DE2123885B2

DE2123885B2 - Elektronisches Musikinstrument

Info

Publication number: DE2123885B2
Application number: DE2123885A
Authority: DE
Inventors: Anthony Charles Ippolito; Harold Ottomar Schwartz
Original assignee: Wurlitzer Co
Current assignee: Wurlitzer Co
Priority date: 1970-05-15
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1980-05-22
Also published as: US3609205A; JPS539088B1; DE2123885A1

Description

- Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit Tongeneratoren, mit einer Phasenschieberschaltung aus mehreren in Serie liegenden Phasenschieberstufen, und mit zwischen den Tongeneratoren und der Phasenschicberschaltung liegenden Bandpässen zur Erzeugung von verschiedenen Musiktönen entsprechenden, in verschiedenen Frequenzbändern liegenden elektrischen Signalen, wobei jede Phasenschieberstufe einen Transistor zur Erzeugung von zwei den Musiktönen entsprechenden um 180° gegeneinander phasenverschobenen elektrischen Schwingungen, und eine Serienschaltung aus einem ohmschen und einem kapazitiven Widerstand parallel zu dem Transistor besitzt, wobei der Eingang der Phasenschieberstufe gleich der Basis des Transistors ist, und der Ausgang zwischen dem ohmschen und dem kapazitiven Widerstand liegt, und wobei der ohmsche oder der kapazitive Widerstand steuerbar ist und Einrichtungen zu dessen Steuerung mit einer Vibrato-Frequenz vorhanden sind.

Es ist bekannt, daß viele Musikarten wesentlich besser klingen, wenn sie mit Vibrato, d. h. mit Tonhöhenschwankungen, gespielt werden. Ein Ton konstanter Höhe wird mit der Zeit langweilig; Tonhöhenschwankungen machen Musik heiter und angenehm.

Zufriedenstellende Vibratoeffekte werden durch bewegbare Lautsprecher erzielt. Dabei wird die scheinbare Tonquelle derart heruingeschwenkt, daß sie sich dem Hörer nähert und von dem Hörer entfernt, so daß ein angenehmer Doppel-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. Es sind daher aufwendige und teure Systeme entwickelt worden, die bei hohen Tönen ein Doppier-Vibrato und bei niedrigen Tönen mit Hilfe einer Amplitudenmodulation ein Tremolo erzeugen.

Aus der DE-OS 1 925 946 ist ein elektronisches Musikinstrument gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei dem ein elektrisches Signalgemisch mittels verschiedener Bandpässe in verschiedene Frequenzbänder aufgeteilt wird. Die einzelnen Frequenzbänder werden separat je einer Modulationseinrichtung zugeführt und entsprechend der jeweiligen Bandmittenfrequenz zur Erzeugung eines Vibrato-Effekts moduliert. Die einzelnen Modulationsschaltungen enthalten jeweils mehrere Phasenschieberstufen, um bei den verschiedenen Frequenzbändern mit dem jeweils richtigen Frequenzhub modulieren zu können. Nachteilig bei diesem bekannten Musikinstrument ist es insbesondere, daß pro Teilsignal, d. h. pro Frequenzband, je eine Modulationseinrichtung vorgesehen ist, die ausschließlich von dem betreffenden Teilsignal durchlaufen wird, so daß der Schaltungsaufwand der Gesamtschaltung relativ groß ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein elektronisches Musikinstrument der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die zur Erzeugung eines Vibrato-Effekts als auch eines mit abnehmender Frequenz zunehmenden Tremolo-Effekts benötigte Schaltung einen besonders einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Musikinstrument der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das niedrigste Frequenzband dem Eingang derjenigen Phasenschieberstufe zuführbar ist, die dem Ausgang der Phasenschiebcrschaltung am nächsten liegt, und daß die höheren Frequenzbänder einzeln den Eingängen der weiter vor dem Ausgang gelegenen Phasenschieberstufen derart zuführbar sind, daß höhere Frequenzbänder mehrere Phasenschieberstufen durchlaufen.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß zur Erzeugung eines Vibrato-Effekts, der

