DE1622884C3 - Schaltungsanordnung zur Nachbildung des Anschlags von Musikinstrumenten mit Perkussion - Google Patents

Description

dauer τ., des größten Anschlagimpulses beansprucht, so daß das Verhältnis der Einschwingzeiten des Tones, die Z, und Z., entsprechen, noch günstiger wird. Dabei wird der Widerstand derart bemessen, daß er, bezogen auf den Widerstand der Diode, hoch ist.

Die Zwischenschaltung des Widerstandes wirkt sich auch in der Weise vorteilhaft aus, daß das Verhältnis der entsprechenden Kondensatorspannungen, das durch das Anlegen der Vorspannung zu groß geworden war, und damit eine zu große Dynamik zur Folge hat, in geringerem Maße vom günstigsten Wert abweicht.

Bei einer Weiterbildung eines Musikinstruments nach der Erfindung ist in Reihe mit dem Gleichrichter ein elektronisches Bauelement geschaltet, dessen Widerstand im Anlaßstrombereich des erwähnten Gleichrichters mit dem Strom zunimmt.

Dies ist in den Fällen günstig, in denen der Widerstand des Kreises, bezogen auf den Widerstand der Diode, niedrig ist und außerdem der Gleichrichter bei einem schwachen Anschlag nur in seinem Anlaßstrombereich wirksam ist. Durch die obenerwähnte Maßnahme bleibt der Widerstand des Kreises konstanter, wodurch die Phasenverschiebung zwischen den Ladeströmen des Kondensators und der impulsförmigen Spannung gering bleibt.

Wenn das Verhältnis der Kondensatorspannungen, das durch das Anlegen der Vorspannung zu groß geworden war, noch nicht oder in ungenügendem Maße durch die oben beschriebene Maßnahme auf den günstigsten Wert herabgesetzt worden ist, kann dies bei einer Weiterbildung eines Musikinstruments nach der Erfindung dadurch erfolgen, daß zu der Spule eine vorgespannte Diode zur Spannungsbegrenzung parallel geschaltet wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 den Verlauf der Kondensatorspannung und der in der Spule erzeugten EMK bei verschiedenen Stärken des Anschlags,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Bauelement, dessen Widerstand mit dem Strom zunimmt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Wirkung dieses elektronischen Bauelementes,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung mit einer zweiten Diode zur Spannungsbegrenzung und

Fig. 6 den Spannungsverlauf V der Spule als Funktion der Anschlagskraft ß.

F i g. 1 zeigt, wie ein mit der Taste 1 gekuppelter Magnet 2 das Magnetfeld in der Induktivität L ändert, wenn die Taste eingedrückt wird. Die in der Induktivität L induzierte Spannung lädt über einen Widerstand R und die als Gleichrichter wirkende Diode D einen Kondensator C auf. Die Diode D ist mit einer Spannung E einer Gleichspannungsquelle D vorgespannt.

