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TONGENERATOR FUR VOLLELEKTRONISCHES KLAVIER Gegenstand der Erfindung
ist eine elektronische Baugruppe,die durch Anschlag auf Tasten /gleich wie bei Klaviertasten/
erregt wird und die dann im Aussenbereich eine bestimmte Form von nieder-frequentrn
Signalen ergibt. Diese Signale verstärkt durch Ausgangskraftverstärker ergeben im
Lautsprecher einen Ton ähnlich demjenigen des Klaviers. Auf diese Weise ist eine
Verwirklichung des elektronischen Klaviers der den Ton generiert ausschliesslich
auf elektronischem Wege geschaffen worden.
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Das Musikinstrument,gegenwärtig bekannt unter der Bezeichnung 'elektronisches
KlavierI? ist eigentlich ein elektromechanisches Instrument,weil aus ihm der Ton
auf akustischem Wege gewonnen wird /durch das Schwingen von Drähten oder metallener
Zungen usw./ Solche Schwingungen mithilfe eines elektroakustischen Wandlers werden
in tonfrequente elektrische Signale umgesetzt die dann verstärkt im Lautsprecher
wiedergegeben werden z.B. das deutsche Patent Nr.1 132 878/.
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Die Herstellung von Klavieren auf obengeschilderter Grundlage ist
nicht Wesentlich einfacher als diejenige der herkömmlichen Klaviertypgn mit Drähtebespannung.
Auch weiter bedarf man mqchanisch fester und daher schwerer Trägerkörper die die
Zungen und die Mechanik der Hämmer tragen. Ausserdem bedarf es einer aufwendigen
mechanischen Präzision bei der Herstellung damit eine einwandfreie Schwingung der
einzelnen Zungen unter Wahrung der vollen Amplituden gewährleistet wird,wobei besonders
geachtet werden muss,dass die Abstande zwischen den Zungen und den
Gegenelektroden
je geringer ausfallen.
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Ferner erfordert die Herstellung eine umfangreiche Mitwirkung hochspezialisierter
Facharbeiter anlässlich der Endfertigung der Instrumente,weiters bei deren Stimmung,denn
Jede der einzelnen Zungen muss während des Stimmens äusserst feinmechanisch bearbeitet
werden,damit eine genaue Resonanzfrequenz beim Schwingen erreicht werden kann.
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Massgebend ist die Generierung des Tones auf elektronischem Wege in
Anlehnung an die Gewinnung des Tones bei elektronischen Orgeln. Darin besteht im
Wesentlichen die Aufgabe vorliegender Erfindung.
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Die Schwierigkeit anlässlich der Lösung dieser Aufgabe entstand bei
der Auffindung eines geeigneten Wandlers für die mechanische Druckkraft auf die
Taste bezogen in eine elektrische aJrössenordnung in Kombination mit der Grundgruppe
zwecks Formung eines zeitgerechten tonfrequenten Signals, so dass im Lautsprecher
ein Ton erhalten werden kann der denjenigen an Klang der herkömmlichen Klaviersaite
entspricht.
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Durch die vorliegende Erfindung wird die Lösung der Generierung der
tonfrequenten Signale für das elektronische Klavier folgendermassen erzielt: Die
Taste,die in 4.hr Aussenform und Dimmension der Standardform der Klaviertaste entspricht,enthält
ein Paar Arbeitskontakte. Diese Kontakte sind aus einem Stoff hergestellt der die
Eigenschaft besitzt derzufolge sein Kontaktwiderstand sich ungefähr proportional
mit der Verstärkung des Druckes auf die Taste sich verringert Ein solcher Stoff
ist z.B. Hartkohle,doch hat noch günstigere Eigenheiten in bezug auf den spezifischen
elektrischen Widerstand das Mang@@@Zink -Ferrit.
