DE2351421A1 - Vorrichtung bzw. schaltung zur visuellen darstellung der frequenz von schallwellen - Google Patents

Description

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HELMUTSCHROETEP KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. " DIBL-r-ING." —— 8 MÖNCHEN 25.- U POWSKYSTR. 10 — '———

SOUND SCIENCES INC. fOtss-10

12. Oktober 1973

Vorrichtung bzw. Schaltung zur visuellen.Darstellung der Frequenz von Schallwellen

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung bzw. Schaltung zur Identifizierung bzw. Darstellung von hörbaren Vönen, die z.B. durch einen sprechenden oder singenden Menschen oder ein Musikinstrument erzeugt werden. Die neuartige Vorrichtung weist einen Wander und einen entsprechenden Verstärker auf, sowie--eine Vielzahl von Filtern,' die scharf auf die Noten einer oder mehrerer Oktaven oder Bruchteile solcher Oktaven abgestimmt sind, welche beispielsweise in der wohltemperierten Notenskala oder Tonleiter auftreten, oder in anderen Tonleitern deren Töne (Frequenzen bzw. Frequenzgemisehe-)·· zu identifizieren sind. Die Ausgänge der Filter liegen an Treiberkreisen für Anzeigelampen, wobei diese Treiberkreise ihrerseits durch umsetzende Stecker-verbindungen und Schalter zur Berücksichtigung von erhöhten bzw. erniedrigten Tönen mit Lampen an einem Sichtgerät verbunden sind. Dabei sind in; unten im einzelnen zu erläuternder Weise alle Töne einer entsprechenden Tonleiter oder der insgesamt erfaßten Tonleitern darstellbar, die vom Wandler empfangen werden. Mit anderen Worten: Es werden Töne bzw. Folgen von Tönen sichtbar durch das Aufleuchten entsprechender Lampen dargestellt. Die Einrichtung zur Identifizierung der Töne kann ein Bauteil oder eine. Baugruppe eines

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Sprachlaborplatzes oder dgl. sein, hex dem ein Träger mit aufgezeichneten Instruktionen und Tönen vorliegt, die von einem Schüler nachgemacht, d.h. "gelernt" und -" geübt werden sollen. Es kann sich dabei z.B. um ein Tonbandgerät mit einem entsprechend programmierten, d.h. "bespielten" Tonband handeln, wobei Kopfhörer vorgesehen sein können durch welche der Schüler -sowohl·" die vom Band abgegebenen als auch die von ihm selbst erzeugten Töne hören kann.

Hilfsmittel zum Lehren von .Musik, d.h. im Vokal- oder Instrumentalunterricht und auch zum Stimmen von Instrumen ten haben entsprechend dem Stand der Technik im wesentlichen eines von zwei Grundkonzepten verwendet. Das eine bekannte Konzept.besteht in der Verwendung einer Vielzahl von Tongeneratoren, von denen jeder einzeln aktiviert werden kann, um einen Ton bekannter Frequenz zu erzeugen. Ein von einem Musikinstrument oder den Stimmbändern des Menschen erzeugter Ton wird dabei über ein Mikrofon und nachgeschalteten Verstärker in die Schaltung eingegeben und dann einer Vergleichsschaltung, z.B. einem Kathodenstrahlrohr zusammen mit: demjenigen Ton eingespeist, der entsprechend der getroffenen Wahl im Gerät selbst erzeugt wurde. Der von außen kommende, d.h. z.B. von einem Gesangsschüler erzeugte und in die Schaltung eingegebene Ton wird dann in einem Vergleichsverfahren "weiter bearbeitet, das im besten Falle eine indirekte Methode darstellt, die keine absolut brauchbare Ausgangsgröße abgibt, bis der Vergleich der beiden Töne eine Übereinstimmung ergeben hat. Es gibt also keine unmittelbare Anzeige einer.Tongleichheitj das bekannte Verfahren ist auch nicht zur,gleichzeitigen Identifizierung mehrerer gleichzeitig erscheinender Töne fähig und kann - wenn es zu

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einer Anzeige kommt - diese Anzeige nicht fortgesetzt bestehen lassen, wenn die Ursache der Anzeige, nämlich ein Ton, seinerseits bereits aufgehört hat.

Bei dem anderen grundsätzlich bekannten Verfahren zur Identifizierung von Tönen findet eine Vielzahl von abgestimmten Schwingelementen, z.B. Zungen oder Stimmgabeln- ^: Anwendung. Diese Tongeneratoren, d.h. die Zungen oder die Gabeln sind auf die Frequenzen der Noten der Tonleiter abgestimmt, und werden akustisch oder elektrisch in Eigenschwingungen versetzt, wenn von außen ein entsprechender Ton, d.h. also einer der zu identifizierenden ■ Töne,.über ein Mikrofon oder einen anderen Wandler indas Gerät eingegeben wird. Eine derartige bekannte Vorrichtung, bzw. Schaltung beschreibt die US-PS 2 77992ο. In diesem bekannten Falle ist ein' laminierter Eisenkern ■ vorgesehen, der alle abgestimmten Zungen magnetisch beeinflußt j der Kern trägt dabei eine Wicklung, über wel--che die zu identifizierenden Tohsignale eingeprägt wer-' den. In einer Ausführung des bekannten Vorgehens dienen die gestimmten Generatoren, z.B-. die Zungen, als Licht-: verschlüsse und bei einem anderen Ausführungsbeispielschließen sie die Treiberkreise von Lampen durch ihre · Auslenkungen beim Schwingen.. ■

Bei der Vorrichtung zur Darstellung von Tönen nach der US-PS 3 2o4 513 werden die durch das Aufleuchten von Lampen zu identifizierenden Töne, d.h. die entsprechende Schallenergie, an eine Vielzahl von Wicklungen angelegt,· deren jede mit einem Satz von Stimmgabeln zusammenwirkt; um die Stimmgabel über einen Eisenkern,., der von der Wicklung beaufschlagt wird, in ihrer Eigenfrequenz schwingen zu lassen. Jeder Stimmgabel ist ferner'eine Aufnahmespule

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zugeordnet, die mit der Schwingfrequenz der Stimmgabel erregt wird. Jede solche Aufnahmewieklung steuert ein Schaltkreis-Schließelement, das einen Speisekreis der dieser einen Spule zugeordneten Lampe schließt; die Lampe leuchtet dann als Zeichen dafür auf, daß die ihr zugeordnete Stimmgabel in Schwingungen geraten ist.

Solche "Tondetektoren" mit mechanisch schwingenden Bauteilen haben erhebliche technische Nachteile. Geräte mit Zungen sind Lage-empfindlich, womit gemeint ist, daß sie auf einen Eingangston in einer Lage, z.B. in der vertikalen Anordnung stärker oder besser ansprechen, als in einer anderen Lage, z.B. der horizontalen Lage. Außerdem können sehr kleine Änderungen der Lage in diesem Sinn, z.B. durch Erschüttern, oder große Änderungen dieses Lagekriteriums, z.B. durch Kippen der eigentlichen Gabelanordnung oder Zungenanordnung schlicht falsc-he Anzeigen liefern. Man bedenke in diesem Zusammenhang, wie klein ein Frequenzschritt zwischen zwei Halbtönen beaogen auf die Grundfrequenzen' sein kann! Ein anderer Nachteil von Geräten der betrachteten Art mit Zungen besteht darin, daß solche Zungen ein Hysteresis-artiges Verhalten haben. Es hat sich gezeigt,. daß Zungen die Tendenz haben, besser anzusprechen, wenn sie im Rahmen eines frequenzmäßig ansteigenden Tonspektrums angetastet werden, als wenn sie im Rahmen einer frequenzmäßig fallenden Tonfolge angetastet werden. Bei Zungen kann man einen hohen Wert für eine QuaHtätsgute Q grundsätzlich nicht erreichen, welche dann besonders hohe Werte hat, wenn frequenzmäßig der Durchlaßbereich, d.h. der Frequenzbereich des Ansprechens, sehr eng ist. Außerdem ist es aus technischen Gründen unmöglich, Zungen im vorliegenden Falle so herzustellen, daß bei ,jeder Frequenz der Gütewert Q gewünschte Werte hat. '

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Zungen haben. Im übrigen einen schlechten dynamischen Arbeitsbereich, weil ihre Ansprechempfindlichkeit im Bereich niedriger Frequenzen begrenzt ist und außerdem ein lineares Ansprechverhalten nur in einem kleinen Bereich erzielbar ist. Die bei solchen schwingenden Systemen unvermeidbar zu berücksichtigende Massenträgheit führt zu dem weiteren Machteil, daß derjenige Ton, ■ der zürn Antasten beispielsweise einer Zunge oder einer Gabel dienen soll, solange anhalten muß, bis das mechanisch schwingende Element mit einer technisch brauchbaren Amplitude schwingt. Bei höheren Frequenzen werden notgedrungen relativ kurze Zungen verwendet, wodurch die Amplitude des Ausschlages- beim Schwingen entsprechend kleiner wird, wodurch eine natürliche Grenze_: der Verwendung solcher schwingender Elemente zum Schließen bzw. öffnen von Lichtyerschlüssen oder elektrischer Kontakte besteht. Außerdem tritt bei allen-solchen mechanischen Schwing,ern das Problem der Materialermüdung auf, was insbesondere in - Sprachlabors untragbar ist, die viele Stunden am Tag benützt werden. Allein das Problem der Materialermüdung verlangt bei stark beanspruchten Geräten eine sehr häufige Auswechslung der eigentlichen mechanischen Tongeneratoren, z.B. der Zungen oder Gabeln. Wenn man mit solchen mechanischen Schwingern im Takt von deren Schwingfrequenz elektrische Kontakte öffnet und schließt, dann kommen weitere jStandzeitprobleme herein, denn ein entsprechender ELektrokontakt, der nur mit der Frequenz des Kammertones schwingt, erreicht immerhin zehn Millionen öffnungen bzw. Schließungen in nur wenigen Stunden. '

In einer bevorzugten Ausführung der der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken werden die zu identifizierenden Töne über ein Mikrofon oder einen anderen entspre-

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chenden Wandler dem Gerät eingegeben. Die Wandler-Ausgangsgröße wird verstärkt, hinsichtlich der Wellenform gestaltet und auf einen Geräte-bedingten optimalen Pegel' angehoben; diese Größe wird dann an die Eingänge einer Vielzahl Filter gegeben. Die Filter sind individuell derart eingestellt, daß sie einen Ton einer Tonleiter passieren lassen, wobei es sich um beliebige Tonleitern im musikalischen Sinne handeln kann, z.B. um diatonische oder chromatische Tonleitern. Solche Durchlaßbereiche sind durch die Abstimmung der Filter für die jeweils gewünschte Anzahl von Oktaven oder auch Teile von Oktaven vorgesehen. Der Ausgang eines jeden Filters ist an den Eingang einer Treiberschaltung für eine Lampe gelegt und es ist eine Steuermöglichkeit vorgesehen, durch welche die Treiberkreise nur solange die Lampe angeschaltet lassen, als der durch das zugehörige Filter durchgelassene Ton anhält; wahlweise wird der Treiberkreis für die zugeordnete Lampe in der aktiven Stellung verriegelt,, so dai3 eine Anzeige über das Vorliegen des entsprechenden Tones bestehen bleibt, auch wenn der Ton selber inzx*rischen verklungen ist.

Die Ausgänge der Treiberkreise sind durch eine im einzelnen unten zu beschreibende Steckverblndungsanordnung an eine vielpolige und vielreihige. Matrix von Schaltern zur Berücksichtigung von Tonerhöhungen und Tonerniedrigungen an die Lampen gelegt, die ihrerseits Teile einer Sichtanzeige in Form einer Anzeigetafel sind, auf die auch weiter unten im einzelnen eingegangen wird. Wenn die zu wahlweisen Verknüpfungen dienenden Steckverbindungen in jener Art zusammengesteckt sind, daß keine Transposition stattfindet, und wenn die in einer Matritze angeordneten Schalter zur Berücksichtigung von Tonerhöhungen und Tonerniedrigungen auf den Normalzustand der Töne einer Tonleiter eingestellt sind, dann sind die Ausgänge

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der Treiberkreise geradewegs direkt an die Lampen an der Anzeigetafä angeschaltet, wobei für jede Filterschaltung und jeden Lampentreiber eine Lampe in der Anzeige, vorgesehen ist. Wenn nun in der Nähe des Mikrofons ein Ton erzeugt wird, dann wird die Grundfrequenz des Tones, vorausgesetzt, daß er die richtige Tonhöhe hat, durch ein und nur eines dieser Filter hindurchgelassen,,und zwar durch dasjenige Filter, das auf diese Tonhöhe gestimmt ist. Der zugeordnete Lampentreiber wird angeschaltet und läßt nun seinerseits diejenige Lampe äufleueh- . ten, die diesem einen Ton entspricht. ,Wenn die 'Verriegelungssteuerung der .Lampentreiber in Yerriegelungsstellung gebracht wird, dann bleibt die, entsprechende Lampe auch eingeschaltet, wenn der zu ihrer Einschaltung.angelegte Tön abgeklungen ist. Im anderen Fall wird die zugeordnete Lampe jeweils abgeschaltet, wenn der Ton aufhört. Wenn die Schaltung zur Formung der die Schallwellen repräsentierenden elektrischen Wellen im ,Sinne eines Durchlassens von Obertönen ausgebildet ist, dann können andere Lampen bei Vorliegen entsprechender Harmonischer oder Obertöne angeschaltet werden.

Zweckmäßig weist die Schautafel bzw. die eigentliche Anzeige die Notenlinien mit den dazu gehörigen Zwischenräumen und einen "Schlüssel" im musikalischen Sinne auf, der zu·denjenigen Noten oder Tönen gehört, die das Gerät identifizieren soll. Wahlweise kann anstelle einer solchen Darstellung auch, schematisch ein entsprechender . Teil einer aus den bekannten weißen und schwarzen Ta- . sten bestehenden Tastatur eines Tasteninstrumentes dargestellt sein. Die Lampen,, welche die verschiedenen Töne, oder "Noten" darstellen, können hinter der_; entsprechen-, den Schautafel so angeordnet sein, äaß ,sie durch, ei;tr,, .. sprechende .Fenster in der Schautafel erkennba.r sind. ._r .

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Da die Anordnung Lampen für die Noten einer chromatischen Tonleiter darstellen, während die fünf Notenlinien und die vier Zwischenräume dazwischen in der üblichen Musikschreibweise nur die Noten einer diatonischen Tonleiter darzustellen vermögen, sind weitere Öffnungen zur Anzeige von erfaßten Noten"vorgesehen, die zu anderen Tonleitern als c-dur gehören. Diese zusätzlichen mögli- ■ chen Öffnungen mit entsprechenden Lampen und entsprechenden Filtern dienen zur Darstellung von Tonleitern mit Erhöhungen und Erniedrigungen, und auch dazu, innerhalb beispielsweise der c-dur-Tonleiter einen einzelnen Ton erhöht darzustellen, wenn dieser einzelne Ton richtig erhöht gesungen wurde. Im Falle einer Darstellung auf einem vergrößerten Notenlinienbild sind die Öffnungen dort angebracht, wo üblicherweise der Notenschlüssel dargestellt wird.

