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verschiedenartigsten Klangfarben erzielen. Ferner gestattet die Erfindung die Intensitätskurve des Tones willkürlich zu beeinflussen, so dass er beispielsweise nicht wie bei einem gewöhnlichen Klavierton
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noch steigert. Auf diese Weise ist es möglich, die verschiedenartigsten Klangfarben und Tonqualitäten zu erzeugen, unter anderm dem Instrument einen klavierartigen oder einen orgelartigen Klang zu erteilen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei dem elektrischen Musikinstrument, bei dem die angeschlagene Saite durch ihre Schwingungen elektrische Schwingungen erzeugt, Vorrichtungen vorgesehen, um die Einwirkung des schwingenden Körpers auf den zu erregenden Stromkreis unmittelbar naeh der Erregung des abgestimmten Körpers zu verändern. Ferner kann man zur Unterdrückung bestimmter oder sämtlicher Obertöne jede Saite auf eine Mehrzahl passend angeordneter Stromkreiselemente einwirken lassen und die in den Stromkreisen erzeugten elektrischen Schwingungen so überlagern, dass gewisse oder alle Obertöne sich gegeseitig kompensieren.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargetellt.
Fig. 1 zeigt einen lotrechten Schnitt durch einen Teil eines Musikinstrumentes gemäss der Erfindung, u. zw. eine Diskantsaite. Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Schnitt für eine Basssaite. Fig. 3 zeigt eine Teilaufsicht. unter Weglassung der Dämpfer. Die Fig. 4 und 5 zeigen Schaltschemata, für die mit den Saiten
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zeigt einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes unter Beifügung eines Schaltschemas der zugehörigen Stromkreise. Die Fig. 8 und 9 zeigen Aufsichten auf zwei verschiedene Ausführungsformen der Saitenanordnung für Instrumente nach der Fig. 7. Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
Bei der in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstatlldes ist ein Klavierrahmen vorgesehen, der aus einem Vorderteil 1, einer Leiste 2 und einem rückwärtigen Teil. 3 besteht. Unter dem Vorderrahmen befindet sich eine Wirbelleiste aus nicht leitendem Material. Durch den Vorderrahmen 1 gehen isolierende Hülsen 5, die die Stimmwirbel 6 gegen den Rahmen isolieren.
Von den Wirbeln gehen die Saiten 7 aus, die über einen Isolierstreifen 8 und unter der Leiste 2 geführt sind. An der Leiste 2 ist jede Saite mittels eines besonderen dünnen gekrümmten Metallstückes 9 gelagert.
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wärtigen Rahmen 3 durch einen Block 13 aus Bakelit oder andern Isoliermaterial isoliert, in den die Schrauben 11 hineingeschraubt und die Stifte 12 eingetrieben sind. Die einzelnen Saiten brauchen an sich für jeden Ton nur in einem Exemplar, aber voneinander getrennt vorgesehen zu sein. Gegebenenfalls
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kann man aber auch mehrere Saiten für jeden Ton vorsehen. Auf jeden Fall müssen die Saiten voneinander und gegen den Rahmen elektrisch isoliert sein.
Tasten 14, Hammermechanik 15 und Dämpfer 19 sind in der üblichen Weise vorgesehen. Dagegen weicht die Ausbildung der Fanger 16 und der Hämmer von der üblichen in weiterhin zu erläuternder Weise ab.
Zwischen jeder Saite 7 und den Rahmen ist ein Kondensator 20 geschaltet, der in Fig. 1 zwischen dem Saitenhaltestift 22 und dem rückwärtigen Rahmen 3 liegt. Ferner ist jede Saite mit einem besonderen Widerstand 21 verbunden, beispielsweise über den Stimmwirbel 6 und einen dünnen Metallstreifen 22, der mit dem letzteren durch die Hülse 5 und die Stimmwirbelleiste 4 in Kontakt gehalten wird. Jeder Widerstand 21 ist zweckmässig in einer Bohrung in der Leiste 4 angeordnet und gegen den Vorderrahmen 1 durch eine der Hülsen 5 isoliert. Das untere Ende jedes Widerstandes 21 ist zu einem besonderen Kontakt 23 (hier als Kontaktschraube ausgebildet) an der Unterseite der Leiste 4 geführt. Die Kontakte 2. 3 sind mit den Flanschen 24 der Hämmer 18 ausgerichtet.
Um das leichte Herausnehmen der Tasten 14 und der Mechanik 15 nicht zu behindern, ist die elektrische Verbindung jeder Kontaktschraube 2. mit der weiteren Apparatur durch Kontaktfedern 25 hergestellt, die an die Hammerflansehen 24 angeschraubt sind. Am Tastenfundament bzw. an den unbeweglichen Teilen der Mechanik sind für jede Taste je ein Kondensator 26 angebracht. Die eine Klemme jedes Kondensators ist mit der zugehörigen Kontaktfeder 25 verbunden, während die andern Kondensatorklemmen miteinander durch eine gemeinsame elektrische Verbindungsleitung N verbunden sind. Jede Kontaktfeder 25 oder die mit ihr verbundene Kondensatorklemme ist über einen Widerstand 27 mit einer weiteren gemeinsamen elektrischen Verbindungsleitung M verbunden.
Jeder Kondensator 26 ist durch einen Schalter 36 überbrückt, der nach dem Anschlag des zugehörigen Hammers geschlossen wird und sich beim Loslassen der Taste wieder öffnet. Derartige Schalter lassen sich auf verschiedene Weise ausbilden. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform bilden der Hammerkern 17 und der zugehörige Fanger 16 die beweglichen Sehalterteile, wobei jeder derselben an der gegenseitigen Berührungsstelle mit einem Metallstreifen versehen ist. Die Metallstreifen sind mit einem dünnen Stück Leder od. dgl. abgedeckt, das mit einer kolloidalen Graphitlösung imprägniert ist. Statt dessen könnte auch eine Abdeckung aus anderm weichen leitenden Material gewählt werden.
