DE1497862A1 - Einrichtung zur Erzeugung von Frequenzintervallen zur Stimmung von Musikinstrumenten - Google Patents

Description

Philips Patentverwaltung G.m.b.H.,Hamburg 1, Mönckebergstaße 7

Einrichtung zur Erzeugung von Frequenzintervallen zur Stimmung

von Musikinstrumenten

Die Erfindung bezieht sich auf* eine Einrichtung. zur Erzeugung von zum Stimmen von Musikinstrumenten, speziell zum gleichteil ig temperierten Stimmen, geeigneter Frequenzintervalle.

Hilfsmittel zum Stimmen von Musikinstrumenten mit diskretem Tonvorrat sind bekannt. Entsprechend den zwölf Halbtönen einer Oktatte liefern die bekannten Geräte zwölf, entweder in einem umschaltbaren Generator erzeugte oder über mechanische Untersetzung von einer festen Drehzahl gewonnene Vergleiehsfrequenzen, die durch geeignete Mittel (z. B. Oszillograf, Stroboskop) mit den vom Instrument erzeugten "Frequenzen der zwölf Töne einer Oktave verglichen werden» Weiterhin ist bekannt, auf digitalem Weg durch Teilung einer "Mutterfrequenz¹* f mit geeigneten ganzen Zahlen musikalisch brauchbare Intervalle zu: erzeugen. Ein solches Verfahren ist in der Patentanmeldung P 35 370 IXa/51f (DAS 1 213210} beschrieben. Das Ausgangssignal eines in der Frequenz f im Bereich 1 s" 2-kontinuierlich, durehstimmbaren Oszillators O wird einer Teiierstufe 3? zugeführt, die zwischen den !Beilerzahlen z-, = 1S}& und Zp = I85 umschaltbar ist. Am Ausgang dieser 3fe±lerstufe stehen somit nacheinander die Frequenzen f, == f /z, und f« = ^₀Zz₂ zur Verfugung, die bei f = konst. einen temperierten Halbton voneinander entfernt

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sind. Die Frequenz des zu stimmenden Tones f--einerseits, und die Ausgangsfrequenzen des Teilers andererseits, werden in der Vergleichsschaltung V" verglichen und ihre Abweichungen.voneinander an einem Anzeigegerät M angezeigt. Der Stimmvorgang, verläuft folgendermaßen;

1. Einstellen des Frequenzgenerators auf die interne - ggf. quarzgesteuerte - Normal frequenz von 8l,400 kHz. In Stellung Z₂ = 185 wird f_vergl = ^⁰ Hz; damit ist der Ton a* des betreffenden Instrumentes zu stimmen. Selbstverständlich kann a¹ auch auf jede andere gewünschte Höhe, z. B. 435 Hz, gelegt werden.

2. Umschalten auf Z₁ = I96. Die Vergleichsfrequenz ist nun um einen Halbton gesunken; nach ihr wird as¹ gestimmt.

j5. Zurückschalten auf z^ = I85 uiä Vermindern von f , bis f , dem zuvor gestimmten as* entspricht.

4. Umschalten auf 2, = I96; Stimmen des Tones g*.

5. Zurückschalten auf z„ = I85 und Vermindern von f , bis f - dem zuvor gestimmten g¹ entspricht.

6. Umschalten auf Z₁ = 196; Stimmen des Tones fis¹, usw...

Durch zwölf mal iges Untereinanderlagein von Halbtönen werden so alle erforderlichen Intervalle gefunden und schließlich die Oktave wieder erreicht.

Die Frequenz der Oszillatoren herkömmlicher Instrumente (z.B. Klaviersaiten) ist Jedoch stark temperaturabhängig. Bereits'bei relativ kleinen Temperaturschwankungen änderet sich somit die absolute Tonlage des Instrumentes, während die Intervalle wegen des gleichartigen Temperaturverhaltens aller .,Oszillatoren praktisch auch

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über größere Temperaturbereiche erhalten bleiben. Ändert sich während des Stimmvorganges die Temperatur usft erfolgt das Stimmen des Instrumentes durch Vergleich mit konstanten Frequenzen, so erhält man hörbar falsche Intervalle. Auch bei der in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Stimmethode treten diese Fehler auf, bedingt durch die zeitliche Aufeinanderfolge von Einstellen des Mutterfrequenzgenerators auf die einer bereits gestimmten Saite entsprechende Frequenz und Stimmen der nachfolgenden Saite.

