DE634348C

DE634348C - Process for the synthetic generation of tones which belong to a musical tone scale and for the optical representation of the same

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Publication number: DE634348C
Application number: DEW87878D
Authority: DE
Original assignee: FRITZ WINCKEL DIPL ING
Current assignee: FRITZ WINCKEL DIPL ING
Priority date: 1931-12-30
Filing date: 1931-12-30
Publication date: 1936-08-25

Description

Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Tönen, die einer musikalischen Tonskala angehören, und zur optischen Darstellung derselben Die Erfindung betrifft ein -Verfahren, um Töne, die einer musikalischen Tonskala angehören, nach Art der lichtelektrischen Bildabtastung akustisch, und optisch darzustellen.Method for the synthetic generation of tones corresponding to a musical Belong tone scale, and for the visual representation of the same The invention relates a method to generate tones belonging to a musical tone scale according to the type of photoelectric image scanning acoustically and visually.

Es gibt bereits verschiedene Methoden, um auf lichtelektrischem Wege Töne zu erzeugen. Beispielsweise läßt man Schlitzscheiben vor Phonogrammen oder Tonbildern rotieren, wobei ein Lichtstrahl in der Frequenz des zu erzeugenden Tones unterbrochen wird. Man hat auch einfache Lochscheiben nach Art der Lichtsirene angewendet zur Erzeugung von Tönen in einer musikalischen Skala. Bei allen Verfahren belichtet der intermittierende Lichtstrahl eine lichtelektrische Zelle, die über einen Verstärker mit dem Lautsprecher verbunden ist.There are already several methods of photoelectric ways To produce sounds. For example, one leaves slotted disks in front of phonograms or Rotate sound images, with a light beam in the frequency of the sound to be generated is interrupted. Simple perforated disks like the light siren have also been used for generating tones in a musical scale. Exposed in all processes the intermittent beam of light creates a photoelectric cell that has an amplifier connected to the speaker.

Dabei ist Voraussetzung, däß die Frequenz des zu erzeugenden Tones in einem ganzzahligen Verhältnis zur sekundlichen Drehzahl der rotierenden Scheibe steht. Um die Abhängigkeit von der Drehzahl auszuschalten, werden erfindungsgemäß die Lochscheiben nicht nur in einer Koordinate, nämlich in einer konzentrischen Kreisbahn, ausgenutzt, sondern in zwei Koordinaten, also in ihrer ganzen Fläche. Auf einer geschlossenen Kreisbahn wiederholen sich alle Vorgänge von Loch zu Loch der Scheibe periodisch, während beispielsweise auf einer Spirale das untergelegte Phonogramm in radialer Richtung eine veränderliche Aufzeichnung erhalten kann, da jedes Loch der Spirale eine andere Kreisbahn beschreibt. Anstatt der Spirallochscheibe können sämtliche Abtastgesäte, wie sie beim Fernsehen üblich sind, angewendet werden.The prerequisite is that the frequency of the tone to be generated in an integer ratio to the secondary speed of the rotating disk stands. In order to eliminate the dependence on the speed, according to the invention the perforated disks not only in one coordinate, namely in a concentric one Circular path, used, but in two coordinates, i.e. in its entire area. All processes are repeated from hole to hole on a closed circular path the disc periodically, while for example on a spiral the underlying Phonogram can get a variable record in the radial direction because each hole of the spiral describes a different circular path. Instead of the spiral perforated disc all scanning devices, as they are common in television, can be used.

Die Abbildungen zeigen, wie der Erfindungsgedanke verwirklicht werden kann. Abb. z und 2 stellen zwei einfache Tonbilder dar, Abb. 3 zeigt die Herstellung von Dreiecksschwingungen, Abb. 4. und 5 zeigen im Grund- und Seitenriß die prinzipielle Anordnung für ein Musikinstrument.The figures show how the idea of the invention is implemented can. Fig. Z and 2 show two simple sound images, Fig. 3 shows the production of triangular vibrations, Figs. 4 and 5 show the basic and side plan Arrangement for a musical instrument.