Auf jeden Hammerkern 17 ist ein Metallstreifen 2 festgeleimt, und ein imprägnierter Lederstreifen 29 ist auf den Metallstreifen zweckmässig nur mit den Enden festgeklebt. Am Fanger 16 ist über den Fals 30 ein Metallstreifen 32 befestigt, auf den zweckmässig nur mit seinen Enden ein imprägnierter Lederstreifen 32 festgeklebt ist. Jeder Streifen 28 ist mittels eines dünnen Drahtes mit einer Klemme 33 in der Nähe des Hammerdrehzapfens verbunden, die ihrerseits mittels einer biegsamen Verbindung 34 mit der zugehörigen Kontaktfeder 25 verbunden ist. Die Streifen 31 sind durch biegsame Verbindungen 35 mit der gemeinsamen elektrischen Verbindung N verbunden.
Zur Umwandlung der Saitenschwingungen in elektrische Schwingungen sind dünne und schmale leitende Streifen 41 und 42 unterhalb der Saiten 7 angeordnet. Jeder der Streifen ist zweckmässig so gekrümmt, dass er jede der Saiten an derjenigen Stelle kreuzt, die ihre wirksame Länge von der Leiste 2 bis zur Stellschraube 11 im gleichen Verhältnis unterteilt. Beispielsweise liegt der Streifen 41 unter jeder Saite an einer Stelle, die um ein Achtzehntel ihrer wirksamen Länge vor der Stellschraube 11 liegt, während der entsprechende Abstand für den Streifen 42 ein Zehntel der wirksamen Saitenlänge beträgt. Die Streifen müssen gegen den Rahmen sehr gut isoliert sein, und zu diesem Zwecke sind sie an der Oberkante von langen, etwas biegsamen Isolierstreifen 43 aus Bakelit od. dgl. zementiert.
Die Streifen 43 sind an mehreren Punkten ihrer Gesamtlänge an dem Rahmen oder einem an diesem befestigten Block 44 mittels Schraubbolzen 45, Muttern 3 und Abstandsstücken 46 befestigt. Schrauben und Abstandsstücke befinden sich in der Nähe der Unterkanten der Streifen 43, wodurch man die Kriechweg möglichst vergrössert. Zwecks Erleichterung der Einstellung der Streifen 43 in lotrechter Richtung sind die Löcher 40 in den Streifen von grösserem Durchmesser, als es mit Rücksicht auf den Durchmesser der Schraubenbolzen 45 nötig wäre. Man kann daher den Abstand der Streifen 43 bzw. der Metallstreifen 42 und 42 von den Saiten innerhalb gewisser Grenzen ändern.
Die Basssaiten sind in der üblichen Weise kreuzweise angeordnet. Während also ihre Vorderenden in einer Reihe mit denen der andern Saiten liegen, befinden sich ihre Hauptlängen über den andern Saiten und verlaufen im Winkel zu diesen. Bei derartigen Saiten empfiehlt es sich, gemäss Fig. 2 Hilfsmetallstreifen 41'und 42'vorzusehen, die an den Unterkanten von Bakelitstreifen 43'angeordnet sind, die ihrerseits am Rahmen in passender Weise befestigt sind, beispielsweise ähnlich wie die Streifen 43. In Fig. 2 ist auch noch ein Hilfsisolierbloek 13'zum Halten der Stellschrauben 11 und der Haltestifte 12 für die Basssaiten vorgesehen.
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Die Kathoden dieser Röhre erhalten ihren Heizstrom aus einer Batterie 49 oder einer andern Stromquelle.
Ihre Gitter sind negativ in Bezug auf die Kathoden vorgespannt, was durch Widerstände 50, 51 und das Fliessen des Anodenstroms über den durch einen Kondensator überbrückten Widerstand 32 bewirkt wird. In den Ausgangskreisen der Röhren liegen Transformatoren 53, 54 ; zur Erzeugung des
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Anodenstromes dient eine gemeinsame Batterie 55 oder eine andere Stromquelle. Die Sekundärwicklung des Transformators 54 ist durch ein Potentiometer 56 und die des Transformators . 3 durch ein mit einer Mittelanzapfung versehenes Potentiometer 57 überbrückt. Veränderliche Teile jedes der Potentiometer bilden einen Reihenstromkreis zusammen mit dem Gesamtwiderstand eines Potentiometers 58.
Zwischen einem verstellbaren Kontakt und einem Ende des Potentiometers 58 liegt der Eingangskreis eines Verstärkers 59, an dessen Ausgangsklemmen ein Lautsprecher 60 oder ein anderer elektrischer Schallwiedergabeapparat angeschlossen ist. Die Röhren 47 und 48 mit den zugehörigen Apparatteilen, die Gitterzuleitungen und mindestens ein Teil der Saiten 7 und der Streifen 41, 42 usw. sind mit einer elektrostatischen Abschirmung 61 umgeben. Die Abschirmung, die unteren Enden der Widerstände 50, 51 und der Instrumentrahmen, beispielsweise der rückwärtige Teil 3, sind elektrisch miteinander verbunden.
Die elektrischen Verbindungen M und N sind mit den beiden Schaltmessern 62 und 68 eines zwei- poligen Umschalters 64 verbunden. Befindet sich der Umschalter in der dargestellten Linksstellung, so ist M mit dem negativen Pol der Batterie 55 verbunden, d. h. mit dem Rahmen 1, 2,. 3. Gleichzeitig ist N mit dem positiven Pol der Batterie 65 verbunden, die gegebenenfalls aus der Batterie 55 und einer hiezu in Reihe liegenden Batterie 66 bestehen kann. Befindet sieh der Umschalter in Rechtsstellung, so ist M mit einem Zwischenpunkt der Batterie 65, beispielsweise mit der Abzweigung 67 verbunden, während N mit dem beweglichen Kontakte 68 eines die Batterie 65 überbrückenden Potentiometers 69 verbunden ist.
An Stelle der Gleichstromquellen (Batterien) könnten zur Lieferung der Gleichspannungen auch Gleichrichter, Filter-und Spannungsregler vorgesehen sein, die aus einem Wechselstromnetz
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elemente aus einer Wechselstromquelle gespeist werden, oder Röhren. deren Kathoden mit gleich- gerichtetem Wechselstrom beschickt werden.