,daß Darüberhinaus wird es als nachteilig empfunden,/während des Stimmens alle Stimmgeräte manuell bedient werden müssen, wodurch nicht nur ein beträchtlicher Zeitverlust entsteht, sondern auch Fehlbedienungen nicht ausgeschlossen werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stimmgerät zu schaffen, daß musikalisch einwandfreies Stimmen auch konventioneller Musikinstrumente ermöglicht und Stimmfehler durch Fehlbedienungen weitgehend ausschließt. Dies geschieht erfindungsgemäß mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Frequenzintervallen, geeignet zur Stimmung, besonders zur gleichteilig temperierten Stimmung von Musikinstrumenten, bestehend aus einem kontinuierlich durchstimmbaren Oszillator, einem Frequenzteiler und einer Vergleichs-3Etufe mit Anzeigeeinrichtung, dadurch n, daß ein weiterer vom Ausgang desOszillators gesteuerter Frequenzteiler mit einer zum ersten Frequenzteiler unterschiedlichen Teilerzahl und eine von diesem Frequenzteiler einerseits und der Frequenz eines um den Quotienten aus dem Teilerverhältnis beider Frequenzteiler vom zu stimmenden Ton unterschiedlichen Vergleichstones des zu stimmenden Instrumentes andererseits angesteuerte und über eine Steuereinrichtung die Frequenz des Oszillators beeinflussende weitere Vergleichsstufe vorgesehen sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung.beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 Das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Stimmen von Musikinstrumenten.

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Eine mögliche Vergleichsschaltung (Vl) und Steuerschaltung S.

Fig. 3 Den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung einer als Vergleichsstufe benutzten bistabilen Kippstufe unü den jeweils zugehörigen zeitlichen Mittelwert der Spannung bei verschiedenen Frequenzverhältnissen von f. und

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mess 1^β

Fig. K Eine verbesserte Vergleichsschaltung und Steuerschaltung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Stimmen' von Musikinstrumenten. An den mit f _ ,

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und f_mac_P ο bezeichneten Klemmen werden zwei Frequenzen des zu mess cL

stimmenden Instrumentes kontinuierlich angeboten, £„„„„ _T sei die Frequenz eines bereits gestimmten Tones. Diese Frequenz wird in einer Vergleichsschaltung Vl mit einer über den Teiler Tl aus der Frequenz f gewonnenen Frequenz f /Z₁ = f.. verglichen'. Das

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Ausgangssignal dieser Vergleichsstufe, das der Abweichung zwischen f . und f.. proportional ist, steuert über eine Steuereinrichtung S den Oszillator O in einer Frequenz f so, daß diese Abweichung verschwindet. Für f gilt dann: f = z, · f „„ ,. Die

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Frequenz f wird einem weiteren Teiler T2 zugeführt, an dessen Ausgang die Frequenz f_o/zp = fp als Vergleichsfrequenz für den zu stimmenden Ton der Frequenz f ₂ zur Verfügung steht. Der Vergleich erfolgt dabei wiederum in einer Vergleichsschaltung V2, , deren Ausgang mit dem Anzeigeinstument M verbunden ist. Werden speziell die Frequenzen f_mö__ , und f_{mQOC! o} von zwei miteinander verbundenen Anregköpfen, deren geometrischer Abstand voneinander dem Abstand zweier um einen Halbton verschiedener Klaviersaiten entspricht, geliefert, und wählt man z, = I85 und z_p = I96 oder umgekehrt, dann reduzieren sich die zum Stimmen des Instrumentes notwendigen manuellen Verrichtungen im wesentlichen auf das schrittweise Verschieben der gekoppelten Köpfe und das Abgleichen der Saiten unter Beobachtung des Anzeigeinstrumentes. Da die Os-

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zillatorfrequenz t_Q und damit auch fgdurch die Frequenz f_mess ι gesteuert werden, wird gewährleistet, daß bei einer Temperaturänderung, die sowohl die Frequenz "f„_öts_- ,als auch die Frequenz des zu stimmenden Tones f ₂ beeinflußt, das in sich unverstimmbare Halbtonintervall stets in seiner Absoluthöhe der temperaturabhängigen Frequenz f_maao \ angepaßt wird. Eine nach diesem Verfahren herstellte Stimmung wird selbst von kritischen Fachleuten als gut bezeichnet.

Eine mögliehe Vergleichsschaltung Vl und Steuerschaltung S ist in Fig. 2 gezeigt. Die beiden Frequenzen f_n und f_maass , werden

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nach Impulsformung den beiden Eingängen einer bistabilen Kippstufe FFl zugeführt. Sind beide Frequenzen gleich, in ihrer gegenseitigen Phasenlage jedoch um einen konstanten Winkel ψ verschoben, so tritt am Ausgang der bistabilen Kippstufe eine Rechteckspannung mit de,m konstanten Tastverhältnis ψ /2T- ψ und somit konstantem zeitliehen Mittelwert U attf. Dieser zeitliche Mittelwert steht als Steuerspannung U am Ausgang der aus einem

