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Elektronisches Musikinstrument, bei dem die von einem mechanischen
Musikinstrument erzeugten Klänge wählbar veränderlich sind Die Erfindung bezieht
sich auf ein elektronisches Musikinstrument zur Erzeugung von wählbaren, unterschiedlichen
Klangeigenschaften aus einem, durch ein primäres, mechanisches Musikinstrument,
wie z. B. ein Saiten- oder Blasinstrument od. dg, erzeugten Ton, mit einem Schallwandler,
der die Saiten- oder Zungen- bzw. Luftschwingung in ein Wechselstromsignal umwandelt
und dessen Ausgangsklemmen über einen Verstärker mit einem Lautsprecher verbunden
sind.
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Elektronische Tonerzeugungssysteme, beispielsweise in Verbindung mit
Orgeln, sind bereits bekannt. Bei elektrischen Orgeln besteht die Funktion des Organisten
darin, einen die Erzeugung des Klanges bewirkenden Schwingkreis zu bedienen. Dementsprechend
werden Stärke und Eigentümlichkeit des Tones allein durch die bei dem Instrument
vorgesehene elektrische Schaltung bestimmt.
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Andere Klangerzeugungssysteme stellen im wesentlichen Tonfrequenzverstärker
zum Verstärker eines bekannten, von einem Instrument althergebrachter Art herrührenden
Klanges dar. Ein Instrument der letztgenannten Art kann beispielsweise eine Gitarre
sein, die von einer musikalisch entsprechend geschulten Person gespielt werden muß.
Die aus einer solchen »elektrischen« Gitarre hervorgerufenen Klänge sind jedoch
bislang lediglich eine verstärkte, mehr oder weniger getreue Wiedergabe des normalen
Instrumententones.
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Der Erfindung liegt hauptsächlich der Gedanke zugrunde, ein neuartiges
Klangerzeugungssystem zu schaffen, bei dem. die erzeugten Klänge von dem normalen
Klang eines bekannten Instrumentes zwar abgeleitet sind, aber mit Absicht ganz andersartige,
bestimmbare Eigenschaften bzw. einen bestimmbaren ganz anderen Klang erhalten können.
Das bekannte Musikinstrument soll also dazu benutzt werden können, mit Hilfe des
Systems gemäß der Erfindung Klänge von einer ganz anderen Eigenart zu erzeugen,
als sie sonst für das Instrument charakteristisch ist. Ein solches System kann auch
als »Klangwandler« bezeichnet werden.
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Insbesondere ist es auch Zweck der Erfindung, ein solches Klangerzeugungssystem
zu schaffen, dessen endgültig abgegebener Klang sich von dem natürlichen Klang des
Instrumentes unterscheidet, dennoch durch den Rhythmus und Lautstärke gekennzeichnet
ist, in der der Musizierende das Instrument spielt, so daß die Kontrolle über den
endgültig abgegebenen Klang vom Musizierenden noch beibehalten wird, obwohl die
Klangbeschaffenheit erheblich verändert ist. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht
darin, auch Musiktöne von großer Vielfalt ihrer Eigenart bzw. Klangverschiedenheit
erzeugen zu können, die vollständig durch ein bekanntes Musikinstrument gesteuert
werden und wobei die schließlich erzeugten Töne Musiktöne von völlig verschiedener
Art im Vergleich zu denjenigen sein können, die dem steuernden Instrument entsprechen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in Reihe mit dem Wandler
und Verstärker eine Einrichtung zum Verändern des Klangcharakters ,angeschlossen
ist, der einen Rechteckwellengenerator, einen Impulserzeuger, einen Frequenzverdoppler
und einen Frequenzteiler enthält, um Ausgangssignale von verschiedener Wellenform
und Frequenz zu erzeugen. und daß ein Wählschalter vorgesehen ist, der es ermöglicht,
jedes dieser Ausgangssignale auf die Wiedergabeeinrichtung durchzuschalten.
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In einer Weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Steuereinrichtung
zum Andern der Stärke des Ausgangssignals aus den Wellenformungskreisen in einem
der Veränderung des natürlichen Tones des
Musikinstrumentes entsprechenden
Lautstärke vorgesehen sein, um die endgültig wiedergegebenen Klänge in ihrer Lautstärke
entsprechend der Art und Weise, in der das Instrument von dem Musizierenden gespielt
wird, verändern zu können.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt in Verbindung mit der abgebrochenen Darstellung eines-Musikinstrumentes
ein erläuterndes Blockschema für die prinzipiellen Merkmale der Erfindung; F i g.