Fig. 3 zeigt einen Teil der in Fig. 1 dargestellten mechanischen Apparatur im Aufriss unter Weglassung der Dämpfer 19. Der Deutlichkeit wegen ist ein Teil der Leiste 4 weggebrochen.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung möge zunächst angenommen werden, dass zwischen den Saiten und dem Rahmen 1, 2, 3 eine Spannungsdifferenz vorhanden ist. Das Zustandekommen derselben wird noch beschrieben werden. Wenn eine derartige Spannungsdifferenz vorhanden ist, so lädt sich die kleine Kapazität zwischen der Saite und jedem der Metallstreifen 41 und 4, 2 auf diese Spannung auf, denn die Streifen 41 und 42 sind mit dem Rahmen über die Widerstände 50 und 51 verbunden. Eine Schwingung der Saite 7 in einer lotrechten Ebene ändert die Kapazität und ruft entsprechende Spannungsänderungen hervor, deren Frequenz der Schwingungsfrequenz der Saite 7 entspricht und deren Wellenform durch die Schwingung des mittleren Punktes des den Streifen gegen- überstehenden Saitenteiles bestimmt ist.
Die Spannungsschwankungen enthalten eine Wechselstromkomponente, deren Amplitude von dem Wert der Gleichspannungsdifferenz zwischen Saite und Rahmen und der Amplitude der Saitenschwingung abhängt. Die durch die Saite und den Streifen 41 erzeugte Wechselspannung wird dem Gitter der Röhre 47 und die von der Seite 7 und dem Streifen 42 erzeugte Wechselspannung dem Gitter der Röhre 48 S zugeführt. Diese Spannungen werden durch die Röhren und die Transformatoren 5. und 54 verstärkt und erscheinen in verstärkter Form an den Potentiometern 57 und 56.
Von hier aus werden die Spannungen, u. zw. jede hinsichtlich ihrer Amplitude und die am Potentiometer 57 erscheinende auch hinsichtlich der Phase in Bezug auf die andere am Potentiometer 56 erscheinende Wechselspannung regulierbar dem Potentiometer 58 zugeführt und von diesem Potentiometer kann eine der Amplitude nach regelbare Überlagerungsspannung dem Eingangskreis des Verstärkers 59 zugeführt werden, dessen Ausgangsleistung durch den Lautsprecher 60 in Schallschwingungen umgesetzt wird. Je einer der Streifen 41 und 42, der Röhren 47 und 48, der Transformatoren 53 und 54 und beide Potentiometer 56 und 57 können gegebenenfalls weggelassen werden, denn der Zweck der mehrfachen Anordnung dieser Elemente dient nur zur Ermöglichung des Überganges von einer Klangfarbe oder harmonischen Struktur zu einer andern.
Die Regelung der harmonischen Struktur beruht auf dem Unterschiede in der harmonischen Zusammensetzung oder Wellenform zwischen den Schwingungen des mittleren Saitenpunktes in Bezug auf die Streifen 41 und 42, der entsprechenden Verschiedenheit der harmonischen Zusammensetzung der den Gittern 47 und 48 zugeführten Wechselspannungen und der mannigfaltigsten Regelungsmöglichkeiten des Amplitudenverhältnisses und der Phasen mit der diese Spannungen nach Verstärkung algebraisch addiert werden, was durch verschiedene Einstellungen der Potentiometer 56, 57 bewirkt wird. Anderseits braucht die Zahl der Übertragungssysteme auch nicht auf zwei beschränkt zu werden.
Nach dem vorstehenden bestimmt der Wert der Gleichspannungsdifferenz zwischen Saiten und Rahmen die Wirksamkeit, mit der Saitensehwingungen in elektrische Schwingungen umgewandelt werden. Ist überhaupt keine Spannungsdifferenz vorhanden, so entstehen keine elektrischen Schwingungen, während anderseits die Schwingungen ein Maximum erreichen, wenn man die grösste mögliche Spannungsdifferenz anwendet.
Es soll nunmehr das Zustandekommen der Spannungsdifferenzen zwischen Saite und Rahmen erläutert werden. Bei der dargestellten Linksstellung des Umschalters 64 hat jede Saite 7 für gewöhnlich dasselbe Potential wie der Rahmen, denn sie steht über die Widerstände 21 und 27 mit der Verbindung M
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Die weitere Beschreibung möge an Hand der Fig. 4 erfolgen, bei der die mit der einzelnen Saite verbundenen Stromkreisteile einschliesslich des Schalters 36 oberhalb der strichpunktierten Linie und die für alle Saiten semeinsamen Stromkreisteile bei Linksstellung des Umschalters 64 unterhalb der
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densator 26 über den Kontaktwiderstand des Schalters zu entladen. Gleichzeitig setzt ein Strom durch den Schalter und den Widerstand 27 vom positiven zum negativen Pol der Batterie 65 ein.
Infolgedessen steigt das Potential des Punktes P und der Kondensator 20 lädt sich vom Punkte P her über den Widerstand 21 auf wobei auch das Potential der Saite 7 allmählich, nicht plötzlich, steigt, denn die Entladung des Kondensators 26 und die Aufladung des Kondensators 2C erfordert eine gewisse Zeit. Infolgedessen steigt die Wirksamkeit der Umsetzung der Saitenschwingungen in elektrische Schwingungen allmählich und nicht plötzlich, u. zw. in einem Masse, das durch die Grösse der einzelnen Schaltungselemente bestimmt ist.
Die durch den dem Schliessen des Schalters. 36 unmittelbar verhergehenden Anschlag des Hammers erzeugte Schwingung der Saite beginnt nach dem Anschlag eine Wechselspannung an den Gitterröhren 47 und 48 und infolgedessen einen Ton im Lautsprecher 60 zu erzeugen. Diese Spannungen und der Ton steigen hinsichtlieh ihrer Amplitude entsprechend dem Ansteigen des Potentials zwischen Saite und Rahmen. Die Grenze für diesen Anstieg wird durch die Spannung der Batterie . 3 und durch das Verhältnis des Widerstandes 27 zum Kontaktwiderstand des Schalters-36 bestimmt.
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tones, abgesehen von etwas geringerer Dämpfung.
Das Aufhören des Tones wird nicht durch elektrische Wirkungen erreicht, sondern lediglich durch die Dämpfung der Saite 7 durch den Dämpfer 19 nach dem Loslassen der Taste 14.
