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Vorrichtung zur Erzeugung von Musik auf elektrischem Wege.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Musikinstrumente, bei welchen die Töne mit Hilfe von elektrischen Wechselströmen erzeugt werden, die mittels Lautsprecher in Töne umgewandelt werden. Ausser diesem Grundprinzip der elektrischen Musikerzeugung ist es auch möglich, bestimmte Klangfarben der musikalischen Töne dadurch zu erzeugen, dass zur Erzeugung des Grundtones und der Klangfärbung getrennte Sehwingungssysteme vorgesehen werden, die unabhängig voneinander eingestellt werden können. Die Verbindung dieser beiden Systeme erfolgt z. B. nach dem Prinzip der Stosserregung,
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Klangfarbe bestimmenden Schwingungssysteme anstösst.
Für die Konstruktion von Musikinstrumenten ist diese Trennung von Grundtonerzeuger und Klangfarbenerzeuger ein entscheidender Fortschritt, und die Erfindung zeigt, wie dieser Fortschritt ausgewertet wird. Während man z. B. bei der Orgel für jede Klangfarbe einen besonderen Satz von Pfeifen benötigt, kann man bei der erfindungsgemässen elektrischen Musikerzeugung einen einzigen Grundtonerzeuger bzw. einen Satz solcher Grundtonerzeuger zur Erzeugung einer Vielzahl von Klangfarben benutzen, indem man ihm die den Klangfarben entsprechenden Schwingungssysteme zuordnet. Dadurch wird eine bedeutende Ersparnis an Einzelteilen erzielt. Eine derartige Orgel besteht also aus einem Satz von Schwingungserzeugern für die Grundtöne und einer Anzahl von Schwingungssystemen, entsprechend den Registern der Orgel.
Die Grundtonsysteme bestehen beispielsweise aus Glimmlampen in Verbindung mit je einem Kondensator und einem Widerstand und einer gemeinsamen Stromquelle. Ein Klangfärbemittel besteht aus einem elektrischen Schwingungskreis, d. h. aus Kapazität und Induktivität, und kann für alle Grundtöne gemeinsam sein.
Fig. 1 zeigt diese grundsätzliche Anordnung als Schaltbild. Es bedeuten darin : 1 eine Glimmentladungsstrecke, 2 einen Kondensator, der zusammen mit dem Widerstand und der Stromquelle 4 die Frequenz der in der Glimmentladungsstrecke erzeugten Kippschwingungen bestimmt. Durch eine Kopplung, die bei diesem Beispiel aus dem Widerstand 5 und der mit der Batterie 7 vorgespannten Verstärkerröhre 6 besteht, werden die interrupten Kippschwingungen auf die beiden die Klangfarbe bestimmenden Sehwingungskreise übertragen, die je aus den Kondensatoren 9 und 10 und den Induktivitäten 11 und 12 bestehen. Die Dämpfung der in diesen Schwingungskreisen durch Stosserregung entstehenden Schwingungen kann durch Dämpfungsmittel, z.
B. den Widerstand 8 erhöht oder durch Rückkopplung herabgesetzt werden. An den Punkten. M und. M wird die Schwingungssumme dem Lautsprecher, nötigenfalls unter Zwischenschaltung eines Verstärkers, zugeführt.
Man kann nun das Klangfarbenbild beliebig bereichern, indem man mehrere Schwingungskreise 9, 11 bzw. 10, 1 : 2 einschaltet, entweder in der in Fig. 1 dargestellten Schaltung oder in der Weise, dass jeder Kreis oder eine Gruppe von Kreisen über gesonderte Verstärkerröhren 6 an das Kopplungsglied 5 angeschlossen werden oder durch direkte Einschaltung in den Stromkreis der Glimmentladungsstrecke oder durch andere in der Elektrotechnik bekannte Schaltungen. Stets ist die Einstellung der Klangfarbemittel
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und 3 beliebig eingestellt werden kann.
Statt der aus zahlreichen Tonerzeugern bestehenden Registern der Orgel hat man hier zur Erzielung von verschiedenen Klangfarben nur Schwingungskreise, die einer grossen Zahl von Grundtönen gemeinsam sind, aber äusserlich bedienbar gemacht werden können wie die Register der Orgel.
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Auch die Anzahl dieser Elemente kann man noch weitgehend reduzieren. Da jeder Grundtonerzeuger zwar nur einen Grundton, aber von beliebiger Höhe erzeugen kann, genügt es, so viele Grundtonerzeuger für ein mehrstimmiges Instrument vorzusehen wie maximal gleichzeitig Töne erzeugt werden sollen.