Fig. 2 veranschaulicht den Verlauf der Kondensatorspannung als Funktion der Zeit bei zwei verschiedenen Stärken des Anschlags. Dem schwachen Anschlag entspricht die an der Spule L induzierte Spannung E₁, deren sinusförmige Halbperiode einer Zeitdauer T₁ die der Zeit vom Anschlagbeginn bis zum Zeitpunkt maximalen Hubs des Magneten entspricht zugehörig ist. Ohne Vorspannung würde die Kondensatorspannung den durch die Kurve F₀₁ dargestellten Verlauf aufweisen. Daraus ergibt sich, daß die Einschwingzeit J₁ etwas größer als '/2T₁ ist. Dabei ist angenommen, daß der Widerstand des Kreises bezogen auf die Impedanz des Kondensators bei dieser Frequenz niedrig ist. Bei einem dreimal stärkeren Anschlag, dessen zugehöriger Spannungsimpuls mit E., dargestellt ist, wird die Kondensatorspannung den mit K_f., bezeichneten Verlauf annehmen. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist das Verhältnis der ZeUr₁ zu τ., nahezu gleich dem der Zeit Z₁ zu Z.,. Wenn nun die Diode D nach der Erfindung mit einer Spannung E vorgespannt wird, die vorzugsweise größer als das 0,5fache des Spitzenwertes von E₁ und beim dargestellten halbsinusförmigen Impuls das 0,7fache dieses Wertes beträgt, wird die Zeitdauer T₁ des Spannungsimpulses E₁ auf T₃ und die Zeitdauer τ., des Spannungsimpulses £., auf T₄ herabgesetzt. Im Falle eines dreieckigen Spannungsimpulses ergibt eine Vorspannung, deren Höhe das 0,5fache des Spitzenwertes beträgt, eine Verkürzung der Einschwingzeit um den Faktor 0,5. Es ist einleuchtend, daß diese Zeiten in dem Maße kürzer werden, wie der erzeugte Spannungsimpuls durch die Vorspannung E verkleinert wird. Die Einschwingzeiten Z., und Z₄ der Spannungen V_n' und V_c,' am Kondensator nehmen auch ab, aber diese Abnahme ist für Z_n größer als für Z₄, so daß das Verhältnis der Einschwingzeiten, das ohne Vorspannung nahezu den Wert 3 annahm, nun nur noch 1,5 oder kleiner ist. Das Verhältnis von V_n zu V_c2' ist jedoch größer als 3 geworden, was unerwünscht sein kann. Dieser Nachteil kann dadurch herabgesetzt werden, daß mit dem gleichrichtenden Element ein Widerstand in Reihe geschaltet wird. Dabei nimmt bei höheren Frequenzen und somit bei stärkeren Anschlägen die Phasenverschiebung zwischen der Kondensatorspannung und dem in der Spule induzierten Spannungsimpuls zu, wobei bei starken Anschlägen eine in bezug auf die induzierten Spannungen niedrige Kondensatorspannung V_c auftritt, so daß die Verhältnisse der Kondensatorspannungen den Verhältnissen der Anschlagskräfte näher kommen. Außerdem wird dadurch bei einem stärkeren Anschlag die Einschwingzeit z_ß der neuen Kondensatorspannung V_c„" größer als Z₄, während die Einschwingzeit Z₅ der Kondensatorspannung V_n" die dem schwachen Anschlag angehört, sich bei geeigneter Bemessung des Widerstandes R und des Kondensators C kaum ändert, wodurch das Verhältnis zwischen den Einschwingzeiten Z₃ und Z₀ noch kleiner wird.

Wenn der Spitzenwert der beim schwächsten Anschlag induzierten Spannung E₁ die Vorspannung E so wenig überschreitet, daß die Diode D nur in ihrem Anlaßstrombereich wirksam ist, und wenn der Widerstand der Diode in bezug auf den Widerstand R wesentlich höher ist, ändert sich der Widerstand der Diode bei einem schwachen und einem starken Anschlag erheblich, in der Weise, daß ihr Widerstand bei einem schwachen Anschlag maximal ist, wodurch die günstige Wirkung des Widerstandes R wieder verlorengeht, wie in F i g. 4 mit der gestrichelten Linie dargestellt ist. Dieser Effekt wird dadurch ausgeglichen, daß in Reihe mit der Diode ein elektronisches BauelementX geschaltet ist (siehe Fig. 3), dessen Widerstand bei zunehmendem Strom im Anlaßstrombereich der Diode D zunimmt, so daß der Gesamtwiderstand des Kreises sich weniger ändert. Ein derartiges Bauelement kann aus einem Wider-

stand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, einer Tunneldiode, von der der Teil mit negativem Widerstand benutzt wird, einer Diode, deren Strom in einem großen Spannungsbereich konstant, bleibt usw., bestehen. Das Ergebnis ist durch die gestrichelte Linie in Fi g. 4 dargestellt.

Der Deutlichkeit halber ist in den F i g. 2 und 4 nur der Fall dargestellt, in dem die Stärke des Anschlags sich nur um einen Faktor 3 ändert, aber es ist einleuchtend, daß diejenige, was für den Fall erwähnt wurde, daß der Anschlag dreimal stärker als der schwächste Anschlag ist, in noch größerem Maße für ein Anschlagstärkenverhältnis von 1 : 10 zutrifft.

Die Anschlagstärke ist hier stets auf die Geschwindigkeit bezogen, mit der der Magnet in die Spule gedrückt wird; die Amplitude des Spannungsimpulses ist dann dieser Anschlagstärke proportional.

Wie aus den F i g. 2 und 4 hervorgeht, ist das Ausgangsspannungsverhältnis größer als 1 : 3.

