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Elektronisches Musikinstrument mit schlagzeugähnlicher. Wirkungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Musikinstrument mit schlagzeugähnlichenWirkungen,
bei welchem einem Generator für Musik ein Geräuschgenerator für verschiedene Geräusche
parallel schaltbar ist und das einen Verstärker mit Lautsprecher aufweist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, schlagzeugähnliche Wirkungen, die unabhängig
von den Tönen der Tonleiter, wie sie von den herkömmlichen, elektronischen Musikinstrumenten
des Tastentyps hervorgebracht werden, zu erzeugen und die Möglichkeit zu schaffen,
solche geräuschartigen oder schlagenden Töne derart mit den Erzeugnissen von Tönen
der Tonleiter zu mischen, daß die Intensität der geräuschartigen und schlagenden
Töne im Verhältnis zu den Tönen der Tonleiter durch den Spielenden während seines
Spieles veränderbar zu steuern ist.
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Der Begriff »Schlagwirkungen« umfaßt hier solche Wirkungen, wie sie
durch eine rhythmische Teilung erzeugt werden: Zufallsgeräusche, wie sie von Zimbeln,
Drahtbürsten, Maracas, Kastagnetten u. dgl. hervorgerufen werden, d. h. von solchen
Instrumenten mit mehr oder weniger erkennbarer Tonhöhe bis zu einigen tonhöhelosen
Instrumenten; ferner das Zufallsgeräusch, das beim Anschlagen eines Tones bestimmterer
Tonhöhe und abklingender Intensität auftritt, z. B. bei Trommeln; ferner Töne, die
mehr ein Klappern mit bestimmterer Tonhöhe als beliebige Geräusche sind, so wie
Holzblöcke; schließlich Töne mit plötzlichem, stoßendem Anschlag und darauffolgendem
Abklingen in bestimmter Tonhöhe, wie Triangeln und Glockenspiele. Ferner umfassen
die hier gemeinten geräuschartigen Wirkungen das Geräusch von Regenschauern, das
Brausen eines fahrenden Zuges, von Pferdegalopp u. ä.
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Es wäre denkbar, Töne, die denen von Schlaginstrumenten wie Zimbeln
und Trommeln. ähnlich sind, dadurch herzustellen, daß man in üblicher Weise ein
Thyratron oder ähnliche geräuscherzeugende Vorrichtungen als Geräuschquelle verwendet
und das daraus erhaltene Geräusch nach seiner Verstärkung durch ein geeignetes Filter
zur Bildung einer Wellenform schickt, die das gewünschte Frequenzspektrum aufweist.
Ein solches Vorgehen bringt jedoch. erhebliche Nachteile mit sich.
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Zunächst ist es außer in besonderen Fällen meist schwierig, das gewünschte
Frequenzspektrum mittels eines einfachen Filters zu erhalten. Dementsprechend ist
die Zahl der verschiedenen Tonfärbungen einheitlicher Qualität, die man auf solche
Weise erhält, äußerst beschränkt. Sollen aber Tonfärbungen weitgehend einheitlicher
Qualität in großer Anzahl auf diese Weise hergestellt werden, dann erfordert dies
einen sehr komplexen und -deshalb teuren Filter. Ferner sind von Rhythmus-Instrumenten
erzeugte Töne sogenannte schlagende Töne. Solche Töne haben eine Wellenform, bei
der der Ton im Augenblick des Anschlages steil ansteigt und exponentiell abklingt.
In vielen Fällen ist dabei bei Beginn. des Tones die Anzahl der geräuschartigen
Bestandteile groß, während des Abklingens wird dann die Schwingung in der durch
Form und Material des Musikinstrumentes bestimmten Eigenfrequenz erkennbarer, und
die meisten der geräuschartigen Komponenten verschwinden. Auch dies Merkmal ist
durch einfache Verwendung von Wellenfiltern nur schwer zu erzielen.
