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Taktgeber
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung hörbarer Taktimpulse
vorwählbarer Frequenz.
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Solche Taktimpulsgeber sind beispielsweise in der Musik als sogenannte
Metronome bekannt, die Komponisten, Musikern und Musikschülern als Taktstütze dienen.
Bei einem solchen Metronom treibt ein Federwerk ein Pendel an, das in seiner Länge
verstellbar ist und damit die Möglichkeit gibt, unterschiedliche Taktfrequenzen
einzustellen. Das Pendel erzeugt gut wahrnehmbare Klopfgeräusche, die dem Musizierenden
als Hilfsmittel zum Einhalten eines bestimmten Rhythmus dienen.
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Ein entscheidender Nachteil dieser Metronome ist ihr relativ großes
Gehäuse und die Notwendigkeit einer horizontalen Standfläche, so daß ein solches
Gerät für eine mobile Verwendung nicht geeignet und schlecht transportierbar ist.
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Hinzu kommt, daß nicht nur der Musizierende sondern die gesamte Umgebung
die von dem Metronom erzeugten Rhythmusgeräusche hört, was dazu beiträgt, daß ein
solches Metronom fast nur im Unterrichtsbereich Einsatz findet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Taktgeber der
eingangs genannten Art zu schaffen, der einerseits räumlich sehr klein ist und daher
bessere Voraussetzung für eine ständige Mitnahme schafft und andererseits die Möglichkeit
bietet, wahlweise nur von einer oder einer Gruppe von Personen gehört zu werden,
und keine horizontale Standfläche benötigt.
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Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine gleichstromgespeiste
Reihenschaltung einer Höreinrichtung und eines von einem elektronischen Impuls generator
mit einstellbarer Impulsfrequenz gesteuerten elektronischen Schalters, vorzugsweise
eines Transistors, gelöst. Mit jedem Impuls des Impulsgenerators wird der elektronische
Schalter kurzzeitig geschlossen, der Transistor also leitend, und der dadurch kurzzeitig
hervorgerufene Stromfluß durch die Höreinrichtung erzeugt in der Höreinrichtung
ein Knackgeräusch. Je nachdem ob nun als Höreinrichtung ein bekannter Ohrhörer oder
ein Lautsprecher verwendet wird, kann eine Auswahl des die Taktgeräusche hörenden
Personenkreises getroffen werden.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgang
des sogenannte Rechteckimpulse erzeugenden elektronischen
Impulsgenerators
über einen Differenzierkondensator mit der Basis des Transistors verbunden. Dadurch
entsteht bei Auftreten bzw. bei Abklingen eines jeden Rechteckimpulses am Ausgang
des Impulsgenerators an der Basis des npn-Transistors bzw. eines pnp-Transistors
eine kurze Stromspitze, so daß der Transistor kurzzeitig durchsteuert.
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Während der Impulspause am Ausgang des Impulsgenerators wird der Kondensator
über entsprechende Widerstandskombinationen wieder völlig entladen.
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Eine Verbesserung der Erfindung sieht vor, daß der Transistor mit
der Gleichstromquelle über eine Schaltbuchse verbunden ist, an welche die Höreinrichtung
mittels eines zweipoligen Klinkensteckers anschließbar ist. Dabei ist in vorteilhafter
Weise die Schaltbuchse so ausgebildet, daß mit Einschieben des Klinkensteckers gleichzeitig
auch der Impulsgenerator mit seiner Betriebsspannungsquelle, die mit der die Reihenschaltung
speisenden Gleichstromquelle identisch sein kann, verbunden wird. Dies gestattet,
auf einen gesonderten Schalter zum An- und Abschalten des Impulsgenerators zu verzichten,
so daß der Bedienende weiß, daß mit Ziehen des Klinkensteckers die Vorrichtung völlig
abgeschaltet ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist in den Stromkreis von Transistor
und Höreinrichtung noch ein regelbarer Widerstand eingeschaltet, mit dem die Lautstärke
der beim Durchsteuern des Transistors in der Höreinrichtung entstehenden Knackgeräusche
geregelt werden kann.
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Um den Forderungen nach einer leichten Mobilität des Gerätes voll
Rechnung zu tragen, ist die Gleichstromquelle der Vorrichtung als Batterie ausgebildet.