Befindet sich der Schalter 64 in der Rechtsstellung, aber der bewegliehe Potentiometerkontakt 68 in einer Stellung, die einem geringeren Potential als der Anzapfung 67 entspricht, so üben die Schalter 36 eine merkliche Wirkung aus. In diesem Falle ist der Tonanfang ähnlich, wie soeben beschrieben, aber unmittelbar nach dem Tonbeginn bewirkt das Schliessen des Schalters 86, eine Entladung des Kondensators 26 über den Kontaktwiderstand des Schalters 36 und ein Strom beginnt durch den Schalter-
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derjenigen Zeit. die bei Linksstellung des Umschalters 64 zur Erreichung der vollen Tonamplitude nach dem Einsetzen des Tones benötigt wird. Man kann diese Zeit klein halten und wird dies auch zweckmässig tun, im Vergleich zur Dauer eines Stakkatotones.
Durch Einstellung des beweglichen Kontaktes 68 kann man das Absinken der Amplitude schwächer oder stärker gestalten, letzteres beispielsweise, um die starke Dämpfung des Klaviertones nachzuahmen, oder in extremem Masse. um einen Xylophonton nachzuahmen. Nach dem Abfallen der Amplitude ähnelt die Toncharakteristik derjenigen bei Linksstellung des Umschalters, und die Beendigung des Tones erfolgt ebenso wie in den beschriebenen Fällen.
Bei einem vierten Betriebszustande befindet sieh der Umschalter 64 in Rechtsstellung, aber der bewegliche Kontakt 68 auf einer höheren Spannung als die Anzapfung 67. Auch hier erhält man das plötzliche Einsetzen des Tones, aber der für gewöhnlich darauf folgende Amplitudenabfall wird durch eine Neigung zum Anwachsen des Tones je nach der Einstellung des Kontaktes 68 kompensiert. Wird dieser Kontakt auf höhere Spannungen eingestellt, so erhält man als Resultat ein Anwachsen des Tones
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wie in den andern Fällen bei Rechtsstellung des Umschalters 64.
Gewisse Modifikationen der Tonfortsetzung und Tonbeendigung kann man durch Benutzung des Dämpferpedals 70 erhalten, das die Dämpfer 19 von den Saiten 7 abhebt. Befindet sich der Umschalter 64 in Linksstellung, so verhindert das Abheben der Dämpfer 19 mittels des Pedals 70 die Unterstützung der elektrischen Tonendigung durch die Dämpfer 19. Diese Wirkung ist aber nicht entscheidend.
Befindet sich dagegen der Umschalter 64 in Rechtsstellung, so verhindert ein Niederdrücken des Pedals 70 vollständig die Beendigung des Tones, die sonst beim Loslassen der Taste 14 eintritt. Weiterhin ist zu beachten, dass bei niedergedrücktem Pedal 70 beim Loslassen der Taste 14 jedem früheren Anwachsen oder Abnehmen der Amplitude, das in der obenbeschriebenen Weise durch die Einstellung des Kon-
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wird. Auch kann das Pedal 70 bis zu einem gewissen Grade dazu dienen, um das 1Iitschwingen nicht angeschlagene, zu der jeweils angeschlagene Saite harmonischer Saiten wie beim gewöhnlichen Klavier zu begünstigen.
Die Länge der Zeit, die bei Linksstellung des Umschalters 64 zwischen dem Einsetzen des Tones und der Erreichung der vollen Tonstärke oder bei Rechtsstellung des Umschalters zwischen dem Einsetzen des Tones und dem Erreichen der verringerten Tonamplitude verstreicht, kann durch passende Wahl der mit jeder einzelnen Saite verknüpften, also in den Fig. 4 und 5 oberhalb der strichpunktierten Linie dargestellten Stromkreiselemente willkürlich geregelt werden. Gegebenenfalls kann diese Zeit auch für einzelne Töne verschieden bemessen werden.
Die Stromkreise können im einzelnen in mannigfache Weise
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<tb> Kondensator <SEP> 20 <SEP> .............................................. <SEP> 0#05 <SEP> F
<tb> Kondensator <SEP> 26......................................... <SEP> 0-1 <SEP> F
<tb> Widerstand <SEP> 21.......................................... <SEP> 1 <SEP> Megohm
<tb> Widerstand <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP> 0-25"Nlegohm.
<tb>
Die Lederstreifen 29 und. 32 am Schalter 36 sind mit einer kolloidalen stromleitenden Lösung imprägniert und haben hinreichende Nachgiebigkeit. Der Kontaktwiderstand beträgt bei geschlossenem Schalter ungefähr 50.000 Ohm. Man erhält auf diese Weise eine hinreichend rauhe Kontaktfläche, die einen Reibungskontakt erzeugt, während anderseits das Öffnen und Schliessen des Schalters nicht zu plötzlich erfolgt.
Letzteres beruht auf der Zusammendrüekbarkeit des Leders und der Schwankung des Widerstands der vereinigten Leder-und Metallstreifen bei wechselndem Druck Dieser Widerstand ist bei offenem Schalter und auch noch beim Beginn des Schliessens oder bei der Beendigung des Öffnens gross, während er in der vollen Schliessstellung infolge der Reibungsberührung der Schalterteile kleiner ist. Die Schalter sind auch bei Pianofortes mit aufrecht stehenden Hämmern verwendbar. Hier werden die in Bezug auf die einzelnen Hämmer fest angeordneten und mit den Fangern in Reibungseingriff gelangenden Anschläge in der Weise ausgestattet, wie in der beschriebenen Anordnung die Hammerkerne.
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Fig. 6 zeigt Diagramme einiger Sehwingungskurven. Die gestrichelten Linien deuten die Umwandlungswirksamkeit an, während die ausgezogenen Kurven die Momentanspannung der durch die Umsetzung der Saitenspannung erzeugten Schwingung darstellen. Die Kurve Q erhält man bei Rechtsstellung des Umschalters 64 und Einstellung des beweglichen Potentiometerkontaktes 68 auf ein der Anzapfung 67 entsprechendes Potential, wobei also die Umwandlungswirksamkeit konstant ist. Kurve. ss erhält man bei Rechtsstellung des Umschalters 64 und Einstellung des Kontaktes 68 auf ein niedrigeres Potential als die Anzapfung 67. Hiebei fällt die Umwandlungswirksamkeit nach dem Einsetzen des Tones ab.