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Wenn in Hintereinanderschaltung mit diesem Konta @@@a@ @@@ ohmischer
Widerstand geschaltet wird und auf diese @@@bination
eine Gleichspannung
überlagert wird,so wird laut 3.Kirchhoffgesetz auf dem Ohm-Widerstand sich eine
Spannung einstellen,die sich umgekehrt proportional zum Kontaktwiderstand verhElt,jedoch
ungefähr proportional zum mehanischen Druck auf die Taste steht.
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Die so erzielte Spannung am hintereinandergeschalteten Wide-rstande
speist nachher ein RC-Glied,dessen Zeitkonstante der Zeit der Tondrosselung der
entsprechenden Klaviersaite entspricht.
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Die exponentiell abfallende Spannung beim Verlassen aus dem RC-Glied
steuert eine Elektrode des rlektronischen Verstärkers, die wenigstens zwei Steuerelektroden
besitzen muss /z.B. eine Pentode oder Double Gate MOSFET/. Auf die erste der Steuerelektroden
wird das Signal aus dem tonfrequenten Oszilator der ständigen Amplitude und der
bestimmten frequenz geleitet die dem zugehörigen,bestimmten Nusikton entspricht.
Die exponentielle Spa= nnung,geleitet zur zweiten Steuerelektrode,wird auf diese
Weise das tonfrequente Signal modulieren, sodass sie beim Verlassen aus dem Lautsprecher
die gewünschte Form der exponentiell abfa-11 enden tonfrequenten Spannung erhalten
wird.
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Die weiteren Charakteristika der Erfindung sind in den Einzelheiten
in den Zeichnungen ersichtlich,in denen ein Beispiel für die Ausführung eines Tongenerators
für das elektronische Klavier ersichtlich gemacht ist.
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Fig. 1. stellt das elektrische Gruppenshema dar,welches vermittels
standardisierter elektronischer Elemente erstellt ist.
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Als rIodulationsverstärker dient ein sogenannter Double Gate MOSFET
- Transistor.
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Fig. 2. stellt den Grundsatz in der Ausführung einer Taste dar, einschliesslich
der zugehörigen Arbeits-und Ruhekontakte.
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Die Taste 1 besteht aus Tsolationsstoff,der Konstruktion nach ähnelt
sie dem Telegraphentaster. Sie besitzt zwei Paare elektrischer Kontakte: die Arbeits
a- und die Ruhekontakte b.
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Die Kontakte b sind standardisiert,verfertigt aus hartversilberten
Metall während die Arbeitskontakte aus Halbleiterstoff bestehen,die die Eigenheit
besitzen,dass deren Widerstand sich proportionell veringert,sofern der mechanische
Druck auf den Kontakt sich vergrössert. Ein solcher Halbleiterstoff ist das Mangan-Zink-Ferrit,das
weltweit erzeugt wird und als sogenanntes weiches Magnetmaterial für die Bedürfnisse
der Telekomunikations-Baugruppen Verwendung findet.
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Die Ferrit-Kontakte werden in Metallbuchsen G eingepresst die eine
elektrische Verbindung zwischen dem Ferrit-Halbleiter und den übrigen Teilen der
Baugruppe gewährleisten. Der elektronische Teil der Baugruppe ist eigentlich der
Doppeltransistor mit einer Feldstärke /Double Gate MOSFET/ in der modifizierten
Verbindung NF des Verstärkers 2. Durch die erste Kiemme-Gate l/e/ wird über den
Anschluss 516 dass ständige Signal aus dem NF-Oszilator zugeführt,vorher aber durchgesiebt
und so verformt,dass es ungefähr alle harmonische Frequenzen des Saitentones des
Klaviers enthält Die Baugruppe wird aus einer Gleichstromspannungsquelle gespeisst,
sodass am Anschluss 15 das positive Potential anliegt,während am Anschluss 14, also
an der Masse,das negative.
