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Musikinstrument, dessen Saiten durch Ansehlagmagnete dauernd in Schwingung er- halten werden können.
Die Erfindung betrifft Verbesserungen, welche dazu dienen, die Saiten eines Musikinstrumentes in eventuell fortdauernde Schwingungen zu versetzen, und sie bezieht sich vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich auf Klaviere, da für diese die Erfindung das grösste Interesse bietet.
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anzubringen, der von Strömen durchflossen wird, deren Frequenz dieselbe ist wie die Schwingungszahl der Saite ; das Unzulängliche dieser Anordnung besteht in der ausserordentlich grossen Zahl (eine periodische Stromquelle pro Note, also 88 für ein Klavier) von erforderlichen Stromquellen.
Die Erfindung bezweckt vor allem, die Zahl der benötigten periodischen Stromquellen herabzusetzen. Sie besteht in der Hauptsache darin, dass man in bekannter Weise je einen der vorerwähnten
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für jeden Ton verwendet, jedoch eine ganze Gruppe dieser Anschlagmagnete, von denen jeder einen verschiedenen Ton unterhält, durch einen gemeinsamen Strom bzw. Stromkreis betätigt. Von diesem
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gleichzeitig angewendet werden und von denen im folgenden noch ausführlich gesprochen wird.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die Abb. 1 zeigt schematisch als Beispiel die Anwendung eines Wechselstromerzeugers mit höheren
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Die Abb. 2 zeigt das Schema eines periodischen Stromerzeugers, welcher auf einer Eigenschaft der Neon-Lampe beruht, indem dieser Strom durch eine Dreielektrodenlampe verstärkt wird, deren entsprechender periodischer Strom auf eine Reihe von in Serie geschalteter Anschlagmagnete einwirkt.
Die Abb. 3 zeigt-sehr schematisch-ein Beispiel eines erfindungsgemäss konstruierten mechanischen Sehwingungserregers.
Die Abb. 4 zeigt eine Reihe von gemäss Abb. 4 konstruierten Schwingungserregern mit dem Schen'a seiner erfindungsgemässen Anwendungsart in einem Klavier.
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Die Abb. 6 zeigt ein auf zwei Schwingungserreger mit verschiedener Grundfrequenz wirkendes Elektrorelais.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in erster Linie darin, vermittels einer Reihe von periodischen Stromquellen verschiedener Natur die Saiten eines Klaviers zum dauernden Schwingen zu bringen. Zu diesem Zwecke wählt man eine passende Gruppe von Saiten und stattet jede derselben mit einem Anschlagmagneten aus, der an dieselbe Stromquelle angeschlossen ist. An dem Mechanismus jeder Taste des Klavieres wird ein elektrischer Unterbrecher angebracht, wekher derart geschaltet ist, dass beim Niederdrücken einer Taste der Strom durch den Anschlagmagneten der zugehörigen Saite fliesst. Dies bewirkt, dass die Bewegung, welche z.
B. durch den Schlag des gewöhnlichen Hammers hervorgerufcn werden kann oder auch direkt durch die Wirkung des Stromes im Anschlagmagneten, andauert.
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Was nun die Wahl der in einem Stromkreis zu vereinigenden Saiten und die Art der gemeinsamen elektrischen Stromquelle für besagten Stroir kreis anbelangt, so trifft iran die Anordnung gemäss der Erfindung so, dass die Erregung jeder Saite für sich stattfinden kann, trotzdem in einen einzigen Stromkreis die Anschlagmagnete mehrerer Saiten vereinigt sind.
Durch die passende Wahl der Stromquelle und der Saiten, welche in denselben Stromkreis eingeschlossen sind, kann man die Zahl der Stromkreise bedeutend verringern. Angenommen z. B. dass die Stromquelle einen Strom liefert, der nebst einer Grundfrequenz auch eine Reihe von geeigneten Harmonischen aufweist, so kann diese Stromquelle nicht nur die Saite zum Schwingen bringen, welche ihrer
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Saiten und ausserdem auch diejenigen, welche den im Stromkreis vorhandenen Harmonischen entsprechen.