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Tiefpaß bestehenden Steuereinrichtung S zur Verfügung. Weichen die

Frequenzen f_mÄ„ „ , und f. geringfügig voneinander ab, so ändert mess xx

sich zunächst deren gegenseitige Phasenlage und damit der zeitliehe Mittelwert der Steuerspannung \ö nach Richtung der Abweichung zu höheren oder niedrigeren Werten hin. Diese Spannungsänderung bewirkt eine änderung der Frequenz f.. derart, daß die Frequenzabweichung verschwindet. Flg. 4 zeigt die Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe FF und den Mittelwert U bei verschiedenen Frequenzverhältnissen von f. und f_mess ,· Um einen einwandfreien Abgleich der Frequenz f „auf f« durchführen zu können, muß fp und damit f frei sein von Schwankungen, die durch die beschriebene Mittelwertbildung auftreten können. Diese Forderung führt notwendigerweise zu niedriger Eckfrequenz des als Steuerschaltung verwendeten Tiefpasses. Nachteilig ist bei dieser Anordnung die durch diese niedrige Eckfrequenz bedingte schlechte Regeldynamik, überschreitet der Phasenwinkel ψ zwischen den Fre-* quenzen f_{mess χ} und fj den Wert 2n?T, dann springt die mittlere Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe von 0 auf ihren Maximalwert oder umgekehrt, 'Jas Ergebnis des Frequenzvergleiches zwischen ι und f! ist nicht mehr eindeutig. 8 0 9 8 2 5 / 0 t 3 8

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Dieser Pall tritt·auch, auf _r wenn nur geringfügige Frequenzabweichungen vorliegen, der Regelkreis aber infolge seiner ungünstigen Dynamik nicht schnell genu& die Frequenz fg:· beeinflussen kann. Der Regelbereich, d.h. die Frequenzabweichungen, die der Regelkreis verarbeiten kann, ist somit stark eingeschränkt; ein selbständiges Einstellen der Frequenz f_ auf ζ- · f■ .. über einen großen Bereich damit unmöglich.

Abhilfe schafft die in Fig. 4 dargestellte Vergleichs- und Steuereinrichtung nach der Erfindung. Die zum Vergleich der beiden Frequenzen'£____, * und f... dienende bistabile Kippstufe - jetzt FFl genannt - und der aus R und 0 bestehende Tieffass sind in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, verbunden. Gleichzeitig bildet die Kippstufe FFl zusammen mit den UND-Gattern G1 und G-2 eine an sich bekannte Wechsel sperre. Die bei den Ausgänge dieser Wechselsperre steuern die beiden Kippstufen FF2 und FF3 teils direkt (G1->FF2| G2-^FF3> teils indirekt über die UHD-Gatter G5 und (H (&t->FF3j. G2-^FF2), die die Ausgänge der jeweils direkt angesteuerten Kippstufen mit dem Ausgangssignal der Weohselaperre verknüpfen.

Im Abgleichfall, wenn ^_mess-j u^cL f.. gleich sind, sind die Ausgänge 02 und 03 markiert (+UC )j an C1 entsteht eine Rechteckspannung mit konstantem Tastverhältnis. Somit liegt an dem Schaltungspunkt X 0 Volt, an Y die positive Betriebsspannung +UC. Da die Kapazität C über den Widerstand R auf eine Spannung 0 £ Ug 25 Uq aufgeladen ist, sind die beiden Dioden Dl und D2 gesperrt. Die Zeitkonstante der Steuereinrichtung ist gegeben durch/V« = R.C.

Ist z.B. die vom Oszillator 0 gelieferte und im Teiler Tl geteilte Frequenz f.. grosser als £__ess i» dann werden immer, wenn der PhasenwinkelVden Wert 2η^überschreitet, an der mit fj bezeichneteii Eingangsleitung nacheinander zwei Impulse auftreten, oitne daß zwischenzeitlich ein Impuls dem mit f - _A

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bezeichneten Eingang angeboten wurde. Der zweite der nacheinander an fj liegenden Impulse gelangt übej^ das durch, den ersten

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Impuls über die Kippstufe PF1 vorbereitete UND-Gatter G2 und über das von 03 vorbereitete UND-Gatter G4 zur Kippstufe FF2 und schaltet diese so um, daß an 02 ¹O¹-Signal = 0 Volt auftritt ο Am Schaltungspunkt Y springt« das Potential bis auf den Wert der Kondensatorspannung Ug\ D3 wird gesperrt, der Kondensator 0 mit der Zeitkonstanten 1"_E = R1 „0 über D1 ,und R1 entladen. Dabei ist Rl« R gewählt, so daß mit ^_E «^ die Entladung schneller verläuft als über den Widerstand R. Dieser Betriebszustand wird wieder aufgehoben,, wenn der Phasenwinkel den Wert 2n^ in entgegengesetzter Richtung durchläuft. Durch die beiden dann an f__o__. _Λ hintereinander auftretenden Impulse wird die bistabile Kippstufe FF2 über Gt wieder in ihre Ruhelage geschaltet; die Spannung an 02 und damit am Schaltungspunkt Y springt auf den Wert der positiven Betriebsspannung» D1 wird gesperrt, und die weitere Umladung der Kapazität 0 erfolgt wieder mit der Zeitkonstanten t „ ^^e*