Die zum Umsetzen dienende Vielfachsteclceranordnung hat den Vorteil, daß alle Lampen relativ zu ihren zugeordneten Treiberkreisen im Bild der Notenlinien nach oben und nach unten verschoben werden können, wodurch man den Vorteil erhält, daß das Gerät die Transponierung verschiedener Instrumente, z.B. von Klarinetten, Saxophonen und manchen Hörnern vornimmt, die der Schüler nach den Unterrichtsanweisungen entsprechend dem Violinschlüsel bedient, während das Instrument aber nach einem anderen Schlüssel klingt, z.B. dem Baßschlüssel. Mit anderen Worten: Hinsichtlich der Klappen gleich zu betätigende Instrumente, wie z.B. Klarinetten und Saxophone, die hinsichtlich der absoluten Tonhöhe um Oktaven auseinander liegen, und die außerdem in verschiedenen Schlüsseln von der Musikliteratur mit Noten beliefert werden, können bei.der Wiedergabe durch das erfindungsgemäße Gerät in der musikalisch richtigen Weise über-

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prüft werden. Das Transponieren über die weiter unten zu erörternde Vielfachsteckerverbindungen gestattet das Transponieren zwischen geschriebener Musik und Ton- bzw. Klangbereichen, die eigentlich das Singen eines Textes in einem anderen Notenschlüssel verlangt. Die Matritzenartig angeordneten Schalter zur Berücksichtigung von Tonerhöhungen und Tonerniedrigungen gestatten eine Verschiebung der Lampen, welche zu einem natürlichen Ton und seinem erhöhten und seinem erniedrigten Ton gehören nach Maßgabe der vom Schalter bestimmten Erniedrigungen oder Erhöhungen, um auf diese Weise dem Schüler zu helfen, sich an die jeweils notwendigen Erhöhungen bzw. Erniedrigungen zu erinnern> die durch den Notenschlüssel bzw. das Tonartsymbol gegeben sind.

Zusätzlich zu den Lampen kann eine noch genauere Anzeige der genauen Tonerzeugung in Form eines Phasendetektors für alle Filter vorgenommen werden. Den zur Tonidentifizierung dienenden Filtern ist inhärent die Tatsache, daß dann, wenn der Filter einen Ton genau nach der Resonanzfrequenz des Filters selbst durchläßt, das Signal am Ausgang des Filters um'l8o Grad gegenüber dem an den Filter angelegten Signal phasenverschoben ist. Wenn ein Ton, der bezüglich der Resonanzfrequenz des Filters ein erhöhter Ton oder ein erniedrigter Ton ist, d.h. ein Ton mit einem Kreuz oder mit einem Be ist, dann ist die Phasendifferenz entweder auf einer Seite oder auf der anderen Seite des l8o Grad-Wertes. Der Detektor ist so ausgebildet, daß er diese Abweichung als Prozent-Differenz der Resonanzfrequenz anzeigt.

Zusätzlich zur Verwendung des Gerätes nur als Änzeigege- ■ rät für die entsprechenden Töne, kann das Gerät - wie

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eingangs erwähnt - Teil eines Sprachlehr- oder -analyse-Systems sein, das als zusätzliche Bauteile einen vom Benutzer verwendeten Kopfhörer und einen Generator, z.B. ein Magnetbandgerät für die aufgezeichneten Lektionen oder anderes Lehrmaterial aufweist. Der Kopfhörer dient dazu, das Lehrmaterial vom Band einschließlich der mit Hamen oder Bezeichnung genannten Noten-werte anzugeben, die der Schüler dann in das Mikrofon sprechen oder singen soll, wobei der Kopfhörer zusätzlich ggfs. die tatsächlichen Töne wiedergeben kann, die der Student hört und die er "nachahmen", also lernen soll. Die Anzeigetafel zur Tonidentifizierung informiert den Studenten dann darüber, ob er richtig gesprochen bzw. gesungen hat, oder nicht, und die von ihm erzeugten Töne können dabei durch die Kopfhörer gehört werden.

Bevor weiter unten ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Einzelheiten erläutert wird, sei kurz der grundsätzliche Aufbau der Tonleitern erläutert. Im wesentlichen sind Tonleitern entxfeder diatonisch oder chromatisch. Die diatonische Tonleiter ist in Oktaven unterteilt," wobei jede Oktave sieben Noten enthält, die aufsteigend mit den Notensymbolen A-G bezeichnet werden. An diese sieben Noten schließt sich oben eine achte Note an, die mit demselben Buchstabensymbol wie die erste Note der Tonleiter bezeichnet wird. Diese achte, zusätzliche Note unterscheidet sich von der ersten Note der Tonleiter rein optisch durch ihre örtliche Anordnung in einem Notenliniensystem oder durch einen Index oder ein anderes beliebiges Schreibzeichen, womit jeweils ausgedrückt wird, daß die zusätzliche achte Note die doppelte Frequenz bezogen auf die erste Note am unteren Ende der Oktave hat. Ausgehend von der Taste der Note c auf der Tastatur beispielsweise eines Klaviers wird die

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diatonische Tonleiter in einer Oktave durch die nächsten sechs weißen Tasten rechts vom c ,gebildet! die Oktave endet mit der Taste* welche das nächsthöhere c beim Anschlagen klingen läßt.

Die chromatische Tonleiter ist hingegen aus zwölf Notenstufen aufgebaut, und besteht aus den sieben Noten der oben erläuterten diatonischen Tonleiter und fünf weiteren Noten, die auf der erwähnten Klaviertastatur von den fünf schwarzen Tasten repräsentiert werden, die ■ zwischen einigen der genannten weißen Tasten liegen. Das Intervall zwischen zwei aufeinander folgenden Noten in einer chromatischen Tonleiter wird im allgemeinen als Halbton bezeichnet. Mit zwei Ausnahmen ist das Intervall zwischen zwei aufeinander folgenden Noten einer diatonischen Tonleiter das eines Ganztones, oder zweier Halbtöne. Dies ist - auf der erwähnten Klaviertastatur an jenen Stellen der Tonleiter'der Fall, an denen zwischen zwei benachbarten weißen Tasten eine schwarze Taste liegt. Die beiden Ausnahmen von dieser Regel sind: Nur zwischen den beiden zur diatonischen Tonleiter gehörenden Noten h und c sowie zwischen e und f ist auch in der diatonischen Tonleiter nur ein Halbton-Intervall. Auf der Klaviertastatur ist diese Tatsache unmittelbar daran erkennbar, daß zwischen den beiden soeben erwähnten weißen-Tasten keine schwarze Taste liegt. Hieraus ergibt sich, daß jede diatonische dur-Tonleiter sich hinsichtlich der Intervalle zwischen den Noten bei Wahl des Halbtones als Einheit darstellen läßt als 2, 2, 1, . 2, 2j 2,1. Wählt man - zweckmäßiger - als Einheit einen. Ganzton, so ergibt sich folgende Intervallreihe:' 1, 1, 1/2, 1, 1, I, -1/2. Man kann auch die diatonische Skala als zwei Dreiklänge ansehen, die durch ein einem ganzen Ton entsprechendes Intervall getrennt sind] diese beiden

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Dreiklänge haben dann jeweils die Sequenz: Ganzton, Ganz ton., Ha Ib ton.

(In Hinblick darauf, daß in der Musikliteratur der über der Note a mit einem Ganztonintervall folgende Ton mit dem zweiten Buchstaben des Alphabets, nämlich b bezeichnet wird, wird für die folgenden Erörterungen diese Schreibweise verwendet. Mit anderen Worten: Der in der Schulmusik zumindest in der deutschsprachigen Literatur überwiegend mit h bezeichnete Ton mit einem Ganztonintervall über dem a wird im folgenden grundsätzlich der modernen Schreibweise entsprechend mit b bezeichnet. Der in der Schreibweise der,Schulmusik meist mit b bezeichnete Halbton . unter dem h wird infolgedessen in der im folgenden zu wählenden Bezeichnungsart zu bes.

In der folgenden Beschreibung wird das eine Tonerhöhung im Notenlini'ensystem symbolisierende Kreuz als + hochgestellt geschrieben; das eine Tonerniedrigung darstellende und in Notenschrift üblicherweise stark symbolisierte b wird -als hochgeschriebenes b in Normal schrift geschrieben.)

Diejenigen Noten der chromatischen Tonleiter, die den schwarzen Tasten einer Klaviertastatur entsprechen, werden als Erhöhungen oder Erniedrigungen derjenigen Noten der diatonischen Skala bezeichnet, zwischen denen sie liegen. Die Note zwischen f und g wird mithin f oder g^b (gesprochen "fis" oder "ges"). Die Note zwischen a und b (beachte noch einmal die oben erläuterte Bezeichnung des deutschsprachigen Schulbuch-h als "b"i) wird ■ als a⁺ oder b^b bezeichnet (gesprochen "äis" oder "bes"). Da die c-dur-Tonleiter keine Note enthält, die den schwar-

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zen Tasten der Klaviertastatur entsprechen, enthält der c-dur-Schlüssel xveder ein Kreuz noch ein Be. Ein Sänger, der die c-dur-Skala singt, bezeichnet den Ton c mit der üblichen Bezeichnung "do" und die verbleibenden-Noten werden dann in aufsteigender Reihe "re", "mi", "fa", "so", "la", "ti", wobei die Oktave wieder mit einem "do" abgeschlossen wird.

Andere-dur-Tonleitern werden dadurch erhalten, daß den schwarzen Tasten entsprechende Noten der Klaviertastatur anstelle der diatonischen Entsprechungen genommen werden, was mit dem bekannten Mechanismus der Tonerhöhung und Tonerniedrigung erreicht wird. In der Notenschrift wird jede Tonart dadurch angezeigt, daß eine entsprechende Anzahl von Kreuzen oder Bes zumhdest auf den Schlüssel folgend am Beginn der ersten Zeile eines Musikstückes steht. Fünf Kreuze oder Bes bringen alle den schwarzen Tasten (der Klaviertastatur) entsprechenden Noten in eine dur-Tonleiter und die Kreuze bzw. Bes werden gesammelt im Schlüssel verwendet. Bei den Erhöhungen (Kreuze) werden ansteigend die Noten f, c, g, d, a erhöht, wozu man zu den g-, d-, a-, e- und b-dur-Tonleitern kommt. (An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß zur Vereinfachung die Notensymbole so-wohl der dur-Tonleitern als auch der moll-Tonleitern mit Buchstaben des kleinen Alphabetes geschrieben werden. Die weiter unten folgende Einzelerörterung der elektronischen Schaltmittel wird zeigen, warum dies zweckmäßig ist).

In den dur-Tonleitern beginnend mit diesen soeben genannten Tönen (d.h. den geschriebenen Buchstaben) sind die Intervalle zwischen den Noten wie weiter oben beschrieben. Ein. Sänger, der irgendeine dieser dur-Ton-

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arten singt, singt bzw. bezeichnet den ersten Ton, auch Grundton oder Tonika genannt, stets mit "do". Der Grundton einer jeden Tonleiter ist derjenige Ton, nach dem die Tonart der Tonleiter bezeichnet wird. Es gibt auch Tonarten, deren Schlüssel sechs und sieben Kreuze haben; hierbei werden Erhöhungen am e und b um einen Halbton vorgenommen. Da ohnedies das Intervall zwischen e und f bzw. b und c ein Halbton ist, ist das durch Tonerhöhung des e zu eis in Wirklichkeit zumindest mit dem natürlichen f identisch und das"bis" ist derselbe Ton wie das natürliche (diatonische!) c. Wenn man sich daran erinnert, in welcher Folge Kreuze beim Notenschlüssel dazugenommen werden, dann sieht man, daß.die ersten beiden Kreuze bereits die (diatonischen!) Grundtöne f und c aus der Tonleiter herausnehmen, so daß gar kein Problem entsteht, wenn man später diese Noten als "eis" und "bis" bezeichnet (die vorstehende Erörterung zeigt, warum die moderne Bezeichnung des Ganztones über a mit b besser ist!).

Die Bes werden auch kumulativ hinzugefügt, um weitere dur-Tonleitern zu erhalten. Die Reihenfolge der im Schlüssel aufzuführenden Bes ergibt beginnend mit einem Be die dur-Tonarten von b. e, a, d und g. Dabei ersetzen die so hereingekommenen und schwarzen Tasten (der Klaviertastatur) entsprechenden Noten als Erniedrigungen die rechts davon jeweils auf weißen Tasten gespielten Töne. Man erhält also sukzessive die dur-Tonarten mit den Grundtönen f, b , e , a und d , gesprochen f, bes, (!),'es, as und des. Durch Anfügung des sechsten und siebten Bes an die fünf ersten erhält man dur-Tonarten, die bei g und c (ges und ces) beginnen. Die beiden weiteren Bes werden auf die Noten c und f angewendet. Wie bei dem sechsten und siebten Kreuz ergibt die Zufügung des sechsten und siebten Bes die Erniedrigung der Noten c und f, die jeweils (in der diatonis.chen Tonlei-

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ter) nur einen Halbton über der darunter liegenden Note liegen. Damit werden die erniedrigten Noten c und f dieselben Noten bzw. Töne wie das diatonische b und das diatonische e. Entsprechend den systematischen Verhältnissen bei dem sechsten und dem siebten Kreuz eliminieren das erste und das zweite Be das diatonische b und das diatonische e aus den Tonleitern mit Bes im Schlüssel., so daß es wiederum nicht problematisch ist, sich die natürlichen (-diatonischen) Noten b und e als ces und fes vorzustellen. Zusammenfassend: Durch· Hinzufügen von Kreuzen oder Bes in den Notenschlüssel einer Tonart x^erden nicht die Intervalle in dieser Tonart geändert, sondern nur die absolute Frequenzlage-der dazugehörigen Oktave. Mit anderen Worten: Durch Hereinnahme von Kreuzen und Bes werden ausgehend von der diatonischen Tonleiter sukzessive deren Töne durch erhöhte bzw. erniedrigte Töne ersetzt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweise in Blockform dargestellten Prinzip-Schaltplan' des Gerätes bzw. der Schaltung;

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan eines der Kreuz-Be-Sehalter der Vorrichtung;

Fig. J5 den Schaltplan eines Lampentreibers; Fig. 4- schematisch eine optische Anzeigetafel;

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Fig. 5 schematisch im Schaltplan die Eingangsschaltung der Tonerkennungsmittel;

Fig. 6 in grafischer Form eine Familie von Ansprechkurven eines typischen Bandpaßfilters;

Fig. 7 stark schematisiert einen typischen Filter der Erkennungsschaltung und einen Phasendetektor zum Antasten bzw. Monitoren der Filter; und

Fig. 8 einen stark schematisierten Schaltplan für ein Lehr- und Stimmen-Analysesystem mit der Erkennungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt zunächst bei Io ein Mikrofon, das am Eingang eines Verstärkers 12 liegt. Das Mikrofon Io ist z.B. insbesondere für die akustisch-elektrische Wandlung von Sprache bzw. Gesang geeignet, oder z.B. zur Vervrendung mit einem Musikinstrument. Der Ausgang des Verstärkers 12 liegt mittels eines Schalters 14 wahlweise - je nach Schalterstellung - an einem Rampen-Vorverstärker 16 und einem Breitbandvorverstärker 18. Die Ausgänge der Vorverstärker 1β und l8 liegen je an den Eingängen von Verstärkern 22 bzw. 25. Die Ausgänge dieser letzteren Verstärker werden wahlweise über.den beweglichen Kontakt 2o eines weiteren Schalters an die Eingänge einer Vielzahl von Filtern gelegt, die weiter unten erläutert werden. Die beweglichen Kontaktteile der Schalter 14 und 2o sind gekoppelt, so daß immer der Verstärker, der eingangsseitig beaufschlagt wird, mit seinem Ausgang am Eingang der Filter liegt.