2 zeigt ein weiteres Blockschema zur Erläuterung einer bestimten Art eines Wellenformungskreises,
wie er bei der Ausführung gemäß F i g. 1 verwendet werden kann; F i g. 3 veranschaulicht
beispielsweise eine Reihe von Signalwellenforrnen, welche die verschiedenen durch
das System gemäß F i g. 1 gebildeten Ausgangssignale charakterisieren.
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Bei dem hier zur Erläuterung gewählten Beispiel ist das bekannte Originalinstrument
eine Gitarre 10.
Es kann aber natürlich auch jedes andere Musikinstrument
verwendet werden, das schwingende Elemente, wie Saiten, Rohre, Stangen, Stäbe oder
Luftsäulen besitzt. Es kann also z. B. jedes Saiteninstrument aber auch jedes Blasinstrument
zur ursprünglichen Erzeugung der- Töne dienen.
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Wie F i g. 1. zeigt, besitzt die Gitarre die üblichen sechs Saiten
11, die an dem unteren Teil des Gehäuses bei 12 befestigt sind. Ein Steg 13 ist
in einem Abstand von dem Unterteil 12 vorgesehen, und die Vertiefungen 14 des Griffbrettes
für die Finger befinden sich in der Nähe .des oberen Randes der Zeichnung.
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In der Nachbarschaft der Saiten 11 und vorzugsweise, wie dargestellt,
in kurzem Abstand von ihnen sind Schallwandler 15 angeordnet. Jeder dieser Wandler
bewirkt eine Umformung des normalen Tones, -wie er durch die körperliche Schwingung
der Saiten hervorgebracht wird, in ein Wechselstromsignal von proportionaler Amplitude.
Jeder der Saiten 11 wird also einbesonderes Wechselstromsignal zugeordnet.
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Die verschiedenen Wechselstromsignale aus den Wandlern 15 werden über
Verstärker 16 geleitet, durch welche verstärkte Signale erzeugt werden; die gleichfalls
in ihrer Amplitude den jeweiligen Saiten proportional sind. Die Signale werden dann
über Wellenformungskreise 17 geleitet und dort in verschiedene Ausgangssignale umgeformt.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Wählschalter 18 vorgesehen,
die die Auswahl jeweils eines oder mehrerer der verschiedenen Ausgangssignale zur
Weiterleitung in die Verstärker 19 ermöglichen. Eine Steuereinrichtung 20 -verbindet
den Ausgang jedes Verstärkers 16 mit dem entsprechenden Verstärker 19. Das Ausgangssignal
aus dem Verstärker 19 geht dann zu einer Sammelleitung 21 und von da zu einer Wiedergabeeinrichtung
bekannter Art mit Kraftverstärker 22 und Lautsprecher 23.
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Die Steuereinrichtungen 20 arbeiten abhängig von der Amplitude
des _ Wechselstromsignals aus dem Verstärker 16 und sind mit den Verstärkern 19
verbunden, um deren Vorspannung und damit die Amplitude des Ausgangssignals zu beeinflussen,
so daß diese sich in der gleichen Weise wie die Amplitude des natürlichen Originalstones
der schwingenden Saiten 11 ändert. In F i g. 2 ist eine bestimmte Anordnung aus
Schallwandler, Wellenformungskreis und Regelkreis dargestellt, wie sie für jede
Saite vorgesehen sein kann.
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Links oben in F i g. 2 sind eine Gitarrensaite 11 und der Steg 13,
seitlich gesehen, mit dem unter der Saite angeordneten Schallwandler 15 gezeigt.
Der Schallwandler enthält eine Spule 24, die auf einem Magnetkern, insbesondere
mit einem Permanentmagneten, sitzt. Durch die Nachbarschaft der metallenen Saite
11 ändert sich der Widerstand des magnetischen Kreises 25, so daß der schwankende
Magnetfluß, der die Spule 24 schneidet, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der
schwingenden Bewegung der Saite 11 erzeugt.
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Die Spule 24 ist durch einen Kondensator C überbrückt, der veränderbar
ist und einen Tankkreis oder Schwingungskreis bildet, der auf die Grundfrequenz
der Saite 11 abgestimmt sein kann. In dem Schwingungskreis kann ein kleiner Ohmscher
Widerstand R vorgesehen sein, um dessen Q-Wert hinreichend senken zu können, so
daß der Kreis einem bestimmten Bereich von Frequenzen angepaßt werden kann, beispielsweise
mindestens zwei Oktaven. Dies ist deshalb zweckdienlich, weil jede Saite für einen
Bereich von mindestens zwei Oktaven benutzt werden kann, je nachdem, wie die wirksamen
Saitenlängen durch den Fingereingriff in die Vertiefungen 14 verkürzt werden.
