DE674889C

DE674889C - Band filter for formant circles in electrical musical instruments

Info

Publication number: DE674889C
Application number: DET48412D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Trautwein
Original assignee: FRIEDRICH TRAUTWEIN DR ING
Current assignee: FRIEDRICH TRAUTWEIN DR ING
Priority date: 1936-03-28
Filing date: 1937-03-26
Publication date: 1939-04-24

Description

Bandfilter für Formantkreise in elektrischen Musikinstrumenten Es ist bereits vorgeschlagen worden, musikalische Töne von bestimmter Klangfarbe dadurch zu erzeugen, daß elektrische Schwingungskreise, deren Eigenfrequenzen den Formantfrequenzen der musikalischen Töne entsprechen, durch Stoßerregung zu gedämpften Schwingungen angeregt werden, welche durch Lautsprecher in hörbare Töne umgesetzt werden.Band filter for formant circles in electrical musical instruments Es has already been proposed to create musical tones of a certain timbre to generate that electrical oscillation circuits whose natural frequencies are the formant frequencies the musical tones correspond to dampened vibrations by shock excitation stimulated, which are converted into audible tones by loudspeakers.

Die Erfahrungen mit der Verwendung solcher. Tonerzeuger in elektrischen Musikinstrutnenten'haben gezeigt, daß das starre Festhalten des bzw. der Formanten über einen großen Bereich von Grundtönen verschiedene Nachteile hat. Zunächst ist festzustellen, daß auch bei den meisten akustischen Musikinstrumenten und bei den gesungenen Vokalen die Formanten in engen Grenzen wechseln, wenn sich der Grundton ändert. Die Spieler von Baßinstrumenten z. B. ändern für jede Tonhöhe die Lippenstellung und damit den bzw. die Formanten. Der Sänger richtet bei Vokalen seine Mundstellung so ein, daß mÖglichst Resonanz des Formanten mit einer Harmonischen des Grundtones vorliegt. Es ist übrigens bekannt, daß der physiologische Klangfarbeneindruck durch mäßige Veränderung der F ormantfrequenz nicht beeinträchtigt wird. Vermutlich liegt in einer gewissen Veränderung der Formantfrequenz ein künstlerisches Ausdrucksmittel. Elektrische Musikinstrumente sind also musikalisch unvollkommen, wenn der Formant für den gesamten Grundtonbereich starr festliegt.Experience with using such. Sound generator in electric Musical instruments have shown that the rigid holding of the formant (s) has several disadvantages over a wide range of fundamental tones. First is note that also with most acoustic musical instruments and with the sung vowels change the formants within narrow limits when the keynote changes changes. The players of bass instruments z. B. change the lip position for each pitch and thus the formant (s). With vowels, the singer adjusts his mouth position so that the formant resonates with a harmonic of the fundamental is present. Incidentally, it is known that the physiological impression of timbre moderate change in formant frequency is not affected. Presumably lies an artistic means of expression in a certain change in the formant frequency. So electric musical instruments are musically imperfect if the formant is rigidly fixed for the entire fundamental range.

Der schwerwiegendste Nachteil einer starr festliegenden Formantfrequenz ist das Auftreten von Wölfen, d. h. großen Lautstärkeunterschieden bei Änderung des Grundtones, die dadurch bedingt sind, daß sich im Falle der Resonanz des Formanten mit einer Harmonischen des Grundtones wesentlich größere Schwingungsamplituden ausbilden als außerhalb solcher Resonanzen.The most serious disadvantage of a rigidly fixed formant frequency is the appearance of wolves, d. H. large differences in volume when changing of the fundamental, which are conditioned by the fact that in the case of the resonance of the formant with a harmonic the fundamental tone has significantly larger oscillation amplitudes train as outside of such resonances.

