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Elektrisches Musikinstrument Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
für ein elektrisches Musikinstrument mit Röhrengeneratoren zur Erzeugung von normalerweise
stabilen Tonfrequenzen und mit durch Tasten betätigten Schaltkontakten und einem
gemeinsamen elektroakustischen Ausgangssystem.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Einrichtungen vorzusehen, mit deren
Hilfe bei den einzelnen Tönen ein Portamento, Glissando, Verwischen, Gleiten oder
Vibrieren hervorgerufen werden kann, alles Effekte, die für die Hawaiigitarre, Violine,
Posaune, Trompete und andere Blas- und Saiteninstrumente typisch sind, wobei diese
Effekte elektronisch durch außerordentlich einfache elektrische Schaltungen unter
Verwendung einer nur geringen Anzahl billiger elektrischer Bauelemente verwirklicht
werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zum Erzeugen eines
Portamento Generatorröhren mit zusätzlicher Diodenstrecke verwendet werden, deren
normalerweise bestehender Sperrzustand durch Schaltmittel mit Hilfe einer angelegten
Spannung aufgelöst wird, und daß die dadurch leitende Diode einen Kondensator parallel
zum Schwingkreiskondensator schaltet.
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Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich um eine Schaltungsanordnung
für ein elektrisches Musikinstrument mit Generatoren zur Erzeugung von normalerweise
stabilen Tonfrequenzen mit durch Spieltasten betätigten Schaltkontakten und einem
gemeinsamen elektroakustischen Ausgangssystem.
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Bei elektrischen Musikinstrumenten, insbesondere bei elektronischen
Orgeln, ist es allgemein bekannt, mit Hilfe von zusätzlichen Schaltkontakten an
den Spieltasten eine Kapazität zu einem Schwingkreis eines Tongenerators parallel
zu schalten, um auf diese Weise einen weiteren Ton erzeugen zu können. Ferner ist
es ebenso bekannt, dem Steuergitter einer Generatorröhre eine Vibratospannung zuzuführen,
um dadurch den vom Generator erzeugten Ton periodisch zu erhöhen oder zu erniedrigen.
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Die Erfindung hat sich jedoch zur Aufgabe gestellt, einen anderen
musikalischen Effekt, nämlich das Portamento oder - wie es auch manchmal bezeichnet
wird - Glissando mit vollelektronischen Mitteln zu erzeugen. Unter Portamento versteht
man dabei einen Toneffekt, bei dem der Ton eines Generators zunächst erniedrigt
wird und dann rasch gleitend in den Normalton des Generators übergeht, wobei dieses
Gleiten so schnell verläuft, daß die einzelnen dazwischenliegenden Töne nicht erkennbar
sind, wie dies beispielsweise beim Legato der Fall ist, wo die einzelnen Töne klar
erkennbar voneinander abgesetzt sind. Die Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung
dargestellt, welche in der folgenden Beschreibung erläutert ist.
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In der schematischen Darstellung ist ein Tongeneratorsystem dargestellt,
das ein elektrisches Netzwerk aufweist, in dem gleichartige Entladungsröhren vorgesehen
sind, welche die einzelnen Generatoren für verschiedene Töne einer gleichmäßig temperierten
Tonleiter darstellen. Die drei in der Schaltung gezeigten Röhren sind jeweils mit
T1, T2 und T12 be-
zeichnet, und ihre Ausgangssignalfrequenzen sollen 1046,
1108 und 1975 Hz betragen.
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Die Generatoren können, wie bekannt, Tonfrequenzen für jede gegebene
Anzahl von Oktaven liefern. Wird die erfindungsgemäße Schaltung bei einer Orgel
verwendet und soll ein Musikstück mit lang anhaltenden orgelartigen Tönen als ebenso
wie mit kurzen Tönen mit Portamento und ähnlichen Effekten gespielt werden, so wird
man auf verschiedenen Manualen spielen. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß
der im folgenden beschriebene und dargestellte Tongenerator einem doppelten Zweck
dient, nämlich zur Erzeugung der Tonfrequenz und des Portamentos. Die Erfindung
kann außerdem dadurch in Form eines Melodieninstruments verwirklicht werden, indem
man einen einzigen Oszillator in einem elektrischen Tastenstromkreis einschaltet
und Schaltmittel zum Abstimmen des Schwingkreises auf verschiedene Tonfrequenzen
entsprechend den verschiedenen Tasten einer Tastatur vorsieht, die einzeln gespielt
werden.