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Das Ausgangssignal aus dem Schallwandler 15 wird durch den Verstärker
16 verstärkt, wodurch ein Wechselstromsignal auf der Leitung 26 in F i g. 2 erzeugt
wird. Die Signalamplitude ist proportional der Amplitude der schwingenden Saite
11.
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Der jedem der Blöcke 17 in F i g. 1 entsprechende Wellenformungskreis
befindet sich bei F i g. 2 innerhalb der strichpunktierten Umrandung 17. Er enthält
einen Rechteckwellengenerator 27, der das. Wechselstromsignal von der Leitung 26
empfängt. Das Signal aus dem Rechteckwellengenerator 27 läuft direkt über eine Leitung
27' zu dem Wählschalter 18. -Ferner ist ein Impulsgenerator 28 mit
dem Ausgang des Rechteckwellengenerators 27 verbunden. Er kann aus einem einfachen
Differentiationskreis bestehen, um die Vorder- und Hinterkanten der Rechteckwellen
zwecks Bildung von Impulsen zu differentiieren. Diese Impulse werden über eine Leitung
28' gleichfalls dem Wählschalter 18 zugeführt. An' den Ausgang des Impulsgenerators
28 ist ein Frequenzteiler 29 gelegt und über eine Leitung 29' mit dem Wählschalter
18 verbunden. Das Signal aus dem Frequenzteiler 29 ist eine Rechteckwelle von der
halben Frequenz wie das Eingangssignal in der Leitung 26. Neben dieser Ausgangsleitung
des Rechteckwellensignals ist noch eine zweite Impulserzeugungsvorrichtung vorgesehen,
um einen Impulszug von der halben Frequenz des Ursprungssignals auf einer Leitung
30' zu bilden.
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Die Schaltung kann ferner noch Komponenten zur Bildung weiterer Arten
von Ausgangssignalen enthalten. Zu diesem Zweck kann z. B. ein Frequenzverdoppier
21 vorgesehen sein, der das Wechselstromsignal direkt von der Leitung 26 aufnimmt
und ein sinusförmiges Ausgangssignal von der doppelten Frequenz auf der Leitung
31' bildet. Aus dieser doppelten Frequenz bildet ein Rechteckwellengenerator 32
in der Leitung 32' zum Wählschalter 18 eine Rechteckwelle von der doppelten Frequenz.
Ferner
kann ein dritter Impulsgenerator 33 die Rechteckwelle doppelter
Frequenz aus dem Generator 32 aufnehmen, um eine Reihe von Impulsen von doppelter
Frequenz in der Leitung 33' zu bilden. Eine Ausgangsleitung 34' geht direkt von
der Leitung 26 aus; sie führt ein sinusförmiges Ausgangssignal entsprechend dem
sinusförmigen Eingangssignal aus dem Verstärker 16.
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Die verchiedenen auf den Leitungen 27', 28', 29', 30', 32', 33', 31'
und 34' möglichen Signalformen sind nacheinander in F i g. 3 dargestellt und mit
den entsprechenden Ziffern 27", 28", 29" usw. bezeichnet. Bei den hier zu Erläuterungszwecken
erwähnten Ausführungsbeispielen ergibt die Rechteckwelle 27" bei Wiedergabe durch
den Verstärker 22 und den Lautsprecher 23 von F i g. 1 einen Klang ähnlicher dem
einer Klarinette als dem einer Saite.
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Die Impulsreihe 28" ergibt den Klang einer Saite, so daß der wiedergegebene
Ton bei entsprechender Betätigung des Wählschalters 18, so daß die Impulse 28" durchgehen,
etwa dem ursprünglichen Ton einer Gitarre entspricht.
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Die Ausgangsklänge einer tieferen und einer höheren Oktave, entsprechend
der Klarinette und einem Saiteninstrument werden durch die Signalwellen 29", 30",
32" bzw. 33" gebildet.
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Schließlich sind die sinusförmigen Ausgangswellen, entsprechend den
Signalwellenformen 31" und 34", ähnlich den Klängen einer Flöte. Für die Signalwelle
31" bei der doppelten Frequenz liegt der wiedergegebene Flötenton um eine Oktave
höher als der ursprünglich auf der Gitarre gespielte Ton. Für die Signalwelle 34"
hat der Flötenklang die gleiche Höhe wie der ursprünglich am Instrument erzeugte
Klang.
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Jeder der in F i g. 1 veranschaulichten Wellenformungskreise 17 entspricht
demjenigen von F i g. 2 und enthält demgemäß einen durch eine Gruppe von Einzelschaltern
gebildeten Wählschalter 18, wie er in F i g. 2 gezeigt ist. So ist es möglich, jede
der gewünschten Wellenformen entsprechend der zu F i g. 3 gegebenen Erläuterung
je nach der gewünschten Klangart auszuwählen.