Die Besonderheit des Rampen-Vorverstärkers besteht darin,

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daß er mit steigender Frequenz eine größer werdende Dämpfung aufweist. Seine Aufgabe besteht darin, die Harrnonischen der vom Mikrofon Io erfaßten Töne so zu dämpfen, daß nur die Grundwellen eine so hohe Amplitude haben, daß die folgende Identifizierungsschaltung darauf anspricht. Der Breitbandvorverstärker dämpft die Harmonischen nicht in solcher Weise, so daß dessen Ausgangsgröße auch Harmonische solcher Höhe oder Amplitude aufweisen kann, daß zusätzlich zu den Grundschwingungen auch die Harmonischen an den Eingang der Filter gelangen. Der Schalter l4-2o dient - die Zeichung zeigt dies deutlich - dazu, den einen oder den anderen dieser Vorverstärker in den Signalpfad zu legen»

Der Verstärker 22 ist vorzugsweise ein im Sättigungsbereich arbeitender Verstärker, der zwischen Sättigung und Abschalten arbeitet und damit die eingegebenen Signale in Rechtecksignale umwandelt. Der Verstärker 22 kann ferner eine Ausgangsamplitudensteuerung haben. Der Verstärker 23 sättigt sich hingegen nicht und schneidet auch nicht ab,· auch er kann eine Steuerung für seinen Ausgangspegel haben. Auf Einzelheiten der beiden Verstärker 16 und 18 und damit zusammenwirkender Bauteile wird weiter unten unter Hinweis auf Fig. 5 eingegangen.

Der bewegliche Kontaktarm 2o des Doppelschalters l4-2o liegt an allen einer Vielzahl von Filtern J5o. Jeder dieser Filter j5o läßt nur Frequenzen des zugeordneten Tones ■durch. In Fig. 1 ist bei den dargestellten Filtern ja sowohl dargestellt, welchem Ton dieser Filter entspricht, als auch welche Frequenz dieser Ton hat, und zwar unter Zugrundelegung des Kammertones. Ss handelt sich weiter um die wohltemperierte Tonleiter. Es ist eine Oktave, nämlich von E-E* dargestellt,, sowie der über dem oberen Grundton liegende Ton P'.. Erkennbar handelt es sich dabei um diejenigen Töne,"die in der Notenschrift und bei

Verwendung des Violinschlüssels auf den fünf Linien liegen bzw. in den vier Zwischenräumen zu finden sind. Die Filter sind auf die Töne einer chromatischen Tonleiter abgestimmt. Es ist eigens darauf hinzuvreisen, das sehr viel mehr Filter zum Sieben des Ausgangs vom Verstärker 22 vorgesehen sein können, insbesondere für solche Töne, die im System des Violinschlüssels oberhalb der obersten der fünf Fotenlinien liegen. Hierbei liegt das eingestrichene c auf einer (zu denkenden) Notenlinie zwischen den Notenlinien für Violinschlüssel und Baßschlüssel. Wenn man sich.die Filter j?o nach unten weiter fortgesetzt denkt, dann wird damit auch das Notengebiet um die fünf Linien des Baßschlüsselsystems umfaßt. Die Filter Jo können ggfs. von bekannter Bauart seinj sie müssen nur als Bandpaßfilter im angegebenen Sinne arbeiten, d*h., nur die gewollten Grundschwingungen durchlassen. Die dargestellten Filter der Fig. 1 lassen mithin die Töne , der chromatischen Tonleiter durch, die auf oder zwischen den fünf Notenlinien des Violinschlüssels liegen. Eine besondere Art aktiver Bandpai3filter, die sich im vorliegenden Zusammenhang bewährt haben, ist im Rahmen eines Vielfach-Rückkopplungsnetzwerkes beschrieben in der Zeitung "Electronics", ¹J. Juni I97I, S. 86-89. Der genannte Artikel heißt;" Simple Aiithmetici An Easy Way to Design Active Band Pass Filters". Das dort im Stand der Technik beschriebene wird hier ausdrücklich zur Grundlage der vorliegenden Offenbarung gemacht. Unter Hinweis auf Fig., 6 wird weiter unten ein anderes Filter beschrieben, das ebenfalls beim Arbeiten nach der Erfindung zufriedenstellend arbeitete.

Es wird ferner darauf hingewiesen, daß der Begriff "Filter" hier in seinem allgemeinen und oben im einzelnen erläuterten Sinn gemeint ist: Es handelt sich um ein elektronisches oder elektrisches Bauteil beliebiger Art,

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das nur dafür sor-gt, daI3 eine vorhergesehene Eingangswellenlänge aus dem Spektrum der angebotenen Wellen durchgelassen wird, andere Frequenzen hingegen nicht. Dazu eignen sich auch analog, digital oder zählend arbeitende Bauteile; es können auch weniger Filter als Lampen 42 vorgesehen sein, wenn nämlich beispielsweise einer oder mehrere Zähler mit logischen Schaltelementen vorgesehen ist, um eine ganz bestimmte aus mehreren Lampen in Betrieb zu setzen, je nach dem, wie hoch eine Summierung von Impulsen oder dgl. in einem gegebenen Zeitintervall ist.

Der Ausgang eines jeden Filters 3° liegt an einem Lampentreiber 32, der etwa gemäß Fig. 3 aufgebaut sein kann: Jeder Treiber besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren 34 und 36, wobei die Basis des Transistors y\ als vom Bandpaßfilter gesteuerte Elektrode ausgebildet ist und der Transistor j4 angeschaltet werden kann, um dadurch in weiter unten zu beschreibender Weise eine Lampe aufglühen - zu lassen oder anzuschalten. Die Basis des Transistors 36 wird vom Transistor 34 gesteuert, und der Kollektor des Transistors 36 ist über einen von Hand zu betätigenden Schalter 38 an Betriebsspannung zu legen; es ist ein solcher Schalter 38 für alle Treiberkreise vorgesehen, wie insbesondere Fig= I erkennen läßt. Wenn der Schalter 38 offen ist, kann der Transistor 36 nicht angeschaltet werden und die vom Transistor y\ gesteuerte Lampe ist nur so lange angeschaltet, als das aktivierte Filter den Ton, auf den es gestimmt ist, auch erhält. Wenn der Schaler 38 geschlossen ist, wird der Transistor 36 angeschaltet, wenn der Transistor ~j>K anschaltet und der Transistor 36 hält nun den Transistor 34 in angeschaltetem Zustand, auch wenn der Steuereingang an den Transistor 34 vom zugeordneten Filterelement

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aufhört. Auf diese Weise können die Lampen ggfs. anbleiben, nachdem die jeweilige Lampe nur einmal angetastet wurde. Wie erläutert, wird alles, dies nur durch einen Schalter 38 bewirkt.

Die Ausgangsleitungen aus den Lampentreibern 32 sind an ein Viel-Pfadsteckersystem 4o gelegt, und die Pfade führen dann an die beweglichen Schalterteile von Steuerschaltern zur Berücksichtigung von Notenerhöhungen und Ilotenerniedrigungen in einem Muster, das im folgenden beschrieben wird. Die Ausgangsleitungen von diesen Kreuz-Be-Schaltern 48 sind Stück für Stück bezogen auf die Lampentreiber 32 an jeweils Lampen angeschlossen, die in Fig. 1 rechts dargestellt und mit 42 bezeichnet sind. Weitere Vielfachsteckverbindungen, die im ganzen' mit und 46 bezeichnet sind, können in die Pfade zwischen den Treiberkreisen 32 und der Vielfachsteckeinrichtung 4o vorgesehen sein, bzw. zwischen den Kreuz-Be-Schaltern und den Lampen 42, so daß die Anordnung aus Modulan bestehend gedacht werden kann, die durch die Steckersätze 44 und 46 eingeschaltet werden können, um verschiedene Anordnungen der Steuerschaltung zwischen die Treiber und die Lampen legen zu können, wenn besondere Aufgaben dies erfordern. Die' Vielfach-Steckvorrichtung 4o hat jedoch die Punktion, die Lampen 42 bezüglich der Treiberkreise 32 richtig zusammenzuschalten.

Fig. 4 zeigt nun schematisch die Ansicht einer Anzeigetafel, in welcher die Lampen 42 angeordnet sind. Die Tafel stellt zunächst einmal das fünflinige Notensystem 5° und die dazwischen liegenden vier Zwischenräume dar; es ist weiter ein g-Schlüssel 52 dargestellt, der anzeigt, daß die Noten im Violinschlüssel geschrieben sind, in welchem Falle bekanntlich die Noten e, g, b, d und f von

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unten nach oben auf den fünf Linien liegen und die Noten f, a, c und e in den vier dazwischen liegenden Spalten.

Auf den Linien und in den Zwischenräumen des Notensystems sind Öffnungen oder Fenster 54 fluchtend mit dahinter angeordneten Anzeigelampen 42 (s. Fig.l) angeordnet. In Fig.4 wurden 'diese öffnungen 54 mit den Notensymbolen versehen, die der c-dur-Tonleiter entsprechen.

Nun weist die Schautafel zusätzlich zu den großen Öffnungen 54 erkennbar eine Anzahl kleinerer Öffnungen 56 auf, von denen jede höhenmäSig zwischen zwei höhenmäßig benachbarten großen öffnungen 54 liegt. Die kleineren Öffnungen 56 liegen erkennbar paarweise in den vier Spalten des fünflinigen Notensystems. Hinter den kleinen Öffnungen 56 sind nun diejenigen Lampen 42 angeordnet, die erhöhte oder erniedrigte,Noten der c-dur-Grundnoten darstellen, also den Noten der schwarzen Tasten an einer Kfe-viertast'atur entsprechen. Die Anordnung ist dabei s. noch einmal Fig.4 - so getroffen, daß eine Lampe und das dazugehörige Fenster, welche die Erhöhung einer natürlichen Note in der Tonleiter darstellen und die erniedrigte Note der nächsthöheren natürlichen Note auf einer Linie erscheinen, die durch die Mitten der Öffnungen führt, welche ihrerseits die natürlichen - nicht erhöhten und nicht erniedrigten - Noten darstellen.

Hier ist nun zunächst darauf hinzuweisen, daß bei der Reihenanordnung der Lampen an Fig. 1 zwischen den e.und f repräsentierenden Lampent?liegt und daß eine Lampe zvrischen den die Noten b und c repräsentierenden Lampen liegt. In Fig.l sind diese zwischen e und f und b und c liegenden Lampen mit e⁺ bzw. b⁺ bezeichnet. (Die Zeichnung verwendet, um Verwechslungen ähnlicher kleiner

x) eine Lampe

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Buchstaben zu vermeiden im Gegensatz zum Text stets große Buchstaben für die darzustellenden Töne). Es wurde nun oben bereits herausgearbeitet., daß das Intervall zwischen den Noten e und f und zwischen den Noten b und c ein Halbton ist, und es mithin keine dazwischenliegende Note der chromatischen Tonieiter gibt. Es wurde ebenfalls schon darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Schlüssel sechs und sieben Kreuze oder Bes enthält, jede Note eines jeden dieser zwei Notenpaare als Erhöhung oder Erniedrigung des anderen in die Tonleiter eingesetzt werden kann. Die mit E und B bezeichneten Lampen liefern eine Darstellung für diese Situation; diese beiden Lampen können ebenfalls mit F und C bezeichnet v/erden.

Fig.2 (links unten neben Fig.l) zeigt schematisch einen der vielen Schalter zur Berücksichtigung der Kreuze und der Bes. Jeder solche Schalter 48 ist' ein Dreifachschalter bestehend aus drei Dreipolschaltern. Die Gesamtanordnung wird in Zukunft "Dreifachschalter" genannt, jeder einzelne Dreipolschalter wird einfach "Schalter¹¹ genannt. Zwischen den Lampentreibern 32 und den Lampen 42 selbst sind für die Noten f, a, c und d der obere und mittlere Schaltpunkt des Schalters 48-1 miteinander verbunden; der obere Anschluß des oberen Schalters ist für die anderen Noten, nämlich e, g und b mit keinem anderen Schaltpunkt verbunden. Der mittlere und der untere Schaltpunkt des unteren Schalters 48-3 des Dreifachschalters sind nur für die Noten f und c miteinander verbunden. Bei allen diesen Dreifachschaltern liegen der untere Schaltpunkt des oberen Schalters 48-1, der obere Schaltpunkt des unteren Schalters 48-3 und der Mittelanschluß des mittleren Schalters 48-2 zusammen.

Fig.l zeigt, daß der untere, mittlereund obere Schalter 48-3, bzw. 48-2 bzw. 48-1 des dem f zugeordneten Drei-

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faehschalters mit den Lampentreibern verbunden sind., die ihrerseits den Filtern für die Töne e, f und fis zugeordnet sind; fis hat (natürlich) ebenfalls die Möglichkeit der Bezeichnung als ges. Der Schalter ist für die "natürliche". Notenbedingung eingestellt, wenn die als nach rechts x^eisenden Pfeile dargestellten beweglichen Kontaktteile der Schalter sich in der gezeigten Position befinden, und also den jeweils mittleren Schaltpunkt aktivieren. Von den mittleren Schaltpunkten der drei Schalter 48-3, 48-2 und 48-1 des dem f zugeordneten Dreifachschalters führen Pfade zu den Lampen für e, f und fis; der erste Pfad umfaßt den mittleren Schalter 48-2 und den zugeordneten mittleren Kontaktpunkt des Schalters für die Note e, der zweite Pfad ist eine direkte Verbindung und der dritte Pfad schließt den unteren Schalter 48-3 und den Mittelkontakt des Schalters 48 für die Note g ein.