Jede Generatorröhre hat eine geheizte Kathode, ein Steuergitter
G1, ein Schirmgitter G2 und eine Anode A 2 und eine zusätzliche Diode
Al. Ein Anodenpotential B -I- liegt mit der negativen Seite an Masse 10,
während seine positive Seite an den Kontakten S 1 der entsprechenden, durch die
Spieltasten betätigten elektrischen SchalterKl, K2 und K12 liegt. In jedem Röhrenstromkreis
liegt die Anodenspannung über einen Vorwiderstand R 3 am Schirmgitter G2. Die Anode
A 2 jeder Röhre ist über einen Vorwiderstand R 1 mit einem Kontakt S2 des jeweiligen
Schalters K l, K2, K12 und mit einem Kondensator C 1 verbunden. Die Kondensatoren
C 1 stellen die Messeverbindung der Kontakte S2 der der Schalter K dar. Die Anode
A 2 jeder Röhre ist außerdem im Stromkreis 20 über einen Widerstand R2 mit
einer Signalausgangsklemme P3 und mit einem Lastwiderstand R' verbunden, der die
Signalausgangsklemme P3 mit Masse 10 verbindet. Ferner sind mit
P 3 außerdem ein Klangfarbenfilter Tod. dgl. und ein Niederfrequenzverstärker
A vorgesehen, in dessen Ausgangsstromkreis 11 ein Lautsprecher S3 liegt. Das Steuergitter
jeder Röhre ist über einen Gitterableitwiderstand R10 mit Masse verbunden, und,
wie dargestellt, ist jedes Steuergitter über einen Koppelkondensator C 2 mit einem
abgestimmten aus Induktivität und Kapazität bestehenden Schwingkreis X verbunden,
der eine Schwingkreisspule L 1 und einen ersten und einen zweiten Abstimmkondensator
C 4 bzw. C 3 enthält, wobei C 4 unmittelbar parallel zur Schwingkreisspule L 1 geschaltet
ist, während C3 über eine Leitung 40' parallel zu dieser Spule über die Diode
A 1 und Kathode K angeschlossen ist. Die Kathode liegt an der Anzapfung T'
der Schwingkreisspule. Ein Widerstand R 4 verbindet die Diode A 1 mit Masse 10.
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Die einzelnen Röhren T l, T2 und T12 mit Kathode K, Steuergitter
G 1, Schirmgitter G 2 bilden zusammen mit dem Widerstand R 3 im Schirmgitterkreis,
dem Kondensator C 2 und dem Widerstand R10 im Schwingkreis X einen LC-Oszillator.
Die Wirksamkeit des Kondensators C 3 ist dabei von dem Widerstand zwischen der Elektrode
A 1 und der Kathode K abhängig. Diese Elektrode und die Kathode bilden in jedem
Röhrenstromkreis die Verbindung, die den KondensatorC3 an den Schwingkreis X anschaltet.
Die Diode arbeitet somit als Schalter, der den Kondensator C 3 als ein veränderbares
Abstimmelement in den Schwingkreis X einfügt. Wenn eine ausreichend hohe positive
Spannung an die Diode A 1 angelegt wird, dann fließt ein Elektronenstrom nach dieser
Elektrode, und die Diodenstrecke wird leitend. Liegt an der Elektrode A 1 ein negatives
Potential, wird die Diodenstrecke gesperrt. In diesem Zustand liegt der Kondensator
C 3 mit dem Schwingkreis nicht mehr parallel, wodurch dessen Resonanzfrequenz höher
wird.
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Wird der Diode A 1 über die Leitung 40, einen Entkoppelwiderstand
R 5 und die Leitung 40" eine Vibratoeingangsspannung von 6 Hz zugeführt,
dann ändert sich die Impedanz in der Leitung 40', 40", die die Diode A 1
mit dem Schwingkreis am Punkt P 5 zwischen dem Widerstand R 4 und dem Kondensator
C3 verbindet, abwechselnd, indem sie zunächst kleiner und dann größer als der durchschnittliche
Widerstand in diesem Stromkreis wird, wodurch der Kondensator abwechslungsweise
als Abstimmelement in dem Schwingkreis wirksam wird. Dadurch wird dessen Resonanzfrequenz
durch diesen Kondensator mit einer Frequenz von 6 Hz erniedrigt und erhöht. Die
für diesen Zweck verwendete Vibratoquelle V ist am Punkt P angeschlossen und kann
von an sich beliebiger Bauart sein.
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Das Steuersystem X5, das einen pedalbetätigten Schalter GS1 aufweist,
kann auch von Hand eingeschaltet werden, um disharmonische Effekte hervorzurufen.