Es kommen also höchstens zehn Grundtonerzeuger für das Manual und zwei für das Pedal in Betracht, aber man kann diese Zahl noch erheblich reduzieren, etwa auf vier für das Manual und eins für das Pedal, besonders dann, wenn man, wie bei der Orgel, noch Oktavkoppeln, Koppeln zwischen ver-
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Wenn man für das Manual ein Spielwerk verwendet, wie es im Prinzip in Fig. 2 in der Vorder- ansieht und in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt ist, kann man zum Zwecke der Mehrstimmigkeit mehrere saitenartig über einer gemeinsamen Kontaktsehiene 3 ausgespannte Widerstände. M anordnen, von denen jeder entsprechend dem Widerstand 3 in Fig. 1 einen Grundton bestimmt. Das mehrstimmige Spiel ist dann ähnlich wie bei den mehrsaitigen Instrumenten.
Um bequeme Anhaltspunkte für die musikalischen
Intervalle zu finden, können Tasten 21 vorgesehen sein, die aus einem federnden Hebel, der an seiner
Unterseite mit Gummi, Filz od. dgl. 22 versehen ist, bestehen. Die Tasten 21 sind in einer Schiene 25
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der Tasten auch ein Vibratospiel möglich ist. Es genügt, die Tasten nur als Anhaltspunkte zu verwenden, indem nur in grösseren Intervallen, etwa in Oktaven und Quinten, Tasten angeordnet sind, während die
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halb der Tasten noch Glissando ausführen. Die Tasten können sowohl gegeneinander verschoben werden, zum Zwecke der Stimmung der Intervalle, als auch im ganzen, indem die Schiene 2/5 mitsamt den Tasten 21 verschoben wird. Durch die Verschiebung im ganzen wird die Gesamtstimmung transponiert, was übrigens auch durch Verändern des Kondensators 2 in Fig. 1 möglich ist.
Wenn man an Stelle eines einfachen Spielwerkes nach Art der Fig. 2 und 3 die übliche Klaviatur
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auf ein besonderes Sehwingungserzeugungssystem geschaltet wird. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel als Sehaltschema dargestellt. 29 sind die Kontakte, welche durch die Klaviaturtasten geschlossen werden.
Sie führen den Strom der Batterie 35 über die Sammelschiene. 34 den Relais 28 zu. Jeder Taste sind so viele Relais zugeordnet, wie Sehwingungserzeugersysteme vorgesehen sind. In Fig. 4 sind vier Systeme angenommen. Jedes Relais hat zwei Trennkontakte, die bei Stromfluss durch die Relaiswieklung die
Stromkreise, in denen sie liegen, unterbrechen. In dem Beispiel ist die erste, dritte und fünfte Taste von
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erzeugern. Die Relaiskontakte, welche in diesen Systemen die Widerstandswerte zur Tonhöhenbildung (3 in Fig. 1) einschalten, sind in Fig. 4 nicht gezeichnet. Aus der Schaltung ist ersichtlich, dass für die ersten und letzten Klaviaturtasten weniger Relais ausreichen.
Die Aufgabe, eine Anzahl von gleichzeitig gedrückten Tasten auf verschiedene Schwingungs- erzeuger zu schalten, kann auch mit andern Schaltungen, wie sie in der automatischen Telephonie bekannt sind, sinngemäss gelöst werden.
Der Vorteil derartiger Anordnungen liegt nicht nur in dem geringen Bedarf an Einzelteilen, sondern auch in der musikalischen Brauchbarkeit. Bei allen bisher bekannten Musikinstrumenten ist es nur möglich, in einer bestimmten Klangfarbe zu spielen. Man kann zwar z. B. bei der Orgel die Klangfarben rasch wechseln und mit jeder Hand eine verschiedene Klangfarbe spielen, indem man mehrere Manuale verwendet. Bei der vorliegenden Anordnung kann man aber mit jedem Finger eine andere Klangfarbe spielen, indem man jedem der Systeme 30-33 eine andere Klangfarbe erteilt. Man kann also auf einem Manual den Effekt des Zusammenspiels eines beliebig instrumentierten Orchesters erzielen.
Um für besondere Fälle, in denen sich die Stimmführungen der einzelnen Klangfarben überschneiden, die Reihenfolge der Systeme schnell wechseln zu können, sind Umsehalter vorgesehen, deren Prinzip in Fig. 4 dargestellt ist.
