DE2123885A1

DE2123885A1 - Elektronisches Musikinstrument mit Phasenschieber-Vibrato

Info

Publication number: DE2123885A1
Application number: DE19712123885
Authority: DE
Inventors: Harold Ottomar; Ippolito Anthony Charles; North Tonawanda N.Y. Schwartz (V.StA.)
Original assignee: Wurlitzer Co
Current assignee: Wurlitzer Co
Priority date: 1970-05-15
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE2123885B2; US3609205A; JPS539088B1

Description

THE WURLITZER COMPANY, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, Chicago, 111. (V. St. A.)

Elektronisches Musikinstrument mit Phasenschieber- ·· Vibrato

Die Erfindung betrifft elektronische Musikinstrumente, insbesondere eine neuartige Phasenschieber-Schaltung zur Erzeugung eines Vibratoeffektes.

Es ist bekannt, daß viele Musikarten wesentlich besser klingen, wenn sie mit einem Vibratoeffekt, das heißt mit Tonhöhenschwankungen, gespielt werden. Ein Ton konstanter Höhe wird mit der Zeit langweilig; Tonhöhenschwankungen machen die Musik heiter und angenehm. Bisher wurden verschiedene Versuche unternommen, Vibratoeffekte bzw. Tonhöhenschwankungen, in elektronischen Musikinstrumenten zu erzeugen. Versuche,dieses Problem elektronisch zu lösen, waren entweder nicht erfolgreich oder führten zu zu teuren Lösungen.

Zuiriedenstellende Vibratoeffekte wurden durch den Ein- Sc₁ 1:-. von bewegbaren Lautsprechern erzielt. Dabei wird die scheinbare Tonquelle derart herumqeschwenkt, daß sie

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sich dem Hörer nähert und von dem Hörer entfernt, so daß ein äußerst angenehmer Doppler-Vibratoeffekt erzeugt wird. Solche Systeme sind jedoch notwendigerweise zumindest zum Teil mechanisch. Dadurch ergeben sich sowohl mechanische Geräusch- und Verschleiß—Probleme, als auch die Notwendigkeit, einen nennenswerten Raum zur Unterbringung der Drehvorrichtung vorzusehen. Dadurch ergeben sich hohe Kosten.

Es hat sich ferner gezeigt, daß Tonhöhenschwankungen bei niedrigen Frequenzen nicht besonders wirksam sind· Dagegen ist bei niedrigen Frequenzen ein Tremolo—Effekt bzw. eine Amplitudenmodulation äußerst wirksam. Daher sind Systeme entwickelt worden, die bei hohen Tönen einen Doppler—Vibratoeffekt und bei niedrigen Tönen mit Hilfe einer Amplitudenmodulation einen Tremolo—Effekt erzeugen. Offensichtlich wurden dadurch die Kosten Ober die Herstellungskosten eines einfachen Phasenschieber—Vibratos hinaus erhöht.

Erfindungsgemäß wird ein ein RC-Glied enthaltender Phasenschieber vorgeschlagen, dessen Widerstand, ein lichtempfindlicher Widerstand (LDR) ist. Eine dem iichtempfindliehen Widerstand benachbarte Lichtquelle wird mit einer Vibrato—Frequenz, das heißt 5—8 Hz, gesteuert, wodurch sich der Widerstandswert des lichtempfindlichen Widerstandes von nahezu Null auf einen sehr hohen Wert ändert, so daß die Phasenlage und damit auch die Frequenz von in den Phasenschieber gespeisten Musiktönen verschoben wird. Insbesondere werden Tibia- und Flöten— töne, das neißt sehr einfache Töne, in ü,5— bis 1,G-0ktav^:3r_;p-c-i.T. gefiltert und die Ausgangs Signa Ie der ver- --/chi^ui--- -' -ruppen unterschiedlich .f ein— oder mehr— stuf „|f- enschieber übertragen. ne relatl ledriqer

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Frequenz werden auf einstufige Phasenschieber übertragen, während die nächste Gruppe auf zweistufige Phasenschieber übertragen wird usw., so daß die höchste Frequenzgruppe auf neun- oder zehnstufige (oder mehr) Phasenschieber übertragen wird. Dadurch wird erreicht, daß die Phasenverschiebung über die gesamte Tonleiter einer elektronischen Orgel o· dgl. in Prozent der jeweiligen Tonfrequenz weitgehend konstant ist.