Kurve S erhält man gleichfalls bei Rechtsstellung des Umsehalters 64, aber unter Einstellung des Kontaktes 68 auf ein höheres Potential als die Anzapfung 67. Die Umwandlungswirksamkeit steigt
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besondere lassen sieh die Kurvenformen, die Steilheiten u. dgl. willkürlich ändern.
Um eine gleichmässige Lautstärke für die verschiedenen Töne bei gleich starkem Anschlag zu
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Potentiometer 56 und 57 zu erhalten, ist es wesentlich, dass die Abstände zwischen den Streifen 41 und 42 und den einzelnen Saiten 7 richtig bemessen werden können. Dies kann nach dem nachstehenden Verfahren geschehen :
Die Höhenlagen der rückwärtigen Enden der aktiven Saitenlängen werden zunächst mittels der einzelnen Stellschrauben 11 roh einreguliert derart, dass die Saiten ungefähr in einer Ebene liegen. Der
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die Saiten fast, aber nicht ganz zur Berührung mit dem Streifen 41 bringt. Zu diesem Zwecke muss man den Streifen 41 den hohen Diskantsaiten stärker nähern als den tiefen Saiten, weil bei den Diskantsaiten die Schwingungsamplituden kleiner sind.
Schaltet man nunmehr Verstärker und Lautsprecher ein und stellt den beweglichen Kontakt des Potentiometers 56 auf das untere Widerstandsende ein, so dass nur die durch den Streifen 41 bewirkte Energieumsetzung im Lautsprecher wirksam wird, so werden nunmehr die einzelnen Stellschrauben 11 so eingestellt, dass gleich starke Anschläge auf die einzelnen Tasten 14
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den Streifen 41 wird mittels der Stellschrauben 11 vorgenommen.
Das rückwärtige Ende einer Saite mit zu schwachem Ton wird mittels der Stellschraube gesenkt, während das rückwärtige Ende einer Saite mit zu starkem Ton gehoben wird. Zuweilen ergibt sich, dass eine Saite zwecks Angleichung an die Lautstärke einer bereits einregulieren Saite so stark gesenkt werden muss, dass ein kräftiger Anschlag auf die zugehörige Taste die Saite zur Berührung mit dem
Streifen 41 bringt. In diesem Falle müssen sämtliche bereits einregulieren Saiten nochmals auf eine etwas höhere Lage einreguliert werden oder aber man muss den Streifen 41 etwas senken. Während dieser Vorgänge wird der Streifen 42 so niedrig eingestellt, dass eine Berührung desselben selbst bei stärksten Anschlägen ausgeschlossen ist.
Nach der Einstellung des Streifens 41 wird nunmehr der Streifen 42 ohne Änderung der Einstellung des ersteren eingestellt, zu welchem Zwecke der bewegliche Kontakt des Potentiometers 57 in die Mitte des Potentiometers gestellt wird, so dass lediglich die durch den Streifen 42 bewirkte Umwandlung der Saitenschwingungen in elektrische Schwingungen im Lautsprecher in Erscheinung tritt. Der Streifen 42 wird so eingestellt, dass kein kräftiger Anschlag eine Berührung zwischen Saite und Streifen hervorruft und dass die Klangstärke im Lautsprecher für alle Töne praktisch gleich wird.
Eine genauere Einstellung als für den Streifen 41 kommt für den Streifen 42 nicht in Frage, weil dieser von den Saiten einen grösseren Abstand haben muss als der Streifen 41, denn er liegt den Schwingungsbäuchen der einzelnen Saiten näher als der Streifen 41. Sind noch weitere Streifen ausser 41 und 42 vorgesehen. wie z. B. zur Ermöglichung weiterer Änderungen der Tonqualitäten erwünscht sein kann, so werden diese der Reihe nach in der beschriebenen Weise eingestellt. Auch die in Verbindung mit gekreuzt gespannten Saiten. vorgesehenen Streifen 41'und 42' (Fig. 2) werden in ähnlicher Weise eingestellt.
Die beschriebene Einstellung hat den besonderen Vorteil, dass sie ganz oder doch wenigstens weitgehend die Unregelmässigkeiten im Ansprechen des Lautsprechers 60 oder anderer Schaltungselemente auf verschiedene Frequenzen zu kompensieren gestattet.
In den Fig. 1 und 3 ist auch noch eine Stimmgabel 71 dargestellt, die mittels eines Isolierbloeks 72 derart montiert ist, dass eine ihrer Zinken zusammen mit mindestens einem der Metallstreifen 4 und 42 eine elektrische Kapazität erzeugt, die sich bei Schwingungen der Stimmgabel ändert. Die Stimmgabel kann auf die Eigenfrequenz einer benachbarten Saite, mit der sie elektrisch verbunden ist. genau abgestimmt sein. Beim Stimmen des Instruments werden sowohl Stimmgabel als auch Saite erregt und die Saite auf die Tonhöhe der Stimmgabel gestimmt. Dabei lässt sich äusserste Genauigkeit durch das Verschwinden von Schwebungen in dem durch den Lautsprecher erzeugten Schall feststellen.
Dieses Verfahren zur Erzielung genauer Tonhöhe beim Abstimmen ist ausserordentlich bequem und wirksam, weil ein lauter Ton sowohl durch die Stimmgabel als auch durch die Saite im selben Apparatteil. nämlich im Lautsprecher 60, erzeugt wird. Die übrigen harmonischen Töne können in der üblichen Weise von
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einer Saite ausgehend gestimmt werden. Gegebenenfalls kann man sämtliche Töne einer Oktave oder auch mehr mit Stimmgabeln ausstatten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 liegen unter den Saiten 75 drei leitende Streifen 76, 77 und 78 und über den Saiten weitere leitende Streifen 79 und 80. Der Abstand der Streifen von den Saiten ist entsprechend den früheren Erläuterungen um so grösser, je weiter die Streifen von den Saitenenden abstehen. Die Streifen sind durch die weiterhin erläuterten Schalteinrichtungen, wie Sehaltergruppen81, 83. zweipolige Umschalter 83 u. dgl. mit den Gittern von Vakuumröhren 84, 85, 86 verbunden, deren Kathoden oder Heizfäden aus einer gemeinsamen Batterie 8'7 gespeist werden. Die Anodenströme werden einer Batterie 88 mittels einer Anzapfung 89 entnommen.