Wird der Umschalter 36 nach oben geschoben, so kommt die erste gedrückte Taste auf Reihe M, die zweite auf 80, die andern Zuordnungen bleiben. In ähnlicher Weise können zahlreiche Vertauschungen auch der andern Stimmen sowie Änderungen der Klangfarben durch Einschalten anderer Klangfärbemittel vorgenommen werden. Die Sehaltwerke für solche Austausehungen und Änderungen der Klangfarben werden zweekmässigerweise wie bei der Orgel als Register ausgebildet, wobei alle orgelartigen Hilfsmittel, wie Registerwalzen, durch welche vorbereitete oder festliegende Kombinationen schnell mit dem Fusse eingeschaltet werden können, sinngemäss anwendbar sind.
In Fig. 1 ist der Kondensator 9 eines die Klangfarbe bestimmenden Schwingungskreises variabel angenommen, um anzudeuten, dass die Klangfärbemittel ausser der beliebigen Zuordnungsmöglichkeit auch als solche noch verändert werden, so dass dasselbe Klangfärbemittel zur Erzeugung vieler verschiedener Klangfarben geeignet ist. Man kann also auch die Anzahl der Klangfärbemittel so niedrig halten wie maximal gleichzeitig verschiedene Klangfarben zur Verfügung sein sollen. Um einen schnellen Übergang
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Kupplungen der Bedienungsgriffe dieser Drehkondensatoren vorgesehen, die eine gleichzeitige Drehung mehrerer Drehkondensatoren ermöglichen.
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Sofern diese musikalisehen Effekte nur vereinzelt erzielt werden sollen, kann man ein saitenförmiges Spielwerk nach Art der Fig. 2 räumlich mit einem Klaviaturspielwerk verbinden, so dass ein schneller Übergang oder eine gleichzeitige Bedienung beider Spielwerke ermöglicht wird.
Um diese musikalischen Effekte aber auch mit Hilfe der Klaviaturtasten zu erzielen, werden diese so ausgebildet, dass sie um eine in ihrer Längsrichtung liegende Achse drehbar sind. In Fig. 5 ist eine solche Tastatur im Längsschnitt und in Fig. 6 im Querschnitt dargestellt. Jede Taste ist um die Achse 37 drehbar und dureh Féderkraft in der Slittellage festgehalten. Dureh Drehung der Taste wird der Sontakt 40 auf verschiedene Punkte des Regelorgans 39 gebracht, dessen Ruhelage durch die Einstellung 38 justiert werden kann. Das Regelorgan 40, 39 kann z. B. als Regelwiderstand ausgebildet werden, welcher durch
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In ähnlicher Weise kann das Glissandospiel der Tastatur zugänglich gemacht werden. Man kann hiezu gleichfalls die Tasten nach den Fig. 5,6 verwenden, derart, dass durch die Neigung der Tasten eine Glissandobewegung des Tones ausgelöst wird, u. zw. nach oben, wenn die Taste in Reehtsdrehung und nach unten, wenn sie in Linksdrehung bewegt wird. Dabei kann die Tonhöhenverschiebung entweder unmittelbar durch die Organe 39, 40 hervorgerufen werden oder mittelbar, indem durch die Tastendrehung ein die Glissandobewegung hervorrufendes Laufwerk in Gang gesetzt wird, dessen Laufgesehwindigkeit in Abhängigkeit von der Tastenneigung steht. Im letzteren Falle ergibt eine wechselseitige Drehung der Taste ein Vibrato.
Die Einrichtung ist also für Vibrato und Glissando gemeinsam, eignet sich aber nicht für sehr langsames Vibrato und für das Festhalten von Kleinintervallen. Wenn auch diese Funktion verlangt wird, so wird die oben beschriebene Vibratoeinrichtung und vorstehende Glissandoeinrichtung
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Die vorstehend beschriebene Glissandoeinrichtung erfordert insofern eine gewisse Aufmerksamkeit des Spielers, als dieser die Tonhöhenänderung verfolgen und beim Erreichen des Endpunktes der Bewegung die entsprechende Taste drücken muss. Es ist für den Spieler einfacher, wenn der Endton der Glissandobewegung bereits vor seinem Erklingen gedrückt werden kann und die Glissandobewegung beim Erreichen dieses Tones automatisch ausgeschaltet wird.