Dies kann dadurch ausgeglichen werden, daß, wie in F i g. 5 dargestellt ist, eine mit der Spannung E₂ vorgespannte, im nachfolgenden als Überlaufdiode bezeichnete Diode zur Spannungsbegrenzung parallel zur Spule geschaltet wird. Die Wirkung dieser Diode ist in F i g. 6 dargestellt, in der die Spannung V als Ordinate und die Anschlagstärke β als Abszisse aufgetragen ist. V_s gibt hier den Verlauf der Spannung über der Spule an. Dieser Verlauf ist linear. Durch die angelegte Vorspannung E nimmt die Kondensatorspannung bei jeder Anschlagstärke um den Betrag dieser Vorspannung ab, so daß das Verhältnis zwischen den Kondensatorspannungen bei einem Anschlagstärkenverhältnis von z. B. 1:3 nun z. B. 1:7 wird, wie dies aus dem dargestellten linearen Verlauf der Kondensatorspannung V_n hervorgeht. Durch das Anbringen der vorgespannten Überlauf diode D₂, deren Widerstand mit zunehmender Spannung abnimmt, kann dieses Verhältnis und somit die Dynamik wieder auf den richtigen Wert gebracht werden, wie aus der Kurve von V_C2 ersichtlich ist.

Dabei ist die Vorspannung der Aufladediode D mit E₁ und die Vorspannung der Überlaufdiode mit E₂ bezeichnet.

Wie dies beim bekannten Instrument auch der Fall ist, wird die Kondensatorspannung einem Ubergangsglied zugeführt, das die Schwingungen nur durchläßt, solange der Kondensator geladen ist.

Auch kann der Kondensator aus einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren bestehen, wobei zu einem dieser Kondensatoren ein Widerstand parallel geschaltet sein kann. Außerdem kann auch zu dem Kondensator ein Entladekreis parallel geschaltet werden, der dafür sorgt, daß der Ton auf die richtige Weise abklingt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 10 msek. Unter der Einschwingzeit ist die Zeit zu verPatentansprüche: stehen, in der die Amplitude des Tones von Null auf ihren Höchstwert ansteigt. Beim bekannten In-

1. Schaltungsanordnung in einem elektro- strument entspricht diese Einschwingzeit der Zeit, nischen Musikinstrument, in dem von Ton- 5 während der der Kondensator von einem Strom einer generatoren erzeugte Schwingungen einem Über- Spule aufgeladen wird, in der durch den Anschlag tragungsglied zugeführt werden, das diese Schwin- einer zugehörigen Taste mittels eines mit ihr verbungungen nur durchläßt, wenn ihm eine Spannung denen Magneten eine E. M. H. erzeugt wird,
überlagert wird, die einem Kondensator entnom- Da die Anfangs- und Endlage dieses Magneten men wird, der über einen Gleichrichter von einer io einander gleich sind, ist die Flußänderung d Φ kon-Spannung aufgeladen wird, die beim Anschlagen stant, die Höhe der erzeugten Spannung der Zeiteiner Taste durch einen mit ihr verbundenen Ma- dauer τ des Anschlags umgekehrt proportional und gneten in einer Spule erzeugt wird, wobei die der Stärke des Anschlags proportional.

Höhe der Spannung von der Anschlagstärke ab- Es ist aber erwünscht, daß diese Einschwingzeit

hängig ist, und die Spannung nach erfolgtem An- 15 nahezu konstant gehalten wird.

schlag wieder auf den Wert Null absinkt, da- Nach der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß

durch gekennzeichnet, daß der Gleich- der Gleichrichter derart vorgespannt ist, daß nur ein

richter derart vorgespannt ist, daß nur ein Teil Teil des Anschlagimpulses durchgelassen wird.

des Anschlagimpulses durchgelassen wird. Bei dem schwächsten Anschlag, d. h. dem An-

2. Schaltungsanordnung in einem elektronischen 20 schlag, der Schallschwingungen erzeugt, die noch Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch ge- gerade hörbar sind, hat die Vorspannung einen viel kennzeichnet, daß die Vorspannung vorzugsweise größeren Einfluß als beim stärksten Anschlag, weil größer als das 0,5fache des Spitzenwertes des die Amplitude der durch den Anschlag erzeugten τ beim schwächsten Anschlag erzeugten Span- Spannungsimpulse der Geschwindigkeit, mit der sich nungsimpulses ist. 25 das Magnetfeld in der Spule ändert, proportional ist,