Bei dem speziellen verwendeten Phasenschieber ist die Wirkung des Kondensators über den größten Teil des Frequenzbereiches relativ konstant; im niedrigen Frequenzbereich steigt seine Impedanz jedoch sehr stark an, se daß eine Amplitudenmodulation erzeugt wird, die in diesem Frequenzbereich wirksamer ist.

Es hat sich ferner gezeigt, deiß die relativ einfachen Töne, das heißt iibia- und Flötentöne, am besten mit einem relativ starken Vibrato, klingen· Kompliziertere Töne jedoch, z. B. Blech-, !Zungen- und Saiten-Stimmen, sind mit starken Vibratoeffekten nicht so ansprechend. Erfindungsgemäß werden daher für Tibia- und Flötentöne eine größere Anzahl Phasenschieberstufen und für komplizierte Töne nur einige wenige Phasenschieberstufen vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird ferner für jede Lampe der verschiedenen Phasenschieberstufen eine individuelle Steuerung vorgeschlagen, mit der sich sowohl die Phase und die Frequenz der verschiedenen Stufen zur Erzeugung des neuartigen Vibratoeffektes als auch die Amplitude der Änderung zur Erzeugung der gewünschten Frequenzmodulation bei ver— schiedenen Frequenzen steuern lassen.

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Die Erfindung ist nachstehend anhand einer in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsform ausführlich beschrieben. Es zeigt:

Pig» I eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen elektronischen Orgel ,-

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Ausführung sform einer erfindungsgemäßen Phasenschieberschaltung;

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Phasenschieberstufft mit verschiedenen Steuerungsarten der Lampe des lichtempfindlichen Widerstandes;

Fig. 4 ein Vektor-Diagramm der auftretenden Phasenbeziehungen;

Fig..5 ein fragmentarisches Blockschaltbild der verschiedenen Phasenschieber-Stufen zur Erzeugung von Vibrato-Effekten für Flötentöne und für kompli zierte Töne,

Ge»Mß Flg. 1 besitzt eine elektronische Orgel 10 der sogenannten Spinett-Bauart zwei gekürzte, einander überlappende Klaviaturen 12 und 14 und mehrere in ihrer Nähe angeordnet· Register 16. Die Orgel 10 besitzt ferner ein Pedalwerk 18 und ein Schwellpedal 20 zur Steuerung der Gesaatlautstärke des Instrumentes. Hinter einem Abdecktuch 24 sind in der Front des Instrumentes unterhalb der Klaviaturen ein oder mehrere Lautsprecher 22 angeordnet. Die Orgel 10 ist ferner mit geeigneten bekannten Tongenera toren und Verstürkern (nicht dargestellt) ausgerüstet,

Gemäß Fig. 2 liegt ein NPN-Transistor 26 (im rechten Teil der Schaltung) mit seinem Kollektor über einen Widerstand 30 an einem ^+-Potential einer Quelle 28. Der Kollektor ist ferner über einen Kondensator 32 mit einem Ausgangs-

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punkt 34 verbunden.

Der Emitter des Transistors 26 liegt über einen dem Widerstand 30 gleichen Widerstand 36 an Masse; ferner ist er über einen Widerstand 38 mit dem Ausgangspunkt 34 verbunden. Der Widerstand 38 ist als Regelwiderstand dargestellt; in Wirklichkeit iet er ein lichtempfindlicher Widerstand(LDR).

Flötentöne werden auf einen Bandpaß 40 übertragen, der ungefähr 65 bis 87 Hz-Töne durchläßt. Der Ausgang des Bandpasses 40 liegt über einen Widerstand 42 an der Basis des Transistors 26. Alternativ könnten zur Übertragung aller Flötentöne auf den Bandpaß 40 die Tongeneratoren (nicht dargestellt) der Flötentöne dieses Frequenzbereiches miteinander verbunden und von den Tongenerataren der restlichen Flötentöne getrennt sein.

Dem lichtempfindlichen Widerstand 38 ist derart benachbart eine Lampe 44 angeordnet, daß Licht der Lampe 44 auf den Widerstand 38 fällt. Mit der Lampe 44 ist ein Regler 46 verbunden, der im einfachsten Falle aus einem, infraakustische Frequenzen von 5 - 8 Hz erzeugenden, Oszillator besteht.