Man kann so die in den bisher bekannten Klavieren mit andauernd schwingenden Saiten als unum- gänglich notwendig angesehenen 88 Stromquellen des periodischen Stromes sehr vermindern ; dies sei in den folgenden Beispielen des näheren erörtert.
Man kann eine gemeinsame Wechselstrom quelle für die Note desselben Namens aller sieben Oktaven benützen, z. B. um die sieben c des Klavieres zum Tönen zu bringen, eine zweite dazu, einen anderen Halbton der sieben Oktaven des Klavieres und so fort, derart, dass zwölf Stromquellen genügen, um alle Töne des Klavieres hervorzubringen. Man kann auch eine Stromquelle für mehr als eine Note derselben Oktave verwenden. Auch kann eine einzige Stromquelle für den Grundton des cl nicht nur diesen Ton
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sich in derselben Oktave befindet, unter der Voraussetzung, dass der periodische Strom der Stromquelle, den Mitton 3 enthält, was sehr leicht zu erreichen ist. Ebenso kann der Strom leicht die Mittöne 6, 12, usw. enthalten. Mit einer Vorrichtung dieser Art kann man für die 88 Saiten eines Klavieres mit nur sieben Stromquellen das Auslangen finden.
Wenn schliesslich der angenommene Grundton c2 ist, dessen erste verwertete Mittöne die Mittöne 4, F
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genügen dann fünf Stromquellen, die einen geeignet zusammengesetzten periodischen Strom liefern.
Um zu beurteilen, ob ein bestimmter elektrischer Strom die gewünschten Mittöne enthält, u. zw. mit einer genügenden Intensität, so genügt es, ihn nach dem Verfahren von Fourier zu zerlegen oder besser seine Wirkung in dem gewählten Stromkreis auszuprobieren. Die Übereinstimmung der Mittöne ist in dem Augenblick sichergestellt, wenn die Grundfrequenz des periodischen, pulsierenden oder gewellten Wechselstromes mit dem Ton der zu erregenden Grundsaite übereinstimmt.
Nach dem vorstehenden ist es für den Fachmann leicht, verschiedene Vorrichtungen gemäss dem Grundgedanken der Erfindung zu konstruieren und dadurch die Zahl der einzurichtenden Stromquellen zu erniedrigen. Im folgenden seien beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung angegeben.
Verwendet man als Stromquelle einen Wechselstromerzeuger a, der den gewünschten zusammengesetzten Strom erzeugt und für die Betätigung der Anschlagmagnete von x Saiten (z. B. von 7,14 oder 21 Saiten) dienen kann, so kann man die Anschlagmagnete bl, b2, b3 parallel zu den Klemmen der Stromquelle abzweigen, wie-es die Fig. l der Zeichnung zeigt ; die kleinen Unterbrecher cl, c2, C3, welche zu jedem Anschlagmagneten gehören, werden durch Niederdrücken der entsprechenden Klaviertaste geschlossen.
Diese Parallelschaltung eignet sich für eine Stromquelle mit schwachem Widerstand und grosser Leistung.
Falls es sich um Stromquellen von hohem Widerstand und geringer Stromstärke handelt, so sollen erfindungsgemäss die Anschlagmagnete in Serie geschaltet werden, wie es Abb. 2 zeigt. Als Stromquelle. hohen Widerstandes kann man z. B. Röhren mit drei Elektroden verwenden, welche derart geschaltet sind, dass sie Ströme von genau bestimmter Periodizität liefern und zahlreiche Harmonische ergeben.