Die Tonbilder werden in bekannter Weise durch eine Nipkowscheibe in Zeilen fortlaufend von oben nach unten abgetastet. An den Stellen, wo das Tonbild getönt ist, wird der abtastende Lichtstrahl geschwächt. Enthält das Tonbild einen- vertikalen Strich i, wie in Abb. t, so wird der Lichtstrahl immer in den gleichen Zeitabständen unterbrochen, in jeder Zeile 2 einmal, d. h. jedesmal wenn ein Loch über die Bildfläche gleitet. Sind z. B. 3o Löcher auf der Spirale der Scheibe vorhanden, und macht letztere ro Umdr./sek., so wird der Lichtstrahl 3oX io = 3oornal/sek. unterbrochen, Der lichtelektrische Strom pulsiert also 3oomal, und demgemäß entsteht ein Ton von der Frequenz 3oo Hertz. Ist nun der Strich geneigt, wie in Abb. 2, so erfolgt die Schwächung des Lichtstrahls mit jeder Zeile etwas früher als beim geraden Strich, dadurch steigt die Frequenz, und der entstehende Ton wird höher. Durch die stetige Zunahme des Neigungswinkels des Striches -kann man sämtliche Frequenzen innerha;b einer Oktave darstellen. Die Verdopplung des Striches ruft eine Verdopplung der Frequenz hervor, wodurch die Oktave zu erzeugen ist. Sinngemäß kann man von 2 zu 3, 4. und mehr- Strichen übergehen.The sound images are in a known manner by a Nipkow disk in Lines scanned continuously from top to bottom. In the places where the sound image is tinted, the scanning light beam is weakened. Does the sound image contain vertical line i, as in Fig. t, the light beam is always in the same Interrupted time intervals, 2 once in each line, i.e. H. every time a hole slides across the screen. Are z. B. 3o holes on the spiral of the disc, and if the latter makes ro rev / sec., the light beam is 3oX io = 3oornal / sec. interrupted, the photoelectric current pulsates 3oom times, and accordingly arises a tone with a frequency of 3oo Hertz. If the line is now inclined, as in Fig. 2, then so the weakening of the light beam occurs a little earlier with each line than with the straight line Line, this increases the frequency and the resulting tone becomes higher. Through the steady increase in the angle of inclination of the line - you can use all frequencies represent within an octave. The doubling of the stroke calls a doubling the frequency emerges, thereby creating the octave is. Analogous you can go from 2 to 3, 4th and more lines.

Auch die Klangfarbe ist bereits während der Abtastung wesentlich zu beeinflussen. Ein'^ Tonbild in Schwarzweißdarstellung ergi,l@t-:-- für die Helligkeitsverteilung eine Rechte c'@'> kurve 3, wie Abb. 3 für eine herausgezeichnetef Zeile des Tonbildes zeigt. Die Abtastung mit einer Lochgröße, die kleiner ist als die Breite der Schwärzung i, hat eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung über die Lochausdehnung in der Abtastrichtung zur Folge, so daß für die Abtastung die Integralkurve der Rechteckkurve, die Dreieckskurve q., maßgebend ist. Bei einer. Strichverbreiterung wird aus der Dreieckskurve eine Trapezkurve. Die Fourier-Analyse ergibt für die verschiedenen Kurven eine verschiedene Folge und Intensität der Obertöne.The timbre is also during to influence the scanning significantly. A '^ Black and white audio image ergi, l @ t -: - a right c '@'> for the brightness distribution curve 3, as in Fig. 3 for a drawn out f Line of sound image shows. Scanning with a hole size that is smaller than the width of the blackening i results in a uniform distribution of brightness over the size of the hole in the scanning direction, so that the integral curve of the rectangular curve, the triangular curve q., Is decisive for scanning. At a. Line broadening turns the triangular curve into a trapezoidal curve. The Fourier analysis results in a different sequence and intensity of the overtones for the different curves.

Eine weitere Abwandlung der Klangzusammensetzung ist dadurch möglich, daß man anstatt eines runden Loches ein rechteckiges oder anders geformtes Loch wählt. Ferner lassen sich die Schwarzweißaufzeichnungen durch beliebig getönte Aufzeichnungen ersetzen, außerdem die geraden Striche durch gekriimmte und beliebige andere Figuren. Der Charakter einer Klangfarbe wird jedoch wesentlich durch den Formanten, einen Oberton von größerer Amplitude, erzeugt. Will rnän etwa den siebenten Oberton hervorheben, so kann man neben dein Grundstrich sechs schwächere Striche anordnen. Es ist jedoch wenig vorteilhaft, Kurven mit ausgeprägten Formanten bereits im Abtaßtsystem zu erzeugen. Es ist vielmehr günstig, den lichtelektrischen Strom in eine Resonanz- oder Kippschaltung zu führen, wie sie durch andere Verfahren der elektrischen Musik bekanntgeworden sind. Durch solche SclZaltungen können bestimmte Obertöne verstärkt werden.A further modification of the sound composition is possible, that instead of a round hole, a rectangular or other shaped hole chooses. Furthermore, the black and white recordings can be tinted as desired Replace the straight lines with curved and any other figures. The character of a timbre is, however, essentially determined by the formant, one Greater amplitude overtone is generated. I want to emphasize about the seventh overtone, so you can add six weaker lines next to your stem. However, it is It is not very advantageous to add curves with pronounced formants in the drafting system produce. Rather, it is beneficial to convert the photoelectric current into a resonance or toggle switching, as is the case with other methods of electric music have become known. Such switchings can amplify certain overtones will.

