 angezeigt wird. Der andere Drehknopf ist ein Regler für die Lautstärke der Turmlautsprecher. Wenn dieser sich in Einschaltstellung befindet, ist ein zwangsläufiges Lautstärkeverhältnis zu dem Lautsprecher 12 hergestellt, so daß der Spieler einen Anhaltspunkt für die Außenlautstärke hat. Der dritte Knopf regelt die Lautstärke des Spieltischlautsprechers 12. Wenn er sich in Einschaltstellung befindet, sind die Turmlautsprecher ausgeschaltet, und der Spieler kann sich eine für Übungszwecke gewünschte Lautstärke einstellen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Turmmusikspiel zur elektroakustischen Nachbildung von Turmglockenspielen, bei welchen die Schwingungen räumlich kleiner Schwingungsgebilde elektrisch abgetastet und durch Lautsprecher hörbar gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungsgebilde ebene Platten von vorzugsweise rechteckiger Form aus einem harten, elastischen Werkstoff, vorzugsweise Gußstahl, verwendet werden, deren Seitenverhältnis, Dicke und Materialhärte durch subjektive oder objektive Klangprüfung so dimensioniert sind, daß der traditionelle Glockenklang erzielt wird.
2. Turmmusikspiel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten horizontal fest gelagert sind durch Unterstützung in Punkten, welche Schwingungsknoten bilden.
3. Turmmusikspiel nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsknoten durch den Chladnischen Sandversuch ermittelt werden. ,¢.
Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsknoten nicht für jedes Exemplar, sondern nur typenweise ermittelt und die Unterstützungspunkte mit Filz, Gummi od. dgl. belegt sind, so daß geringe restliche Schwingungen in den Unterstützungspunkten keine merklichen Störungen verursachen.
5. Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagpunkte derart ausgewählt sind, da.ß die dem traditionellen Glockenklang entsprechenden Teiltöne insbeson, dere im Anschlag bevorzugt werden.
6. Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet; daß der Körperschall der Platten in einem oder mehreren Punkten abgetastet wird, welche derart ausgewählt sind, daß an den Abtaststellen die für den traditionellen Glokkenklang, insbesondere dessen Innenharmonie maßgeblichen Teiltöne und Amplitudenverhältnisse abgetastet werden.
7. Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag elektromagnetisch durch ein Tauchsolenoid bewirkt wird, dessen Anker sich bei Einschalten des Arbeitsstromes gegen die Erdschwere in die Höhe bewegt und einen Stößel, vorzugsweise mit Holzkuppel, trägt, der infolge des Beharrungsvermögens über die Ruhelage bei eingeschaltetem Strom vorstößt und einen prellfreien Anschlag gewährleistet. B.
Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferwicklung der Tauchsolenoide knapper dimensioniert ist, als es für einen dauernden Stromdurchgang erforderlich wäre, und daß die Kontakte der Klaviatur als Momentkontakte ausgebildet sind, welche nur in der Hinlaufrichtung Kontakt geben. g.
Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Solenoid mit einer Woodmetallsicherung versehen ist, durch welche eine gefährliche Erwärmung durch einen störungsbedingten Dauerstrom vermieden wird. io.
Turmmusikspiel nach Anspruch i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel aus Hartholz besteht. ii.
Turmmusikspiel nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung von Stahlplatten elektromagnetisch erfolgt, wobei die Kraftlinienmodulationen durch die Bewegungen des Stahlkörpers bewegt werden.
12. Turmmusikspiel nach Anspruch i bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zeitlichen Verlauf der Glockenklänge vorhandenen Amplitudenunterschiede durch eine Dynamikpressung im Verstärker eingeebnet werden.
13. Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Klaviaturspieltisch mit einem kleineren Lautsprecher für Kontroll-und Übungszwecke ausgerüstet ist.
14. Turmmusikspiel nach Anspruch i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher bei der Spielklaviatur bei eingeschalteter Turmlautsprecheranlage in einem feststehenden Lautstärkeverhältnis zu letzterer steht.