Der zuletzt genannte Pfad führt auch über den unteren Schalter 48-3 des der Note g zugeordneten Dreifachschalters 48. Der mittlere und der obere Schalter 48-2 bzw. 48-1 dieses dem g zugeordneten Dreifachschalters liegen am Ausgang derjenigen Treiberkreise, die den Filtern 3° für die Noten g und gis (as) zugeordnet sind. Der mittlere Schaltpunkt des mittleren Schalters 48-2 des Dreifachschalters für·das g liegt an der Lampe für g und der mittlere Kontaktpunkt des oberen Schalters 48-1 des g-Dreifachschalters liegt - s. immer Fig.l! - am Eingang des unteren Schalters 48-3 des Dreifachschalters 48 für das a, wobei der Mittelkontakt des eben erwähnten)ßchalters an der Lampe für die Note gis ( =as) liegt. Zusätzlich zu den oben beschriebenen vollständigen Schaltverbindungen zeigt Fig.l weiterhin die entsprechenden Schalter für die Noten a, b, c und d„ Die Schaltverbindung

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für den Schalter e verdoppelt relativ zu den Lampen es, e und eis diejenigen des Dreifachschalters des b für die Lampen bes, b und bis, und wurde zusammen mit denen des teilweise dargestellten Schalters für die Note f' am oberen Ende der Oktave ausgelassen.

Man sieht aus Pig.I unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen., daß dann, wenn alle Kreuz-Be-Schalter 48 in der dargestellten natürlichen oder mittleren Einstellung sind, die Aktivierung irgendeines Lampentreibers 32 beim Auftreten einer entsprechenden Note diejenige Lampe 42 aufleuchtet, die der gespielten oder gesungenen Note entspricht. Figuren 1 und 2 zeigen, daß die bei^eglichen Kontaktbrücken in den drei Schaltern aller Dreifachschalter 48 gekoppelt sind; bewegt man alle diese bextfeglichen Schaltelemente nach unten, so dai3 alle unteren Kontaktpunkte an den Ausgang der Treiber gelegt sind, dann entspricht dieses der Einstellung der Anordnung für Tonerhöhungen. Bewegt man alle diese Kontaktbrücken nach oben, dann erhält man offenbar die Einstellung für Tonerniedrigungen, wodurch dann eben in der aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlichen Weise entsprechende Lampen aufleuchten. Um zu verstehen, in welcher Weise das Einfügen der Erhöhungen und Erniedrigungen einen Schüler - sei es ein Sänger oder ein Instrumentalist - beim Üben unterstützen, sei daran erinnert, daß in der Schlüsselangabe bei Musikstücken die eigentliche Schlüsselangabe nur am Beginn beispielsweise eines kleinen Musikstückes einmal erscheint, wobei der Schüler sich praktisch stets daran erinnern muß, daß jedesmal dann, wenn im Notentext eine entsprechende Note erscheint, diese Note erhöht oder erniedrigt zu spielen ist. Der Sinn der Angabe des-Schlüssels am Anfang eines Musikstükkes besteht darin, das Notenbild derart zu vereinfachen,

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dai3 man eben nicht eine aufgrund der gewählten Tonart stets durchzuführende Tonerhöhung jedesmal mit dem entsprechenden Symbol anzeigen muß.

Ss sei nun angenommen, ein Schüler übe eine Etüde in g-dur. Diese Tonart hat eine Tonerhöhung, nämlich die des f zu fis; der Notenschlüssel gibt dies am Anfang der Etüde durch das bekannte Zeichen an. Um die Schaltung nach Pig. 1 von der gezeigten c-dur Stimmung auf g-dur zu bringen,, müssen die drei beweglichen Schaltglieder der drei Kontakte des Dreifachschalters 48 für das f nach unten auf die unteren der jeweils; drei Kontaktpunkte geschaltet werden. Alle anderen Dreifachschalter 48 bleiben in ihren "natürlichen" ( = gezeigten) Positionen. Dadurch wird die fis-Lampe vom fis-Treiber getrennt und dieser Treiber wird an die f-Lampe gelegt. Der Treiber für die Note f wird an die e-Lampe gelegt, während die Lampe e dadurch mit dem Treiber für die Note e verbunden bleibt, daß der mittlere und untere Kontaktpunkt im unteren Schalter 48-5 des Dreifachschalters 48 für das f miteinander stets verbunden sind. S. hierzu Fig.2 ganz unten! Wenn nun der Schüler spielt oder singt, dann leuchten entsprechend den gespielten oder gesungenen natürlichen Noten die entsprechenden Lampen auf. Wenn der Schüler nun eine Note im untersten Notenzwischenraum sieht, welche ohne Vorzeichen 'ein f bedeutet, und er sich darüber hinaus erinnert, daß entsprechend der gewählten Tonart das f zu fis zu erhöhen ist, dann leuchtet auf der Schautafel die kleine Lampe für das fis nicht auf, sondern vielmehr die Lampe zwischen den beiden untersten Notenlinien, die dem f entspricht. Der Schüler sieht daraus, daß er richtig gespielt hat. Wenn der Schüler aber anstatt des geforderten fis ein f spielt, dann geht die dem eis zugeordnete Lampe als Zei-

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chen dafür an, daß der Schüler ganz offensichtlich nicht daran gedacht hat, ein fis zu spielen.

Wenn der Notenschlüssel zwei Kreuze zeigt, dann ist ebenfalls das c zu erhöhen. Es müssen also die Dreifachschalter 48 für f und c in die Erhöhungsposition gebracht werden, d.h. in Fig.l muß nach unten geschaltet werden.· Wenn der Dreifachschalter 48 des c sich in der Erhöhungsposition befindet, also die beweglichen Kontaktbrücken 'nach unten'geschaltet· sind, (Orientierung in Pig.l) dann werden die Speisepfade für die Noten eis, c und bis entsprechend den Änderungen der Strompfade umgeschaltet, welche durch die Schalter bezüglich der Noten fis, f und dis gemacht wurden.

Der Notenschlüssel mit drei Kreuzen fügt als dritte Tonerhöhung die beim g hinzu. Um dem Schüler hier beim Lesen dieser Tonart zu helfen, wird zusätzlich zu den den Noten f und c zugeordneten Dreifachschaltern 48 auch der dem g zugeordnete Dreifachschalter 48 in die Erhöhungsstellung gebracht, d.h. in Fig. nach unten geschaltet. Am oberen Schalter 48-1 des Dreifachschalters für g wird der Pfad vom Lampentreiber 32 des gis-rPilters nunmehr an die Lampe 42 für die Note g gelegt und die Lampe gis wird abgeschaltet. Der Lampentreiber j52 des Filters für g wird an die Lampe für fis gelegt, die vom fis-Treiber durch den Dreifachschalter für f getrennt war. Wenn nun die Etüde richtig die Töne fis, eis und gis spielt, dann leuchten zu den entsprechenden Zeiten die Lampen der diesbezüglichen Noten f, c und g auf. Wenn aber der Schüler - z.B. weil er eine durch den Notenschlüssel vorgeschriebene Tonerhöhung vergißt - ein f, ein c oder g anstelle des vorgeschriebenen jeweils erhöhten Tones spielt, dann leuchtet diejenige hinter einer

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kleinen öffnung angeordnete Lampe auf, die sich jeweils als nächste unterhalb derjenigen Lampe befindet, die aufgeleuchtet hätte, wenn der Schüler richtig gespielt hätte,

Im folgenden sei erläutert, wie beim Spielen von erniedrigten Tonarten vorzugehen ist. Die erste Tonart mit Erniedrigung, welche also ein Be im Schlüssel aufweist, ordnet diese eine Erniedrigung der natürlichen Note b zu (man bedenke 'hier wieder die eingang-s getroffene Peststellung, daß b der natürliche Ton einen Halbton, unter c ist!). Um das Gerät auf diese Tonart einzustellen, die bekanntlich f-dur heißt, werden die Einzelschalter 48-1, 48-2 und 48-5 des dem b zugeordneten Dreifachschalters nach oben geschaltet und alle anderen Dreifachschalter bleiben in der in Fig.l gezeigten Stellung. Bei dieser Einstellung des Dreifachschalters für b wird der Lampentreiber j?2, der dem Filter für die Note b zugeordnet ist, von der Lampe für b am Schalter 48-5 g^e~ trennt und stattdessen an die Lampe für b gelegt. Am mittleren Schalter 48-2 des Dreifachschalters 48 für b wird der Lampentreiber 32.für das b-Filter an die Lampe für b+ gelegt. Spielt der Schüler nunmehr die Note b richtig, dann leuchtet die Lampe für die Note b auf der Schautafel an derjenigen Stelle des dort dargestellten Fünfliniensystems auf, an welcher der Schüler in seinem Notentext diese Note gelesen hat. Spielt der Schüler aber falscherweise die nicht erniedrigte Note b, dann leuchtet die einen Fehler anzeigende Lampe für b+ auf. Der Notenschlüssel mit zwei Erniedrigungen fügt die zweite Erniedrigung der natürlichen Note e zu. Nunmehr ist der Dreifachschalter 48 für e in die Erniedrigungsstellung zu schalten, wodurch die Lampe für e an den Treiber für die Note es angeschlossen wird und die Lampe für eis wird an den Treiber für die Note e angeschlossen. Die Tonart mit

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der dritten Erniedrigung erniedrigt zusätzlich die Note a auf as. Nunmehr muß auch der Dreifachschalter 48 für a auf Erniedrigung geschaltet werden, wozu - s. obige Erläuterung - die entsprechenden Kontakte nach oben bewegt werden müssen. Der Pfad vom Treiber für as wird nunmehr über den Schalter 43-2 und den mittleren Kontaktpunkt des g-Dreifachschalters und den unteren Schalter 48-3 sowie den zugehörigen oberen Kontaktpunkt des Dreifachschalters für a an die Lampe a geführt. Der Pfad vom Treiber 32 für die Note a führt über den mittleren Schalter 48-2, und zwar über dessen oberen Kontaktpunkt, des Dreifachschalters a an die Lampe für die Note b , die vom unteren Schalter des Dreifachschalters für b getrennt war, welcher nunmehr in seine Erniedrigungsstellung gebracht wurde. Wenn der Schüler beim Lesen seines Notenblattes die Note as richtig spielt, dann geht die Lampe für a an. Spielt der Schüler fälschlicherweise ein a anstatt des erforderlichen as, dann geht die Lampe für ais (b ) an, welche eine derjenigen Lampen ist, die hinter einer kleinen Öffnung 56 liegt (s. Fig.4). Erkennbar dienen die in der beschriebenen Weise zu betätigenden Dreifachschalter für die einzelnen Tonarten dazu, auf der Schautafel bei richtigem Spiel praktisch dasselbe Notenbild erscheinen zu lassen, wie dem Notenbild der vom Schüler gelesenen Notenschrift entspricht.

Wie bereits erläutert wurde, sind die sechsten bzw. siebten Kreuze in der Tonartangabe den Noten e und b zugeordnet, die jeweils nur um einen Halbton unter den darüber liegenden Noten f und c liegen. Wenn ein Schüler ein eis liest, dann ist das akustisch gleich der Note f und die richtige Reaktion auf das Erscheinen der Note b+ ist das Spielen eines Tones c. Der Dreifachschalter 48 für b wird infolgedessen nur dann in richtiger Weise in die Erhöhungsposition nach unten geschaltet, nachdem

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alle-anderen Dreifachschalter bereits in ihre Erhöhungsstellung geschaltet wurden..Wenn beide Dreifachschalter für c und b in ihren Erhöhungspositionen sind, dann führt der Erregungspfad vorn Lampentreiber 32 der zu empfangenden gespielten Note c über den unteren Kontaktpunkt des mittleren Schalters 48-2 des Dreifachschalters für c, und. den unteren Kontaktpunkt des oberen Schalters 48-1 des Dreifachschalters für b zur Lampe b. Die Lampe c ist durch den mittleren Schalter 43-2 des Dreifachschal- · ters c getrennt und es führt ein Pfad vom Treiber 32 des Filters für die Note b über den unteren Kontakt dos· unteren Schalters des Dreifachschalters c und den entsprechenden Kontaktpunkt des mittleren Schalters des Dreifachschalters b zur Lampe als (b^D). Wenn also der Schüler die in seinem Notenblatt b liest und -richtigerweise frequenzmäßig ein c erzeugt oder singt, viel eher" Ton bekanntlich dem "bis" entspricht, dann bewirkt der entsprechend angetastete Treiber 32 des c-Pilters das Aufleuchten der Lampe b. Wenn der Student aber die falsche Note b singt oder spielt, darin wird die Lampe für ais (b ) angeschaltet.

Der extremste Fall bei Tone rni edrigurigen ist ein Notenschlüssel mit sechs und sieben ßes, bei welchem die Bes den Noten c bzw. f zugeordnet sind. Wenn der Schüler Musik liest (und spielt), deren Tonartangabe sieben Bes enthält, dann sind alle Dreifachschalter 48 in die.Krniedrigungsposition nach oben geschaltet. Wenn-sich alle Schalter in dieser Position befinden, dann führt - unter Bezugnahme auf den Dreifachschalter für f - der Erregungspfad von dem der Note e zugeordneten;Treiber 32 über die oberen Kontakte des unteren Schalters 48-3 des Dreifachschalters f zur Lampe f, der Erregerpfad von der Note f zugeordneten Larapentreiber führt über den oberen Kontakt

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des mittleren Schalters des Dreifachschalters f zur Lampe fis (ges)j und der Erregerpfad von der Note fis- (ges) zugeordneten Treiber führt über den oberen Kontakt des Dreifachschalters für f; von dort geht der Srregerpfad liegen der erläuterten Kopplung in den unteren Schalter des Dreifachschalters für g. Wie Fig. 1 zeigt, führt darm, wenn die Schaltzungen nach oben geschaltet sind, auf jeden Fall ein Erregerpfad vom oberen Kontaktpunkt des unteren Schalters 48-5 im Dreifachschalter für g ein Pfad zur Lampe g. Beachte: In dem Dreifachschalter für g sind der obere und der mittlere Kontaktpunkt des oberen Schalters, der mittlere Kontaktpunkt des mittleren Schalters und der obere Kontaktpunkt■des unteren Schalters ständig gekoppelt. Fig.l zeigt diese Verhältnisse deutlicher als eine nochmalige Erörterung in Schriftform. Wenn also der Ton e erzeugt wird, der aufgrund des Toriartsymboles fes heißen muß, gespielt wird, leuchtet die Lampe für f auf. Die Produktion oder Erzeugung des Tones f ergibt die Erregung der Lampe für ges (=fis), die wieder hinter einer der kleinen Öffnungen 56 angeordnet ist. VJird der Ton ges gespielt, dann ergibt sich das Aufleuchten der Lampe g.

