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Verfahren und Anordnung zur Tonerzeugung mittels Elektronenstrahlen
E, s sind Verfahren bekannt, Töne, insbesondere zum Zwecke elektrischer Musik, durch
umlaufende mechanisch-elektromagnetische, auch mechanisch-elektrische Einrichtungen,
teilweise auch unter Zuhilfenahme optischer Mittel, zu erzeugen, wie magnetische
Tonräder, Lichtsirenen u. dgl. Nachteil solcher mechanischen Einrichtungen sind
die erforderliche hohe mechanische Präzision, der große Materialaufwand, die Notwendigkeit,
die Drehzahl sehr konstant zu halten, die Unmöglichkeit, die Drehzahl schnell zu
wechseln usw. Durch die sehr große Vielzahl solcher mechanischen Einheiten, die
etwa für eine größere lichtelektrische Orgel einzusetzen sind und die eine Menge
sehr empfindlicher Teile, wie Lampen, Optiken .. Photozellen, Relais, enthalten,
wird eine derartige Anlage sehr kostspielig und störungsanfällig. Störquellen sind
z. B. die Funkenübergänge, die von den Motoren und Relais in die Verstärker gelangen.
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Eine wesentlich einfachere und vielseitigere Anordnung wird erfindungsgemäß
erhalten, indem zur Erzeugung der Töne Elektronenstrahlen benutzt werden, welche
in geeigneter Weise hergerichtete Teilungen überstreichen und dabei je nach
der Oberflächeneigenschaft des momentan bestrichenen Flächenteilchens mehr oder
weniger Sekundärelektronen auslösen.. Die dadurch entstehende pulsierende Menge
von Sekundärelektronen wird in einer von den Gebereinrichtungen der Fernseh.-technik
her bekannten Weise einer Auffangelektrode und dem Eingangsgitter eines Verstärkers
-zugeführt, der in üblicher Weise überRegeleinrichtungen, Überblendungsmittel, sofern
mehrere Einheiten benutzt werden, und Kraftverstärker auf Lautsprecher arbeitet.
Die mit der neuen Einrichtung herstellbaren Tonfrequenzen können aber auch ebensogut
zu Meß- und Prüfzwecken aller Art verwendet werden.
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Die Elektron#enstrahlen werden in einer Hochvakuumröhre an einer Kathode
erzeugt und mit bekannten Mitteln elektrischer oder magnetischer Art beschleunigt
und konzen triert. Die Ablenkung erfolgt ebenfalls, wie in den bekannten Braunschen
Röhren, je nach Bedarf auf elektrischem oder magnetischen? Wege, ebenso die
eventuelle Intensitätsregelung der Strahlen. Es ist dabei möglich, auch
mehrere
Strahlenbündel entweder mit Hilfe getrennter Kathoden und Strahlsysteme oder von
derselben Kathode aus mittels geeigneter Ausblendung zu erzeugen.
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Ähnlich wie bei einem Fernsehraster oder einem Qszillographen werden
die Strahlen über die Platte geführt, welche zur Aussendung von Sekundärelektronen
bestimmt ist. Die gewünschten Tonteilungen sind auf diese zweckmäßig auf dem Wege
photographischer Verkleinerung übertragen und derart präpariert, daß die einzelnen
Stellen der Platte je
nach dem ihnen zukommenden Amplitudenwert verschiedene
Sekundäremission aufweisen. Diese Einrichtungen werden nun in folgender Weise fü.r
die Zwecke elektrischer Musikerzeugung verwendet.
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Durch bekannte Mittel, wie sie bei Polarkoordinatenoszillographen
Anwendung finden, insbesondere um go' phasenverschobene Ablenkung in zwei zueinander
senkrechten Achsenrichtungen, die von der gleichen Frequenz gespeist werden, wird
der Elektronenstrahl oder auch eine Mehrzahl von solchen veranlaßt, auf der Platte
in konzentrischen kreisförmigen Bahnen zu laufen. Gleichzeitig sind Ablenkungsmittel
vorgesehen, um die Strahlen in radialer Richtung abzulenken. Durch Anlegen verschiedener
Spannungen all diese'Ablenkeinrichtung ist es somit leicht möglich, die Strahlen
von einer Bahn auf eine andere hinüberspringen zu lassen. Die einzelnen Tonteilungen
sind nun ihrerseits in Form konzentrischer Ringe auf die Sekundäremissionsplatte
aufgebracht, so daß jedem Ringe ein besonderer, Ton zugeordnet ist. Durch fest eingestellte
Spannungsteiler in Verbindung mit Tasten, welche die jeweilige Spannung an dieRadialablenkung
legen, wird erreicht, daß jeder Taste ein bestimmter Ton oder auch eine Mehrzahl
von Tönen, etwa .Akkorde, oder gleiche Töne verschiedener Klangfarbe oder Oktavenfolgen
zugeordnet sind. Bei gleichzeitiger Betätigung verschiedener Töne bei mehreren Strahlen
wird dabei gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, daß die einzelnen Strahlen durch
besondere Mittel, wie z. B. Steuerung an Wehneltzylindern oder besondere Ausblendeelektroden,
einzeln in ihrer Amplitude regelbar sind. Die Schaltmittel für diese letzteren Zwecke
können gruppenweise nach Art von Orgelregistern zusammengefaßt sein. Dementsprechend
soll Anordnung und Gruppierung der Tonteilungen sowie der Tasten nach musikalischen
Gesetzmäßigkeiten, ainzweckmäßigsten ebenfalls in Anlehnung an bekannte Musikinstrumente,
erfolgen. Die absolute Tonhöhe kann bei diesem elektronischenSystem außerordentlich
schnell durch Verändern der Umlaufsfrequenz, was auch zweckmäßig in festen Stufen
vorgenommen wird, verändert verden. Durch diesen Umstand sowie durch die sehr feine
Unterteilbarkeit der Tonaufzeichnungen, Wie aus den bei Fernsehröhren erreichten
Rasterschärfen hervorgeht, stellt somit eine derartige Anordnung ein Musikinstrument
von äußerster Vielseitigkeit dar. Der Tonumfang läßt sich erfindungsgemäß dadurch
Steigern, daß mehrere Anordnungen mit je einer Elektronenstrahlröhre in geeigneten
Vielfachschaltungen und Überblendungseinrichtungen betrieben werden, wobei aber
die Spannungsquellen gemeinsam sein können.