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Die Erfindung löst alle diese Aufgaben in einfacher Weise. Gemäß der
Erfindung besteht der Geräuschgenerator aus drei Generatorgruppen, von denen die
erste einen Resonanzverstärker mit auf verschiedene Resonanzfrequenzen einstellbaren
Kreisen und der zweite einen selektiven Verstärker mit wählweise einstellbaren Bereichen
enthält, wobei diese beiden Gruppen wahlweise einzeln oder gemeinsam von einem Rauschgenerator
mit Diode gespeist werden können, und einer weiteren Generatorgruppe, welche ein
Geräusch mit Hilfe von Rechteckgeneratoren erzeugt, die an der die beiden ersten
Gruppen mit dem Verstärker verbindenden Sammelschiene angeschlossen ist.
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Aufgabe der ersten Generatorgruppe ist die Erzeugung von Geräuschen
und die Steuerung des Abklingens derselben. Hierfür ist zweckmäßig der Resonanzverstärker
dieser Gruppen mit einem Resonanzkreis
in der Kollektorleitung
eines Transistors versehen und wird dadurch zu verschiedenem Verlauf der Ausgangsspannung
veranlaßt, daß die über Spannungsteiler am Eingang des Resonanzverstärkers abgenommene
Rauschspannung einstellbar ist.
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Der zweiten Generatorgruppe obliegt das Herbeiführen von überlagerungsgeräuschen
als Tonfärbung bei der Entstehung von Tönen durch rhythmische Musikinstrumente,
wobei diese Töne nach ihrer Erzeugung als reine Töne weiterklingen sollen, Diese
Aufgabe tritt z. B. bei der Erzeugung eines Trommeltones auf, der erst eine kurze
Zeit nach dem Anschlagen der Trommel als relativ reiner Ton in Erscheinung tritt.
Hierfür enthält zweckmäßig der die zweite Generatorgruppe bildende selektive Verstärker
einen Transistor, an den ein Schwingungskreis und ein in seiner Eigenfrequenz etwas
von diesem abweichenderRückkopplungskreis angeschlossen ist, wobei die Basis des
Transistors über einen tastenbetätigten Schalter und einen Widerstand sowie einen
Kondensator am Rauschgenerator liegt und seine Ausgangsspannung über einen Widerstand
an die zum Verstärker des Lautsprechers führende Sammelschiene angeschlossen ist.
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Die dritte Generatorgruppe schließlich soll einen Schlagton definierter
Tonhöhe, z. B. die Wirkung eines Triangels erzeugen. Dies wird vorteilhaft bewirkt
mit Hilfe zweier unstabiler Multivibratoren, deren Ausgangsenergie gemischt und
einem Schaltkreis zugeführt wird, der einen Transistor aufweist, dessen Emitter
über einen Widerstand und einen Kondensator, der seinerseits von einem Widerstand
in Reihe mit einem tastenbetätigten Schalter überbrückt ist, an Erde liegt, während
der Kollektor des Transistors über einen Widerstand an Spannung liegt und über einen
Kondensator sowie einen Widerstand an die zum Verstärker des Lautsprechers führende
Sammelschiene angeschlossen ist.
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Die Erfindung soll nachstehend in Ausführungsbeispielen an Hand der
Abbildungen näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 ein elektrisches Stromkreisdiagramm
als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 2 eine graphische Darstellung
der Ausgangsrandkurve des Stromkreises der in F i g. 1 dargestellten Generatorgruppe
88, F i g. 3 eine graphische Darstellung der Ausgangswellenform der in F i g. 1
dargestellten Generatorgruppe 88, wenn derselben keine Eingangsenergie zugeführt
wird, F i g. 4 a im Ausschnitt eine schaubildliche Darstellung der in F i g. 1 angegebenen
Tasten 5 und 82 und ihre relative Lage zur Tastatur, F i g. 4 b einen Querschnitt
durch F i g. 4 a und die in F i g. 1 dargestellten veränderlichen Widerstände R
6 oder R 81, F i g. 4 c eine Einzelansicht der Innenseite des veränderlichen Widerstandes
der F i g. 4 b, F i g. 5 ein Beispiel für ein elektrisches Stromkreisdiagramm, das
eine andere Ausführung des Stromkreises der Generatorgruppe 88 der F i g.
1 darstellt, F i g. 6 ein Beispiel für ein elektrisches Stromkreisdiagramm, das
eine vereinfachte Ausbildung des Stromkreises der Generatorgruppe 88 der F i g.
