DE692557C - Elektrisches Musikinstrument mit mechanisch-elektrischer Schwingungserzeugung - Google Patents

Elektrisches Musikinstrument mit mechanisch-elektrischer Schwingungserzeugung

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DE692557C
DE692557C DE1933V0029436 DEV0029436D DE692557C DE 692557 C DE692557 C DE 692557C DE 1933V0029436 DE1933V0029436 DE 1933V0029436 DE V0029436 D DEV0029436 D DE V0029436D DE 692557 C DE692557 C DE 692557C
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10HELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H5/00Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators
    • G10H5/02Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators using generation of basic tones
    • G10H5/08Instruments in which the tones are generated by means of electronic generators using generation of basic tones tones generated by heterodyning

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

  • Elektrisches Musikinstrument mit mechanisch- elektrischer Schwingungserzeugung Es sind einstimmige elektrische Musikinstrumente bekannt, bei denen die Musikfrequenz durch Überlagerung zweier über (lern Hörbereich liegender Frequenzen erzeugt werden, E's sind ferner mehrstimmige elektrische Musikinstrumente mit Tonerzeugung nach dem Überlager ungsprinzip bekannt, bei denen ein Röhrengenerator konstanter Frequenz und so viel Röhrengeneratoren verschiedener Frequenz vorgesehen sind, wie Töne erzeugt werden sollen. Diese mehrstimmigen Instrumente erfordern jedoch einen großen Aufwand und besitzen keine absolute Tonkonstanz.iDie vorgenannten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß an Stelle der Röhrengeneratoren zur Erzeugung der verschiedenen Frequenzen Stäbe aus Stahl oder einem piezoelektrischen - Material benutzt werden, die durch eine impulsartig auf sie einwirkende mechanische Kraft in ihrer Eigenfrequenz in Longitudinalschwingungen versetzt werden und durch sie ein elektrostatisches, magnetisches oder elektromagnetisches Feld gesteuert wird. Es-ist jeweils je einer dieser Stäbe einem Ton des Instruments zugeordnet. Diese Anordnung, mit Hilfe einer mechanischen Erregung Hochfrequenzschwingungen auf diese Weise zu erzeugen, hat auch noch den besonderen Vorteil, durch den Tastenanschlag die Amplitude dieser Hochfrequenzen beeinflussen zu können.
  • Die durch die Stäbe erzeugten Schwingungen werden dann mit einem Hochfrequenzgenerator zur Überlagerung gebracht. Die Verwendung mechanischer Schwingungserzeuger ergibt die für ein Musikinstrument notwendige Tonkonstanz. Das Überlagerungsprinzip erteilt diesen tonkonstanten mechanischen Schwingungserzeugern eine. Beweglichkeit in der Frequenz, so daß z. B. Tonhöhenverschiebungen vorgenommen werden können und auch Vibrato gespielt werden kann. Die nachfolgende Beschreibung bringt Ausführungsformen für den Erfindungsgedanken. Es zeigen: Abb. i einen Grundriß zugleich mit Schema einer Ausführungsform der Erfindung, Abb.2 einen teilweisen Querschnitt nach 2-2 der Abb. i, ' Abb.3 einen Querschnitt zugleich mit Schema zur Veranschaulichung einer Abänderung eines Teiles der Ausführungsforin nach Abb. i und 2.
  • Bekanntlich' ist die Grundfrequenz der Längsschwingungen von Stäben und Stangen, deren Querabmessungen im Verhältnis zur Länge gering sind, nur von der Länge und dem Werkstoff abhängig. Bei Stahlstäben ist beispielsweise die Grundfrequenz in Perioden je Sekunde etwa 25o 000 geteilt durch die Länge in Zentimetern. Es ist daher zu erkennen, daß in der Längsrichtung schwingende Stäbe besonders zweckmäßig zur Erzielung von Schwingungen hoher Frequenz sind. Für jede Note des Umfangs des Instruments wird ein Stab verwendet. Die wahlweise hervorzurufenden mechanischen Schwingungen werden in elektrische Schwingungen unigewandelt. Diese Schwingungen werden zum Zusammenwirken mit den Schwingungen eines auf eine konstante Frequenz abgestimmten Schwingungserregers gebracht, während die Differenzfrequenzen aus diesem Zusammenwirken in Töne umgewandelt werden.
  • Als konstante Frequenz wird beispielsweise eine solche von 25 ooo Per./Sek. verwendet. Der Stab für jede '#\?ote wird dann auf eine Länge abgeschliffen, die sich zur Erzeugung einer Frequenz von -25 ooo plus oder minus der Frequenz der betreffenden Note eignet. Wenn auch die Grundfrequenz jedes einzelnen Stabs höher oder niedriger als diejenige des Schwingungserzeugers konstanter Frequenz sein kann, so soll doch in der Folge angenommen werden, daß sie höher ist. Daher können Stahlstäbe zur Erzeugung von Tönen mit 28 bis 5000 Perioden Längen aufweisen, die -zwischen rund ioo und rund 85 mm liegen und Schwingungen von 25 028 bis do ooo Per./Sek. liefern.
