DE2750121C2 - Musikinstrumenten-Stimmgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Stimmen von Musikinstrumenten durch Messung der Schwingungszahl oder Halbschwingungszahl eines Tones während einer Referenzzeit, bei der eine von dem Musikinstrument abgeleitete Tonfrequ>:nzspannung zur Verhinderung grundschwingungsfremder Nulldurchgänge durch ein aktives f?C-Filter geleitet wird und einer Kippstufe zugeleitet wird, die die gefilterte Tonfrequenzspannung in eine digitale Impulsfolge umwandelt, die einem Impulszähler mit Dekoder und Ziffernaszeigevorrichtung zugeleitet wird, wobei ein Referenzzeitsignalbildner, gestartet von einem beim Überschreiten einer Mindestamplitude der Tonfrequenzspannung erzeugten Zählerfreigabesignal, durch das der Impulszähler freigegeben wird, und gestoppt nach Abzählen einer Zahl von Referenzimpulsen in einem Referenzimpulszähler, für die Dauer der Referenzzeit ein Signal, das Referenzzeitsignal, abgibt das dem einen Eingang eines Und-Gliedes zugeleitet wird, an dessen anderem Eingang die digitale Impulsfolge anliegt und dessen Ausgangssignal dem Impulszähler zugeführt wird, nach Patent 27 16 910, wobei weiterhin ein Festwertspeicher zur Abspeicherung von Ton-Sollwerten vorgesehen ist.

In der oben angegebenen Patentanmeldung sind nur Musikinstrumenten-Stimmgeräte mit vorzugsweise konstanter Referenzzeit ausführlich beschrieben. Die diesbezüglichen Nachteile dieser Ausführung liegen zum einen darin, daß der Anwender eine Tabelle für die richtigen Schwingungszahlen benötigt, zum anderen, daß der Frequenzbereich der zu messenden Töne nach unten durch die Genauigkeit der Anzeige und nach oben bei Saiteninstrumenten durch die Zeitkonstante des Abklingvorgangs der Tonschwingung begrenzt ist. Außerdem kann bei der oben angegebenen Ausführung nachteilig sein, daß die Anzeige bei kurzen Tönen schnell verschwindet und daß lange Töne abgedämpft werden müssen, bevor sie neu gemessen werden können. Dadurch ist diese Ausführung in erster Linie für Gitarren geeignet.

Eine Meßvorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines gespannten Drahtes aus dem Anwendungsgebiet des Bergbaus ist aus der DE-OS 25 35 340 bekannt. Diese Schrift beschreibt eine Vorrichtung zur wiederholten Anregung von Eigenschwingungen des Drahtes mit nachfolgender Messung einer Bezugszeit. Der Draht wird durch einen Erreger mit automatisch nachstellbarer Frequenz zum Schwingen gebracht. Es wird geprüft, ob eine ausreichende Amplitude der Schwingung vorhanden ist und ob die Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz übereinstimmt. Die Messung der Schwingungszahl erfolgt durch Auszählen der Impulse einer Referenzfrequenzquelle während einer Zeitspanne, in der eine vorgegebene Zahl von Schwingungen ausgezählt wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß das Meßergebnis in absoluter Höhe angezeigt wird, wobei die Genauigkeit der Anzeige mit wachsender Frequenz kleiner wird. Beim Stimmen von Musikinstrumenten müßte deshalb eine Vergleichstabelle mit mindestens etwa 1000 Sollwerten verwendet werden. Auch funktioniert die Vorrichtung nur dann, wenn der Draht hinreichend lange schwingt. Sie ist deshalb zum Stimmen von Musikinstrumenten nur in beschränktem Maße geeignet.

Ein digitales Meßgerät zur schnellen und genauen es Ermittlung von Stimmungsfehlern musikalischer Klänge ist durch eine Veröffentlichung in der Zeitschrift» Acustica«. volume 36, 1976/77, No. 3, bekannt. Diese Veröffentlichung beschreibt eia Meßgerät mit dem die Periodendauer einer Tonschwingung durch Abzählen von Referenzimpulsen konstanter Frequenz bestimmt wird. Das Ergebnis wird mittels eines digitalen Multiplikators mit der Sollfrequenz des zu stimmenden Tones multipliziert Das so gewonnene Produkt wird über einen digitalen Funktionsgeber in den Stimmungsfehler umgewandelt Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß ein sehr genauer und dadurch aufwendiger Multiplikator erforderlich ist Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Sollwerte von wenigstens zwei Oktaven abgespeichert werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der Stimmungsfehler von Tönen eines beliebig großen Frequenzbereiches mit gleicher Genauigkeit gemessen werden können. Die Einrichtung soll wirtschaftlich herzustellen sein, derart, daß eine Multiplizierstufe und ein Funktionsgeber nicht benötigt werden und wenige und einfache Bauelemente und Speicher kleinen Fassungsvermögens verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dabei wird insbesondere gewährleistet, daß die Anzeigedauer und die Beendigung des Meßvorgangs unabhängig von der Eigendämpfung des Tones zu wählen sind, so daß die Vorrichtung bestens zum Stimmen auch von Klavieren geeignet ist.