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Die Vorspannung im Verhältniss zur Basis-Source g kommt aus dem Spannungsteiler,der
aus dem Widerstand 11 und zweier Zenerdioden 12,13 besteht. Die Vorspannung an der
Elektrode Gate l/e/ ist so ausgelegt,dass der statische Arbeitspunkt in der Mitte
des geraden Teils der Eingangs-Charakteristik liegt,also die Kla sse A. Die Vorspannung
an der Elektrode Gate 2/f/ ist im Ruhezustand solcheart negativ,dass der Transistor
blockiert ist,sodass auf seinem Ausgang 17 keinerlei Ausgangsspannung NF besteht.
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Wird die Taste 1 angeschlagen,so schliessen die Kontakte a und werden
die Kontakte b gelüftet. Die Kontakte a bilden den veränderlichen Widerstand der
in Hintereinanderschaltung mit dem Potentiometer 5 den Spannungsverteiler bildet.
Am oberen Teil des Potentiometers 5 erscheint im Verhältniss zur Masse 14 eine positive
Spannung,die
je grösser wird je grösser die kraft war mit der die Taste 1 angeschlagen wurde.
Ein Teil dieser Spannung,bestimmt durch die Lage des Schlittens am Potentiometer
5,wird den Kondensator 3 laden'der sich dann langsam über den Widerstand 4 gemäss
dem abfallenden Exponentionalgesetz entladen wird. Die Entladungszeit errechnet
sich durch das Produkt des Kondensatorwertes 3 und Widerstandswertes 4 in Serie
mit dem unteren Teile des Potentiometers 5. Die RC-Konstante lässt sich leichifein
-abstimmen mittels des veränderlichen Widerstandes 4.
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Die positive Spannung am oberen Teil des Widerstandes 4 wirkt am zweiten
Eingang-Gate 2f sodass sie den Transistor 2 öffnet,und dass am Ausgang-Drain h des
Transistors eine verstärkte N?-Spannung von dem Anschluss 16 entsteht.
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Durch den exponentiellen Abfall der Gleichstromspannung an der Elektrode
f fällt auch in angenähert gleicher Weise auch die m plitude des verstärkten NS-Signals
am Drain h und am Ausgangsan schluss 17 ab. Dieserart moduliert sich tatsächlich
das NF-Signal vermittels der Spannung der Elektrode" f. Der Zeitfolge dieses NF-Signals
entspricht der Zeitverlauf des Tons der freischwingenden Klaviersaite,die sich langsam
beruhigt nach erfolgtem Anschlag auf die asth.
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Durch die Lüftung des Tasters 1 mittels der Feder d trennen siah die
Kontakte a und. schliessen sich die Kontakte b. Die verbliebene Gleichstromspannung
auf der Elektrode f wird über den kleinen Widerstand 6 rasch übergeleitet auf die
Masse und der Transistor wird wieder geschlossen,während sich der Kondensator 3
vollständig entlädt und ist nun bereit neue Spannungsimpulse durch schlag auf die
Taste 1 aufzunehmen Dieser Vorgang ist gleichzusetzen dem mqchanischen Drosseln
der Schwingungen der Saite bim klassischen Elavier bei Lüftung der K laviertaste.
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Die Verbindung mit dem Oszilator bildet die RC-Gruppe die aus dem
Kondensator 7 und dem Widerstand 8 besteht.Eine ähnliche RC-Verbindung besteht gegenüber
dem Ausgangsverstärker d.h.dem Widerstand
9 und dem Kondensator
10.
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Be tnderungen der Konstanten 3,4 durch kontinuierliche tnderungen
der Widerstandswerte 4,kann Jedem on einzeln dh. besonders die nichtgedrosselte
Zeitdauer zugeordnet werden,was angenähert der Dauer des entsprechenden Klaviertons
gleich kommt. Mit dem totentiometer 5 kompensieren sich die erzeugten Toleranzen
in den Verstärkungen des TransistErs 2 und im spezifischen Widerstand der Ferrit-Kontakte
a.
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Für ungefahr achtzig Töne in Klavierumfang benötigt man dieselbe Zahl
freier Oszilatoren,die über die Anschlüsse 16 eine ebenso grosse Anzahl der beschriebenen
Tongeneratoren speisen.