1 zeigt, und F i g. 7 eine perspektivische Ansicht des Musikinstrumentes mit Tasten
für schlagende und Geräuscheffekte nach der $rfindung. F i g. 1 zeigt die drei Generatorgruppen
88, 89 und 90 des Geräuschgenerators, von denen die ersten beiden von einem Rauschgenerator
1 gespeist werden, welcher eine Geräuschdiode D 4, einen Widerstand R 2 und einen
Verstärker A 3 enthält. Entsprechend den drei Generatorgruppen gibt es drei Strompfade,
die an den Verstärker A 85 nebst Lautsprecher 86 für die musikalischen Töne anschaltbar
sind. Der erste Pfad verläuft vom Rauschgenerator 1 über den Widerstand R
6 nach der Generatorgruppe 88 und dann über die Widerstände R 19 bzw. R 29, R 81,
R 83 und Verstärker A 85 zum Lautsprecher 86. Der zweite Pfad verläuft vom Rauschgenerator
1 über Widerstand R 6 zur Generatorgruppe 89 und dann über die Widerstände R 39,
R 81 und R 83 und den Verstärker A 85 zum Lautsprecher 86. Der dritte Pfad geht
von der Generatorgruppe 90 über die Widerstände R 87,R 81,
R
83 und den Verstärker A 85 zum Lautsprecher 86.
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Der Resonanzverstärker 88 enthält auf verschiedene Frequenzen einstellbare
Kreise, z. B. einen ersten Kreis, der den Transistor Q 10 enthält, in dessen
Kollektorkreis der Resonanzkreis C 11,L 12 liegt und der die Widerstände R 8, R
9, R 13, R 14, R 15 sowie den Kondensator C 16 aufweist, welcher von dem durch die
Taste K 18 betätigten Schalter S 17 überbrückt werden kann. Ferner zeigt F i g.
1 noch einen zweiten, zum erstgenannten parallelliegenden Kreis der Generatorgruppe
88, der den Transistor Q 20 enthält, in dessen Kollektorleitung der auf eine von
der vorstehend genannten abweichende Frequenz abgestimmte Resonanzkreis C21, L22
liegt und der Widerstände R 23, R24, R26 und den Kondensator C25 aufweist;
dieser Kondensator ist ebenfalls durch einen von einer Taste K28 betätigten Schalter
S27 überbrückbar. Je nach Bedarf können auch noch weitere, parallel zu den genannten
liegende derartige Kreise vorgesehen sein.
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Die Arbeitsweise dieser Generatorgruppe 88 ist folgende: Solange
der Schalter S 17 bzw. S27 offen ist, ist der Transistor
Q 10 bzw. Q 20 undurchlässig; es wird deshalb keine
Geräuschenergie dem Verstärker und Lautsprecher zugeführt. Wird über den Abgriff
des Widerstandes R 6, den Kondensator C 8 und den Widerstand R 7 dem Eingang des
Transistors vom Rauschgenerator Geräuschenergie zugeführt und durch Betätigen der
Taste K 18 der Schalter S 17 geschlossen, dann wird der Transistor durchlässig,
wodurch die Ausgangsspannung des Generators steil bis zu einem bestimmten Betrag
ansteigt; nach öffnen des Schalters S17 fällt die Ausgangsenergie asymptotisch ab.
In F i g. 2 ist die Ausgangsrandkurve der von der Generatorgruppe 88 erzeugten Energie
dargestellt, wobei t1 den Zeitpunkt des Schließens und t2 den des öffnens des Schalters
S17 bedeutet. Die Tonfärbung der Ausgangsenergie hängt hauptsächlich von
den Werten des Kondensators C 11 und der Induktanz L 12 ab, deren
Resonanzfrequenz eine Art Tonhöhe des Ausgangsgeräusches bestimmt.