Dies kann vor allem dadurch erreicht werden, dass man Gitter-und Anodenstromkreise von grossem Widerstand verwendet, wobei Gitter und Anode sehr eng gekoppelt sind, und Selbstinduktionen, die viel verteilte Kapazität besitzen. Dasselbe Ergebnis kann durch eine Vorrichtung erzielt werden, bei der zwei Lampen vermittels Kapazitäten und Widerständen nach dem als Abrahams-Multivibrator"bekann- ten System zusammengeschaltet sind. Eine erfindungsgemäss ausgeführte Vorrichtung mit analogen Wirkungen besteht darin, dass man die regelbare periodische Entladung, welche bei gewisser Schaltung im Innern einer Neonlampe stattfindet, ausnützt.
Man kann die Stromquelle für eine Saitenzahl"X" z. B. gemäss Abb. 2 wie folgt anordnen : Man nimmt eine Gleichstromquelle d, deren einen Pol man einerseits mit einer der beiden gegenüberliegenden Oberflächen eines Kondensators e verbindet und anderseits mit einer der beiden Elektroden einer Neonlampe f. Den andern Pol der Batterie d verbindet man mit einem der Enden eines Widerstandes g und das zweite Ende des letzteren mit der andern Oberfläche des Kondensators 4. Weiters verbindet man die andere Elektrode der Neon1ampe t mit einem Ende der Primärspule hl eines Transformators und das andere Ende dieser Primärspule hl mit dem an den Widerstand g angeschlossenen Kondensator. Zunächst wird der Kondensator von der Batterie d aufgeladen.
Sobald die an ihm liegende Spannung genügend gross ist, setzt die Entladung in der Neon1ampe plötzlich ein und lässt die im Kondensator aufgespeicherte Ladung durchfliessen. Der aus e, t, hl gebildete Kreis gerät ins Schwingen ; diese Schwingungen werden durch eine Röhre i mit drei Elektroden, welche von
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ist, wird die Stromstärke annähernd dieselbe sein, ob man einen oder mehrere Unterbrecher gleichzeitig öffnet.
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Sehwingungserreger von genau bestimmter Schwingungszahl benützen, so gebraucht man gemäss der Erfindung Kontakte, welche vom mechanischen Schwingungserreger betätigt bzw. geschlossen werden.
Eine solche Vorrichtung, von der so viele nötig sind, als periodische Ströme benutzt werden sollen, kann auf beliebige geeignete Art ausgeführt werden, beispielsweise folgendermassen :
Ein starrer, kräftiger Rahmen k hat unten ein Lager k', in welchem eine Welle P vermittels des
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gedreht werden kann. Diese Einrichtung dient zum Spannen einer starken Feder m, die oben mit einem horizontalen Querbalken 1'1 aus magnetischem Material verbunden ist. Dieser Magnetstab n bildet den eigentlichen Vibrator und ist mittels der beiden leitenden Drähte 01 und 02 am oberen Querbalken des Rahmens nach dem bekannten"BifiIar"-System aufgehängt.
An dem einen Ende desselben (in der Zeichnung das rechte) ist eine kurze und starke elastische Lamelle 1'11 befestigt und letztere trägt eine
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gegen eine gleiche Pille, die an einer Einstellschraube p sitzt. Letztere ist am Rahmen auf einem isolierenden Block angebracht. Ein Hufeisenmagnet q ist am Rahmen k so befestigt, dass sich das eine Schenkelende vor, das andere hinter dem Magnetstab n befindet, seine Magnetisierung also eine Verschwenkung hervorruft, u. zw. in einem solchen Sinn, dass sich die Magnetstabpille von der Kontaktpille der Regulierschraube p abhebt bzw. entfernt. Der Magnetstab 1'1 hat eine eigene, ganz bestimmte Schwingungszahl, die von der Spannung der Feder m abhängt.
An die Lamelle 1'11 ist der eine Pol einer Gleichstromquelle, z. B. der Batterie s angeschlossen. Schaltet man nun den Elektromagneten q zwischen die Schraube p und den andern Pol der Batterie s, so erhält man die bekannte"Klingel"Bewegung und erzielt eine konstante Vibration des Magnetstabes n. Das zweite Ende des letzteren (in der Zeichnung links) ist mit einer zweiten Kontaktlamelle n2 versehen, deren Kontaktpille im Ruhezustand leicht auf eine zweite Regulier-bzw. Kontaktschraube r drückt.