mit abnehmender Frequenz mit einem zunehmenden Tremolo-Effekt einhergehen soll, lediglich eine Phasenschieberschaltung mit mehreren Phasenschieberstufen benötigt wird. Die einzelnen Teilsignale, d. h. die einzelnen Frequenzbänder, werden jeweils an einer bestimmten Phasenschieberstufe der Phasenschieberschaltung zugeführt und durchlaufen dann eine ihrer Bandmittenfrequenz entsprechende Anzahl von Phasenschieberstufen. Es werden dadurch lediglich so viele Phasenschieberstufen benötigt, daß das Frequenzband mit der höchsten Bandmittenfrequenz bei Durchlaufen aller Phasenschieberstufen den gewünschten Vibrato-Effekt erhält. Alle anderen Frequenzbänder mit einer kleineren Bandmittenfrequenz werden an geeigneten Stellen dieser Phasenschieberschaltung zugeführt und durchlaufen lediglich eine der jeweiligen Bandmittenfrequenz entsprechende Anzahl von Phasenschieberstufen. Dadurch wird erreicht, daß die Phasenverschiebung über das gesamte, alle Frequenzbänder umfassende Frequenzintervall des Musikinstruments prozentual bezüglich der jeweiligen Tonfrequenz weitgehend konstant ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsfirm beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Orgel,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Phasenschieberschaltung,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Phasenschieberstufe mit verschiedenen Steuerungsarten der Lampe des lichtempfindlichen Widerstandes,

Fig. 4 ein Vektor-Diagramm der auftretenden Phasenbeziehungen,

Fig. 5 ein fragmentarisches Blockschaltbild der verschiedenen Phasenschieberstufen zur Erzeugung von Vibrato-Effekten für Flötentöne und für komplexe Töne.

Gemäß Fig. 1 besitzt eine elektronische Orgel 10 der sogenannten Spinett-Bauart zwei gekürzte, einander überlappende Klaviaturen 12 und 14 und mehrere in ihrer Nähe angeordnete Register 16. Die Orgel 10 besitzt ferner ein Pedalwerk 18 und ein Schwellpedal 20 zur Steuerung der Gesamtlautstärke 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 Tongeneratoren und Verstärkern ausgerüstet.

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

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 der Flötentöne dieses Frequenzbereiches miteinander verbunden und von den Tongeneratoren der restlichen Fiötentöne

■' 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

in Falle aus einem infraakustische Frequenzen von 5 bis 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

ι "> 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

->" Phasenlänge 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 gleiche Phasenlage hat wie der Emitter.

-'ϊ Die Phasenbeziehungen sind aus dem Vektor-Diagramm in Fig. 4 ersichtlich. Das Ausgangssignal des Kollektors hat einen vorgegebenen Wert, seine Phase liegt senkrecht nach oben, während das Ausgangssignal des Emitters zwar den gleichen Wert hat, seine

in Phase jedoch senkrecht nach unten liegt. Innerhalb praktischer Grenzen ist der maximale Widerstandswert des lichtempfindlichen Widerstandes 38 größer als 1 MOhm, während sein minimaler Widerstandswert in der Größenordnung von 200 Ohm liegt. Da

ι", dies endgültige 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 Phasenänderung von ungefähr 160 Grad möglich ist. Wie aus dem Vektor-Diagramm ersichtlich ist, wird die Lage des resultierenden Vektors am Ausgang 34 durch die relativen Werte der beiden Produkte Strom durch den Kondensator 32 mal kapazitiver Reaktanz des Kon-

-r, densators 32 und Strom durch den lichtempfindlichen Widerstand 38 mal Widerstandswert des Widerstandes 38. Gemäß Fig. 2 ist die den Transistor 26 enthaltende Phasenschieberstufe die letzte einer Phasenschieberstufen-Serie. Ein Trennverstärkerstufe bein sitzt einen Transistor 48, deren Ausgangssignal vom Kollektor des Transistors 48 abgenommen und auf die Basis des Transistors 26 übertragen wird. Der Kollektor des Transistors 48 liegt über einem Widerstand 50 am positiven Potential der Quelle 28, während der

j-, Emitter des Transistors 48 über einen Widerstand 52 an Masse liegt.

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

hii Stufen sind Trennwiderstände 54 vorgesehen. Eine weitere, einen Trennverstärker und einen Transistor enthaltende Stufe 56 verarbeitet Frequenzen im Bereich von 2000 bis 2700 Hz, während eine weitere St"fe 58 ohne Trennverstärker Frequenzen im Bett-, reich von 2700 bis 4100 Hz verarbeitet. Diese linke Stufe 58 kann als erste Stufe betrachtet werden, so daß sie keinen Trennverstärker benötigt; sie kann jedoch mit einem Eingangssignal 60 versorgt werden.