Im folgenden wird die Vielfachsteckeranordnung 4o hinsichtlich Merkmalen und Vorteilen erörtert. Es sei angenommen, daß ein Sänger eine Komposition singen will, die in c-dur-geschrieben ist und als höchste Note oder höchsten Ton das e über dem hohen c enthält. Dieses e erscheint im obersten Zwischenraum der fünf Notenlinien bei Wahl des Violinschlüssels. Der Sänger kann aber tatsächlich als höchstes das b über dem mittleren c singen, welches sich auf der dritten der fünf Notenlinien bei Wahl des Violinschlüssels befindet. Der Sänger muß also in eine andere Tonart hinunter transponieren. Anderer-

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seits will der Sänger nach den c-dur-Noten singen ujid infolgedessen seine Arbeit auch in der c-dur-Tonart auf dem hier beschriebenen Gerät kontrollieren können. Im vorliegenden Falle müßte der Sänger und das Gerät fünf Halbtöne tiefer gestimmt werden. Die Lampen vier den an der Vxelfachsteckverbindung alle abgeschaltet und dann um praktisch fünf Halbtöne nach unten verschoben und wieder angeschaltet, so daß, wenn der Sänger einen Ton für b unter dem mittleren c singt, die Lampe für e aufleuchtet. In der c-dur-Tonleiter wird die Note e als ^; "mi" bezeichne und c ist die Note "do". Beim nach unten Transponieren"wird das b ein "mi" für den Sänger, und das g wird "do". Infolgedessen ist eine Transponierung in die Tonart g-dur erforderlich, die eine Tonerhöhung, und zwar beim f zu fis, aufweist. Wenn die Transponierung so durchgeführt wird, daß die Lampe c unter der Steuerwirkung des Treibers desjenigen Filters steht, welches auf g anspricht, dann ist die Lampe b unter der Steuerwirkung derjenigen Treiberstufe 32, die mit dem Filter für die Note fis zusammenarbeitet. Ein gesungener Ton e bewirkt das Aufleuchten der Lampe für a und das gesungene d bewirkt das Aufleuchten der Lampe gj ein gesungenes c bewirkt ein Aufleuchten von f, und - wie erläutert - die Note b bewirkt das Aufleuchten der Lampe e. Da .die Lampen für e+und b+ nur dann mit Treiberschaltungen in Zusammenwirkung kommen, wenn einige der Dreifachumschalter 48 sich nicht in der neutralen Mittelstellung befinden, bringen diese zusätzlichen Lampen in der Lampenreihe keine Probleme beim Transponieren durch die Steckeranordnung herein.

Männliche Sänger singen stimmlagenmäßig normalerweise eine Oktave unter der geschriebenen Melodie, so daß also die von Sängern produzierten "Töne" von den Filtern nicht

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durchgelassen würden, die Noten zugeordnet sind, welche ihrerseits im Baßschlüsselsystem aufgezeichnet sind. Damit nun ein Sänger nicht auch die Noten dieses Schlüssels lernen muß, kann man die Lampen bezogen auf die ■Lampentreiber eine volle Oktave nach unten transponieren, so daß richtig gelesene und gesungene Musik, wenn auch eine. Oktave tiefer, das richtige Aufleuchten der Lampen im Violinschlüsselsystem auf dem Schaubrett bex^irken, womit wiederum die Übereinstimmung zwischen der geschriebenen Musik einerseits und der schaubildlichen Darstellung andererseits erreicht wird.

Es wurde bereits auf Instrumente hingewiesen, deren Grund-Stimmung vom c-Schlüssel abweicht. Ein solches Instrument ist z.3. die b-Klarinette (bezogen auf den deutschsprachigen Sprachgebrauch. Das eben im Zusammenahng mit dieser Klarinette genannte b entspricht dem b der vorliegenden Abhandlung«). Eine solche Klarinette erzeugt Töne der b -Tonleiter (das ist im Schul-System b-dur), wenn der Musiker eine Melodie spielt, die in c-dur geschrieben ist und das Instrument so bedient, wie er das für diese Tonart gelernt hat. Durch Verschieben der ganzen Lampen-Bank bezüglich den Lampentreibern 352 derart, daß die Lampe des c durch das b -Filter angesteuert wird, bewirkt das Spielen der Noten der b -Tonleiter nur das Aufleuchten der Lampen hinter den großen öffnungen an der Schautafel, die - s. oben - nur diejenigen Noten darstellen, die auf den Linien und zwischen den Linien liegen: Dieser Vorgang zeigt dann dem Klarinettenspieler, daß er die Noten richtig abliest, und daß er das Gelesene richtig spielt.

In einem anderen Falle soll angenommen werden, daß der oben -erwähnte Klarinettist mit dem dort erläuterten

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Instrument zusammen mit einem anderen Musikanten spielen will, der ein c-Instrument spielt, und daß nur ein Notenblatt für die beiden Spieler verfügbar ist, welches in c-dur geschrieben ist. Weiter sei angenommen, daß der Klarinettist in seiner üblichen Weise vom Blatt spielt, das Instrument also in b (b-dur) klingt. Ss ist also für den anderen Instrumentalisten notwendig, von c-dur nach b-dur hinunter zu transponieren, was einer Abwärtstransposition von zwei Halbtönen entspricht. Wenn man die Steckverbindungsanordnung 4o um zwei Halbtöne nach unten versetzt, dann bringt man die c-Larape unter die Steuerwirkung desjenigen Treibers 32, der vom Filter j?o für die Note b des c-Instrumentes angesteuert wird, das durch Transposition in der Tonart b gespielt wird. Zu_v diester gehören die Noten b und es anstatt des natürlichen b und des natürlichen e. Wichtig ist nur wieder, daß durch die Transposition erreicht wird, daß auf der Schautafel bzw. dem dortigen Notenliniensystem dieselben Lampen aufleuchten, die bei richtigem Spiel an derselben Stelle im tatsächlichen'Notenblatt stehen.

Erkennbar gestattet es die Steckeranordnung 4o in Form eines ganzen Satzes, alle Probleme zu lösen, die durch Transposition einer Tonart in eine andere entstehen. Jeder solcher Transpositionsschritt durch den Steckersatz ko zur schrittweisen "Weiterschaltung" der Lampen bezüglich der Filter führt zu einer anderen dur-Tonart und damit zu einer anderen Zuordnung der Lampen- auf den Linien und in den Zwischenräumen im Violinschlüsse!system auf der Schautafel. Alle sieben Tonarten mit Erhöhungen und alle sieben Tonarten mit Erniedrigungen können durch Verschiebung der Lampenbank relativ zu den Filtern und den diesen zugeordneten Treiberkreisen erreicht werden.

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Es ist darauf hinzuweisen, daß Transpositionen auch in einer anderen.V/eise möglich sind, nämlich durch eine Neuanordnung der Lampen und deren Öffnungen, wobei die Darstellung des Notenlinienbildes auf der Schautafel bezüglich der Lampen selber beweglich sein muß. Mit einer solchen Anordnung kann die Darstellung eines Violinschlüssel-Notenliniensystems und/oder eines BaBSchlüsse1-Notenliniensystems auf der Schautafel nach oben und nach unten verschoben werden. Um noch einmal auf das Beispiel der oben erläuterten Klarinette zurückzukommen: Die Schautafel könnte nach.unten so weit'bewegt werden, daß der dritte Linien-Zwischenraum des Systems auf der Schautafel vor der Lampe für b angeordnet ist.

Wie bereits eingangs gesagt wurde, dienen die beiden gekoppelten Schalter 14 und 2o dazu, enWeder den Rampenvorverstärker 16 oder den Breitbandvorverstärker 1.8 in den Signalpfad zu legen. Wenn der Breitband-Vorverstärker im Signalpfad liegt, dann können die zweiten und eventuell auch die vierten Harmonischen mancher Töne durch den Verstärker hindurchgehen und verstärkt werden, wenn solche Harmonische im Gesamtbereich des Systems erforderlich sind und wenn eine ausreichende Amplitude vorliegt. In diesem Falle gelangen auch solche Harmonische durch Filter eine oder mehrere Oktaven über dem Filter der Fundamentalwelle und können ggfs. zwei oder mehr Lampentreiber erregen, um das Anschalten von zwei oder mehr Lampen zu bewirken. Harmonische, die Zweierpotenz-Vielfache der Grundfrequenz sind, fallen genau auf die Oktave bezüglich der Grundfrequenz, während ungradzahlige Harmonische oder Vielfache und sogar solche gradzahligen Vielfachen, die nicht Zweierpotenz-Vielfache der Grundwelle sind, nicht mit Oktaven der Grundwelle zusammen fallen. In der wohltemperierten ΐοη-

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leiter stimmen die Frequenzen der Noten innerhalb einer Oktave normalerweise nicht mit den Frequenzen von ungraden oder keine Oktaven darstellenden grad'zahligen Harmonischen iberein. In "einigen Fällen liegt aber die Frequenz einer Harmonischen, die nicht ein Zweierpotenz-Vielfaches einer"Grundfrequenz ist, so nahe an einer .Frequenz eines nicht harmonsch verwandten Tones, da-ß das Filter für diese eine Note eine entsprechende Harmonische durchläßt.

Wenn der Rampen-Vorverstärker in die Eingangsschaltung gelegt ist, dann werden alle Harmonischen unterdrückt und solche Lampen, die Harmonische anzeigen, v/erden nicht angeschaltet, weil der Rampen-Vorverstärker eine mit der Frequenz größer werdende Dämpfung aufweist und die Energie in den Harmonischen bekanntlich kleiner ist als die Energie der Fundamentalwelle. Ebenfalls können dann, wenn zwei oder mehr Noten gleichzeitig vom Mikrofon empfangen werde'n, alle außer der nie drigsten Note so stark gedämpft werden, daß sie die zugeordneten Treiberkreise nicht mehr antasten können. Der einzige Fall, in welchem- zwei Lampen angeschaltet werden können, obwohl nur ein Ton anliegt, ist derjenige, in welchem der Ton falsch ist und eine Frequenz bei oder nahe dem Mittelpunkt zwischen, den Frequenzen zweier aufeinander folgender Noten in der chromatischen Skala hat. Wenn dies eintritt, dann können zwei nebeneinander liegende Lampen angeschaltet werden.

Erkennbar dient die soweit beschriebene Vorrichtung dazu, unmittelbar einen zunächst unbekannten Ton ohne jeden Vergleich anzuzeigen und zu identifizieren. Man kann also nicht nur unbekannte Einzeltöne identifizieren, sondern auch Komponenten von Mehrklängen oder andere Kombinationen' gleichzeitig erklingender Töne. Es ist möglich, die Komponenten von anderen Lauten als Musiktönen zu identifizieren, z.B. die Tonhöhe und das Modu-

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^lieren beim Sprechen.

Im folgenden wird nunmehr auf Fig.5 verwiesen, um Details des Rampenverstärkers 16, des Sättigungsverstärkers und anderer Baugruppen zu erläutern. In Fig.5 umfaßt ein gestricheltes Rechteck die Schaltungseinzelheiten des Rampen-Vorverstärkers, der in Fig.l mit 16 angedeutet ist. Eine zweite gestrichelte Linie umgibt den Teil der Schaltung, der dem gesättigten Verstärker 22 in Fig.l entspricht. Der Rampenverstärker 16 weist fünf in Kaskade geschaltete Stufen auf, die mit 7o, 72, ¹Jk, 76 und 78 bezeichnet sind. Jede der fünf Stufen des Rampen-Vorverstärkers wird von einem Audiofrequenzverstärker gebildet, der seinerseits einen oder mehrere Transistor-Bauteile aufweisen kann, aber zweckmäßig aus einem integrierten Schaltkreis mit der gewünschten Verstärkung besteht. Jede der fünf Stufen weist eine Rückkopplungsschaltung vom Ausgang zum Eingang auf, die aus Ohm¹sehen und kapazitiven Widerständen besteht. Im Falle der ersten Stufe 70 weist die Rückkopplungsschleife einen Widerstand 71 und einen parallel dazu liegenden Kondensator 73 auf; der Zweck dieser-Schaltung besteht darin, Frequenzen über der höchsten Fundamentalwelle zu dämpfen, die die Anordnung identifizieren soll. Die Höchstfrequenz liegt etwas unter etwa looo Hz. Jede der anderen vier Stufen weist eine Rückkopplungsschleife auf, die aus zwei parallelen Wegen besteht. Im einen Weg liegt - s. im einzelnen Fig.5 - jeweils ein Widerstand und im anderen Parallelpfad liegen ein Widerstand und ein Kondensator in Reihe. Bei der Stufe 72 sind die entsprechenden Rückkopplungskomponenten mit 75i 77 und 79 bezeichnet. Die Werte der Bauteile in den Rückkopplungsachleifen sind so gewählt, daß die Dämpfung etwa sechs db pro Oktave wird, so daß also über die vier Stufen eine größer wer-

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deride Dämpfung rait größer werdender Frequenz derart auftritt,, daß man etwa Io bis 24 db pro Oktave erreicht. Daraus ergibt sich, daß die eine Oktave über einer Grundfrequenz liegende Frequenz etwa mit l8 db bedämpft wird. Ein Oberton zwei' Oktaven über der Grundwelle xvird mit mindestens 3*6 db bedämpft. Das Ergebnis davon ist, daß", eine Grundwelle, die an den Eingang des Rampen-Vorverstärkers mit demselben Pegel wie eine Grundwelle eine Oktave tiefer,, am Ausgang l8 db unterhalb des Pegels der unteren Grundwelle erscheint.

Zur Kopplung der ersten Stufe Jo an die zweite Stufe J2 dienen die dort dargestellten Bauteile, nämlich ein Kondensator 80 und ein Widerstand 82. Die Kopplung zwischen den Stufen 72 .und 7*4 ist eine reine Ohm'sche Kopplung, während die Kopplung zwischen den Stufen 74 und "Jo und 7ö und 78 wieder kapazitiv ist, wie Fig.5 zeigt. Die Werte der Bauteile für die Kopplungen werden so gewählt, daß Frequenzen unter der niedrigsten, von dem ganzen System behandelten Frequenz gedämpft werden.

Im Betrieb der ganzen Einrichtung x^ird ein Frequenzbereich von vier Oktaven als ausreichend angesehen, ■ wenn die menschliche Stimme, z.B. Gesang, angezeigt werden soll. Auf ·■ diese Weise verwendet man als unterste. Note eine Frequenz von 65,41 Hz, entsprechend der Note c zwei Oktaven unter dem mittleren c. Die höchste Note mit einer Frequenz in der Nähe von looo Hz ist dann diejenige am Ende der Oktave, die mit dem c über dem mittleren c beginnt-und eine Frequenz von 987,8 Hz hat. Bei einem besonders zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Parameter des Rampen-Vorverstärkers derart, daß

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die Amplitude des Ausgangs der fünften Stufe 78 etwa dieselbe für die höchste Frequenz ist, wie die Signale, die in den Eingang der ersten Stufe 70 von einem Wandler eingegeben werden, z.B. eine Mikrofon. Daraus ergibt sich, daß wegen der größeren Dämpfung mit steigender Frequenz bei einem minimalen Wert von l8 db pro Oktave eine eingeprägte niedrigere Note mit derselben Amplitude einen höheren Ausgang am Ausgang des Verstärkers hat. Im speziellen Falle des Ausführungsbeispieles ist bei Verwendung der Schaltung am Ausgang des Rampen-Vorverstärkers ein minimaLes Ausgangssignal von 5 Millivolt ausreichend; dies kann derselbe Wert sein, wie der Eingang, von einem unmittelbar angeschlossenen Mikrofon.