3. Schaltungsanordnung in einem elektronischen während die Vorspannung konstant bleibt. Das hat Musikinstrument nach den Ansprüchen 1 und 2, zur Folge, daß der vom Gleichrichter durchgelasdadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gleich- sene Teil des erzeugten Spannungsimpulses nur eine richter ein Widerstand in Reihe geschaltet ist. Zeitdauer beansprucht, die gleich einem Teil der

4. Elektronisches Musikinstrument nach einem 30 Halbperiode dieses Spannungsimpulses ist. Dagegen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- wird beim stärksten Anschlag nahezu der ganze Spanzeichnet, daß mit dem gleichrichtenden Element nungsimpuls durchgelassen, so daß dessen Zeitdauer ein elektronisches Bauelement in Reihe geschaltet praktisch einer Halbperiode entspricht.

ist, dessen Widerstand im Anlaßstrombereich des Bei einem Klavier z. B. ist das Verhältnis zwischen

erwähnten Gleichrichters mit dem Strom zu- 35 der Mindestanschlagskraft, d. h. der Anschlagskraft,

nimmt. bei der der Hammer noch gerade die Saite erreicht,

5. Elektronisches Musikinstrument nach einem und der Höchstanschlagskraft in der Praxis nahezu der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 1 : 100. Das entspricht einem Verhältnis der Anzeichnet, daß zu der Spule eine vorgespannte schlagzeiten von nahezu 10:1 und der Amplituden Diode zur Spannungsbegrenzung parallel ge- 40 der Saite von nahezu 1 : 10, womit das gewünschte schaltet ist. Verhältnis der entsprechenden Kondensatorspannungen auch nahezu 1:10 ist.

Bei einer Ausführungsform eines Musikinstruments

nach der Erfindung ist die Vorspannung größer als $

45 das 0,5fache des Spitzenwertes des beim schwächsten Anschlag erzeugten Spannungsimpulses. In diesem Falle ist das Verhältnis zwischen den Einschwing-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- zeiten mindestens l,5mal günstiger und bei einem Ordnung in einem elektronischen Musikinstrument, dreieckförmigen Spannungsimpuls, der in der Praxis in dem von Tongeneratoren erzeugte Schwingungen 50 üblich ist, sogar zweimal günstiger als ohne Voreinem Übertragungsglied zugeführt werden, das diese spannung.

Schwingungen nur durchläßt, wenn ihm eine Spannung Es dürfte einleuchten, daß diese Vorspannung auf

überlagert wird, die einem Kondensator entnommen jede bekannte Weise erhalten werden kann, wobei wird, der über einen Gleichrichter von einer Span- es in bestimmten Fällen vorteilhaft ist, die innere nung aufgeladen wird, der beim Anschlagen einer 55 Schwellwertspannung des Gleichrichters auszunutzen. Taste durch einen mit ihr verbundenen Magneten zu Der Gleichrichter kann aber auch durch die Reiheneiner Spule erzeugt wird, wobei die Höhe der Span- schaltung mit einer Gleichspannungsquelle und einem nung von der Anschlagstärke abhängig ist, und die Widerstand, der zum Gleichrichter parallel geschal- -^;/i Spannung nach erfolgtem Anschlag wieder auf den tet ist, vorgespannt werden. Die Gleichspannungs- ;J Wert Null absinkt. 60 quelle kann aber auch in den Schaltungszug des gan- "

Bei einem derartigen aus der DT-PS 14 22 646 be- zen Aufladekreises in Reihe eingefügt werden. *

kannten Instrument ist es erwünscht, daß die Ein- Wenn nach einer weiteren Ausführungsform in b;

schwingzeit des Tones für unterschiedliche An- den Kreis in Reihe mit dem Gleichrichter ein Widerschlagstärken möglichst konstant gehalten wird und stand geschaltet wird, wird damit erreicht, daß beim ΐ\ selbst bei einem schwachen Anschlag einen be- 65 schwächsten Anschlag der Kondensator in einer ''I stimmten Wert nicht überschreitet, da dann der Zeit Z₁ aufgeladen wird, die einen geringeren Teil der % Charakter des Instrumentes verlorengeht. Bei einem Zeitdauer τ, des kleinsten Anschlagimpulses als die Klavier ist die Einschwingzeit z. B. nie größer als Aufladezeit L₂ beim stärksten Anschlag von der Zeit-