Da die Widerstände 30 und 36 gleich groß sind, sind die Ausgangspotentiale des Kollektors und des Emitters des Transistors 26 weitgehend gleich groß und um 180 Grad außer Phase. Wenn die Lampe 44 dunkel ist, hat der Widerstand 38 einen sehr hohen Widerstandswert, so daß praktisch das gesamte Signal über den Kondensator 32 übertragen wird und damit das Signal am Ausgang 34 weitgehend die gleiche Phasenlage hat wie der Kollektor. Wenn dagegen die Lampe 44 ihre volle Helligkeit erreicht, ist der Widerstandswert des Widerstandes 38 weitgehend Null, so daß das Signal am Ausgang 34 weitgehend die 1 0 9 8 U 8 / U 1 6

gleiche Phasenlage hat wie der Emitter.

Die Phasenbesiehungen sind au» dem Vektor-Diagramm in Fig. 4 ersichtlich. öas Ausgangssignal d«$ Kollektors hat einen vorgegebenen Wert, sein« Phase liegt senjc·*- recht nach aben, während das Ausgangssigna! 3es Emitters awar den gleichen Wert hat, sein« Phase jedoch senkrecht nach unten liegt. Innerhalb praktischer Grenzen ist der maximale Widerstandswert des lichtempfindlichen Widerstandes 38 größer als 1 Kohjn_f während sein minimalfsr Widerstandswert in der Größenordnung van 20ό Ohm lieft· Qa dies endliche Werte sind, kann das Signal am Ausgang 34 niemals exakt die gleiche Phasenlage haben wie der Kollektor oder der Emitter; seine Phasenlage nähert sich jedoch der Kollektor·*- und der Emitter—Phasenlage derart an, daß eine gesamte Phasertänderung vpn ungefähr 160 <3rad möglich ist. Wie ans dem Vektor-Diagramm ersichtlich ist, wird die l«age des resultierenden Vektors am Ausgang M durch die relativen Werte der beiden Produkte Strom^ durch den Kondensator 32 mal kapazitiver Reaktanz des Kondensators 32 und Strom durch den lichtempfindlichen Widerstand 38 mal Widerstandswert des Widerstandes 38. Gemäß Fig. 2 ist der den Transistor 26 enthaltende Phasenschieber der letate einer Phasenschieber— serie· Eine Trennverstärkerstufe besitzt einen Transistor 48, dera.n Ausgangssignal vom Kollektor des Traneistors 48 abgenommen und auf die Basis des Transistors 26 übertragen wird. Der Kollektor des Transistors 48 liegt über einem Widerstand SO am positiven Potential der Quelle 28, während der Emitter des Transistors 48 über einen Widerstand 52 an Masse liegt.

Die auf die Basis des Transistors 48 wirkenden Signale werden von vorangehenden Stufen geliefert, die nicht alle dargestellt sind. Zwischen den einzelnen Stufen sind

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Trennwiderstlnde 54 vorgesehen. Eine weitere,ähnlich der bereits beschriebenen, Stufe einen Trennverstärker und einen Transistor enthaltende Stufe 56 verarbeitet Frequenze» la Bereich von 2000 - 27OO Hz, wahrend eine weitere Stuf· St ohne Trennverstärker Frequenzen ist Bereich von 270O — 41OO Hz verarbeitet* Diese linke Stufe 58 kann als «ist· Stufe betrachtet werden, so daß sie keinen TrennverstKrker benötigt; sie kann jedoch mit eine*'Eingangssignal 60 versorgt werden.

Gemäß der vorangegangenen Beschreibung ist der Betrag der Frequenzabweichung direkt proportional der Frequenz, das heißt, w*ftn eine Orgel wunschgemäß 2 Prozent Vibrato-Tiefe hat_# Schwebt ein 440-Hz-Ton u* * 8,8 Hz, das heißt zwischen 448,8 und 431,2 Hz.

Die zur gewünschten Frequenzmodulation von - 2 Prozent erforderliche Anzahl Phasenschieberstufen läßt sich wie folgt berechnen:

Die angenommene maximale 0 ti * ISO ° « 2,8 rad. Phasenverschiebung sei:

Die erforderliche Frequenzabweichung sei: ά f » - 0,02 f

Die Modulationsfrequenz

sei: f.. * 6 Hz

* Die mit nur einer Phasenschieberstufe mit £ 2 Prozent Frequenz moduliefbare höchste Frequenz ergibt sich aus:

Δ f -0ά f_m

J\ f * 2,8 rad χ 6 Hz /\ f « 16,8 Hz

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Wenn sich also in einer Stufe eine Frequenzabweichung von 16,8 Hz erzielen läßt, berechnet sich die höchste Frequenz mit i 2 Prozent = 0,04 gesamt:

Erste Stufe: f = 16,8 Hz/0,04

f = 420 Hz

zwei Stufen: 2f - 840 Hz

vier Stufen: 4f =1680 Hz

acht Stufen: 8f =3360 Hz

zehn Stufen: 1Of =*42OC Hz

Eine zehnstufige Kaskade kann eine Phasenverschiebung von 1600 Grad bzw. 28 rad erzeugen.