Ferner ist die Dämpfung des erzeugten Tones zu berücksichtigen. Für längere Ausklingzeiten ist es zweckmäßig, Lichtklappen in der Bahn des Lichtstrahles anzuordnen, die sich beispielsweise schnell öffnen, aber langsam schließen. Um einen Ton zu erzeugen, werden diese Lichtklappen durch Tasten betätigt. Die Dämpfung kann ferner durch Kondensatoren in der Verstärkerschaltung beeinflußt werden. Auch die Lautstärke kann bereits im Abtastsystem geregelt werden, indem die Intensität der Lichtquelle verändert wird.Furthermore, the attenuation of the generated tone must be taken into account. For longer decay times, it is useful to have light flaps in the path of the light beam to arrange that, for example, open quickly but close slowly. To one To generate sound, these light flaps are operated by buttons. The attenuation can further influenced by capacitors in the amplifier circuit. Also the Volume can already be regulated in the scanning system by adjusting the intensity of the Light source is changed.

Nachdem nun alle Voraussetzungen für die Erzeugung eines Klanges gegeben sind, soll ein Musikinstrument nach der Methode der Lichtstrahlabtastung beschrieben werderi. Abb.,. zeigt für den einfachsten Fall die Zusammenstellung der Tonbilder einer Tonleiter. über dem durchsichtigen kreisringförmigen Tonbildträger 5 rotiert die N ipkowscheibe 6 mit Löchern 7; hinter dem Tonbild ist eine ?#,ntozelle angebracht. Vor jedem Tonbild id Lichtklappen angeordnet, die durch @.sten einer Klaviatur betätigt werden. Die ,Lichtstrahlen io müssen demgemäß die Licht- klappen 9, die Nipkowscheibe 6, die Tonbilder 5 passieren, ehe sie zu den Photozellen 8 gelangen. Der in den Photozellen 8 erzeugte Strom geht durch Leitungen ii über eine Klangfarbenschaltung 12, über den Verstärker 13 zum Lautsprecher 14.. Statt der Lichtklappen können durch die Tasten, auch die Photozellen eingeschaltet werden. Der innere Raum des Tonbildringes 5 kann selbstverständlich durch Anordnung weiterer Tonbilder ausgenutzt werden, wenn die Nipkowscheibe entsprechend weitere Spiralen enthält. Die Abtastung kann ebenso wie im durchfallenden Licht auch mit reflektiertem Licht wie beim Fernsehen erfolgen, die Tonbilder brauchen dann nicht durchsichtig zu sein. Die Tonstärke kann, gleichviel nach welcher Methode sie geregelt wird, durch Pedale eingestellt werden. Anstatt die Oktave unterhalb eines Grundtones durch ein besonderes Tonbild auszubilden, kann man auch in bekannter Weise durch Röhrenschaltungen die Frequenz halbieren. In diesem Fall würden die Tasten zweier Oktaven zu gemeinsamen Tonbildern führen, wobei jedoch durch die Tasten der unteren Oktave etwa eine Virspannung- der Röhrenschaltung eingeschaltet wird. Zur gleichzeitigen Erzeugung von mehreren Klangfarben können mehrere Abtastsysteme nebeneinander angeordnet werden.Now that all the prerequisites for producing a sound have been met, a musical instrument will be described using the light beam scanning method. Fig.,. shows, in the simplest case, the composition of the sound images of a scale. The N ipkow disk 6 with holes 7 rotates above the transparent circular ring-shaped sound image carrier 5; behind the audio there is one ? #, nto cell attached. Before every sound image i d light flaps arranged through @ .st a keyboard can be operated. the , Light rays io must accordingly fold 9, the Nipkow disk 6, the sound images 5 pass before they reach the photocells 8. The current generated in the photocells 8 goes through lines ii via a tone color circuit 12, via the amplifier 13 to the loudspeaker 14 .. Instead of the light flaps, the buttons can also be used to switch on the photocells. The inner space of the tone picture ring 5 can of course be used by arranging further tone pictures if the Nipkow disk contains further spirals accordingly. As with transmitted light, scanning can also be carried out with reflected light, as in television, in which case the sound images do not need to be transparent. Regardless of the method by which it is controlled, the tone intensity can be adjusted using pedals. Instead of creating a special tone pattern for the octave below a fundamental tone, the frequency can also be halved in a known manner using tube circuits. In this case, the keys of two octaves would lead to common sound images, but with the keys of the lower octave about a viral voltage of the tube circuit is switched on. Several scanning systems can be arranged next to one another for the simultaneous generation of several timbres.