In diesem Falle ist eine Auslösetaste erforderlich, welelhe diese Glissandobewegung entweder unmittelbar auslöst oder die Taste nach den Fig. 5, 6 zur Auslösung dieser Glissandobewegung vorbereitet. Die Geschwindigkeit der Glissandobewegung wird dabei zweekmässigerweise in Abhängigkeit von der Stellung der Auslösetaste bzw. der Neigung der Manualtaste nach den Fig. 5, 6 gebracht.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer solehen Vorrichtung dargestellt. Durch den Widerstand 51 wird die Stromstärke der Hilfsbatterie 50 regelbar eingeschaltet. Jede Taste der Klaviatur ist mit einem Glissandokontakt 43, 44, 45 versehen, der auf einem auf den Rollen 49 gelagerten Schlitten 47 Kontakt herstellen kann. In der Mitte dieses Schlittens befindet sich eine kleine isolierte Stelle 46, welche unter diejenige Taste gebracht wird, von welcher die Glissandobewegung ausgehen soll. Liegt das Ende der Glissandobewegung rechts, wird also Taste 45 gedrückt, so bekommt der Antrieb 52, der aus einem Hubmagnet oder aus einem Motor bestehen kann, Strom und der Kontaktsehlitten bewegt sich so lange nach rechts, bis die isolierte Stelle 46 unter die gedrückte Taste kommt.
Wird eine Taste 4. 3 links vom Ausgangspunkt gedrückt, so bekommt der Antrieb 54 Strom und die Bewegung geht nach der andern Seite bis zu der gedrückten Taste. In dem Stromkreis liegt ausserdem das Umschalterrelais 53, welches den Tonerzeugungsstromkreis von dem die Tonhöhe in der Regel bestimmenden Widerstand 3 des Tonerzeuger- systems auf den Glissandowiderstand 48 umschaltet. Für das Tonerzeugungtsystem sind die der Fig. 1 entsprechenden Bezeichnungen sinngemäss verwendet. Ferner bedeutet 55 einen Justierwiderstand, 56 einen kleinen, veränderlichen Widerstand, z. B. für das Vibrato.
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oktavkoppeln, Melodiekoppeln, können aus der Orgelteehnik sinngemäss übernommen werden.
Die Schaltung erfolgt dabei beispielsweise ähnlich wie bei der Glissandoeinriehtung, derart, dass für jeden Zweck besondere Kontakte an jeder Taste vorgesehen sind, welche nur dann unter Spannung stehen, wenn ein die jeweilige Funktion bezeichnender Hauptschalter nach Art des Sehalters 51 in Fig. 7 eingeschaltet ist.
Die Wiederholung von Tönen, sei es in der Prim desselben oder eines andern Manuals bzw. Pedals oder in Oktaven, kann ausser in mechanischer Weise, d. h. z. B. durch elektromagnetisches Niederdrücken der in Betracht kommenden andern Taste, bei der elektrischen Tonerzeugung insbesondere dadurch vorgenommen werden, dass an das Kopplungsglied 5 in Fig. 1 weitere Elemente 6 - 14 parallel geschaltet werden. Die Wiederholung in Oktaven oder andern harmonisehen Intervallen, d. h. die Oktav- und
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Verstärkerröhre 6 eingeschaltet wird unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters 15 und einer Stromquelle 4. Der in der Frequenz herabgesetzte Strom kann bei 19, 20 abgenommen werden.
Da diese an sieh bekannte Schaltung nur eine Frequenztransformation nach unten gestattet, kann sie zunächst nur als Suboktavkoppel verwendet werden. Wenn man aberin der Regel bereits mit Frequenz- transformation arbeitet, stehen dann auch Kreise zur Bildung von Oktavkoppeln zur Verfugung.
Da es bei einem vielstimmigen Instrument mit elektrischer Schwingungserzeugung gewisse Schwierigkeiten bereitet, die Stimmung der Töne konstant zu halten, bietet die Frequenztransformation auch insofern Vorteile, als die Anforderung an die Konstanz der Schwingungen nur an die untransformierten Frequenzen zu stellen sind, während die transformierten Frequenzen nur in harmonischen Ver- hältnissen sieh ausbilden können. Auch für die Schaltungen nach Art der Fig. 4 ergeben sieh Vereinfachungen, wenn die harmonischen Intervalle, z. B. die Oktaven, durch denselben Schwingungserzeuger lediglich unter Zwischenschaltung von Frequenztransformatoren gebildet werden. Es kann dabei von Vorteil sein, wenn die untransformierten Frequenzen durch besonders konstante Schwingungserzeuger, z.
B. elektromagnetisch erregte Stimmgabeln, erzeugt werden.
An die zur Sehwingungserzeugung und zur Frequenztransformation verwendeten Glimmentladungs- strecken sind besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Konstanz des Schwingungs- bzw. Zündungseinsetzens und-aussetzens zu stellen, die von Glimmlampen od. dgl., die für andere Zwecke bestimmt sind, nicht mit Sicherheit erfüllt werden können. Diese Konstanz kann erreicht werden durch Verwendung
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Punkten 13 bis 14 eingeschaltet.