Gemäß der vorangegangenen Beschreibung ist der Betrag der Frequenzabweichung direkt proportional der Frequenz, das heißt, wenn eine Orgel wunschgemäß 2 Prozent Vibrato-Tiefc hat, schwebt ein 440-Hz-Ton um ±8,8 Hz, das heißt zwischen 448,8 und 431,2Hz.

Die zur gewünschten Frequenzmodulation von ± 2 Prozent erforderliche Anzahl Phasenschieberstufen läßt sie sich folgt berechnen:
Die angenommene
maximale Phasenverschiebung sei: AO = 160° = 2,8 rad.
Die erforderliche Frequenzabweichung sei: Ai = ± 0,02 f
Die Modulationsfrcquenz sei: /„, = 6 Hz

Die mit nur einer Phaschenschieberstufe mit ±2 Prozent Frequenz modulierbarc höchste Frequenz ergibt sich aus:
Af=A0-f_m Af =2,8 rad X 6 Hz
Af = 16,8 Hz

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

/ = 420 Hz

zwei Stufen: 2/ = 840 Hz
vier Stufen: Af = 1680Hz
acht Stufen: . 8/ = 3360 Hz
zehn Stufen: 10/ = 4200 Hz

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

Fig. 3 zeigt eine Phasenschieberstufe. Der Unterschied zu 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 H)(K) Hz im Bereich von 0 bis '/, der Lampenspannung auf. Je niedriger die Frequenzen sind, desto geringer ist die zur Erzeugung der maximalen Phasenverschiebung erforderliche Änderung der Lampenspannung; unterhalb ungefähr 250 Hz steigt der kapazitive Widerstand des Kondensators 32 an, so daß der Phasenverschiebung eine mit sinkender Frequenz steigende Amplitudenmodulation überlagert wird. Frequenzen im Bereich von 800 bis 1600 Hz erhalten ihre maximale Phasenverschiebung zwischen V₃ und ²/, 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 Modulationsstrom der Lampe des lichtempfindlichen Widerstandes enthaltenden Gleichstromanteil steuern läßt; zu diesem Zweck ist die steuerbare Gleichstromquelle 64 vorgesehen.

Komplizierte 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 Ausgang 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 drei, unterworfen, deren Ausgang über einen Verstärker 74 ebenfalls zur Endstufe 70 übertragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Musikinstrument mit Tongeneratoren, mit einer Phasenschieberschaltung aus mehreren in Serie liegenden Phasenschieberstufen, und mit zwischen den Tongeneraioren und der Phasenschieberschaltung liegenden Bandpässen zur Erzeugung von verschiedenen Musiktönen entsprechenden, in verschiedenen Frequenzbändern liegenden elektrischen Signalen, wobei jede Phasenschieberstufe einen Transistor zur Erzeugung von zwei den Musiktönen entsprechenden um Io0° gegeneinander phasenverschobenen elektrischen Schwingungen, und eine Serienschaltung aus einem ohmschen und einem kapazitiven Widerstand parallel zu dem Transistor besiizt, wobei der Eingang der Phasenschieberstufe gleich der Basis des Transistors ist, und der Ausgang zwischen dem ohmschen und dem kapazitiven Widerstand liegt, und wobei der ohmsche oder der kapazitive Widerstand steuerbar ist und Einrichtungen zu dessen Steuerung mit einer Vibrato-Frequenz vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigste Frequenzband dem Eingang derjenigen Phasenschieberstufe (26 bis 46) zuführbar ist, die dem Ausgang (34; 70) der Phasenschieberschaltung (26 bis 46, 56, 58) am nächsten liegt, und daß die höheren Frequenzbänder einzeln den Eingängen der weiter vor dem Ausgang (34; 70) gelegenen Phasenschieberstufen (26 bis 46,56, 58) derart zuführbar sind, daß höhere Frequenzbänder mehr Phasenschieberstufen durchlaufen.

2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Phasenschieberstufen (26 bis 46, 56, 58) Trennstufen (48 bis 52) mit einem vorgeschalteten Trennwiderstand (54) vorgesehen sind.

3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Phascnschicberschaltungen (66; 72) vorgesehen sind und die eine Phasenschieberschaltung (66) zur Verarbeitung von Tibia- und Flötentönen mehr Phasenschieberstufen besitzt als die andere Phascnschieberschaltung (72) zur Verarbeitung von Blech- oder Saiteninstrument- oder Zungenpfcifen-Tönen.