Bei der Abtastung ist man durchaus nicht an die Nipkowscheibe gebunden, sondern kann irgendein Abtastorgan, wie es beim Fernsehen üblich ist, verwenden. Besonders geeignet erscheinen die Oszillographen, weil -bei ihnen in einfachster Weise die Abtastgeschwindigkeit geändert werden kann. Durch die veränderliche Gestaltung des Tonbildes sowie der Abtastgeschwindigkeit hat man einen lückenlosen Frequenzbereich zur Verfügung. Zwar ist auch eine Änderung der Tourenzahl des Nipkowscheibenmotors möglich, aber diese Änderung erfolgt nicht genügend trägheitslos. Man ist auch nicht an zeilenförmige Aufzeichnung gebunden, so=idern kann in anderen Kurvenformen aufzeichnen, z. B. in einer Spirale, wie es bei fier Schallplatte und auch beim Fernsehen üblich ist. Dies würde einer Darstellung in Polarkoordinaten entsprechen. Ebenso wie die Abtastsysteme können auch die Tonbilder in verschiedenartigster Weise gestaltet sein. Sie können z. B. um ihre senkrechte Mittellinie gedreht werden, so daß die aufgezeichneten parallelen Striche perspektivisch einen verkürzten Abstand voneinander bekommen, was eine Frequenzänderung zur Folge hat. Ferner kann das Bildfeld seitlich mehr oder weniger abgeblendet sein. Es ist zweckmäßig, wenn eine bewegliche Blende vorhanden ist, damit das zur Abtastung benötigte Bildfeld für den normalen Gebrauch genau ausgeblendet werden kann. Sind die Ränder zu breit, so entstehen Störfrequenzen in der Höhe der Zeilenfrequenz. Zur Sicherheit wird in den lichtelektrischen Stromkreis ein Sperrkreis für die Zeilenfrequenz eingebaut. Damit aber der dieser Frequenz entsprechende Ton nicht aus der Tonskala ausfällt, schließt die zugehörige Taste beim Anschlag den Sperrkreis kurz. Wenn die Tonbilder vor der Nipkowscheibe angeordnet sind, so kann eine Veränderung der Optik im Lichtstrahlengang eine unscharfe oder verzerrte Abbildung der Tonbilder auf der Nipkowscheibe hervorrufen, was einen Einfluß auf die Kurvenform des lichtelektrischen Stromes hat. Schließlich kann das Tonbild ersetzt werden durch die Bewegung von Stäben oder von Fingern, beispielsweise im Strahlengang zwisehen Abtastsystem und Photozelle. Man ist dann frei von einer -Klaviatur, denn die Finger bringen durch ihre Bewegung die verschiedensten Töne hervor. Dabei läßt sich ein individuelles, künstlerisches Spielgestalten.When scanning, one is by no means tied to the Nipkow disk, but can use any scanning device, as is customary in television. The oscilloscopes appear particularly suitable because they are very simple Way the scanning speed can be changed. Due to the changeable design the sound image as well as the scanning speed one has a gapless frequency range to disposal. There is also a change in the number of revolutions of the Nipkow disk motor possible, but this change is not sufficiently inertial. One is not either bound to line-shaped recording, so idern can record in other curve forms, z. B. in a spiral, as is common with fier records and television is. This would correspond to a representation in polar coordinates. Just like that Scanning systems can also design the sound images in the most varied of ways be. You can e.g. B. rotated about its vertical center line so that the recorded parallel lines a shortened perspective Get a distance from each other, which results in a frequency change. Furthermore can the image field can be more or less dimmed to the side. It is useful when a movable diaphragm is provided so that the image field required for scanning is available can be hidden precisely for normal use. If the margins are too wide this creates interference frequencies at the level of the line frequency. For security becomes A blocking circuit for the line frequency is built into the photoelectric circuit. But so that the tone corresponding to this frequency does not drop out of the tone scale, the associated button shorts the lock-out circuit when it stops. When the sound images are arranged in front of the Nipkow disk, a change in the optics in the light beam path cause a blurred or distorted image of the sound images on the Nipkow disk, which has an influence on the waveform of the photoelectric current. In the end can the sound image be replaced by the movement of sticks or fingers, for example in the beam path between the scanning system and the photocell. One is then free of a keyboard, because the movement of the fingers brings the most varied Tones. You can create an individual, artistic game.