Der Kontakt 1'-1'12 schliesst periodisch einen Strom, der entweder direkt oder erst nach Transformation einen der Anschlagmagnete betätigt, die oberhalb der in Schwingung zu versetzenden Saiten des Klaviers angebracht sind. Der Stromkreis dieses periodischen Betätigungsstromes ist in Abb. 4 dargestellt.
Eine Batterie s liefert sowohl den Strom für die dauernde Betätigung der beispielsweise 12 Vibratoren n als auch den für die 88 oberhalb der Saiten t angebrachten Ansehlagmagnete bl. In der Abb. 4 sind nur drei Vibratoren eingezeichnet. Alle Vibratoren sind an den einen Pol, beispielsweise den negativen Pol der Stromquelle s angeschlossen und alle Kontaktschrauben p an den ändern Pol (nach Abb. 5 an den positiven Pol) der Stromquelle s.
Der Stromkreis eines Anschlagmagneten bl umfasst den Elektromagneten selbst, einen Unterbrecher cl, der bei den sogenannten Flügelklavieren durch das Heben des für jede Saite vorgesehenen Dämpfers betätigt wird, eine Leitung, die zu einem Schlittenkontakt u führt, dessen einzelne Knöpfe mit den Polen der Batterie s verbunden sind, den Teil der Batterie, der im Stromkreis verbleibt (nach Abb. 4 der rechts von u befindliche Teil), der Batteriepol, der an sämtliche Vibratorstangen n angeschlossen ist, die Stange n selbst, ihre Kontaktlamelle t, die Kontaktschraube r und die zum Elektromagneten bl zurückführende Leitung.
In Wirklichkeit liefert der Vibrator 1'1 nicht, wie dies in Abb. 4 der Einfachheit halber dargestellt ist, den Strom nur für einen Elektromagneten b\ sondern beispielsweise für sieben, die zwischen der Kontaktschraube r und dem Schlittenkontakt n parallel geschaltet sind.
Um stärkere Funkenbildung an den Kontakten r, u, p hintanzuhalten, werden diesen, wie üblich, Kondensatoren v parallel geschaltet ; mit diesen kann man gegebenenfalls auch einen geeigneten Widerstand w verbinden und die Kapazität des Kondensators sowie den Widerstand M) so wählen (u. zw. für jeden Vibrator anders), dass infolge der elektrischen Eigenschaften dieses Stromkreisteiles der bei der Unterbreehung entstehende Strom in geeigneter Weise beeinflusst, bzw. modifiziert, also für jeden der in Rede stehenden Vibratoren die Erzeugung der für ihn gewünschten Harmonischen begünstigt wird.
Bei einem Flügel kann man die Anschlagmagnete b1 und die Unterbrecher cl in zwei Reihen gegeneinander versetzen bzw. in Rautenstellung anordnen u. zw. auf einem Brett, das der Quere nach über die Saiten läuft. Ein Brett mit diesen Magneten kann auch in einem bestehenden Klavier angebracht werden. Den Kasten mit den Vibratoren kann man an irgendeinem beliebigen Platze unterbringen, ebenso auch die Stromquelle. Die Anordnung der Drahtverbindungen ergibt sich aus Abb. 1 und 4.
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Die Einrichtung funktioniert folgendermassen :
Die Stromquelle s hält die 12 Stangen n in Vibration, deren Lamellen n2 jedoch keinen Strom durchgehen lassen, so lange nicht die Taste des Klaviers niedergedrückt wird, um den Stromkreis der Anschlagmagnete bl zu schliessen. Geschieht letzteres, so wird die nur wenig gedämpfte Saite in Schwingung versetzt. Ausserdem kann das Piano auch mit den üblichen Hämmern versehen sein. In diesem Fall hält der Magnet die durch den Hammer herbeigeführte Vibration der Saite dauernd aufrecht. Die Hämmer können aber auch ganz in Wegfall kommen, dann wird der Ton nur durch Elektromagnete hervorgebracht. Die Stärke dieses Tones kann durch Verschieben des Schlittenkontaktes u reguliert werden oder vermittels eines Rheostaten, den man vermittels eines Hebels einstellt.