Bei der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird die Meßzeit, in der die Tonschwingungen gezählt werden, proportional zur Periodendauer der Grundschwingung des zu messenden Tones vorgegeben. Diese Vorgabe erfolgt vorteilhaft in Stufen mit denselben Schaltern, mit denen auch die Filter zum Herausfiltern der Grundschwingung bzw. einer Oberschwingung der Größenordnung 2" des zu messenden Tones eingeschaltet werden. Dadurch ergibt die Messung bei richtiger Stimmung des Instrumentes eine Schwingungszahl, die bei allen Tönen gleich ist, ohne daß ein Multiplikator hierfür erforderlich ist. Sie kann nach Maßgabe ökonomischer Schaltungstechnik oder der Eichung der Anzeige frei gewählt werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß vom digitalen Meßwert der Schwingungszahl bzw. Halbschwingungszahl der gewählte konstante Bezugswert subtrahiert und daß nur die Abweichung unter zusätzlicher Anzeige des Vorzeichens angezeigt wird.

Um einerseits bei sehr kurzen Tönen eine ausreichend lange Anzeigedauer zu bieten, und um andererseits bei langen Tönen von Saiteninstrumenten den Stimmvorgang nicht durch das natürliche Abklingenlassen der Saite aufzuhalten, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine konstante Ablesedauer im Anschluß an den Zählvorgang vorgesehen, derart, daß ein neuer Zählvorgang erst nach Verlöschen der Anzeige eingeleitet werden kann. Für den Fall, daß während der Zähldauer die Schwingung auf Null abklingt, ist vorgesehen, daß die Anzeige sofort verlöscht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand des Blockschaltbildes näher beschrieben. Dieses Blockschaltbild führt auch alle Merkmale des Gegenstandes des Hauptpatents auf; deshalb kann auf deren Diskussion hier verzichtet werden.

Im Beispiel des Blockschaltbildes ist für die Wahl des Filters eine elektronische Umschaltung vorgesehen. Die Schalterstellungen des Oktavwahlschalters 31 und des Tonwahlschalters 28 erzeugen je ein Binärwort Bo und

Bt- Das Binärwort Bo wählt die Oktave, das Binärwort ßrdie relative Höhe des zu stimmenden Tones im Filter 23 an. Sowohl Oktave als auch Ton werden nach Umformung in geeigneten Dekodern 32 und 29 angezeigt.

Im Blockschaltbild ist zur Erzeugung des Schwingungsexistenzsignals Steine nachtriggerbare Verzögerungsstufe 45 vorgesehen, welche denselben Zweck erfüllt wie die Reihenschaltung von Glättung 10 und Kippstufe 11 im Blockschaltbild der Hauptanmeldung, nämlich aus dem periodischen Nulldurchgangssignal S/v ein Dauersignal zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird die Zeitverzögerung in Abhängigkeit vom Oktavwahlschalter 31 gebracht. Das in dem Inverter 9 invertierte Signal wird mit Abklingsignal Saö bezeichnet. Es setzt das Flip-Flop 8 für das Schwingungsdauersignal Sd zurück.

Im Beispiel des Blockschaltbildes ist ein zweistufiger Empfindlichkeits-Wahlschalter E vorgesehen. Dieser beeinflußt zunächst das duale Teilerverhältnis im Teiler 44 hinter der Referenzspannungsquelle. Das duale Teilerverhältnis wird weiterhin mittels eines elektronischen Umschalters in Abhängigkeit vom Oktavwahlschalter 31 vorgegeben, derart, daß pro Oktave die Frequenz des Referenzsignals Sr^verdoppelt wird.

Das Referenzsignal S_Ref gelangt über ein Und-Glied 40, solange das in einem Inverter 39 invertierte Wartesignal + S+ + wanliegt, auf den Referenzimpulszähler 16, an dessen Zwischenausgängen das Referenzzeit-Byte B,Rcf abgegriffen und einem Komparator 41 zugeführt wird. Der Referenzimpulszähler 16 wird vom Freigabesignal S/rfreigegeben.