Damit muß dafür Sorge getragen werden, daß mit Absinken der Batteriespannung infolge
Entladens innerhalb gewisser Spannungsgrenzen der
elektronische
Impulsgenerator seine Impulsfrequenz nicht ändert. Dies wird in üblicher Weise durch
eine Spannungsstabilisierung erreicht. Darüber hinaus muß auch Vorsorge getroffen
werden, daß rechtzeitig erkannt wird, wann die Batteriespannung unter den Stabilisierungsbereich
abgesunken ist und damit die Taktfrequenz des Impulsgenerators und damit des Taktgebers
nicht mehr einwandfrei ist. Dies wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch
eine Einrichtung sichergestellt, die den Ladezustand der Batterie überwacht und
ein Signal abgibt, sobald die Batteriespannung unter einen bestimmten Schwellwert
absinkt.
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Vorteilhafterweise wird als Schwellwert die stabilisierte Betriebsspannung
des Impulsgenerators verwendet.
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Diese Weiterbildung der Erfindung wird dadurch verbessert, daß das
von der Überwachungseinrichtung abgegebene Signal im Ausfall der hörbaren Taktimpulse
besteht, was zweckmäßigerweise dadurch erreicht wird, daß die Oberwachungseinrichtung
aus einem im Stromkreis von Höreinrichtung und Transistor angeordneten weiteren
Transistor besteht, dessen Kollektor-Emitter-Strecke von der Reihenschaltung aus
einer Zenerdiode und einem Widerstand überbrückt ist und desses Basis mit der Anode
der Zenerdiode verbunden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schaltplan des Taktgebers und Fig. 2 eine Batterieentladungsüberwachung
für den Schaltplan nach Fig. 1.
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Der in Fig. 1 dargestellte Taktgeber besteht im wesentlichen aus einer
Höreinrichtung 1, die vorzugsweise als Ohrhörer ausgebildet ist, ebensogut aber
durch einen Lautsprecher realisiert werden kann. Diese Höreinrichtung ist mittels
eines zweipoligen Klinkensteckers 2 in eine Schaltbuchse 3 einsteckbar. Die Schaltbuchse
ist so ausgebildet, daß die Höreinrichtung über den Klinkenstecker einerseits mit
dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle, die als Batterie 4 ausgebildet ist,
verbunden wird und andererseits an eine Reihenschaltung aus einem einstellbaren
Widerstand 5 und einem npn-Transistor 6 angeschlossen wird. Der andere Pol der Batterie
4 und der Emitter des Transistors 6 sind jeweils mit dem Nullpotential verbunden.
Gleichzeitig wird durch das Einschieben des Klinkensteckers ein Schalter 7 geschlossen,
der einen elektronischen Impulsgenerator 8 mit der Batterie 4 verbindet. Der Impulsgenerator
besteht im Ausführungsbeispiel aus einem integrierten (MOS) Schaltkreis 9, der Rechteckimpulse
erzeugt, deren Frequenz durch externe Schaltglieder, nämlich einen Kondensator 10,
einen Widerstand 11 und einen einstellbaren Widerstand 12 bestimmt wird. Durch Zenerdioden
13 wird die von der Batterie 4 über den Schalter 7 abgenommene Versorgungsspannung
für den Impulsgenerator 8 auf einen bestimmten Spannungswert stabilisiert.
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Der Ausgang des elektronischen Impulsgenerators 8 ist über eine Diode
14, einen Integrierkondensator 15 und einen Widerstand 16 an die Basis des Transistors
6 angeschlossen.
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Die beiden Platten des Kondensators 15 sind über je einen Widerstand
17 und 18 an Nullpotential gelegt. Eine dem Widerstand 17 parallel geschaltete Diode
19 dient zum Abblocken der beim Entladen des Kondensators 15 entstehenden negativen
Spannungspsitzen von der Basis des Transistors 6, während die Diode 14 eine Rückladesperre
darstellt und eine
Entladung des Kondensators 15 über den im Low-Zustand
befindlichen Impulsgenerators 8 verhindert.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Taktgebers ist wie folgt:
Mit Einstecken des Klinkensteckers 2 in die Schaltbuchse 3 wird einerseits der Stromkreis
von der Batterie 4 zu der Reihenschaltung von Widerstand 5 und Transistor 6 und
andererseits der Stromkreis von Batterie 4 zu den Zenerdioden 13 geschlossen. Dadurch
wird der Impulsgenerator 8 eingeschaltet, und an seinem Ausgang entstehen Rechteckimpulse
mit einer an dem Widerstand 12 einstellbaren Frequenz. Dieser Widerstand 12 kann
als Schiebewiderstand (Flachbahnregler) ausgebildet sein, der eine Skala trägt,
die mit den üblichen Werten eines herkömmlichen mechanischen Pendelmetronoms versehen
ist.