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Das Prinzip einer solchen Anordnung geht aus Abb. i hervor. Darin
ist i das Hochvakuumgefäß, in welchem mittels der Elektroden:2, 3, 4 und
5 ein Elektronenstrahl in bekannter Weise erzeugt und konzentriert wird,
so daß er die Sekundäremissionsplatte 6
in einem feinen Flecke trifft. Die
Intensität des Strahles und damit auch der Sekundäremission kann mit Hilfe des Spannungsteilers
7 am Wehneltzylinder geregelt werden. Die kre,isförmige Bewegung des Stralilflecks
auf der Platte 6 wird im vorliegenden Falle durch zwei senkrecht aufeinanderstehende
Magnetspulen 8 bewirkt, die um go' gegeneinander verschobene sinusförmige
Spannungen der gleichen Frequenz aus dem Generator 9 erhalten. Dabei kann
die Frequenz durch Tasten io beliebig gewählt und geändert werden. Die radiale Auslenkung
wird dem Strahl beim Durchlaufen des Zylinderkondensators erteilt. Diesem werden
über den Spannungsteiler 12 mittels der Tasten 13
die entsprechenden Ablenkspannungen
zugeführt. Die Sekundärelektronen, deren Frequenz durch die jeweils vom Strahl bestrichene
Teilung und die Umlaufgeschwindigkeit desselben gegeben ist, werden von der Elektrode
14 aufgefangen, um am Widerstande 15 eine Wechselspannung zu erzeugen, die im Vorverstärker
16 verstärkt wird. 16, stellt den Vorverstärker einer weiteren nicht mehr gezeichneten
gleichartigen Anordnung dar, 17 eine Einrichtung zum Überblenden und Mischen, 18
den Kraftverstärker mit den Lautsprechern ig.
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Abb. 2 zeigt vergrößert die ringförmige Anordnung der Tonteilungen
auf der Platte 6.
Diese können je nach Bedarf in Amplituden-oder Dichteschrift
oder in einer gemisditen Aufzeichnungsart aufgetragen sein und ebensowohl vollkommen
reine Töne wie Instrutnententöne mit ihren Obertönen und Formanten enthalten. Anstatt
daß, wie in Abb. i der Einfachheit halber gezeichnet, nur ein Strahl benutzt -wird,
können auch, wie schon ausgeführt wurde, mehrere Strahlen gleichzeitig Anwendung
finden. E, ine weitere Möglichkeit hierzu besteht darin, durch eine
radiale
hochfrequente Vorablenkung geeigneter Kurvenform, die wesentlich einer rechtwinkligen
Treppenkurve, also ausgeprägten örtlichen Verweilzeiten entsprechen müßte, auf zeitlichem
Wege den ursprünglichen Elektronenstrahl in mehrere Einzelstrahlen zu zerlegen.
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Gegenüber der kreisförmigen Anordnung von Abb. i und 2 zeigen die
Abb. 3 bis 5 eine Anordnung, die in rechtwinkligen Koordinaten arbeitet.
Es sind vier Kathoden 21 vorgesehen, um vier getrennte Strahlen zu erzeugen, von
welchen in dem Längsschnitt Abb. 3 nur zwei dargestellt sind, ebengo wie
nur zwei von den vier Steuerzylindern 22. 23 und 24 sind gemeinsame Anoden
bzw. Konzentrationsmittel. Die Ablenkung der vier Strahlen erfolgt hier rein elektrostatisch-mittels
der Ablenkplattensysteine 25, 26, 27, 28
und 29. 14 ist wieder die Auffangelektrode
mit dem Kopplungswiderstand 15 zum Verstärker. Die Sekundäremissionsplatte
6a, vergrößert dargestellt in Abb. 5, besitzt diesmal die Tonteilungen in
Form paralleler, hier horizon'taler Bänder. - je nachdem man ein gegenseitiges
Überkreuzen der einzelnen Strahlen zulassen will oder nicht, wird man den Strahlen
gemeinsam die Gesamtfläche oder Teile, hier Viertel, derselben zuerteilen.
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Die Wirkungsweise der Ablenkungen geht aus dem Querschnitt Abb. 4
hervor. Die teilweise gemeinsamen Ablenkplatten bilden für jeden Strahl einen rechteckigen
Ablenkraum. Die Horizontalablenkung erfolgt durch die Platten 25, :26, :25,
welchen aus dem Generator ga eine sägezahnförmige Spannung von ziemlich niedriger
Frequenz zugeführt wird, welche durch Tasten io wieder verändert werden kann, und
welche dazu dient, die Strahlen, in Längsrichtung der Teilungen zu füh-
ren.
Die Auswahl der Teilung, also die Vertikalablenkung, erfolgt getrennt für jeden
Strahl durch die zwei Plattensätze 27, 28, :29, die über die Tastenreihen
13 an beliebige Ab-
griffe eines gemeinsamen Spannungsteilers 1:2 gelegt werden
können.
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Die hier dargestellten Anordnungen geben nur einen kleinen Teil der
Möglichkeiten wieder, die durch die elektronische Abtastung erhalten werden.