Die Betätigung dieses Hebels kann eventuell durch eine seitliche Bewegung des Knies oder des Fusses erfolgen.
Durch die im nachfolgenden erläuterten Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes kann man den Raumbedarf des Vibratorkastens verringern und auch die Klangfarbe sowie die Stärke scharf herauszubringende Töne beeinflussen.
Der Raumbedarf des Vibratorkastens ergibt sich aus der Notwendigkeit, folgende Bedingungen einzuhalten : In erster Linie ist die Anzahl der für die Anschlagmagnete erforderlichen Amperewindungen ein nicht zu vernachlässigender Faktor. Sie beträgt ungefähr 600 Amperewindungen. Die Kontakte müssen ungefähr einen Durchmesser von 3 mm und eine Dicke von 1 mm haben, woraus sich ein fühl- bares Gewicht der Pille ergibt. Anderseits muss die Eigenschwingungszahl der Lamelle n2 (und der Lamelle nl) im Vergleich zu der der Vibratorstange n so hoch sein, dass die mehr oder minder grosse Schwingungsamplitude dieses Vibrators keine Rückwirkung auf ihre Vibrationsdauer ausübt.
Die Lamelle n2 muss also genügend starr sein und ihre Wirkung auf den Vibrator n eine derartige, dass die Einwirkung der starken Feder m (Abb. 3) weitaus vorherrscht. Man muss also sehr starke Federn m verwenden, die mit einer Kraft von 7-40 log spannen und infolgedessen auch starke Rahmen 7c von beispielsweise 30 cm Höhe und 15 cm Breite. Der die Vibratoren aufnehmende Kasten erhält daher ein ziemlieh grosses Volumen. Diesem Übelstand kann man steuern durch Anwendung der im nachfolgenden beschriebenen Relaiseinrichtung.
Bei dieser ist ein kleiner, mechanischer Vibrator 1 (Abb. 5) vorhanden, dessen Schwingungen
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kann innerhalb gewisser Grenzen durch eine Feder 2 reguliert werden. Diese Lamelle wird durch eine Stromquelle J dauernd in Schwingung erhalten. Der eine Pol der letzteren ist mit einem kleinen Elektro-
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auf eine einstellbare Kontaktschraube 5 zurückschnellen lässt, wenn er nicht von Strom durchflossen ist. Anstatt aber den andern Pol der Stromquelle 3 einfach mit der Lamelle 1 zu verbinden (um die bekannte
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magneten 6 eingeschaltet. Der durch dieselbe gehende Strom hat also die Frequenz"y", die durch die normale Lamelle 1 bestimmt wird. Da der Strom für die Aufrechterhaltung der Vibration der Normallamelle schwach ist, können die Kontaktpillen klein sein und ebenso die Lamelle selbst.
Gegenüber dem einen Pol des als @Relais" bezeichneten Elektromagneten 6 ist eine stärkere Lamelle 7 angesetzt mit einer Wolfram-Pille, deren Dimensionen gross genug sind, dass sie für den die Anschlagmagnete bl betätigenden Strom genügen, Diese Pille ist im Ruhezustand leicht an die Schraube r angedrückt, welche
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wird durch die Hauptbatterie s geliefert, wie dies auch bei der Anordnung nach Abb. 4 der Fall war. Die Kontakte 7, r des Relais vibrieren also mit einer Schwingungszahl, welche durch die kleine Normallamelle 5 bestimmt ist, und die Vibration zwischen rund 7 vollzieht sieh ohne Strom, so lange der von
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klein halten und infolgedessen auch die des Kastens, welcher die Vibratoren aufnimmt, erheblich verringern.