Eine weitere Eigentümlichkeit der elektrischen Klangerzeugung ist das Fehlen des natürlichen Nachhalls, das b@sonders empfindlich ist, wenn die elektrichen Schwingtingen ohne vorherige Umsetzung in Schall einem Radiosender oder einer Schallallfzeichnung zugeführt werden. Ein künstlicher Nachhall
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Töne noch eine Zeit lang unter nachlassender Stärke festhalten oder durch eine Vorrichtung, die beispielsweise schematisch in Fig. 8 dargestellt ist.
Sie besteht aus einer rotierenden Scheibe oder Schleife aus Stahl 57, auf welche die elektrischen Schwingungen magnetisch durch 58 aufgezeichnet und bei 59 und 60 in einem etwas späteren Zeitpunkte abgenommen und nach Verstärkung mit den ursprünglichen gemischt werden können. Bei 61 werden die aufgezeichneten Schwingungen wieder ausgelöscht.
Zu den Vorteilen der elektrischen Klangerzeugung gehort auch, dass es in einfacher Weise möglich ist, die Lautstärke jedes einzelnen Tones von dem Tastendruck abhängig zu machen, z. B. dadurch, dass zu jeder Taste ein druckabhängiger Widerstand gehört, welcher die Stärke der Schwingungen in dem zugehörigen Verstärker bestimmt. Um diesen druckabhängigen Widerstand für jede gedrückte Taste
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panierung) eines mehrstimmigen Musikinstrumentes durch gleichzeitige Veränderung der Kondensatoren 2 oder Widerstände 3 oder Spannungen 4 in allen Tonerzeugungssystemen sowie eines Gesamttremolos bzw. Vibratos durch periodische Veränderung einer dieser, die Frequenz bestimmenden Elemente oder der Gesamtlautstärke durch periodische Veränderung des Verstärkungsgrades.
Neuartige Effekte werden durch schnellere periodische Tremolos bzw. Vibratos erzielt, u. zw. in einer Frequenz von etwa 50 Perioden.
Es entsteht dabei der Eindruck, als ob mehrere Instrumente zugleich spielen, also ein chorartiger Eindruck. Ebenso wie ein Gesamtvibrato ist auch in analoger Weise ein Gesamtglissando möglich. Diese Gesamteffekte können auch auf einzelne Tonerzeugungssysteme oder Gruppen von solchen beschränkt werden. Auch eine periodische oder glissierende Veränderung der Klangfarbe ergibt neuartige musikalische Effekte, die in allen oder einzelnen Schwingungserzeugern in analoger Weise durchgeführt werden können.
Bei dem schnellen Vibrato der Klangfarbe entsteht eine orchesterartige Wirkung.
Die Erzeugung musikalischer Töne durch getrennte und unabhängige Erzeugung der Grundtöne einerseits und der Klangfarben anderseits bei beliebiger Kombinierbarkeit beschränkt sich nicht auf die
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angewendet werden. Hieher gehört die photoelektrische Tonerzeugung, bei welcher ein transparenter Streifen von wechselnder Lichtdurchlässigkeit an einer Photozelle vorbeigeführt wird. Die Herstellung solcher Klangbilder von Hand, durch Stempel, Druck, abrollende Matrizen u. dgl. kann gemäss vorliegender Erfindung in getrennten Arbeitsgängen für die Grundtöne und die Klangfarben erfolgen. Fig. 9 zeigt schematisch ein derartiges Klangbild. Die den Grundton bestimmenden regelmässigen Impulse von grösserer Amplitude sind zuerst gezeichnet.
In der Periode sind die, im allgemeinen unharmonischen, die Klangfarbe bestimmenden Frequenzen an zweiter Stelle eingezeichnet.
Die Trennung von Grundtönen und Klangfärbemitteln bietet auch besondere Vorteile für die mechanische Reproduktion von Musik durch gestanzte Papierrollen u. dgl., indem für die Grundtöne, die Klangfarben und die Lautstärken getrennte, parallel laufende Aufzeichnungen vorgenommen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Musik auf elektrischem Wege, bei welcher elektrische Wechselströme erzeugt und durch Lautsprecher in Schall umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Grundtöne und zur Erzeugung der Klangfarben voneinander unabhängige und getrennt variabel einstellbare elektrische Schwingungserzeuger vorgesehen sind, die durch Schaltwerke in beliebigen Kombinationen einander zugeordnet werden können.