Der zweite Eingang des Komparators 41 ist das Speicher-Referenzzeit-Byte Bsrci, welches einem Festwertspeicher 42 entnommen wird. Zur Adressierung dieses Speichers wird das in einem Kodewandler 43 kodierte binäre Tonbyte Βτβ,η verwendet. Bei Gleichheit der beiden Bytes ö,R_t.fund BsR_ergibt der Komparator 41 das Zählzeilendsignal S/rab. Es setzt das Flip-Flop 34 für das Wartesignal Sw- Rückgesetzt wird dieses Flip-Flop vom Ausgang Sos (synchronisiertes Schwingungsdauer-') signal) der Synchronisierstufe 13.

Die beiden Signale Sw und Sos werden über ein Und-Glied 35 zum Zählzeitsignal Sz verknüpft. Aus dem Wartesignal Sw wird mittels eines monostabilen Multivibrators 37 das Lesesignal S_L gebildet. Das

ίο Lesesignal Sl wird gemeinsam mit dem Zählzeitsignal Sz über ein Oder-Glied 36 zum Freigabesignal Sf verknüpft. Außerdem gelangt es über einen Inverter 38 zum Und-Glied 3 für das Nulldurchgangssignal S/v.

Der Ausgang dieses Und-Gliedes 3 bildet den Eingang des Impulszählers 26. Die Zwischenausgänge dieses Zählers bilden das Zählbyte Bz. Von ihm wird in einer Subtraktionsstufe 47 der konstante Wert BzRef subtrahiert. Dieser ist von der Stellung des vorzugsweise dual gestuften Empfindlichkeitsschalters E abhängig.

Die Schwingungszahldifferenz Bjz wird einem Absolutwertbildner 48 zugeführt, der sie in Abhängigkeit vom Vorzeichensignal Sv positiv oder negativ zum Ausgang weitergibt. Der Absolutwert Baz abs der Schwingungszahldifferenz wird über einen Dekoder 17 der Ziffernanzeigvorrichtung 18 zugeführt. Die Anzeige wird vom Freigabesignal Sffreigegeben.

Das Vorzeichensignal Sv wird in Abhängigkeit von der Wahl der Empfindlichkeit vom werthöchsten Bit des Impulszählers 26 gebildet Es gelangt über ein Und-Glied 51 zusammen mit dem Lesesignal Sl zur Anzeige 52.