Man hat daher schon vorgeschlagen, auch bei elektrischen Musikinstrumenten, die Veränderung des Formanten mit der Tonhöhe dem Spieler zuzuweisen. Dies bedeutet aber eine Belastung des Spielers durch eine mechanische Tätigkeit und entspricht nicht fortschrittlichen Grundsätzen des Musikinstrumentenbaues, nach welchen der Spieler durch das Instrument von mechanischen Hemmungen befreit werden soll, damit er seine ganze Konzentration auf das künstlerische Spiel verwenden kann. Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, die Formantfrequenz zugleich mit der Tonhöhe, aber nach einem anderen Maßstab selbsttätig zu verändern, z. B. dadurch, daß zugleich mit dein die Tonhöhe steuernden Vorgang ein Gleichstrom geschaltet wird, welcher die Vormagnetisierung des Eisens in der Induktivität des Formantkreises verändert. Eine solche stetige Änderung der Formantfrequenz kann aber den gewünschten Erfolg nur in einem beschränkten Tonhöhenbereich erzielen, da bei stetiger Veränderung von Grundton und Formant notwendigerweise eine Gberschneidung eintreten muß, an der der Wolf entsteht. Wollte man, wie naheliegend, die Formantfrequenz unstetig mit der Tonhöhe selbst verändern, so würden unerwünschte Folgen eintreten, wie die dann nicht mehr unerhebliche Schwankung der Klangfarbe oder eine störende Trennung des Toneindrucks bei einem kontinuierlichen Glissando über die Unstetigkeitsstelle. Eine solche Automatik wäre außerdem ziemlich kompliziert.It has therefore already been suggested that even with electrical musical instruments, to assign the change of the formant with the pitch to the player. this means but a load on the player by a mechanical activity and corresponds not progressive principles of musical instrument making, according to which the The aim of the instrument is to free the player from mechanical inhibitions he can devote all his concentration to the artistic game. It is therefore it has already been suggested to use the formant frequency at the same time as the pitch, but to change automatically according to a different standard, z. B. by the fact that at the same time with the process that controls the pitch, a direct current is switched, which the bias of the iron changes in the inductance of the formant circuit. Such a constant change in the formant frequency can, however, have the desired effect can only be achieved in a limited range of pitches, because of constant change There must necessarily be an overlap between the fundamental and the formant which the wolf arises. If you wanted, as is obvious, the formant frequency to be discontinuous change with the pitch itself, undesirable consequences like that would occur then no longer insignificant fluctuations in the timbre or a disruptive separation the tone impression with a continuous glissando over the point of discontinuity. Such an automatic would also be quite complicated.

Alle die bisher genannten Verfahren beschränken sich darauf, der Resonanz zwischen Formantfrequenz und einer Harmonischen des Grundtones auszuweichen. Neuere Ergebnisse der Klangforschung weisen aber darauf hin, daß auch ein Unterschied in der Tonqualität vorliegt zwischen demResonanz-und (lern Nichtresonanzfall. Der Reiz des Hornklanges scheint zum Teil darauf zu beruhen, daß der Formant so wechselt, daß für jede Tonhöhe der Resonanzfall vorliegt. Daraus erklärt sich auch das bekannte Umschlagen des Horntones in verschiedene Lagen. Bei den Doppelrohrblattinstrumenten (Oboe, englisch Horn, Fagott) scheint der Nichtresonanzfall vorzuliegen, und der Spieler umgeht die Wolfstellen durch Bemessung des Munddruckes. Ein elektrisches Musikinstrument, welches nur für eine Gruppe von Tonqualitäten geeignet ist, würde die Aufgabe universaler Klangfarbenmöglichkeiten nicht erfüllen. Eine Automatik, welche für jede Tonhöhe bei kontinuierlicher Glissandomöglichkeit den Resonanzfall herstellen soll, wäre offenbar noch komplizierter als eine solche für den N ichtresonanzfall.All the procedures mentioned so far are limited to the response to avoid between formant frequency and a harmonic of the fundamental tone. Newer However, the results of sound research indicate that there is also a difference in the sound quality is present between the resonance and (learn non-resonance case. The stimulus the sound of the horn seems to be due in part to the fact that the formant changes so that there is a case of resonance for every pitch. This also explains the familiar Turning the horn tone into different layers. With the double reed instruments (Oboe, English horn, bassoon) seems to be the case of non-resonance, and the Player bypasses the wolf spots by measuring the mouth pressure. An electric one Musical instrument which is only suitable for a group of tonal qualities would do not fulfill the task of universal timbre possibilities. An automatic, which is the case of resonance for each pitch with continuous glissando possibility to produce, would obviously be even more complicated than one for the non-resonance case.