Während bei der schematischen Darstellung der Fig.1 ein Mikrofon Io am Eingang des Rampenvorverstärkers 16 liegt, und zwar über einen Verstärker 12, sind bei der Anordnung nach Figo zwei Steckorbuchsen loo und Io2 unmittelbar am Eingang dieses Verstärkers l6 vorgesehen. Mittels eines geeigneten Steckers kann über eine dieser Buchsen ein Mikrofon angeschlossen werden und an der anderen Buchse könnte eine andere Schallwelle, z.B. ein Tonbandgerät angeschlossen v/erden. Fig. 5 zeigt nichts dem Verstärker 12 in Fig.l ähnliches; es sei darauf hingewiesen, daß bekanntlich Mikrofone und auch Tonbandgeräte sowie andere reproduzierende Wandler von akustischen Signalen in elektrische Signale verschiedene Ausgangsspannungen haben und'daß in einigen Fällen keine Verstärkung zwischen dem Wandler und dem Eingang des Verstärkers l6 notwendig ist. Sollte eine Verstärkung nötig sein, oder eine andere Art der Anpassung, dann weiß der Fachmann ohnedies, wie das zu bewerkstelligen ist.

Es wurde bereits oben erwähnt, daß die Kopplung zwischen

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den Verstärkerstufen 72 und 74 des Verstärkers 16 rein ohmisch ist, während die Kopplung zwischen allen anderen Stufen einen Kondensator aufweist, der damit die Übertragungseigenschaften von den Frequenzen abhängig macht. Die Kopplung zwischen den"Stufen 72 und 74 weist einen Spannungsteiler auf, der-keine reaktiven Komponenten vom Frequenzstandpunkt her aufweist. Der Zweck der Maßnahme besteht darin, an die Stufe 74 nur einen Teil der Spannung anzulegen, der am Ausgang der Stufe 72 zur Verfugung steht, um ein Überlasten der verbleibenden drei Stufen und das damit verbundene Verzerren der Signale durch diese Stufen zu vermeiden.

Der Ausgang der Stufe 78 des Rampenvorverstärkers ist über einen Widerstand Ιοβ an den Eingang einer im Sättigungsbereich arbeitenden Verstärkerstufe 22 gelegt. Dieser mit dem üblichen Symbol bezeichnete Verstärker I08 kann z.B. aus integrierten Schaltkreisen bestehen. Die Vorspannung für" den Verstärker I08 ist so eingestellt, daß der Verstärker zwischen Sättigung und Abschneiden bei der höchsten Frequenz, welche die Filter erkennen müssen, arbeitet. Da - wie erwähnt - der Ausgang der letzten Stufe des Verstärkers l6 in der Gegend von 3 Millivolt für diese Frequenz liegt, wird der Ausgang des Verstärkers 22 eine Rechteckwelle für alle Signale sein, die an den Eingang des Vorverstärkers l6 kommen. Da die Dämpfung des Vorverstärkers in der oben beschriebenen ,Weise mit größerer Frequenz der Signale stärker wird, und zwar mit mindestens l8 db pro Oktave, hat die niedrigste von verschiedenen Eingangsfrequenzen am Rampenvorverstärker die größte Amplitude am Ausgang dieses Verstärkers. Auch wenn die Harmonischen am Eingang eine größere Amplitude haben, wie die Grundschwingung, was sowohl bei manchen Musikinstrumenten vorkommen kann, und ebenfalls beim Sin-

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gen oder Sprechen, sorgt die geschilderte Dämpfungscharakteristik in Abhängigkeit von der Frequenz dafür, daß die Grundwelle am Ausgang des Vorverstärkers amplitudenmäßig auf jeden Fall wesentlich größer ist als alle möglichen Oberwellen. Wenn in durchaus möglicher Weise eine Fundamental- oder Grundwelle und eine oder mehrere Harmonische sich zu einer resultierenden Welle vereinigen, dann kreuzt die resultierende Welle jedenfalls die Nullachse der Welle im Wiederholungstakt der Grundwelle, so daß ihre Umhüllende eine Konfiguration hat, die der Frequenz der niedrigsten durch den Rampenverstärker gelangenden Note hat. Wenn der Verstärker 22 zwischen Sättigung und Abschalten arbeitet, dann leitet er praktisch während derjenigen Intervalle, in welchen die vom Rampenvorverstärker kommende Welle ein Vorzeichen hat, und leitet nicht, während diese Welle das andere Vorzeichen hat. Daraus ergibt sich in bekannter Weise, daß dieser Verstärker als Ausgang eine Rechteckwelle abgibt, deren Frequenz die der niedrigsten eingeprägten Sinuswelle vom Rampenvorverstarker ist.

Der Ausgang vom Verstärker 22 wird an einen Transistor 12o in Emitterschaltung gelegt, wobei parallel zur Basis-Emitter-Strecke eine. Diode liegt. Die Diode ist entgegengesetzt der normalen Vorspannung für diesen Übergang gepolt; hier zeigt die Zeichnung, daß es sich um einen npn-Transistor handelt. Die Diode 122 begrenzt das Rückwärtspotential, das sich über dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors bilden kann. Der Ausgang des Transistors 12o geht über einen Widerstand 124 an einen Schaltpunkt eines einpoligen Doppe !schälte rs 126, der auf der Schautafel Io4 befestigt ist. Der Ausgang des Transistors 12o wird ebenfalls an den Eingang eines Frequenzteilers 128 gelegt, dessen Eingang über .einen Widerstand IJo am anderen Kon-

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taktpunkt des Schalters 126 liegt. Der Frequenzteiler 128 kann ein integrierter Schaltkreis sein; es kann sich dabei um ein bis-t allies flip-flop handeln, das nur dann vom einen in den anderen Zustand schaltet, x^enn sich das Eingangssig nal in einer der beiden möglichen Richtungen ändert. Dadurch geht das flip-flop nur bei jeder zweiten Impulsflanke des Rechteckimpulses in den anderen Zustand über: der Ausgang des flip-flops ist also eine RechteckwelIe mit der halben Frequenz der eingegebenen-Rechteckwelle.-Wozu dieser Frequenzteiler dient, wird weiter unten erläutert..

Das bewegliche Kontaktteil des Schalters 126 liegt am Eingang einer TransistorverstärkerstufeI;j4 in Emitter-Schaltung. Der Kollektor des Transistors 133 liegt an -einer positiven Vorspannung. Der Kollektor von Ij54 liegt an den Eingängen, der Filter J>o in Fig.l. Diese Verbindung zwischen der Ausgangselektrode des Transistors 1J>4 und den Filtern ^o enthält außerdem das bewegliche Kontaktteil und den oberen Kontakt des Schalters 2o in Fig.l. In der Schaltung nach Figo v/erden die am Ausgang des Sättigungsverstärkers 22 erscheinenden -Frequenzen in die Filter ^o eingegeben, wenn das bewegliche Kontaktteil des. Schalters den rechten Kontaktpunkt berührt, wodurch der Frequenzteiler 128 umgangen wird. Wenn "sicn der bewegliche'Kontaktarm des Schalters 126 in der linken, d.h. in-Figo gezeigten Stellung befindet, dann 1st der Frequenzteiler eingeschaltet und den'Filtern yo werden Töne mit der halben Frequenz am Ausgang des gesättigten Verstärkers 22 eingegeben. ' ' . ' ' ·

Die Basis des Transistors" 158"liegt am beweglichen Abgriff eines Spannungsteilers 144, damit an der Basis des Transistors 158 gegenüber Erde ein positives Potential - liegt. Der Potentialteiler 144 ist seinerseits wieder an der

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Schautafel Io4 angeordnet. Seine Punktion ist, durch den Transistor IpB das Vorspanripotential am Kollektor des Transistors Ip4 zu steuern, und damit die Verstärkung des Transistors Ip4. Der Spannungsteiler 144 und der Transistor lpb dienen gemeinsam als Steuereinrichtung für den Transistor Ip4, stellen aber praktisch eine Bandbrei tens teue rung für die Filter po dar,vie im folgenden erläutert v/erden wird:

Wie oben schon dargestellt wurde, sollen bei dem Gerät nach dem Ausführungsbeispiel Frequenzen im Bereich von vier Oktaven erkannt werden, die unten bei etwas mehr

,, bei

als ü2 Hz beginnen undVetwa looo Hz enden. Vier Oktaven der chromatischen Skala umfassen 43 einzelne Töne, die bei direkter Eingabe vom Verstärker 22 an die Filter J>o insgesamt also 48 Filter verlangen. Die Töne in den drei Oktaven von 125 bis etwa looo können aber dann, wenn man sie durch den Frequenzteiler schickt, durch "drei Oktaven von Filtern erkannt werden, die von o2 Hz bis etwa 5oo Hz abgestimmt sind. Es würde zweckmäßig sein, jeden Filter auf der Schautafel durch eine Bezeichnung zu kennzeichnen, die eine Oktave darüber liegt, so dad die Bezeichnungen der Noten auf der Schautafel denjenigen Frequenzen entsprechen, die an den Eingang des Rampenvorverstärkers gelegt sind, aber durch den Frequenzteiler gehen. Um nun auch Töne unterhalb 12^ Hz-identifizieren zu können, legt man den Schalter 126 auf der Schautafel Io4 in diejenige Stellung, in welcher der Frequenzteiler 128 aus dem Kreis ausgeschlossen wird,. Töne unterhalb 125 Hz und andere Töne über 5oo Hz könnten von einem Satz von j)6 Filtern erkannt werden, die man auch zur Erfassung von drei Oktaven benötigt. Der Benutzer des Gerätes erkennt, dai'3 in dieser Stellung des Schalters jede Lampenbezeichnung auf der Schautafel eine Oktave höher liegt,

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als diejenige Note ist, die tatsächlich zum Aufleuchten der betreffenden Lampe geführt hat. Auf diese Weise benötigt man für vier Oktaven nicht 48, sondern nur 56 Filter. Es wird eigens'noch einmal darauf hingewiesen, daß die vorstehende Erörterung an diesem Beispiel von vier Oktaven nur beispielhaften. Charakter hat und die Erfindung in keiner Weise insoweit einschränkt.

Es wurde bereits erwähnt, daß das Potentiometer 144 vordergründig als Mittel zur Beeinflussung des Verstärkungsgrades des Sättigungsverstärkers 1J54 dient, während tatsächlich eine Bandbreitensteuerung für.die Filter J5o erreicht wird. Fig.6 zeigt nun eine Anzahl von Kurven typischen Frequenzansprechens eines Filters bei verschiedenen Eingangspegeln. In Fig.6 sind die Pegel auf der vertikalen Achse ansteigend dargestellt und die Frequenz wird nach rechts größer. Die Kurven, die Ausgangspegel für die verschiedenen Eingangspegel darstellen, sind im wesentlichen symmetrisch zu einer Linie f , welche die Mitte des Paßbandes darstellt. Der Ausgangspegel ist üblicherweise bei dieser Frequenz ein Maximum. Je höher die Eingangspegel sind, die höhere maximale Ausgangspegel bei der Mittenfrequenz erzeugen, um so eher beginnen die Ausgangspegelkurven zu steigen und um so später sinken sie im ansteigenden Tonfrequenzspektrum ab.

Die Linie V,·. stellt einen bestimmten Ausgangspegel dar, der alle Ansprechkurven schneidet. Die Ansprechkurve R₁ ist die niedrigste der drei Kurven, wenn man von maximalem Ausgang ausgeht. R, schneidet V₁ zweimal, nämlich bei einer Frequenz f₁ unter der Mittenfrequenz und bei einer Frequenz fji über der Mittenfrequenz. R_g schneidet V₁ bei f₂ unterhalb JT₁ und bei fgi oberhalb ί_χ| . R, schneidet V, bei· f, unter f_g und bei f_Tl oberhalb f₂».· Beim Aus-

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gangspegel V₁ ergibt also ein Eingangspegel, der zur Ausgangsansprechkurve R₁ führt, ein Durchlaßband von T₁ bis f_lt. Ein Eingangspegel, der die Ansprechkurve Rp bedingt, führt zu einem Durchlaßband von f_? bis f_?i und der Eingangspegel, der zur Ansprechkurve R_v führt, hat ein Paßband von f^. bis f^₁ ·

Die Treiberstufe mit dem Transistor 34 kann so vorgespann-t werden, daß sie eine Ansprechschwelle aufweist, unter welcher die Lampe nicht leuchtet, wobei die Lampe dann beim Ansprechpegel leicht zu glimmen beginnt und bei einem etwas höheren Eingang als dem Pegel entspricht zu voller Leuchtkraft kommt, aber - das ist wichtig erheblich bevor f erreicht ist. V₁ kann nun als Schwellpotential für die Lampentreiber betrachtet v/erden. Wenn die Verstärkungssteuerung 144 für den Sättigungsverstärker auf einen Pegel eingestellt ist, der der Ansprechkurve R₁ entspricht, dann leuchtet die Lampe, die einem Filter zugeordnet ist, von f₁ an und leuchtet in dem Band zwischen den Frequenzen f. und f^i. Wenn die Verstärkung des Sättigungsverstärkers auf einen solchen Pegel angehoben wird, daß eine Ansprechkurve R₂ entsteht, dann leuchtet die Lampe bei jeder Frequenz zwischen fp und fpi. Eine weitere Anhebung des Ausgangs des Sättigungsverstärkers läßt sie Lampe in einem noch breiteren Band von Frequenzen, nämlich zwischen f^, und f_,_f leuchten.