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Eine besonders wichtige Einzelheit der Erfindung besteht in dem Regelkreis
20, der das ursprüngliche Wechselstromsignal über einen Gleichrichter 35 und einen
Filter 36 leitet, um an seinem Ausgang ein Gleichstromsteuersignal zu bilden. Dieses
Gleichstromsteuerslanal schwankt in seiner Größe entsprechend den Amplitudenänderungen
des ursprünglichen Wechselstromsignals. Diese Steuerspannung wird dem Verstärker
19 zugeführt und kann dort zum Ändern der Vorspannung .dieses Verstärkers benutzt
werden, so daß das Ausgangssignal aus dem Verstärker in seiner Größe entsprechend
den Amplitudenänderungen des an dem Instrument 10 erzeugten Originalklanges schwankt.
Mit Hilfe dieses Regelkreises wird erreicht, daß der Ausgangsklang, obwohl er von
anderer Wellenform ist, in seiner Amplitude in der durch den Musizierenden am Originalinstrument
beeinflußten Art und Weise schwankt. Dies geschieht natürlich völlig automatisch,
so daß eine Handbedienung für die Lautstärke der Einzelklänge nicht benötigt wird.
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Die Arbeitsweise eines solchen Klangerzeugurigssystems ist folgende:
Zunächst wird willkürlich eine gewünschte Art .des Klanges am Endausgang eingestellt.
Wünscht man beispielsweise die Nachahmung eines Klarinettenklanges, so schließt
man den Kontakt am Wählschalter 18, der die Ausgangsleitung 27' aus dem Rechteckwellengenerator
27 einschaltet. Der entsprechende Einzelkontakt in jedem der Wellenformungskreise
für die übrigen Saiten der Gitarre 10 wird gleichfalls geschlossen. Alle übrigen
Schalter bleiben offen. Wenn der Musizierende eine oder mehrere der Saiten 11 der
Gitarre 10 von F i g. 1 anschlägt, werden entsprechende Wechselstromsignale durch
die entsprechenden Rechteckwellengeneratoren in den verschiedenen Wellenformungskreisen
in Rechtecksignale umgewandelt. Das resultierende Ausgangssignal wird dann zu der
Signalleitung 21, dem Wiedergabeverstärker 22 und dem Lautsprecher 23 weitergeleitet.
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Wünscht man einen Ausgangsklang, entsprechend einem Saiteninstrument,
zu erhalten, so kann der in der Leitung 28' in F i g. 2 verbundene Wählschalter
geschlossen werden. Die den übrigen Saiten entsprechenden Schalter in den anderen
Wellenformungskreisen werden gleichfalls geschlossen. Alle übrigen Schalter bleiben
offen: Gewünschtenfalls können aber zwei oder mehr dieser Schalter gleichzeitig
geschlossen werden, in Abhängigkeit von nur einer schwingenden Saite.
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Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken
sich nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Einzelheiten. Es ist möglich,
viele andere Arten von Wellenformungskreisen vorzusehen, um Ausgangswellenformen
von gegebener Gestalt und Frequenz zu bilden und auf diese Weise andere Tonklänge
zu erhalten und insbesondere die Wiedergabe von Tönen anderer Instrumente nachzuahmen.
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Statt einer Gitarre kann als Originalinstrument auch ein anderes Instrument
verwendet werden. Zum Beispiel kann das schwingende Blasrohr einer Klarinette mit
einem Schallwandler versehen werden, so daß die Klarinette in normaler Weise gespielt
werden kann, daß er ähnlich klingt wie bei einem Saiteninstrument oder bei einem
anderen Blasinstrument, wie einem Saxophon oder einer Flöte.
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Auch läßt sich das System anwenden auf beliebig andere Instrumente,
wie z. B. Xylophon, Violinen, wobei lediglich wesentlich ist, daß ein körperlich
schwingendes Element oder eine schwingende Luftsäule vorhanden ist. Im Fall einer
schwingenden Luftsäule oder einer Saite aus nichtmagnetischem Stoff kann der Schallwandler
beispielsweise ein Mikrophon sein. Mit einem Mikrophon läßt sich auch die menschliche
Stimme als »Instrument« zur Bildung des Wechselstromsignals verwenden, das dann
wiederum derart umgeformt werden kann, daß die Stimme eines Signals letztlich mit
einem Klang wiedergegeben wird, der ähnlich demjenigen eines wählbaren Musikinstrumentes
ist.