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Liegt der Abgriff des Widerstandes R 6 an dessen unterem geerdetem
Ende, dann wird den Kreisen des Resonanzverstärkers 88 keine Energie vom Rauschgenerator
1 zugeführt. Bei Betätigen der Taste K18 wird dann am Ausgang eine Wellenform erhalten,
wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Der Zeitpunkt der Betätigung der Taste und
damit des Schließens des Schalters S 17 ist wieder mit t1 bezeichnet. Die Frequenz
der auftretenden Schwingung ist hauptsächlich durch die Werte des Kondensators C
11 und der Induktanz
L 12 bestimmt. Die Abklingzeit ändert
sich je nach dem Gütefaktor Q des den Kondensator C 11 und die Induktanz enthaltenden
Resonanzkreises. Das besagt, daß ein Resonanzkreis mit größerem Q eine längere Abklingzeit
hat.
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Was für den Stromkreis des Transistors Q 10 vorstehend ausgeführt
ist, gilt auch für den unteren Stromkreis des Generators 88 der F i g. 1, der den
Transistor Q20, die Kondensatoren C21, C25, die Induktivität L 22,
die Widerstände R 23, R 24, R 26 und einen durch die Taste K28 betätigten Schalter
S 27 enthält. Nur die Werte des Kondensators C 21 und der Induktanz L 22 sind anders
gewählt als bei dem obigen Kreis, um der Ausgangsenergie eine andere Tonfärbung
zu geben. Es können aber auf Wunsch auch die Werte der Widerstände R 23,
R 24
und des Kondensators C25 geändert werden, wodurch die Randwerte der Wellenform
der Ausgangsenergie beeinflußt werden.
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Wenn im vorstehenden angenommen wurde, daß im Belastungsstromkreis
jedes der Transistoren Q 10 und Q20 nur ein Resonanzkreis vorhanden ist,
so könnten mit einer Mehrzahl von Resonanzkreisen viel mehr verschiedene Tonfärbungen
erzeugt werden. In F i g. 5 ist ein Beispiel einer solchen Ausführungsform dargestellt,
bei der zwei Resonanzkreise mit den Kondensatoren C145, C146 und den Induktanzen
L 147 und L 148 eingeschaltet sind.
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Der Mischgehalt der Geräuschkomponente wird bestimmt durch die Einstellung
des Abgriffs am Widerstand R 6, durch dessen verschiedene Stellungen eine Änderung
der Tonfärbung erhalten wird. Dieser veränderliche Widerstand kann an einer Stelle
angebracht werden, wo er während des Spieles mittels eines Handgriffes 5 von Hand
gesteuert werden kann.
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Die F i g. 4 a, 4 b und 4 c stellen ein Beispiel dar, wie dies baulich
ausgeführt werden kann. Auf dem Brett 100 in der Nähe der Tastatur 110 ist der veränderliche
Widerstand R 6 so befestigt, daß er mittels eines durch einen Schlitz 101 in dem
Brett 100 hindurchragenden Hebels 102 verändert werden kann, welcher an seinem
Ende einen Griff 5 trägt. Durch eine Klinkensperrvorrichtung kann der Hebel in verschiedene
stabile Stellungen gebracht werden, die gleichen Teilen des gesamten Winkels entsprechen,
um den der Hebel geschwenkt werden kann. Die Anordnung einer solchen Klinkensperrvorrichtung
sowie des veränderlichen Widerstandes R 6 ist am besten aus der F i g. 4 c zu erkennen,
die einen auf der Rückseite des Brettes 100 angebrachten Kasten mit den Wänden 105
und 106 zeigt. Der Hebel 102 ist um einen Zapfen 103 drehbar und trägt einen Schleifkontakt
108, der auf dem Widerstand 107 schleift. Am Ende des Hebels 102 ist eine
Feder 104 angebracht, die je nach Stellung des Hebels in eine der Nuten
A, B oder C am Boden 105 des genannten Kastens einrastet. Selbstverständlich
kann die Zahl der Nuten und damit der Ruhestellungen des Hebels nach Bedarf gewählt
werden. Wie aus Fig. 4 c zu erkennen ist, sind die Enden des Widerstandes 107 sowie
ein Anschluß an den Schleifkontakt 108 mittels Anschlußstreifen durch den
Boden 105 des Kastens nach außen zu Anschlußösen geführt.