Zwischen den Röhrenkathoden und dem negativen Pol der Batterie 88 liegt ein durch einen Kondensator überbrüekter Widerstand 90. um den Röhrengittern über hohe Widerstände 91 negative Vorspannungen zu erteilen. In den Ausgangskreisen der Röhren liegen die Primärwicklungen von Transformatoren 9. 3, 9. 3 und 94.
Die Sekundärwicklungen der Transformatoren sind durch mit Anzapfungen versehene Widerstände 96, 96 und 97 überbrückt. Die Anzapfungen und Aussenklemmen eines jeden Widerstandes sind
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Schaltersatzes sind mit dem elektrischen Mittelpunkt des zugehörigen Widerstandes verbunden. Die elektrischen Mittelpunkte der Widerstände und die gemeinsamen Verbindungen der Sehaltersätze sind mit einem Potentiometer 102 verbunden. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die obere Klemme des Potentiometerwiderstandes 102 zur gemeinsamen Verbindung des Schaltersatzes 98. geführt, und sind die Mittelpunkte der Widerstände 95, 96 miteinander elektrisch verbunden.
Anderseits sind die gemeinsamen Verbindungen der Schaltersätze 99 und 100 mit einander verbunden und der Mittelpunkt des Wider-
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verbunden ist. Ist in jedem der Sehaltersätze 98, 99, 100 mindestens ein Schalter eingelegt, so liegt mithin der Potentiometerwiderstand 102 in einem Reihenstromkreis, der ausserdem Teile der Widerstände 95, 96,97 enthält. Der variable Kontakt dieses Potentiometers ist zum Gitter einer vierten Vakuumröhre 103 geführt. Die Kathode oder der Heizfaden dieser Röhre liegt parallel zu den ent- sprechenden Teilen der andern Röhren und ihren Anodenstrom erhält die Röhre 103 aus der Batterie 88 über die Anzapfung 89. Im Ausgangskreise der Röhre liegt der Verstärker 104, an den der Lautsprecher ssj angeschlossen ist.
Eine elektrostatische Abschirmung 106 schliesst die Röhren 84. 85. 86, 103 und die zugehörigen Stromkreise, insbesondere die Zuleitungen der Streifen 76-80 und diese selber ein. Die Abschirmung kann an den positiven Pol der Batterie 88 und an die Leiste 107 oder einen andern mit den Saiten elektrisch verbundenen Teil angeschlossen sein, so dass die Saiten das Potential des positiven Batteriepols annehmen. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. l sind die Saiten bei dieser Ausführungsform gegen den Rahmen nicht elektrisch isoliert.
Befinden sich, wie gezeichnet, die Schaltergruppen 81 und 82 in der Offenstellung und der Umschalter 83 in der gezeichneten Linksstellung, so liegt die zwischen den Streifen 76-78 bestehende Kapazität in Reihe mit einem der Widerstände 91 und der Batterie 88 und wird auf das Potential der letzteren aufgeladen. Ein Anschlagen der Saite durch den Hammer erzeugt, wie bei der bereits beschriebenen Ausführungsform, Kapazitätsänderungen und daher Spannungsschwankungen, die den Gittern der
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den Streifen 77 und die Röhre 86 durch den Streifen 78 gesteuert. Entsprechend verstärkte Spannungen treten an den Aussenklemmen der angezapften Widerstände 95-97 auf.
Wird nun in jedem Schaltersatz 98-100 je ein Schalter, u. zw. nicht derSlittelschalter, eingelegt. so erhält man einen geschlossenen Stromkreis, der von jedem Widerstand 95-97 einen Teil und ausserdem das Potentiometer 102 einschliesst. Infolgedessen treten die an den Widerständen auftretenden Spannungen in Überlagerung am Potentiometer 102 auf. Die absoluten und infolgedessen auch die relativen Amplituden der einzelnen Spannungen können reguliert werden und die absoluten und daher auch die relativen Phasen der Spannungen können willkürlich umgekehrt werden, alles dies durch passende Wahl der einzulegenden Schalter. Will man eine der Widerstandsspannungen am Potentiometer 102 überhaupt nicht auftreten lassen, so braucht man nur den Mittelschalter 101 des zugehörigen Schaltersatzes einzulegen.
Dasselbe Ziel lässt sich durch Einlegen zweier zur Mitte symmetrisch gelegener Schalter eines Schaltersatzes erzielen. Ferner kann man gewisse Spannungsamplituden, die sich durch Einlegen eines Schalters eines Satzes nicht erzielen lassen, dadurch erhalten, dass man zwei oder mehr auf derselben Seite des Widerstandes, gerechnet vom elektrischen Mittelpunkt aus, gelegene Schalter einlegt. Hiedurch wird ein Teil des Widerstandes kurzgeschlossen, wodurch sich die Belastung der zugehörigen Röhre und des zugehörigen Transformators ändert und die Spannung in dem übrigen Teil des Widerstandes beeinflusst wird. Die einzelnen Schalter können zweckmässig von einem Schaltbrett aus betätigt werden. das ähnlich wie das Registerbrett bei einer gewöhnlichen Pfeifenorgel angeordnet ist.
Für jeden Schaltknopf oder Griff kommen nur zwei Betriebsstellungen in Frage, nämlich Offnungs-und Schliessungsstellung.
Die am Potentiometer 102 auftretende Überlagerungsspannung kann hier ihrer Amplitude nach geregelt werden und wird dann durch die Röhre 10. 3 und den Verstärker 104 verstärkt und schliesslich im Lautsprecher 105 in Schall umgesetzt.
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Die räumliche Anordnung der einzelnen Streifen 76-80 bestimmt weitgehend die mit dem Instrument erzielbaren Tonqualitäten. Im allgemeinen werden in dem wiedergegebenen Ton die tiefen
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Vorteil besteht darin, dass man die durch verschieden angeordnete Streifen hervorgerufenen Schwingungen hinsichtlich der Amplitude und der Phase so kombinieren kann, dass ihre Grundfrequenzen oder auch tiefe Teiltöne ganz oder weitgehend unterdrückt werden, wodurch man Töne erhält, die an höheren Teil-
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bestimmten Schalterstellungen.