Die vorstehend gekennzeichnete, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Bandfilter als Formantkreise verwendet werden, deren Bandbreite so gewählt ist, daß in dem ganzen in Betracht kommenden Tonhöhenbereich mindestens eine Harmonische des jeweiligen Grundtones in ihr liegt. Es tritt dann stets der Resonanzfall ein, da die in dem Bandbereich liegende harmonische Frequenz zur Formantfrequenz wird. Das Bandfilter wirkt also wie eine Automatik, welche immer den Resonanzfall herstellt. Die Bandbreite muß demnach eine Oktave sein, wenn der in Betracht kommende Tonhöhenbereich bis an die Formantfrequenz reicht. Liegt die Grenze des Tonhöhenbereichs eine Oktave unter der Formantfrequenz, so genügt eine Bandbreite von einer Quinte, bei einem Abstand von einer Duodezime eine Bandbreite von einer Terz usw. Es können auch mehrere Bandfilter verschiedener Abstimmung und Bandbreite vorgesehen sein, wobei Abstimmung und Bandbreite gemäß der vorstehend angegebenen Beinessung so zu wählen sind, daß die Bandbreite eine Oktave beträgt, wenn der Tonhöhenbereich bis an die Formantfrequenz reicht, eine Ouinte, wenn der Tonhöhenbereich eine Oktave unterhalb der betreffenden Formantfrequenz endet. Eine größere Bandbreite als eine Oktave kommt niemals in Betracht, und die Bandbreite wird um so enger, je höher der Formant liegt.The above-identified object on which the invention is based is achieved according to the invention in that band filters are used as formant circles be, the bandwidth is chosen so that in the whole into consideration Pitch range at least one harmonic of the respective fundamental tone lies in it. The case of resonance then always occurs, since the harmonic lying in the band area Frequency becomes formant frequency. The band filter works like an automatic, which always creates the case of resonance. The bandwidth must therefore be one octave if the pitch range in question extends up to the formant frequency. If the limit of the pitch range is one octave below the formant frequency, then A range of a fifth is sufficient, with a distance of a duodecime one Bandwidth of a third, etc. You can also use several band filters with different tuning and bandwidth may be provided, tuning and bandwidth according to the above should be selected so that the bandwidth is one octave, if the pitch range reaches the formant frequency, one ouinte if the The pitch range ends an octave below the relevant formant frequency. One bandwidth greater than an octave is never considered, and the bandwidth becomes narrower the higher the formant is.

Der Vorteil der Bandfilter gegenüber den einfachen Resonanzkreisen liegt auch darin, daß geringere Dämpfungen und dementsprechend längere Hallzeiten der Formanten erreicht werden können. Aus diesem Grunde sind für sehr hohe Formantfrequenzen Bandfilter (nötigenfalls solche mit Dämpfungsreduktion) einfachen Resonanzkreisen auch dann vorzuziehen, wenn die erforderliche Bandbreite nicht größer ist als die eines einfachen Resonanzkreises.The advantage of band filters over simple resonance circuits is also due to the fact that lower attenuation and correspondingly longer reverberation times the formants can be achieved. For this reason, the formant frequencies are very high Band filters (if necessary those with damping reduction) simple resonance circuits Also preferable if the required bandwidth is not greater than that a simple resonance circuit.

Die Abbildung veranschaulicht ein einfaches Bandfilter, das aus zwei gleichartigen Spulen Sp mit Kern Ke und dein Kondensator K gebildet ist. Die vorerwähnten Schaltelemente sind an der Montageplatte PI angeordnet. In dein Aufführungsbeispiel sind die Schaltelemente nicht veränderlich dargestellt.The figure shows a simple band filter that consists of two Similar coils Sp with a core Ke and your capacitor K is formed. The aforementioned Switching elements are arranged on the mounting plate PI. In your performance example the switching elements are not shown as changeable.

Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, auch regelbare Kondensatoren oder Induktivitäten zum Aufbau des Bandfilters gemäß der Erfindung zu benutzen, falls dies die Betriebsbedingungen erfordern sollten, z. B. falls die Bandbreite einstellbar gemacht werden soll.It goes without saying that it is also possible to use adjustable capacitors or to use inductances to construct the band filter according to the invention, if this should be required by the operating conditions, e.g. B. if the bandwidth should be made adjustable.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Formant circle for electrical musical instruments, characterized by a band filter such oscillation characteristics that for each Fundamental tone of the overall pitch range in question has at least one harmonic falls within the range.

2. formant circle according to claim i, characterized by several Band filters of different tuning and bandwidth.

3. Formant circle according to claim i or 2, gekennzeichn @ et by a damping-reducing circuit, z. B. Feedback.