Zusätzlich zur eigentlichen Meßvorrichtung ist noch eine Schwingungsexistenzanzeige vorgesehen. Eine Leuchtdiode 46 leuchtet auf, wenn das Schwingungsexistenzsignal Srvorhanden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Stimmen von Musikinstrumenten durch Messung der Schwingungszahl oder Halbschwingungszahl eines Tones während einer Referenzzeil, bei der eine von dem Musikinstrument abgeleitete Tonfrequenzspannung zur Verhinderung grundschwingungsfremder Nulldurchgänge durch ein aktives ÄC-Filter geleitet wird und einer Kippstufe zugeleitet wird, die die gefilterte Tonfrequenzspannung in eine digitale Impulsfolge um wan- ι ο delt, die einem Impulszähler mit Dekoder und Ziffernanzeigevorrichtung zugeleitet wird, wobei ein Referenzzeitsignalbildner, gestartet von einem beim Überschreiten einer Mindestamplitude der Tonfrequenzspannung erzeugten Zählerfreigabesignal, '⁵ durch das der Impulszähler freigegeben wird, und gestoppt nach Abzählen einer Zahl von Referenzimpulsen ivi einem Referenzimpulszähler, für die Dauer der Referenzzeit ein Signal, das Referenzzeitsignal, abgibt, das dem einen Eingang eines Und-Gliedes zugeleitet wird, an dessen anderem Eingang die digitale Impulsfolge anliegt und dessen Ausgangssignal dem Impulszähler zugeführt wird, nach Patent 27 16 910, wobei weiterhin ein Festwertspeicher zur Abspeicherung von Ton-Sollwerten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzzeitsignalbildner (12) einen Komparator (41) enthält, dessen einer Eingang mit dem Datenausgang (Bsitcd des Festwertspeichers (42) für die Periodendauer-Sollwerte einer Oktave verbunden ist, der über einen Kodewandler (43) von einem Tonwahlschalter (28) adressierbar ist und dessen anderer Eingang vom Ausgang (B₁Rd) des Referenzimpulszählers (16) gebildet wird und daß bei Gleichheit der beiden Eingänge ein Referenzzeitendsignal (SE) abgebbar ist, durch welches das Ende des Referenzzeitsignals ausgelöst wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tonfilter des aktiven RC- Filters (23) nach Maßgabe des zu messenden Tones elektronisch « vom Tonwahlschalter (28) einschaltbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ton wählschalter (28) einzuschaltenden Tonfilter durch einen Oktavwahlschalter (31) auswählbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigebaustein (33) für das Symbol der vorgewählten Oktave vorgesehen ist, welcher über einen Dekoder (32) vom Oktavwahlschalter (31) ansteuerbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer der Referenzfrequenzquelle (14) zugehörenden Kippstufe (27) zur Erzeugung der Referenzimpulse und dem Referenzimpulszähler (16) ein Teiler mit elektronischem Umschalter (44) vorgesehen ist und daß der Umschalter vom Oktavwahlschalter (31) derart ansteuerbar ist, daß die Frequenz des Referenzsignals pro Oktave verdoppelt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Flip-Flop zur Erzeugung eines Schwingungsdauersignals vorgesehen ist, welches beim Überschreiten der Mindestamplitude der Tonfrequenzspannung gestartet wird und welches beim Abklingen des Tones gestoppt wird und wobei eine &5 Synchronisierstufe vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal dieses Flip-Flops und gleichzeitig mit der Flanke eines Referenzimpulses ein synchronisiertes Schwingungsdauersignal zum Starten des Referenzzeitsignalbildners abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Flip-Flop (34) zur Abgabe eines Wartesignals (Sk) vorgesehen ist, welches vom Referenzzeitendsignal (Se) setzbar und vom Ausgangssignal (Sds) der Synchronisierstufe (13) rücksetzbar ist, daß das Wartesignal (Sw) über einen Inverter (39) und ein Und-G'ied (40) gemeinsam mit dem Referenzimpuls (Sred dem Referenzimpulszähler (16) zuführbar ist und daß das Wartesignal (Sw) außerdem in einem Und-Glied (35) mit dem synchronisierten Schwingungsdauersignal (Sds) zum Zählzeitsignal (Sz) verknüpfbar ist, welches ein Maß für die Zeitspanne ist, in der Referenzimpulse gezählt werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei dem aktiven WC-Filter eine Schaltung nachgeschaltet ist, welche ein Nulldurchgangssignal der gefilterten Tonschwingu.ig abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein monostabiler Multivibrator (37) vorgesehen ist, der vom Wartesignal (Sw) ansteuerbar ist und der für eine zum Ablesen der Ziffernanzeige gerade ausreichende Zeit ein Lesesignal (Sl) abgibt, welches über einen Inverter (38) und das Und-Glied (3) gemeinsam mit dem Nulldurchgangssignal (Sn) dem Eingang des Impulszählers (26) zuführbar ist und daß ein Oder-Glied (36) vorgesehen ist, in welchem das Lesesignal (Sl) mit dem Zählzeitsignal (Sz) zum Freigabesignal (S_F) für den Zähler (26) verknüpfbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulszähler (26) eine Subtraktionsstufe (47) nachgeschaltet ist, daß Speicher (49 und 50) für eine oder mehrere Referenzzahlen (B„cf) vorgesehen sind und daß vom Ausgang der Subtraktionssstufe (47) die Differenz (Bdz) zwischen dem Ausgangssignal (Bz) des Impubzählers und der Referenzzahl (B_mr) der Zifferanzeigevorrichtung zugeleitet wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktion ohne Verwendung einer besonderen Subtraktionsstufe erfolgt, indem die Ausgänge des Impulszählers (26) außer dem werthöchsten Bit direkt der nachfolgenden Stufe (48) zuführbar sind, und daß als Voraussetzung hierfür die Referenzzeiten im Festwertspeicher (42) gemäß einer Referenzzeit der Größenordnung 2" gespeichert sind.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das werthöchste Bit des Impulszählers (26) als Vorzeichensignal (Sv) über ein Und-Glied (51), dem noch das Lesesignal (Sl) zuführbar ist, einer Anzeigevorrichtung (52) für das Vorzeichen zuführbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtraktionsstufe (47) ein Absolutwertbildner (48) nachgeschaltet ist, der in Abhängigkeit vom Vorzeichenbit (Sv) aus dem Ausgang (B_dz) der Subtraktionsstufe dessen Absolutwert (Bdzsbs) für die Anzeige bildet.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfindlichkeitswahlschalter (E) vorgesehen ist, der in Stufen im Verhältnis 2 :1 funktioniert und durch den der Teiler (44), die Stelle des werthöchsten Bits (Sv) des Impulszählers (26) und die Referenzzahl (Bzrcf) beeinflußbar sind.