Die in Abb. 5 dargestellte Relaiseinrichtung kann man auch mit Vorteil dazu ausnützen, um der von der Normallamelle 1 aus beeinflussten Lamelle 7 eine Frequenz zu erteilen, die verschieden ist von der der Lamelle 1. Man erteilt ihr z. B. die Grundfrequenz von,, 4 y", wenn die der Lamelle 1 @y" Vibra-
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bestimmten Grundfrequenz. Dasselbe Relais 6 (Abb. 6), das durch einen Strom der Frequenz @y" erregt wird, kann dazu benützt werden, um durch einen seiner magnetischen Pole eine Lamelle 7 zu betätigen mit einer Frequenz von,, 4 y" Vibrationen pro Sekunde und durch den andern Pol eine Lamelle 8, die so beschaffen ist, dass sie mit @y" Vibrationen pro Sekunde schwingt.
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Die Speisung des Relais nach Abb. 6 kann von jeder einen periodischen Strom liefernden Quelle aus erfolgen, z. B. durch die in Abb. 5 dargestellte Vibrationslamelle 1 oder aber auch aus einem Strom-
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in Abb. 6 angedeutet ist. Die Anodenplatte der Röhre x ist, wie üblich, an den positiven Pol der grossen Batterie (rechts in der Abb. 6) geschaltet, deren negativer Pol mit dem einen Ende mit einer auf einen Eisenkörper gewickelten Wicklung 6 verbunden ist. Ein verschiebbarer Kontakt verbindet eine regelbare Stelle dieser Wicklung 6 mit dem Elektronen abgebenden heissen Faden der Röhre x, während das andere Ende der Wicklung 6 mit dem Gitter der Röhre x verbunden ist. Um mit der Wicklung 6 einen Schwingungskreis zu bilden, ist ihr ein Kondensator parallelgeschaltet.
Die Erfahrung ergibt, dass, insbesondere infolge der Verwendung eines Eisenkörpers im Innern der Wicklung 6, die in Generatorstellung geschaltete Röhre x die hier gewünschten musikalischen (niedrigen) Frequenzen in der Wicklung 6 abgibt, so dass die periodische Magnetisierung ihres Eisenkernes zur Bewegung der Zungen 7 und 8 geeignet ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in erster Linie die Ersparnis durch Verringerung der Anzahl der, einen periodischen Strom liefernden Quellen, weiters die Möglichkeit, Vibratorkasten her-
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da sie für jedes bestehende Klavier anwendbar sind. Auch die übrigen Bestandteile, wie die Vibratoren mit ihren Kästen, die Ansclagmagnete , die Unterbrecher cl können in grossen Serien hergestellt werden, da man dieselben auf ein Brett aufschrauben kann, welches einem gegebenen Klavier angepasst ist und so die Möglichkeit hat, jedes Klavier in ein solches mit beliebig lang andauerndem Ton zu verwandeln.
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und Ansehlagmagnete auf Brettern mit Gleitschienen so anbringen, dass sie sieh auf denselben verschieben lassen und daher ihre Entfernung voneinander dem Abstand der Saiten angepasst werden kann.
Diese Anordnung verringert erheblich die Zeit, welche notwendig ist, um die gesamte Vorrichtung an einem bestehenden Klavier anzubringen, um es in ein Klavier zu verwandeln, bei dem der Ton nach Belieben entweder stark oder schwach fortdauernd oder überhaupt nicht erregt wird, was man durch Betätigung des obenerwähnten Knie- oder Fusshebels erzielt, welcher die Intensität des durch die Anschlagmagnete gehenden Stromes regelt.
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werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansehlagmagnete mehrerer verschiedener Saiten bzw. Töne in einen und denselben Stromkreis eingeschaltet sind, der von einer gemeinsamen, einen periodischen Strom liefernden Quelle aus gespeist wird.