Dabei ist der bewegliche Kontaktarm 25 dieses Schalters am Punkt 60 federnd
in eine Lage vorgespannt, in der er den Kontakt 61 nicht berührt. Wenn die Schaltung
bei einer Orgel verwendet wird, dann würde dieser Schalter am Spieltisch in einer
Höhe angebracht sein, bei der er bequemerweise mit dem Fuß betätigt werden kann.
Liegt der Kontakt 25 des Schalters GS 1 an dem Kontakt 61 an, dann wird das Anodenpotential
B -I- der Diode A 1 über einen Entkoppelwiderstand R 5 zugeführt,
wodurch ein starker Elektronenstrom von der Kathode nach dieser Elektrode hervorgerufen
wird, und dadurch wird der Kondensator C 3 parallel zum Schwingkreis geschaltet,
und dessen Resonanzfrequenz wird so lange, wie der Kontaktarm 25 auf dem Kontakt
61 aufliegt, erniedrigt. Angenommen, daß einer oder mehrere der Schalter K 1, K
2, K 12 geschlossen sind, dann fließt über die Anode A 2 der Röhre ein von der Kathode
ausgehender Elektronenstrom, und an den Vorwiderständen R 1, R 2 wird ein Tonfrequenzsignal
erzeugt, das an die Signalausgangsklemme P 3 und von dort über das Steuersystem
für die Klangfarbe an den Verstärker A gelangt, wo das Signal verstärkt wird und
anschließend den Lautsprecher S3 betätigt. Vorher war die Tonhöhe des Signals erniedrigt
worden, und anschließend wird das Signal wieder auf seine alte Tonhöhe gebracht,
und zwar als eine Funktion der Zeit, wenn das Steuersystem X5 in seine Ruhelage
zurückgeht. Es sei darauf hingewiesen, daß während des Drückens des Kontaktarmes
25 des Schalters GS 1 das Vibratoeingangssignal von 6 Hz am Punkt P kurzgeschlossen
ist, wodurch die Vibratostromquelle abgeschaltet ist, so daß der hörbare Portamentoeffekt,
der am Lautsprecher erzeugt wird, unmittelbar dann eintritt, wenn die Vibratoquelle
abgeschaltet ist, worauf das Signal, solange es abklingt und im Lautsprecher hörbar
bleibt, allmählich auf seine ursprüngliche Frequenz und Vibratofrequenz gebracht
wird.
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Der ebenfalls vorgespannte Schalter GS2 ermöglicht eine zusätzliche
Steuerung zusammen mit dem Kondensator C 20.
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Ist der Kontakt 63 vom Kontakt 64 abgehoben und liegt er auf dem Kontakt
65, dann liegt das Anodenpotential B -I- ausreichend lange an der Diode
A 1,
um den Kondensator C20 über die. Entkopplungswiderstände R 5 und R 4
aufzuladen.
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Befindet sich der Schalter GS2 in der dargestellten, durch die Feder
60' vorgespannten Lage, dann liegt der Kontakt 63 auf dem Kontakt 64 an,
und der Kondensator C20 entlädt sich, so daß er für einen erneuten Ladezyklus
bereit ist, wobei der Spieler keine Möglichkeit hat, die Dauer des Ladezyklus und
des Entladezyklus zu steuern.
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Es soll nunmehr auf die in dem strichpunktierten Rechteck Yin dem
oberen rechten Teil der Zeichnung enthaltenen Schaltelemente eingegangen werden.
Sie sind vorgesehen, um eine selbsttätige Verstimmung durchzuführen, wenn ein einzelner
Tastenschalter zum Erzeugen einer Note betätigt wird.
Liegt der
Kontakt S6 des Schalters S5 in der geschlossenen Stellung am Kontakt S7 und tritt
eine Gleichspannung an den Widerständen R 1 und R 2 und der Leitung 20 gleichzeitig
mit dem Anlegen einer Spannung an den Kondensator C 1 und an die Anode A 2 auf,
dann wird diese Spannung dem Eingang 1 eines Verstärkers D (dessen Ausgang auf Null
liegt) zugeführt. Hier wird das Signal im richtigen Verhältnis verstärkt und über
den Schalter S 5 und den Widerstand R 8 als Kondensatorladungsstoß über den Kondensator
C 5, die Leitung 4.0 und den Widerstand R 5 an die Diode A 1 angelegt, wodurch eine
Verstimmung und ein disharmonischer Effekt erreicht werden. Sobald sich jedoch der
Kondensator C 5 seinem geladenen Zustand nähert, verringert sich die der Diode A
1 zugeführte Spannung praktisch auf den Wert Null. Daher ist die Verstimmung nur
zeitweise vorhanden oder während des Spielens einer gegebenen Note, wobei diese
Dauer eine Funktion der Ladezeit des Kondensators C 5 erforderlich ist. Der Widerstand
R 9 ist relativ groß und dient nur zum Entladen des Kondensators während derZeit
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betätigungen der durch dieTasten betätigtenSchalter.