Dieses Merkmal der veränderlichen Bandbreite ist insbesondere für mit der Stimmausbildung beginnende Schüler vorteilhaft, die erfahrungsgemäß noch Schwierigkeiten damit haben, verschiedene Töne genau (richtig) zu erzeugen. Wenn man die Bandbreite groß einstellt, dann kann der Schüler auch bei einem nicht sehr genau gesungenen ■Ton feststellen, daß er den Ton zwar nicht getroffen hat,

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aber ihm sehr nahe ist; der Schüler kann auch leicht erkennen,, daij er höher'oder niedriger ansetzen muß, um den richtigen Ton zu erreichen. Wenn die Erfahrung des Schülers wächst, dann kann man die Bandbreite kleiner machen, indem man die Verstärkung des im Sättigungsbereich arbeitenden Verstärkers verringert, so daß das System ihm unverzüglich zeigt, ob er richtig angesetzt hat oder nahe dem richtigen Ton angesetzt hat. Durch die Verwendung des im Sättigungsbereich arbeitenden Verstärkers und der Bandbreitensteuerung ist die Arbeitsweise der Lampen vollständig 'von der Frequenz abhängig, ,mit der in das Mikrofon gesungen oder gespielt wird, nicht aber wie laut der Schüler singt oder spielt. Die Bandbreitensteuerung kann so eingestellt werden, dai3 zwei Lichter a\ifleuchten, .wenn der Student eine Note singt oder spielt, die auf dem halben (Frequenz) Weg tischen 'den Frequenzen liegt, die von den beiden Lampen dargestellt werden. Man kann durch Verringern des Verstärkungsgrades des Sättigungsverstärkers auch erreichen, daß keine der beiden Lampen aufleuchtet, bis der Schüler einen Ton erzeugt hat, der nahe dem Ton ist, den die leuchtende Lampe repräsentiert. Diese Möglichkeiten zwingen den Schüler dazu, ein genaues Singen oder Spielen der Töne zu erlernen; wenn er in beiden Richtungen weit von der Sollfrequenz entfernt ist, leuchtet gar keine Lampe auf. ■

Fig. 7 zeigt eine typische Schaltung für die Filter, die in Fig.l ohne Schaltungseinheiten dargestellt und mit dem Bezugszeichen ^o versehen sind. Ks handelt sich dabei um diejenigen Filter, die mit den Frequenzen von etwas mehr als einer Oktave bezeichnet sind, welche in der Musikschrift mit fünf Nötenlinien und dem Violinschlüssel in der genial Fig. "4 vorzunehmenden Einordnung zu finden sind. Es wurde bereits weiter oben auf eine-Vorveröffentlichung hingewiesen., der -Anregungen für die Auslegung

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der Filter zu entnehmen sind. Pig. "f zeigt eine solche Filteranordnung. Fig.7 zeigt innerhalb des strichpunktierten Rechtecks yo Schal tungseinz.elheitenjeines solchen Filters ;>o, von denen vierzehn in Fig.l angedeutet sind. Die Eingänge aller Filter j5o können direkt gemä:?) Fig.5 an die Schaltungsteile am Ausgang des Säctigungsverstärkers 22 geschaltet werden, oder über den Schalter 2o in Fig.l. Gemäß B'ig'.Y ist am Eingang eines solchen Filters zunächst einmal ein Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen ISo und 152 vorgesehen. Vom gemeinsamen Punkt der Widerstände werden die Ausgangssignale des die Bandbreite steuernden Transistors l>'l (s. Fig.5) über einen Kondensator I^ 4 an den Eingang eines Audioverstärkers 156 gegeben. Der Ausgang jedes Filters liegt an einem Treiberkreis für die jeweilige Lampe; auf den Lampentreiber wurde unter Hinweis auf Fig.3 schon -hingewiesen.

Es bestehen zwei Rückkopplungspfade vom Ausgang des Filters j5° ^an den Eingang zurück: Einer dieser Rückkopplungspfade enthält nur Ohm'sche Widerstände und geht unmittelbar an den Eingang des Verstärkers 156zurück; der andere Rückkopplungspfad ist rein kapazitiv und wird vor dem Kondensator 1S4 an den Eingang des Verstärkers ISO gelegt, nämlich an dem gemeinsamen Punkt dieses Kondensators mit dem Mittelpunkt des zur Dämpfung des Signals dienenden Spannungsteilers aus den Widerständen ISo und 152. In dem kapazitiven Rückkopplungszweig liegt ein Kondensator 158; im rein Ohm¹sehen Rückkopplungszweig liegt ein veränderlicher Widerstand l6o mit einem festen Widerstand 102 in Reihen. Bei Anwendung der in Fig.7 angedeuteten Schaltungseinzelheiten können Filter mit einem hochwertigen Wert für Q (ist eingangs erläutert) in kompakter Form wirtschaftlich günstig hergestellt werden, die außerdem einzeln auf die Töne der chromatischen Tonleiter ansprechen.

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Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes mit Filtern entsprechend Fig.7 haben die Filter einen Q-Wert von etwa 35.

Fig.7 zeigt außerdem schematisch eine Schaltung zur visu-, eilen Anz-eige eines durch irgendein Filter gehenden Tones mittels eines Meßgerätes in Prozenten von der Nominaloder Spitzenfrequenz des Filters, wenn eine solche Deviation vorliegt. Dabei wird folgendes Prinzip verwendet: Wenn das Filter genau die Frequenz durchläßt,- auf welche es gestimmt ist, dann hat die Ausgangswelle des Filters gegenüber der Eingangswelle eine Phasenverschiebung von l8o Grad. Wenn diese Phasenverschiebung kleiner ist als l8o Grad, dann ist der vom Filter durchgelassene Ton bezüglich der Spitzenfrequenz erniedrigt und wenn die Phasendifferenz größer als l8o Grad ist, dann ist der vom Filter durchgelassene Ton relativ zur Spitzenfrequenz des Filters erhöht.

Es ist ein Phasendetektor vorgesehen, um ein Meßgerät zu steuern, das seinerseits die Abweichung des Tones von seiner Entsprechung der Spitzenfrequenz des Filters anzeigt. Wie Fig.7 darstellt, wird zusätzlich zum Ausgang zum jeweiligen Lampentreiber von 3^e.dem Filter ein weiterer Ausgang abgenommen, der an einen von drei Leitern TfQ bzw. 172 bzw. 174 gelegt ist. Bei Fortschreiten an den Filtern im Sinne einer diatonischen oder chromatischen Tonleiter sind die Filter reihum, oder in sich wiederholender Reihenfolge an diese drei Leiter derart gelegt, daß nebeneinander liegende"Filter im Frequenzspektrum nicht an die.selbe Ausgangsleitung gelegt sein können.

Die Leiter I70,. 172.und 174 liegen an den Eingängen von entsprechenden Verstärkern 176, 173 und I80 und die Aus-

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gänge dieser Verstärker führen parallel in einen Verstärker 182. Der Ausgang des Verstärkers 182 liegt am triggernden Eingang eines bistabilen flip-flops 186. Die Eingangsschiene für alle Filter ist mittels eines Leiters 188 an den triggernden Eingang eines bistabilen flipflops 190 gelegt.

Jedes der beiden flip-flops 186 und I90 schaltet zwischen seinen beiden Zuständen hin und her, wenn am Eingang gleichsinnige Größen liegen. Damit arbeitet es als Frequenzteiler. Die Ausgänge der beiden flip-flops I86 und 19© liegen an einem ausschlxeßenden ODER-Tor 192, welches seinerseits aus vier NAND-Toren I94 besteht. Hinsichtlich des ODER-Tores kann gesagt werden, daß dann, wenn die Eingänge am Tor 192, d.h. die Ausgänge von den flip-flops 186 und I90, gleich sind, und zwar entweder eine binäre Null oder eine binäre Eins, dann ist der Ausgang der Torschaltung eine binäre Null. Wenn aber einer der Eingänge an die Torschaltung eine binäre Null und der andere eine- binäre Eins ist, dann ist die Ausgangsgröße der Torschaltung eine binäre Eins.

Der Ausgang der ODER-Schaltung I92 liegt am Punkt zwischen zwei Widerständen 191 und I93, die ihrerseits Teil einer Reihenschaltung zwischen einer EMK und Erde sind. Dieser Reihenkreis umfaßt (auch) einen veränderlichen Widerstand 195 und ein Meßgerät 197* zu welchem ein integrierender Kondensator 199 parallel liegt.

Der veränderliche Widerstand 195 dient als Teil eines Vervielfachers für das Meßgerät 197· Wenn der Ausgang des ODER-Tores in die binäre Null gestellt ist, dann kann der veränderliche Widerstand I95 eingestellt werden, um dadurch das Meßgerät auf eine vorherbestimmte Ablesung einzustellen, z.B. auf einer Skala mit Nullanzeige in der

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Mitte. Wenn ein Ton durch das Filter gelangt, der mit der Spitzeneinstellung des Filters übereinstimmt, wird die Eingangswelle auf das flip-flop I90 aufgeprägt und die Ausgangswelle wird auf das flip-flop I86 aufgeprägt. Wegen der Phasenverschiebung von 18ο Grad zwischen diesen beiden Wellen schaltet der Ausgang des ODER-Tores mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bzw. Frequenz zwischen der binären Null und der binären Eins hin und her. Der Kondensator 199 absorbiert die Spannungsschwankungen am Ausgang des ODER-Tores und das Meßgerät I97 bleibt in einer ständigen Auslenkung. Wenn aber eine Welle mit einer von der Resonanzfrequenz eines der Filter abweichenden Frequenz dieses Filter durchläuft, besteht eine andere Phasenverschiebung zwischen den Wellen an den Eingängen der flip-flops I86 und 190. Diese Phasendifferenz bewirkt dann, daß der Ausgang des ODER-Tores zwischen der binären Null und der binären Eins in ungleichmäßigen Intervallen hin und her springt, wodurch das Meßgerät I97 aus seiner Gleichgewichtsstellung abgelenkt wird.'Man kann nun das Meßgerät bzw. dessen Skala in Prozent-Phasendifferenz zwischen der Eingans- und Ausgangswelle des Filters eichen, wodurch man dann eine Prozentanzeige der Abweichung des Tones von der Resonanzfrequenz des Filters hat. Die beschriebene Anzeigeeinrichtung zeigt bereits sehr kleine Prozentabweichungen der Frequenzen der Töne an und läßt damit den Schüler und Benutzer des Gerätes auch solche Abweichungen vom Soll erkennen, die nicht von der dem jeweiligen Filter zugeordneten Lampe angezeigt !herden.

Mittels eines Schalters 189 können Rückstellkontakte für die flip-flops I86 ußfl 190 an Erde gelegt werden; den Schalter kann man kurzzeitig schließen, um die beiden flip-flops in gleiche Ausgangszustände zu stellen. Mittels eines Schalters 187 kann man die Eingänge an das

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ODER-Tor 192 an ein Rückstellpotential anschließen, um auch diese beiden Eingangsgrößen in denselben Zustand zu stellen. Die Schalter I87 und I89 können gekoppelt werden, und so praktisch einen Zweipol-Doppelschalter bilden.

Fig.7 zeigt oben, daß der auf die höchste Frequenz gestimmte Filter J>o zwischen seinem Ausgang und dem zugeordneten Verstärker 176, 178 oder I80 zwei in Reihe liegende Widerstände I63 und 164 aufweist, und daß zwischen dem Punkt zwischen den beiden Widerständen und Erde ein Kondensator I65 liegt. Weiter ist hinzuweisen auf den Widerstand 166, den alle Filter Jo außer den für den höchsten bzw. für den niedrigsten Ton gestimmten aufweisen. Diese jeweiligen Widerstände 166 liegen zwischen dem Ausgang des eigentlichen Filters an den nachfolgenden Treiber ;52 und dem jeweils zugeordneten Verstärker 176, 178 oder 180. Dasjenige Filter Jo, welches für die niedrigste Frequenz gestimmt ist, weist vor dem zugeordneten Verstärker - hier I80 - eine Parallelschaltung bestehend aus einem Widerstand I67 und einem Kondensator 168 auf. Der Kondensator 165 kompensiert zusammen mit dem Widerstand 175 das Fehlen von. Filtern, die auf noch höhere Frequenzen gestimmt sind, während der Kondensator 168 mit dem Widerstand I67 das Fehlen von solchen Filtern kompensiert, die eine noch niedrigere Stimmung haben. Die Filter zwischen den für den höchsten und den niedrigsten Ton gestimmten Filtern benötigen eine solche Kompensation nicht.

Das beschriebene Gerät zur Identifizierung von Tönen kann in vielfacher Weise für Unterrichtszwecke verwendet werden. Der einfachste Einsatz besteht darin, daß ein Schüler in ein Mkrofon singt oder das Spiel eines Musikinstrumentes aufnimmt, und dann die Lampen beim Er-

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klingen der Töne beobachtet. Im Falle eines Musikinstrumentes lernt der Schüler die Bedienung des Musikinstrumentes und erfaßt zusätzlich durch Beobachtung der Lampen, ob er tatsächlich die richtigen Töne erzeugt hat. Bei der Unterrichtung eines Sängers kommt es darauf an, zu lernen, durch Anhören der eigenen Stimme Noten zu erzeugen, die denen der Tonleiter entsprechen. In Jedem Falle umfaßt das Üben auch das visuelle Lesen von Musik bei der Erzeugung von Tönen, die den entsprechenden Notenzeichen entsprechen.

Die Erfindung umfaßt weiterhin ein System zur zusätzlichen Verwendung von Hilfsmaterial, einschließlich Lehrmaterials einem Tonbandgerät, das zumindest bespielte Tonbänder wiedergeben kann, und außerdem einem Säz von Kopfhörern. Fig.8 zeigt eine schematische Schaltung zur · Zuschaltung der zusätzlichen Baugruppen zu dem Tonidentifizierungsgerät. Gemäß Fig.8 ist die Mikrofonbuchse loo, die auch in Fig„5 auf der Schautafel erscheint, über einen Leiter 2oo an den Eingang des Verstärkers 2o2 gelegt. Der Ausgang der Verstärkerstufe 2o2 liegt über einem als Lautstärkeregler dienenden veränderlichen Widerstand 2o4 und einen Widerstand 2οβ an einer weiteren Verstärkerstufe 2o8. Der Ausgang der Verstärkerstufe 2o8 wird von den Transistoren 2Io und 212 verstärkt. Der Ausgang des Transistors 212 liegt an einer Buchse 214, in welche zwei Kopfhörer eingestöpselt werden können. Der Sinn, zwei Kopfhörer verwenden zu können, ist der, daß der Schüler den von ihm erzeugten Ton durch die Kopfhörer und nicht so sehr auf direktem Wege hören soll. Da die Buchse loö am Eingang des Gerätes der Fig.5 liegt, stellt das Identifizierungsgerät dem Studenten den von ihm erzeugten Ton sichtbar dar und identifiziert ihn.