Fig» 3 zeigt eine Phasenschieberstufe; zur Vereinfachung sind die gleichen Bezugszahlen benutzt worden wie in der letzten Stufe der Fig. 2. Der Unterschied zur Fig. 2 besteht darin, daß die Komponenten eines zufriedenstellend arbeitenden Reglers 46 im einzelnen dargestellt sind. Der Regler 46 besitzt einen steuerbaren Signalgenerator 62 und eine steuerbare Gleichstromquelle 64. Der Generator 62 und die Gleichstromquelle 64 sind mit der Lampe 44 in Serie geschaltet.

Wie bereits erwähnt, tritt die maximale Phasenverschiebung für alle Frequenzen nicht im gleichen Spannungsbereich auf; z. B. tritt die maximale Phasenverschiebung für Frequenzen unter 1000 Hz im Bereich von C- 1/3 der Lampenspannung auf. Je niedriger die Frequenzen sind, desto geringer ist die zur Erzeugung der maximalen Phasenverschiebung erforderliche Anderunq der Lampenspannung (unterhalb ungefähr Γ:50 Hz steigt der kapazitive Widerstand -das Kondensators 32 an, so daß der Phasenverschiebung ,,eine mit sinkender Frequenz steigende Amplitudenmodulation, überlagert wird). Frequenzen im Bereich von

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800 - 1600 Hz erhalten ihre maximale Phasenverschiebung zwischen 1/3 und 2/3 der Lampenspannung. Höhere Frequenzen erhalten ihre maximale Phasenverschiebung zwischen 2/3 und dem Maximum der Lampenspannung. Daraus ergibt sich, daß sich der Betrag der Frequenzmodulation von mittleren bis niedrigen Frequenzen durch den im Modulations trom der Lampe des lichtempfindlichen Widerstandes enthaltenen Gleichstromanteil steuern läßt; zu diesem Zweck ist die steuerbare Gleichstromquelle 64 vorgesehen.

Kompliziertere Vibrato-Effekte werden von dem steuerbaren Vibrato-Generator 62 erzeugt. Zur Erzielung einer maximalen Änderung ist jeder Regler mit einem separaten Generator 62 ausgerüstet. Die Amplitude und auch die Phase und/oder die Frequenz jedes Generators 62 sind variierbar.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Flötentöne oder andere relativ einfache Töne über mehrere Phasenschieberstufen 66 übertragen werden, deren Ausklang über einen Verstärker 68 zu einer Endstufe 70 mit einem Leistungsverstärker und einem Lautsprecher übertragen wird. Dagegen werden die komplizierteren Töne nur einigen wenigen Phasenschieberstufen 72, zum Beispiel zwei oder 3, unterworfen, deren Ausgang über einen Verstärker 74 ebenfalls zur Endstufe 70 übertragen wird.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß eine neuartiqe Vibrato-Schaltung für elektronische Orgeln o. dal. geschaffen wurde, die über den gesanr en Frequenzbereich des Instrumentes einen einheit·» liehen Vitrafco*£f£ek-t effeeüft, tihd dife Von äieh aus die niedrigster, Töne ^ir.gr Amplltuö^nfftodulatiöa ülrifceirwirft· ÄhderurKjfen dee Amplitude ι der PnaSe und Üfcr Freqüftnfc d#s Vitra to*· rMsfcfcrä tors jeder Phafee^scnietfei: stufe erzeugen iitt tz äü dem feststehenden elektironischen Grgselvibra-

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to interessante und realistische Vibrato-EffeJcte, während Änderungen der in Reihe mit der Erregerlampe des lichtempfindlichen Widerstandes geschalteten Gleichstromquelle weitere Vibrato-Effekte in unterschiedlichen Frequenzbändern erzeugen.