In analoger Weise verhält sich die Schaltung, wenn ausgehend vom Ruhezustand f_megs a? f * wird■, und damit nacheinander zwei Impulse am Eingang f ^ auftreten. Über G-1 und G3* wird" dann die bistabile Kippstufe FF3 umgeschaltet, so daß an "δ*3 die positive Betriebsspannung auftritt. Die Spannung am Schaltungspunkt X springt jetzt vom Wert 0 Volt .auf TJg und die Kapazität 0 wird über D2 und R2«R aufgeladen. Hat sich dadurch die Frequenz f^j genügend erhöht, wird die Kippstufe PI^t3 über G2 durch zwei an fj aufeinanderfolgende Impulse wieder in ihre Ruhestellung zurückgeschaltet und damit D2 wieder gesperrt.

Die beschriebene und in Fig. 4- gezeigte Schaltung ist so ausgelegt, daß wachsende Werte von Ug zu höheren Frequenzen f ₁ führen. (f-j^/Ug) Werden OBzillatoranordnungen verwendet, bei denen die Frequenz f^ mit wachsenden Werten von Ug kleiner wird, müssen die beiden Eingänge f___a_ * und f.. miteinander vertauscht

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werden· Die Dioden sind dann in ihrer Polarität umzudrehen, wenn der markierte Zustand dureh negative Spannung an den Aus-.

gangen der bistabilen Kippstufen gekennzeichnet ist| R2 ist dann

Patentansprüche

Claims (1)

1. Patentansprüche

   '» Einrichtung zur Erzeugung von Frequenzintervallen, geeignet zur Stimmung, besonders zur gleichteilig temperierten Stimmung, von Musikinstrumenten, bestehend aus einem kontinuierlich durchstimmbaren Oszillator, einem Frequenzteiler und einer,Vergleichsstufe mit Anzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer vom Ausgang des Oszillators (Q) gesteuerter Frequenzteiler (T1) mit einer zum ersten Frequenzteiler (T2) unterschiedlichen Teilerzahl und eine von diesem Frequenzteiler (T2), einerseits und der Frequenz eines um den Quotienten aus dem Teilerverhältnis beider Frequenzteiler vom zu stimmenden Ton unterschiedlichen Vergleichstones des zu stimmenden Instrumentes andererseits angesteuerte und über eine■Steuereinrichtung (S) die Frequenz des Oszillators beeinflussende weitere Vergleichsstufe (V1) vorgesehen sindo ■

   Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die weitere Vergleichsstufe (V1) aus einer bistabilen Kippstufe (FFI) und die Steuereinrichtung-(S) aus einem mit dem Ausgang dieser Kippstufe (FF1) verbundenen Tiefpaß bestehtβ

   Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufe (V1) besteht aus einer ersten direkt von dem Frequenzteiler (T1) einerseits und dem Vergleichston andererseits, angesteuerten bistabilen Kippstufe (FF1), einer zweiten und dritten von einem Ausgang der ersten und dem Vergleichston über ein erstes UMD-Gatter (GrI), bzw» von dem anderen Ausgang der ersten und dem Frequenzteiler über ein zweites UND-Gatter (G2) einerseits und wechselweise von den die Ausgänge der von den ersten· beiden UND-Gattern (G1,2) angesteuerten Hälften und die Ausgänge der beiden ersten UND-Gatter verknüpfende beiden weiteren UND-Gatter (G3,4) andererseits angesteuerte bistabile Kippstufen (FF2, FF3). ■ - ■

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   Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (S) besteht aus einem mit einem Ausgang der ersten "bistabilen Kippstufe (ΙΊΊ) der Vergleichsschaltung (Vt) über einen Widerstand (R) verbundenen Kapazität (C) und zwei an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand und Kondensator einerseits und je einem an die Versorgungsspannung bzw« UuIl führenden Widerstand (R1), und je einer weiteren in entgegengesetzter Richtung gepolten mit je einem Ausgang der beiden anderen bistabilen Kippstufen (PF2,¹J¹FJ) der Vergleichsstufe (S) verbundenen Moden (D3,4) in unterschiedlicher Polarität angeschalteten Dioden (Di,2)ο

   Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerzahlen der beiden Teiler vorzugsweise 196 und 185 sind.

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