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Ist der Schalter S5 geschlossen, liegt die Gleichspannung an
Punkt P 3 (weil die Taste S 2 gedrückt ist) über den Widerstand R 8 und das
Netzwerk 30
am Punkt P der Leitung 40. Die sich dabei ergebende Verringerung
der Tonhöhe ist die gleiche wie in dem Fall, wenn der fußbetätigte Schalter GS
1 geschlossen ist.
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Die Arbeitsweise der Schaltung ist im folgenden näher beschrieben.
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In der Zeichnung sind die Schalter mit den durch die Spieltasten betätigten
Tasten S2 und die wahlweise betätigbaren Schalter GS1 und GS2 offen. Die Dioden
A 1 liegen auf negativem Potential.
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In diesem Zustand, in dem die Abstimmkondensatoren C 4 und die Schwingkreisspule
L 1 die Hauptabstimmelemente des Schwingkreises X sind, ist der Kondensator C3 nur
zum Teil in dieser Schaltung wirksam. Es sei angenommen, daß die Vibratoquelle V
in diesem Zustand abgeschaltet ist. Das Instrument kann nunmehr als übliche Orgel
gespielt werden, und Akkorde undioder Einzeltöne können aufrechterhalten werden,
ohne daß sich deren Frequenz vermindert, solange der durch die Spieltaste betätigte
Kontakt S2 geschlossen bleibt. In dem vorgespannten Zustand ist der Widerstand zwischen
der Diode A 1. und der Kathode K in der Größenordnung von etwa 33 000 Ohm.
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Ist der Schalter GS1 geschlossen, dann liegt Anodenspannung
B -t- an der Diode A 1. Dies bewirkt, daß ein starker Elektronenstrom
von der Kathode K nach dieser Anode fließt, so daß der Widerstand der Diodenstrecke
auf etwa 2000 Ohm absinkt und der Kondensator C 3 parallel zum Kondensator C 4 des
Schwingkreises liegt und bewirkt, daß der Schwingkreis verstimmt wird. Daher ergibt
sich eine rasche Verringerung der Frequenz des Ausgangssignals. Aus dem funktionellen
Zusammenhang der verschiedenen Schalterelemente ergibt sich, daß dann, wenn der
Schalter GS 1 offen ist, der durch den Lautsprecher S3 abgegebene Ton rasch
gleitet, wie es für Portamento typisch ist.
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Durch Drücken des Schalters GS2 wird ein Anodenspannungsstoß über
den Kondensator C20
an den Schaltungsteil mit dem Schalter GS2 angelegt. Hierbei
setzt dieser Spannungsimpuls die Tonhöhe des ausgangsseitigen Tonsignals lediglich
für die Zeit herab, die zum Aufladen des Kondensators benötigt wird. Sie ist von
der Zeitkonstanten des Kondensators C20 und den Widerständen R 5 und R 4
abhängig.
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Es sind schon Vorrichtungen bekanntgeworden, um elektronisch das Zupfen
von Saiten durch Widerstandskondensatorkombinationen mit den entsprechenden Zeitkonstanten
nachzuahmen, um das Auftreten und Verklingen eines Tones zu steuern, wobei die Tonhöhe
konstant bleibt, d. h. sich übel die gesamte Dauer des Tones nicht ändert. In der
vorliegenden Erfindung, bei der Widerstandskondensatornetzwerke zum Ändern der Geschwindigkeit
des Anschwellens und Verklingen eines Tones als eine Funktion der Zeit verwendet
werden, wird jedoch die Tonhöhe des Tones geändert und muß sich notwendigerweise
ändern, d. h., der Ton klingt zunächst niedriger, worauf unmittelbar ein Anstieg
des Tones folgt, bei dem die richtige Tonhöhe des Tones wiederhergestellt wird,
wenn der Ton abklingt, wobei der sich ergebende Ton sich deutlich hörbar von einem
solchen Ton unterscheidet, der als einfache Funktion von Zeitkonstanten eines Zeitkonstantennetzwerkes
nur langsam anschwillt und/oder abklingt.