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Um auf einem Tonband vorliegendes Unterrichtsmaterial verwenden zu können, kann ein Tonbandgerät an der Buchse 22o angeschlossen werden. Es kann sich dabei um ein Gerät handeln, das mit abnehmbaren Bandrollen arbeitet, oder auch um ein mit Kasetten arbeitendes Gerät. Weiter kann es sich um ein solches Tonbandgerät handeln, das nur wiedergibt, wie auch um ein Gerät, das sowohl aufnehmen als auch wiedergeben kann. Die Buchse 22o liegt am Eingang einer Verstärkerstufe 222 und der Ausgang dieser Stufe liegt an einem veränderlichen Widerstand 224, der als Lautstärkeregelung dient. Die Lautstärkeregelung 224 ist über einen Widerstand 226 an den Eingang einer Verstärkerstufe 2o8 parallel zum Mikrofonpfad gelegt, wodurch der Schüler die auf dem Band enthaltenden Lehranweisungen im Kopfhörer hört. Diese Anweisungen können gesprochene Anweisungen sein oder auch vorgespielte Töne, die der Schüler nachmachen soll. Das Tonband kann geeignete stumme Intervalle aufweisen, während welcher der Schüler auf die Instruktionen antwortet, indem er in das Mikrofon singt, oder eine andere vorgeschriebene Tätigkeit ausführt.- Es kann auch vorgesehen sein, daß dem Schüler gedrucktes Lehrmaterial vorliegt, während er auf die aufgezeichneten Instruktionen hört und nach Anweisungen des Bandes vorgeht. Das gedruckte Lehrmaterial kann dann z.B. wiederum schaubildliches Material, wie Notenlinien enthalten, auf denen die zu singenden Noten erscheinen.

Eine weitere Möglichkeit des Arbeitens mit der beschriebenen Anordnung besteht in der Zuschaltung eines Tonbandgerätes, welches zu Stereowiedergaben geeignet ist und demnach zwei Tonspuren parallel wiedergibt, deren eine Instruktionen und Töne für den Schüler enthält, der sie durch den Kopfhörer'hört. Der andere "Kanal" des Stereo- . Tonbandes enthält dann in Tönen gefaßtes Material zur

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Einprägung in den Eingang des Identifizierungsgerätes. Der Aufzeichnungsinhalt dieser letzteren Spur kann über die Buchse Io2 der Fig.5 eingegeben werden, die als wahlweise verwendbarer Eingang an den Rampenvorverstärker arbeitet.

Unter gewissen Umständen kann es erforderlich sein, eine ganze Unterrichtsperiode aufzuzeichnen, einschließlich aller Instruktionen an den Schüler und aller Antworten darauf: Zu diesem Zweck führt parallel vom Ausgang zum Transistor 21o eine Verbindung zu einer Lautstärkeregelung 23o von der Verstärkerstufe 2o8 aus. Die Lautstärkeregelung geht an eine Buchse 232, und über diese Buchse kann ein Tonbandgerät mit Spulen oder in Kasettenbauart angeschlossen werden, welches während der Unterrichtsr. stunde läuft und dieselbe ganz aufzeichnet, so daß der Schüler ggfs. später mehrfach seine eigenen Äußerungen in der Unterrichtsstunde hören und überprüfen kann. Das System nach Fig.8 mit Tonidentifizierungsgerät und Zusatzgeräten einschließlich Kopfhörern und Tonbandgerät kann auch für die Sprach-Analyse und für die Behebung von Sprachfehlern verwendet werden, ebenso wie für gesungene oder auf einem Musikinstrument gespielte Töne. Es kann zur Diagnostizierung⁷ von Stimmfehlern verwendet werden und außerdem zur Feststellung von Stimmlagenbereichen und der Intensität der Stimme in bestimmten Tonhöhen, um diese Parameter der Stimme ggfs. zu korrigieren. Man kann das Gerät dazu verwenden, asymmetrisch hörende Menschen zu behandeln, es kann dazu dienen, den vollen Tonhöhenbereich zu entwickeln und ferner dazu, Intonierungs-Muster zu lernen. Weiter ist das Gerät neben seiner Einsatzmöglichkeit in einer Therapie dazu verwendbar, das öffentliche Sprechen zu lernen; es dient ggfs. Schauspielern dazu, unangenehme Sprachangewohnheiten zu erkennen

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und zu korrigieren. Da aufgrund der oben erläuterten Einschaltung des Rampenvorverstärkers nur fundamentale Töne oder Grundtöne der Sprache durch den Lampensatz angezeigt werden, kann das Gerät auch dazu verwendet werden, die Sprache tonhöhenmäßig oder tonlagenmäßig in gewünschte Bereiche des Schallspektrums zu verschieben. Bei der Verwendung des ganzen Systems für therapeutische Zwecke können die Tonbänder, die dem Patienten zu Übungszwecken vorgespielt werden, diejenigen Töne und Worte enthalten, die der Patient imitieren soll, wodurch er in die Lage versetzt wird, Sprachschwierigkeiten zu überwinden.

Erkennbar kann man das Gerät mit austauschbaren Schautafeln verwenden, deren jede auf besondere Anforderungen zugeschnittene Informationen hinsichtlich der Tonidentifizierungen gibt. Ebenfalls kann das Gerät selbstverständlich mehr als eine Oktave oder Bruchteilen von Oktaven umfassen; natürlich kann das Gerät in dem Fachmann offensichtlicher Weise dafür eingestellt werden, Töne zu erkennen bzw. zu identifizieren, die nicht in der diatonischen oder der chromatischen Tonleiter zu finden sind. So kann z.B. das Gerät mit sechs Filtern arbeiten, die auf die Frequenzen der Gitarrensaiten gestimmt sind, wobei entsprechend nachgeschaltete Lampentreiber und Lampen vorgesehen sind. Ein solches Gerät dient dann offensichtlich nur dazu, Gitarren zu stimmen. Solch ein Gerät kann ggfs. zusätzlich Filter aufweisen, die auf die Frequenzen der Saiten aller Streichinstrumente gestimmt sind. Selbstverständlich kann weiterhin ein so großer Bereich von Tonkanälen im Gerät vorgesehen sein, daß man auch elektronische Instrumente, z.B. elektronische Orgeln damit stimmen kann.

Wenn man beispielsweise die Saiten elektrischer Gitarren

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oder die Tongeneratoren einer elektrischen Orgel stimmen will, dann kann es manchmal zweckmäßig sein, eine unmittelbare Verbindung zwischen der Ausgangsschaltung des elektronischen Instrumentes und den Filtern des Identifizierungsgerätes herzustellen, und nicht über die doppelte Wandlung elektrischer Signale in Schallsignale und Umsetzung der Schallsignale wieder in elektrische Signale, z.B. mittels eines Lautsprechers in das Mikrofon lo. Wie Fig.l erkennen läßt, kann zu diesem Zweck ein Eingangsanschluß 24 vorgesehen sein, um den Ausgang irgendeines elektronischen Musikinstrumentes, einschließlich eines Tonband- oder Plattenspielers anschließen zu können. Dieser weitere Eingang ist über einen Leiter 26 an die Eingänge aller Filter gelegt, entsprechend der Verbindung des Verstärkers 22 an die Filter. ·

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Patent a η s ρ r ü c h e

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Claims (1)

1. -56- 235 U21

   Patentansprü ehe

   \lj Vorrichtung zur visuellen Darstellung bzw. Identifizierung der Frequenz von Schallwellen, mit einem akustisch-elektrischen Wandler, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Filtern (3o) zur Trennung der elektrischen Signale nach Maßgabe der Schallwellen, aus denen die elektrischen Signale durch Wandlung entstanden , und eine optisch ablesbare Anzeigeeinrichtung (42), die von den Filtern (Jo) gesteuert die einzelnen Schallwellen verschiedener Frequenz in-dividuell erkennbar macht.

   2. Vorrichtung nach Anspruch I₃ gekennzeichnet durch einen Signalformungskreis (16) zur Dämpfung aller Harmonischen der Grundtöne entsprechender Signale unter einen vorherbestimmten Pegel durch mit innerhalb des erfaßten .Spektrums mit steigender Frequenz größer werdende Bedämpfung.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschaltung (16) über Schalter (l4,2o) aus dem Signalpfad schaltbar ist, um alle elektrischen Signale innerhalb des ganzen Frequenzbereiches mit im wesentlichen konstanter Amplitude an die Filter (50) legen zu können. -

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bedämpfungsschaltung (l6) und den

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   Filtern ein amplitudenbegrenzender Schaltkreis (22) liegt, welcher die zunehmend gedämpften elektrischen Signale in Signale gleichförmiger Amplitude umsetzt.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (22) ein bei Anliegen eines Signals in den Sättigungszustand übergehender Verstärker ist, dessen Ausgangsgröße eine Rechteckwelle ist, die ihrerseits unabhängig vom Pegel der an der Bedämpfungsschalturig anliegenden elektrischen Signale ist, so fern diese letzteren Signale über einem vorherbestimmten Pegel liegen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter aus Einzelfiltern bestehen, von denen jeder einen Ton der diatonischen Tonleiter durchläßt und die den jeweils darüber und darunter liegenden Noten der Tonleiter entsprechenden Frequenzen sperrt.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter aus vielen Einzelfiltern bestehen, von denen jedes einen Ton der chromatischen, zwölftönigen Tonleiter durchläßt und die darüber und jeweils darunter liegenden Frequenzen sperrt bzw. nicht durchläßt.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung aus einzeln je den Filtern (3o) zugeordneten Lampen (42) bestehen, und einzeln durch die Filter angetastet bzw. anerregt werden, und daß die Lampen (42) in einer bildlichen Darstellung eines Notenliniensystems angeordnet sind, wobei einige Lampen an der üblichen Stelle von Noten auf bzw. zwischen den Notenlirfen angeordnet sind, andere Lam-

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   pen aber verschoben bezüglich der üblichen Positionen der Noten in der Linienanordnung.

   9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an den unüblichen Stellen für Noten angeordneten Lampen die zu den darüber und darunter angeordneten Lampen gehörenden Tonerniedrigungen und Tonerhöhungen darstellen.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Lampen (56) im wesentlichen zwischen den zwei Lampen der ersten Gruppe (54) liegen, die einen Halbton über bzw. unter der Note liegen, die von der zugeordneten zusätzlichen Lampe (56) repräsentiert wird (Fig.4).

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Lampen (54) in. einem fluchtenden Muster über den Notenlinien (5o) dargestellt sind, und daß die zweiten Lampen (56) in klar unterscheidbarer Weise von den Lampen des ersten Satzes angeordnet sind.

   12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Schautafel (5o) im wesentlichen undurchsichtig ist und durchsichtige Fenster-artige Flächen aufweist, hinter denen sich die Lampen befinden, und daß die Fensterflächen (54) für den ersten Satz Lampen (54) ^i*¹ deutlich von den Fenstern für die anderen Lampen (56) unterscheidbares Aussehen haben.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schautafel (50) ggfs. zu-

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   sätzlich zum Notenlinienbild (50) die Tastatur eines Tasteninstrumentes schaubildlich dargestellt ist, und daß die Tasten dieser bildlichen Darstellung mit denjenigen Lampen fluchten, die jeweils dem der Taste zugeordneten Ton entsprechen.

   Ik. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder J, gekennzeichnet durch einen vor die Filter (3o) wahlweise einschaltbaren Frequenzteiler (128), so daß bestimmte Filter und die ihnen zugeordneten Anzeigemittel (Lampen!) zwei je eine Oktave voneinander getrennte Töne darstellen. '

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (128) durch einen Schalter (126) in den Signalpfad wahlweise einschaltbar oder aus dem Pfad ausschaltbar ist.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle zwölf Töne einer chromatischen Tonleiter durch Lampen, die bei Spielen des jeweiligen Tones aufleuchten, dargestellt sind, und daß alle durch Tonerhöhungen oder Tonerniedrigungen entstehenden, zwischen zwei Grundtönen liegende Töne mit den ggfs. beiden akustisch richtigen Bezeichnungen, z.B. as und ,gis, bezeichnet sind, und daß den die erniedrigten und die erhöhten Noten darstellenden Lampen Schalter vorgeschaltet sind, die in einer Stellung bei Erklingen eines erhöhten oder erniedrigten Tones die richtige Lampe aufleuchten lassen, und in der anderen Stellung die Lampe desjenigen nicht erhöhten "bzw. erniedrigten Tones, aus welchem der anliegende Ton durch Erhöhung oder Erniedrigung hervorgegangen ist.

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   17· Vorrichtung nach, einemder Ansprüche 1 bis 16, dadurch, gekennzeiohnet, daß ihr ein hörbare- Signale wiedergebender Datenträger zugeschaltet ist, der beispielsweise die von einem Instrument erzeugten oder von einer Stimme gesprochene oder gesungene Laute aufweist, und daß eine Einrichtung zur Wiedergabe des Trägers vorgesehen ist.

   18. Vorrichtung nach Anspruch YJ, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kopfhörer oder dgl. dazu dient, dem Benutzer der Vorrichtung die wiedergegebenen Töne zu hören, und daß ein Schallübertragungskanal vorgesehen ist, der den Benutzer von ihm erzeugte Schallwellen nach Umwandlung in elektrische Wellen und abermaliger Umwandlung der elektrischen Signale in akustische Signale im Kopfhörer hören läßt, wobei dieser Übertragungskanal den natürlichen Kanal vom Sprechenden zu" seinen Ohren im wesentlichen sperrt.

   19. Vorrichtung nachAnspruch I7, gekennzeichnet durch einen Schallübertragungskanal zwischen der den Aufzeichnungsträger spielenden Vorrichtung und der Einrichtung zur sichtbaren Identifizierung bzw, Darstellung der Frequenz von Tonwellen, wodurch die Signale auf dem Träger optisch darstellbar sind.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger zwei Tonspuren hat und das Abspielgerät zwei Wiedergabekanäle, deren einer Anweisungen und Ton-Identifizierungen nur an die Kopfhörer vermittelt, und deren anderer nur die vom Benutzer erfaßten akustischen Signale .aufzeichnet und diese letzteren Signale ausschließlich an die optische Erkennungseinrichtung abgibt.

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   21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeiohnet, daß jedes einzelne Filter auf eine bestimmte Durchlaßfrequenz abgestimmt ist und eine Anzahl von Ansprechkurven hat, die im wesentlichen symmetrisch zur Mittenfrequenz ausgebildet sind und Maxima haben, die im wesentlichen zum Eingangspegel proportional sind, daß vielter allen Filtern eine Einrichtung (134,138,144) vorgeschaltet ist, welche die den Filtern angelieferten Signale amplitudensteuert, und daß jedem Filter (Jo) ein Verstärker (32) nachgeschaltet ist, der von dem· Ausgang des Filters erregt wird und einen Antastschwellwert relativ nahe den unteren Enden der Ansprechkurven aufweist, so daß jeder Verstärker in einem umso breiteren Frequenzband anspricht, je größer die Amplituden der an dem Filter liegenden Signale ist, und die Amplitudensteuerung bezogen auf den Filter und den Verstärker als Bandbreitensteuerung arbeitet.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Filter auf eine bestimmte Durchlaßfrequenz abgestimmt ist, und' daß den Filtern .eine Meßeinrichtung (197) zugeordnet ist, die bei Ansprechen irgendeines Filters auf eine Frequenz innerhalb seines Durchlaßbereiches den Wert jeder.Abweichung des Signals von der Mittenfrequenz des Filters anzeigt.

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