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Soll mittels der Generatorgruppe 88 lediglich eine Wellenform erzeugt
werden, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, dann genügt eine Anordnung, wie sie
in F i g. 6 dargestellt ist. Der Stromkreis enthält dann lediglich einen Lade- und
Entladekondensator C 116, einen Ladewiderstand R 117, einen Entladewiderstand R
118, einen Kopplungskondensator C 119, Kopplungswiderstände R 120 und R
121, einen Resonanzkreis mit einem Kondensator C 122 und einer Induktanz
L 123, einen von einer Taste K 125 zu betätigenden Schalter S124 sowie
eine Gleichstromquelle 126.
Die Schaltung ist aus F i g. 6 zu erkennen und
bedarf keiner näheren Erläuterung.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist die folgende: Wird der normalerweise
offene Schalter S 124 geschlossen, dann entlädt sich der Kondensator C 116
durch den Widerstand R 118. Da dessen Widerstandswert wesentlich geringer
ist als der von R 117, nähert sich die Spannung am Punkt A plötzlich dem Erdpotential.
Wenn der Schalter dann geöffnet wird, beginnt die Wiederaufladung des Kondensators
C 116 über den Widerstand R 117, und die Spannung am Punkt A nimmt schließlich einen
Wert an, der sich aus dem Verhältnis der Widerstände R 117 und R 118 und der Speisespannung
der Batterie 126 ergibt. Die Wellenform der Spannung am Punkt A ist dann die in
F i g. 2 dargestellte, wobei t1 der Zeitpunkt ist, in dem der Schalter geschlossen,
und t., derjenige, in dem er geöffnet wird. Diese Spannung ist über den Kondensator
C 119 und den Widerstand R 120 mit dem Resonanzkreis verbunden und
wird gleichzeitig durch diesen Kondensator C 119 differenziert. Als Ergebnis erscheint
dann am Ausgang eine Wellenform, wie sie F i g. 3 zeigt.
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Die Generatorgruppe 89 der F i g. 1 stellt einen selektiven Verstärker
dar, der über einen Kondensator C 48, einen Widerstand R 47 und einen
durch eine Taste K38 betätigten Schalter S37 an den Rauschgenerator 1 angeschlossen
ist. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält dieser Verstärker
einen Transistor Q 30, Vorspannung liefernde Widerstände R32 und R33, einen
Belastungswiderstand R 31, einen Emitterwiderstand für den Transistor R 34, dem
ein. Kondensator C 35 parallel geschaltet ist. Der Rückkopplungskreis ist zusammengesetzt
aus einem Kopplungskondensator C36, einem frequenzselektiven Kreis der Parallelkreisform
mit den Widerständen R44, R45, R40
und den Kondensatoren C 41, C
42, C 43, der nur bei einer bestimmten Frequenz ein hinreichend weites
Abklingen hervorruft, und einem Kopplungswiderstand R46. Obgleich dieser Kreis die
Form eines selektiven Verstärkers hat, ist die Kreiskonstante so vorbestimmt, daß
bei Ankommen eines Eingangszeichens eine Schwingung in der Frequenz auftritt, die
durch diesen frequenzselektiven Kreis bestimmt ist. Hierfür muß der Wert des Widerstandes
R40 hinreichend klein im Vergleich zu den Widerständen R44 und R45 gemacht werden.
Da der Wert dieses Widerstandes R40 den äquivalenten Gütefaktor Q des gesamten Kreises
der Generatorgruppe 89 bestimmt, ist es möglich, durch Änderung des Widerstandes
R40 die Abklingzeit der Schwingung zu ändern.
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Die Wirkungsweise dieser Generatorgruppe 89 ist folgende: Bei
Schließen des Schalters S 37 mittels der Taste K 38 setzt die Schwingung ein, und
während der Schalter geschlossen ist, enthält diese Schwingung einen beträchtlichen
Betrag von Geräuschen. Sobald aber der Schalter S37 geöffnet wird, bleibt allein
abklingend der Schwingungston von der Frequenz, die hauptsächlich durch den Rückkopplungskreis
und dessen Widerstand R40 bestimmt wird. Auf diese
Weise wird ein
Ton erzeugt, wie er bei rhythmischen Instrumenten, z. B. beim Schlagen einer Trommel,
auftritt, der in seiner Entstehungsperiode viele Geräuschkomponenten enthält und
bei dem der natürlichen Frequenz entsprechende Vibrationstöne während der Abklingperiode
stark hervortreten.