Die ganze Anlage soll so ausgebildet sein, daß die Tonbilder einzeln während des Spieles sichtbar werden, da sie die musikalische Wirkung unterstützen. In den Abb. i und 2 sind nur die einfachsten Darstellungen gezeigt worden, in Wirklichkeit ergeben sich für viele Töne symmetrische und schöne Figuren, die (las Auge gerne sieht. Bei Anwendung der Nipkowscheibe ist' die Sie htbarmachung schwierig, dagegen ist sie bei Spiegelabtastorganen gut durchzuführen, da das Tonbild in diesem Falle freiliegt und aus einiger Entfernung durch das Spiegelabtastorgan abgetastet wird, während die Nipkowscheibe das Tonbild wie eine Blende verdeckt. Es ist auch möglich, daß weniger musikalisch eingestellte Menschen oder Taube das Melodienspiel bei abgestelltem Lautsprecher nur nach dem Figurenspiel verfolgen. Um diese Bilder anregender zu gestalten, können sie wechselweise, je nach dem Charakter der Musik, gefärbt oder sogar mit bildhaften Ornamenten durchsetzt sein. Wenn sie gegenüber dem eigentlichen Tonbild zurücktreten,, stören sie bei der Abtastung nicht und sind im Lautsprecher nicht zu hören.The whole system should be designed so that the sound images individually become visible during the game, as they support the musical effect. In Figs. I and 2 only the simplest representations have been shown, in reality symmetrical and beautiful figures result for many tones, which (read the eye like sees. When using the Nipkow disk, it is difficult to heal, on the other hand it can be carried out well with Spiegelabtastorganen, since the sound image in this case exposed and scanned from some distance by the mirror scanner, while the Nipkow disk obscures the sound image like a screen. It is also possible, that less musically minded people or deaf people play the melodies when they are turned off Only follow the loudspeaker after the figure play. To make these images more stimulating too design, they can alternately, depending on the character of the music, colored or even be interspersed with pictorial ornaments. When compared to the real Withdraw the sound image, they do not interfere with the scanning and are in the loudspeaker not listening.

Das geschilderte Musikinstrument gibt die Möglichkeit, Töne in beliebigen Kurvenformen zu erzeugen. Dabei-- läet@ sich das Instrument als Generator für Frequenznormalien verwenden. Grundton und Obertöne können auf dem Tonbildring 5 der Abb. 4 zusammengesetzt werden. Je nach der Stellung der Figur im Tonbild kann die Phase des gewünschten Wechselstromes eingestellt werden.The described musical instrument gives the possibility of making any tones Generate curve shapes. The instrument can be used as a generator for frequency standards use. The fundamental and overtones can be combined on the tone picture ring 5 in Fig. 4 will. Depending on the position of the figure in the sound image, the phase of the desired AC current can be set.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the synthetic production of tones, which belong to a musical tonesala, and for the visual representation of the same, characterized by the photoelectric image scanning of sound images in two coordinates by means of scanning elements rotating at a constant speed.

2. Apparatus for exercising of the method according to claim i, characterized in that a Nipl @ ow disk for scanning is provided, the entire available scanning fields are divided into sound images, and that light flaps are provided for the sound images, which by the keys of a Keyboard controlled and through which the sound images individually or several together be exposed.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that for Extension of the frequency or tone color range, further arrangements according to claim 2 are provided. q .. Device according to claim 2 and 3, characterized in that that in the photoelectric circuit a blocking circuit as a safeguard against periodic Occurring interference frequencies, such as. B. the line frequency is built in when The stop of the button is short-circuited. 5. Arrangement for optical representation according to claims 2 to q. generated frequencies, characterized in that A screen or ground glass serves as a projection screen. 6. Device according to the Claims 2 to 5, characterized in that instead of graphic sound images Kick fingers for human hands or other objects. 7. Device for Exercise of the optical method according to claim i, characterized in that the projecting light beam of the device according to claim i for the purpose of adaptation to the Character of the piece of music to be played is changeable in its colors.