Auch ist es erwünscht, dass im Falle. dass in den resultierenden Schwingungen die tiefen Teiltüne betont werden, auch genügend höhere Teiltöne enthalten sind, um sie für Musik verwenden zu können. Ferner ist es nicht erforderlich, dass man die Einstellungen, bei denen die tiefen Teiltöne am wirksamsten unterdrückt werden, ständig verwendet und dass man gegebenenfalls auch Kombinationen zur Verfügung ; hat, bei denen Klanggemisehe entstehen, die an hohen Teiltönen reicher sind. Für alle diese Zwecke ist es vorteilhaft, die Streifen in der Nähe der Saitenenden anzuordnen.
Dementsprechend stehen in Fig. 7 und 8 die Streifen 76,77 und'18 um ein Zwanzigstel, ein Zwölftel und ein Achtel der Gesamtlänge
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Man kann indessen auch an hohen Teiltönen reiche Klänge ohne Anordnung der Streifen in der Nähe der Saitenenden und ohne besondere Einstellungen der Schalteinri htungen dadurch erhalten, dass man zwei Umsetzungsvorrichtungen verwendet, die dauernd oder zeitweilig miteinander verbunden und so angeordnet sind. dass die von ihnen erzeugten niedrigen Teiltöne sieh gegenseitig kompensieren.
Beispielsweise ist in Fig. 7 der Streifen 79 im Abstand von etwa einem Sechstel der wirksamen Saitenlänge vor dem rückwärtigen Saitenende angeordnet, und dieser Streifen kann mittels eines Schalters der Gruppe 81 dem Streifen 78, der um ein Achtel der Saitenlänge vom Saitenende entfernt ist, parallel geschaltet werden.
Hiebei ist es wesentlich, dass der Streifen 79 auf der entgegengesetzten Seite der Saite 7J angeordnet ist wie der Streifen 78, weil andernfalls die tiefen Teiltonkomponenten sich gegenseitig verstärken würden, anstatt sich zu kompensieren. Wenn statt der auf Kapazitätswirkung beruhenden Streifen 76-80
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Bei parallel geschalteten Streifen 78 und 79 erhält man Schwingungen, die hinsichtlich der Freiheit von tiefen Teiltönen denjenigen entsprechen, die man durch einen einzigen Streifen erhalten würde, der näher dem Saitenende angeordnet ist.
Eine Anordnung, die besonders für die Erzeugung farbenreicher Töne für Frequenzverdopplung oder die mehr oder minder vollständige Unterdrückung gerader Teiltöne sieh eignet, erhält man. wenn man die Umsetzungseinriehtungen, z. B. die Streifen, in gleichen Abständen von den Enden der wirksamen Saitenlänge anordnet, also symmetrisch zur Saitenmitte. Beispielsweise ist in den Fig. 7 und 8 der Streifen um ungefähr ein Zwanzigstel der Saitenlänge vom vorderen Saitenende entfernt, einer Entfernung, die derjenigen des Streifens 76 vom rückwärtigen Saitenende entspricht.
Schaltet man den Umschalter 83 in die Rechtsstellung, so wird der Streifen 78 ausgeschaltet und durch den Streifen 80 ersetzt, so dass also nunmehr die Streifen 76,77 und 80 arbeiten. Schliesst man den Mittelschalter 101 des Schaltersatzes 99, so wird der Streifen 77 unwirksam gemacht, und im wiedergegebenen Klange kommen nur die
Streifen 76 und 80 zur Geltung. Werden die Ausgangsleistungen der mit diesen Streifen verbundenen Schaltungselemente so eingestellt, dass sie in den Stromkreis des Potentiometers 102 mit gleichen Amplituden und gleicher Phase der Grundfrequenz eintreten, was durch Einlegen passender Sehalter in den Schaltersätzen 98 und 100 bewirkt werden kann, so ist die resultierende Schwingung frei von geraden Obertönen.
Ist die Übereinstimmung der Amplituden der einzelnen Schwingungen nicht ganz genau eingehalten, so erhält man zwar schwache gerade Teiltöne, aber die ungeraden Obertöne überwiegen kräftig. Werden anderseits die Spannungen dem Potentiometer 102 durch Einlegen geeigneter Schalter an den Sehaltersätzen 98 und 100 mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Grundfrequenzphase zugeführt, so erhält man einen Ton, dem der ursprüngliche Grundton und ungerade Teiltöne fehlen, der also dem um eine Oktave höheren Ton entspricht. Behält man die Phasenverschiebung bei und stört die Gleichheit der Amplituden ein wenig, so enthält die resultierende Schwingung die ungeraden Teiltöne nur schwach und die geraden verhältnismässig stark.
Weiterhin kann man kleine oder grosse Sehwingungsamplituden in jeder Phase vom Streifen 77 mit allen möglichen Kombinationen der Streifen 76 und 80 vereinigen oder auch mit Schwingungen vom Streifen 80 allein. In letzterem Falle treten weder gerade noch ungerade Teiltöne besonders hervor, da die Streifen 77 und 80 zwar im grossen und ganzen, aber nicht genau symmetrisch zur Saitenmitte angeordnet sind.
Solange der Streifen 80 allein zur Lieferung von Schwingungen an die Röhre 86 und den Schaltersatz 100 benutzt wird, ist es ganz unerheblich, ob er über oder unter der Saite 7a angeordnet ist ; sobald man ihn aber mittels der Schaltergrtippe, 82-zu andern Streifen parallel schaltet und insbesondere zum Zwecke der Herausarbeitung der geraden Teiltöne ist es erforderlich, den Streifen 80 auf der andern Seite der Saite anzuordnen, wie die Streifen 76-78. Es mag noch bemerkt werden, dass das Herausarbeiten
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der geraden Teiltöne den Eindruck erweckt, dass man höhere Oktaven des jeweils gespielten Tones mitertönen lässt.