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Es ist klar, daß auch bei der soeben besprochenen Generatorgruppe
89 ebenso, wie es oben für die Generatorgruppe 88 angegeben ist, die Zahl der Kreise
nach Wunsch vermehrt werden kann.
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Die dritte Generatorgruppe 90 hat die Aufgabe, eine definierte
Tonhöhe eines Schlagtones zu erzeugen. Sie enthält im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwei Multivibratoren 91 und 92, die sich aus den Transistoren
Q 50, Q 55, den Widerständen R 49, R 52, R 53, R 56 und den Kondensatoren
C 51, C 54 bzw. den Transistoren Q 60, Q 65, den Widerständen R 57,
R 59, R 61, R 63 und den Kondensatoren C 58, C 62 zusammensetzen. über den Kondensator
C 66 und den Widerstand R 68 bzw. den Kondensator C 64 und den Widerstand R 67 werden
sie gemischt und dem Schaltkreis 93 zugeführt, der in gleicher Weise ausgebildet
ist wie der Kreis der Generatorgruppe 88, lediglich mit dem Unterschied, daß an
Stelle einer Induktanz nun ein Widerstand als Belastung dient. Durch geeignete Bemessung
der Widerstände R72, R 80 und des Kondensators C 73 lassen sich die gewünschten
Randwerte einstellen. Die Schwingungsfrequenzen der beiden instabilen Multivibratoren
sind in geeigneter Weise gewählt, z. B. daß sie die Wirkung eines Triangels ergeben.
Diese Frequenzen sollten von denen der musikalischen Tonleiter abweichen, und falls
eine Triangelwirkung erzielt werden soll, ist zweckmäßig die Frequenz des einen
Multivibrators so gewählt, daß sie annähernd, aber nicht genau, das Doppelte der
Frequenz des anderen ist.
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Der Ausgang des Schaltkreises 93 wird durch Betätigen der Taste K78,
die den Schalter S77 schließt, über den Widerstand R 87 und die Widerstände R 81
und R 83 dem Verstärker A 85 für den Lautsprecher 86 zugeführt.
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Während über den veränderlichen Widerstand R 81, der mittels des Griffes
82 eingestellt werden kann, und über den Widerstand R 83 dem Verstärker A
85 die Ausgangswerte der drei Generatorgruppen 88, 89 und 90 zugeführt werden, erhält
der Verstärker A 85 über den Widerstand R 84 Zeichen der gewöhnlichen musikalischen
Tonleiter aus einer üblichen Generatoranordnung 94 für solche Töne, die möglichst
Oszillatoren, Frequenzteiler, Filter und entsprechende Tasten enthält.
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F i g. 7 stellt in perspektivischer Darstellung ein Instrument des
Tastentyps dar, das alle die vorgenannten Generatorgruppen enthält und die vorteilhafte
Anordnung der Tasten und Hebel auf der Klaviatur zeigt. Die Hebel, Tasten und Griffe
haben dabei die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1. Auf der Tastatur 110 des
Gehäuses 111 sind in der Nähe des Baßendes die Tasten K 18, K 28, K 38 und K 78
angeordnet. Oberhalb der Tastatur sind auf dem Brett 100, das schon bei Erläuterung
der F i g. 4 a, 4 b und 4 c genannt wurde, die Griffe 5 und 82 zum Steuern der entsprechenden
veränderlichen Widerstände, die auf der Rückseite dieses Brettes angebracht sind,
dargestellt.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, die drei Generatorgruppen
88, 89 und 90 an einem gewöhnlichen Klavier anzubringen und dabei die Tasten K 18,
K 28, K 38 und K 78 ebenfalls in der in F i g. 7 gezeigten Weise in der Nähe der
Klaviertasten anzuordnen, so daß der Spieler außer den Klaviertönen beliebiges Geräusch
und Schlagwirkungen hervorbringen und durch Spielen mit der linken Hand den Eindruck
einer Einmannkapelle mit einer Rhythmusgruppe von Schlagzeuginstrumenten erwecken
kann.