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Die positiven Rechteckimpulse werden über den Kondensator 15 und den
Widerstand 17 differenziert und der Basis des Transistors 6 über den Widerstand
16 zugeführt. Damit wird zu Beginn eines jeden Rechteckimpulses der Transistor kurzzeitig
leitend. Dieses Leiten des Transistors erzeugt in dem in der Kollektorleitung liegenden
Ohrhörer 1 ein "Knackgeräusch", dessen Lautstärke durch den einstellbaren Widerstand
5 regelbar ist.
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Die Entladung des Kondensators 15 zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Rechteckimpulsen des Taktgenerators erfolgt über die Widerstände 17 und 18. Die
mit den Zenerdioden 13 bewirkte Stabilisierung der Versorgungsspannung des Impulsgenerators
8, macht diesen in einem gewissen Spannungsbereich unabhängig von Entladeerscheinungen
der Batterie 4,
so daß die abnehmende Batteriespannung bis zu einem
Wert, der etwa der Durchbruchspannung der in Reihe geschalteten Zenerdioden entspricht,
keinen Einfluß auf die Impulsfrequenz des Impulsgenerators ausübt. Sinkt jedoch
die Spannung stärker ab, so wird sich dieFrequenz des Impulsgenerators mit der Spannungsabnahme
ändern, und ein einwandfreies Arbeiten des Taktgebers ist nicht mehr gewährleistet.
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Um dieses zu verhindern, ist eine Batterieentladungsüberwachungsschaltung
vorgesehen, deren Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei sind in Fig. 2 zum besseren
Verständnis der Transistor 6 mit seinem Basiswiderstand 16 sowie der einstellbare
Widerstand 5 noch einmal dargestellt. In die Reihenschaltung von Widerstand 5 und
Transistor 6 ist ein weiterer npn-Transistor 20 eingeschaltet, dessen Kollektor
mit dem einstellbaren Widerstand 5 und dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors
6 verbunden ist. Emitter und Basis des Transistors 20 sind je über einen Widerstand
21 und 22 mit der Anode einer Zenerdiode 23 verbunden, deren Kathode an dem von
dem Kollektoranschluß abgewandten Ende des Widerstandes 5 angeschlossen ist. Der
übrige Schaltungsaufbau ist identisch mit Fig. 1, so daß auf seine Darstellung verzichtet
wurde. Der in Fig. 2 mit 24 bezeichnete Pfeil ist mit der Schaltbuchse 3 verbunden,
während der in Fig. 2 mit 25 bezeichnete Pfeil an den Kondensator 15 in Fig. 1 anzuschließen
ist.
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Die Wirkungsweise dieser Batterieentladeüberwachung ist wie folgt:
Im Neuzustand der Batterie liegt ihre Klemmenspannung wesentlich über der gewählten
Zenerspannung der Zenerdiode 23.
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Bei dem impulsmäßigen Leiten des Transistors 6 fließt daher ein Zenerstrom
über den Widerstand 21, der einen Spannungsabfall
am Widerstand
21 hervorruft, als dessen Folge ein Basisstrom über den Widerstand 22 fließt, so
daß der Transistor im gleichen Rhythmus leitend wird wie der Transistor 6. Nähert
sich die Klemmenspannung der Batterie der Zenerspannung der Zenerdiode 23, fließt
entsprechend der Zenerdiodenausgangskennlinie ein abnehmender Strom über den Widerstand
21, so daß dessen Spannungsabfall kleiner wird und der Basisstrom über den Widerstand
22 nicht mehr ausreicht, den Transistor 20 durchzusteuern. Der Transistor sperrt
und die Höreinrichtung 1 kann keine Taktgeräusche mehr abgeben. Die Zenerspannung
der Zenerdiode 23 ist so zu wählen, daß die Taktgeräusche der Höreinrichtung bereits
unhörbar sind, bevor die Stabilisierungsspannung der Zenerdiode 13, die die Versorgungsspannung
für den Impulsgenerator darstellt, unterschritten ist.
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Es ist selbstverständlich, daß der vorstehend beschriebene Taktgeber
in seinem Anwendungsbereich nicht auf ein Metronom für musische Zwecke beschränkt
ist. So kann er ebenso günstigen Einsatz beim Tanz- und Rudersport, bei Marsch-oder
Laufdisziplinen finden und auch zur Durchführung von Bewegungstherapie und Gymnastik
auf medizinischem Sektor herangezogen werden.