Schalter, wie 81 und 82, zum Parallelschalten der Streifen und Umschalter, wie 8, J', zum wahlweisen Verbinden der Eingangskreis der Röhren mit einem oder mehreren Streifen sind nützliche Steuervorrichtungen, die eine erheblich grössere Mannigfaltigkeit. von Klangfarben erzielen lassen, als es mit viel komplizierteren Apparaten möglich ist. Man kann natürlich auch mehr als drei Eingangsröhren und Schaltersätze verwenden. Sieht man aber die Schalter 81-83 vor, so kann man sehr viel Klangfarben ohne Verwendung zusätzlicher Apparate erzielen. Man kann sogar die Zahl der Eingangsröhren auf zwei vermindern, ohne die Anpassungsfähigkeit des Instrumentes wesentlich zu verringern, falls man nur Schalter 81-83 vorsieht.
Die Bedienung der Schalter kann gleichfalls von einem Schaltbrett aus erfolgen wie die der Schalter 98-100.
Zuweilen kann es zur Nachahmung der Klangfarbe bestimmter Instrumente oder aus ändern
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gut eignet, dagegen im Bassregister Töne erzeugt, die zu reich an niedrigen Teiltönen sind. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist im Ausgangskreise der Röhre 103 eine Kontrollvorrichtung 108 vorgesehen, die aus einer Induktivität 109, einer Kapazität 110 und einem Potentiometer 111 besteht.
Mit dieser Anordnung kann man es erreichen, dass entweder die Induktivität oder die Kapazität den Ausgangskreis der Röhre 103 ÜberbrÜckt, je nach der Stellung des verstellbaren Potentiometerkontakts.
Der Widerstand des Potentiometers ist zweckmässig mindestens viermal so gross wie der niedrigste Wert des Widerstandes, den man zwischen die Ausgangsklemmen der Röhre ohne merkliche Verringerung des Wirkungsgrades legen darf. Man kann den verstellbaren Potentiometerkontakt in den elektrischen Mittelpunkt des Potentiometers stellen, so dass man gegebenenfalls die Wirkung der Vorrichtung 108 auf ein vernaehlässigbares Mass vermindern kann. Die Bemessung der Induktivität und Kapazität ergibt sieh leicht aus den für Niederfrequenzverstärker massgebenden Grundsätzen.
Je wirksamer die Induktivität als Nebenschluss arbeitet, um so mehr werden die tiefen Teiltöne der Bassnoten geschwächt. Ist dagegen die Kapazität wirksamer, so werden die höheren Frequenzen geschwächt, insbesondere bei den hohen Diskantnoten. An Stelle der beschriebenen Tonkontrollvorriehtung könnten auch andere verwendet werden. Derartige Tonkontrollvorrichtungen können auch zur Kontrolle der einzelnen Schwingungen vor ihrer Kombination verwendet werden. Beispielsweise sind derartige Vorrichtungen 108'in den Ausgangskreisen der Röhren 84-86 vorgesehen.
Mit diesen Einrichtungen lassen sich stark voneinander abweichende Effekte erzielen. beispielsweise kann man sowohl die tiefen als auch die hohen Frequenzen herausarbeiten, indem man denjenigen Frequenzbereich in einer oder mehreren von den Streifen abgeleiteten Schwingungen schwächt, die entgegengesetzte Phasen haben, was man auch durch die beschriebene Schalterkombination bewerkstelligen kann.
Wenn jedes Umsetzungssystem, z. B. die Streifen'76,'77.'78 usw.. bei jeder Saite in der Nähe
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ganze System eine gleichförmige Wirkung bei der Umsetzung bestimmter Teiltöne bei sämtlichen Saiten.
Dies ist nicht immer erwünscht. Um nun die Teiltöne ungleichmässig bei den einzelnen Saiten wiederzugeben. kann man sich der in Fig. 9 dargestellten. Anordnung bedienen. Hier sind die Abstände der Streifen 76-80 von den Saitenenden gemessen als Bruchteile der gesamten Saitenlänge um so geringer, je länger die Saite ist. Das Verhältnis der Streifenabsiände von den Saitenenden für jede einzelne Saite ist aber
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Drittel des Abstandes des Streifens 76 beträgt. Ebenso hat der Streifen 78 einen Abstand von fmf Halben des Abstandes des Streifens 76 und der Streifen 80 steht ebenso weit vom vorderen Saitenende ab wie der Streifen 76 vom hinteren Saitenende.
Bei einer derartigen Anordnung werden die tiefen Teiltöne mit wachsender Saitenlänge stärker unterdrückt.
Zuweilen ist es erwünscht. einen vollkommen reinen obertonfreien Ton zu erzeugen. Um einen der-
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schwingung der dritte, fünfte, elfte und dreizehnte Obeiton nicht vorhanden. Dieser Zustand ist ein bequemes Anzeigemittel für die richtige Lage des Streifens 11"). Dank der symmetrischen Anordnung der Streifen 112 und 114 und ihrer gegenseitigen Unterstützung löschen sie gegenseitig ihre geraden
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keine geraden Teiltöne. Dem resultierenden Ton fehlen also alle geraden Teiltöne und der dritte, fünfte, elfte und dreizehnte Teilton. Bis zum vierzehnten Teilton einschliesslich können also nur der siebente und neunte Teilton übertragen werden.
Das Auftreten dieser Teiltöne lässt sich aber bereits in der Saiten-
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Mass verringern, wenn man die Tonkontrollvorrichtungen 108 und 108'vorsieht. Bei der Ausführungform nach Fig. 10 sind die Röhren 85 und 86 und die zugehörigen Schaltungselemente natürlich entbehrlich.
Die beschriebenen Streifen sind natürlich nur ein Ausführungsbeispiel für die Übertragung mechanischer Schwingungen in elektrische, ebenso wie die angezapften Widerstände, die Schaltersätze usw. zur Regelung der Amplituden und Phasen durch andere Einrichtungen ersetzt werden können. Statt der elektrostatischen, auf Kapazitätsänderungen beruhenden Umwandlungssysteme können auch elektromagnetische Systeme verwendet werden, bei denen die Saitenschwingungen in Magneten mit Wicklungen Wechselströme induzieren.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beeinflussung der Amplitudenzeitcharakteristik von Musikinstrumenten, bei denen die Schwingungen abgestimmter Körper in elektrische Schwingungen und diese in Sehall umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung des schwingenden Körpers auf den zu erregenden Stromkreis unmittelbar nach der Erregung des abgestimmten Körpers verändert wird.