Vielfältige Kodifikationen der beschriebenen Ausführungsfona der Erfindung sind möglich·

Die Erfindung besteht im wesentlichen in folgenden: Töne einer elektronischen Orgel oder eines anderen elektronischen Musikinstrumentes werden in mehreren in Reihe geschalteten Phasenschieberstufen einem Phasenschiebervibrato unterworfen; jede Stufe besitzt einen mit dem Kollektor eines Transistors verbundenen Kondensator und einen rait dem Emitter des Transistors verbundenen lichtabhängigen Widerstand. Der Widerstandswert des lichtabhängige η Widerstandes wird von einer mit einer Vibrato-Frequenz- erregten Lampe gesteuert. Verschiedene Frequenzbänder sind derart mit individuellen Stufen verbunden, daß die Anzahl der Stufen, durch die das Frequenzband läuft, um so größer ist, je höher die Frequenz ist.

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Claims

ANSPRÜCHE

Elektronisches Musikinstrument mit Tongeneratoren, mit mit den Tongeneratoren verbundenen Vorrichtungen zur Lieferung von verschiedenen Musiktönen entsprechenden Frequenzbändern elektrischer Schwingungen, mit mehreren Phasenschiebervorrichtungen, mit die Phasenschiebervor— richtungen in Reihe miteinander verbindenden Einrichtungen, mit einen an die letzte Phasenschiebervorrichtung angeschlossenen Ausgang und mit je einer Einrichtung, die die ein Frequenzband erzeugenden Vorrichtungen mit den Phasenschiebervorrichtungen verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigste Frequenzband mit der dem Ausgang (34, 7C) am nächsten gelegenen Phasenschieber— vorrichtung (26, 3?, 38) verbunden ist; daß nachfolgende Frequenzbänder derart mit nachfolgenden, vom Ausgang (34, 70) weiter weg gelegenen Phasenschiebervorrichtungen (56; 58) verbunden sind, daß höhere Frequenzbänder mehrere Phasenschieberstufen durchlaufen; daß zur Erzeugung eines·Vibrato-Effektes jede Phasenschiebervorrichtung (?6, 32, 28, 44; 56j 58) Einrichtungen (26, 30, 36) zur Erzeugung von zwei den Musiktönen entsprechenden, weitgehend um 18O Grad zueinander phasenverschobenen elektrischen Schwingungen besitzt; daß ohmsche und kapazitive Widerstände (38, 32) in Serie an den die 180-Grad-PhasenverSchiebung erzeugenden Einrichtunaen (26, 30, 36) liegenj daß der Ausgang (34, 70) zwischen den ohmschen und den kapazitiven Widerständen (38, 3?) liegt; daß die ohmschen oder die kapazitiven Widerstände (38, 32) regelbar sind; und daß Einrichtungen (44, 46) zur Steuerung der Widerstände mit einer Vibrato-Frequenz zur Frequenz—Modulation der Musiktöne vorhanden sind.

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2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Serien (66; 72) von Phasenschiebervorrichtungen, von denen die eine Serie (66) zur Verarbeitung von relativ einfachen Tonschwingungen mehrere Stufen besitzt, während die andere Serie (72) zur Verarbeitung von relativ komplizierten Tonschwingungen relativ wenige Stufen besitzt.
3. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Widerstände (38) regelbar sind und aus einem lichtempfindlichen Widerstand bestehen; und daß die Einrichtungen (44, 46) zur Steuerung des Widerstandswertes des lichtempfindlichen Widerstandes (38) aus einer optisch dicht an dem lichtempfindlichen Widerstand (38) angeordneten Lampe (44) und aus Einrichtungen (46) zur Aktivierung der Lampe (44) mit einer Vibrato-Frequenz bestehen.
4. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungspotential liefernde Einrichtungen (64) mit mindestens einer der Lampen (44) in Reihe verbunden sind.
5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gleichspannungspotential liefernden Einrichtungen (64) Einrichtungen zur Versorgung verschiedener Lampen (44) mit verschiedenen Gleichspannungspotentialen besitzen.
6. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die höheren Gleichspannungspo— tentiale in Reihe an hochfrequenten Tonschwingungen zugeordneten Lampen (44) liegen, während die niedrigeren Gleichspannungspotentiale in Reihe an niedrigfrequenten

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Tonschwingungen zugeordneten Lampen (44) liegen·
7. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 4—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungspotentiale regelbar sind.
8. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrato-Freguenz ein Wechselspannungspotential enthält} und daß das auf eine der Lampen (44) wirkende Wechselspannungspotential von dem auf mindestens eine der anderen Lampen (44) wirkenden WechselSpannungspotential verschieden ist.
9. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungspotentxale in mindestens einem der Parameter Amplitude, Frequenz oder Phase voneinander verschieden sind.
10. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselspannungspotential einstellbar ist.

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