  • Abb. i und 2 zeigen mehrere derartige Stäbe i. Sie sind als festgeklemmt in ihrer Mitte an einer verhältnismäßig schweren Grundplatte 2 aus Metall dargestellt, etwa durch eine Leiste 3, die an zahlreichen Stellen zwischen den Stäben auf einer Rippe q. der Grundplatte 2 festgeschraubt ist. Es ist zweckmäßig, daß die Leiste 3- und die Rippe 4. die Stäbe mit einer möglichst geringen Fläche berühren. Das Festklemmen der Stäbe in der Mitte bietet gewisse Vorteile hinsichtlich der- Schwingungscharakteristik der Stäbe, da ein so festgeklemmter Stab immer symmetrisch um diesen Punkt schwingt und daher die Beanspruchung der Unterstützung durch die Schwingungen vermeidet. Die Anforderungen an die Steifigkeit der letzteren sind daher erheblich niedriger. Es soll aber nicht die Erfindung auf derart unterstützte Stäbe beschränkt werden, es soll vielmehr nur auf die Verwendung längs schwingender irgendwie unterstützter Stäbe' ankommen.
  • Zur wahlweisen Betätigung der Schwingungen des Stabs i ist ein Hammer 5 vorgesehen, der das Ende des betreffenden Stabes anschlägt, beispielsweise infolge des \ iederdrückens einer Taste 6 und mittels einer üblichen, nicht dargestellten Klavierineehanik. Ein Dämpfer 7 kann normalerweise auf jedem Stab i aufliegen und von diesem beim Niederdrücken der Taste 6 in der gleichen Weise wie die Dämpfer normaler Flügel abgehoben werden. Ein Stab 8 kann unter allen Dämpferarmen 9 vorbeigehen und dazu eingerichtet sein, alle Dämpfer beim Treten des Pedals io wie bei den üblichen Klavieren anzuheben. Wenn auch das Verfahren des Anschlags mittels Taste zur wahlweisen Erregung gedämpfter Schwingungen der Stäbe zu bevorzugen ist, so soll doch auch das Instrument durch unmittelbaren Anschlag an die Enden der Stäbe ohne Tastenbetätigung gespielt werden können,- auch sollen verschiedene Verfahren ohne Anschlagen verwendbar sein, die gedämpfte oder ungedämpfte Schwingungen erzeugen.
  • Zur Umwandlung der mechanischen Schwingungen der Stäbe in die entsprechenden elektrischen Schwingungen ist ein elektrostatisches Umwandlungssystem gezeigt, das an einem freien Ende des Stabes angeordnet ist. An diesem Ende treten alle in den Schwingungen des Stabes vorhandenen Teilfrequenzen auf. Gegenüber dem hinteren Ende jedes Stabes zeigt Abb. i eine elektrisch leitende Schraube i i in einem leitenden Glied 12 und darin drehbar zwecks Einstellung des Abstandes ihres Kopfes vom Ende des Stabes. Das leitende Glied 12 kann isoliert auf der Grundplatte 2 unter Vermittlung der Isolierung i3 befestigt und elektrisch mit dem Gitter einer Glühkathodenvakuumröhre 14. verbunden sein. Die Kathode der Röhre 14 kann in beliebiger geeigneter Weise gespeist werden, ihr Anodenstrom kann etwa von einer Abzweigstelle 15 einer Batterie oder sonstigen Quelle mit hoher Spannung 16 geliefert werden, während> ihr Gitter eine Vorspannung über einen hohen Widerstand 17 etwa mehr negativ als die Anode in der Weise erhält, daß der Anodenstrom durch den parallel zu einem Kondensator liegenden Widerstand 18 fließt. Die Grundplatte 2 und damit auch die Stäbe i liegen an der positiven Klemme der Batterie oder Quelle 16 an. Eine elektrostatische Abschirmung 5o in Verbindung mit der Grundplatte 2 kann zweckmäßigerweise um die hinteren Teile der Stäbe i, um die Schrauben i i und um 1q. und die ihr unmittelbar benachbarte Apparatur vorgesehen sein.
  • Es ist zu erkennen, daß zwischen jedem Stab i und der zugehörigen Schraube i i eine kleine elektrostatische Kapazität besteht. Die gesamte von diesen parallelen Einzelkapazitäten gebildete Kapazität wird über den Widerstand 17 mit dem Potential der Batterie 16 geladen, doch kann wegen des hohen Wertes des Widerstandes 17 diese ,Ladung nicht schnell wechseln. Daher werden schwingungsmäßige Änderungen dieser Kapazität infolge mechanischer Schwingungen eines der Stäbe i eine entsprechende schwingungsmäßige Änderung der Spannung an der Kapazität hervorrufen. Die am Widerstand 17 auftretende schwingende Spannungskomponente geht somit in die Röhre 14 und erscheint verstärkt an deren Austritt, wie ohne weiteres zu ersehen ist.
  • Wenn auch eine elektrostatische Art der Umwandlung dargestellt ist, so soll die Erfindung doch nicht hierauf beschränkt werden, da längs schwingende Stäbe ohne weiteres mehrere Uiriwandlungsverfahren ermöglichen. Eine kennzeichnende andere Form ist durch den Querschnitt eines Stabes in Abb. 3 veranschaulicht. Hier erscheint ein Stab i und seine Unterstützung wie in Abb. z. Rings um das hintere Ende des Stabes, aber ohne Berührung mit diesem, kann eine Spule i g mit vielen feindrahtigen Windungen und auf der Grundplatte 2 befestigt angeordnet sein. Ein stetiges Feld kann um diese Spule durch eine Batterie oder eine andere Stromquelle 2o erregt sein. Schwingungsmäßige Änderungen dieses Feldes infolge der mechanischen Schwingungen des Stabes erzeugen entsprechende schwingungsmäßige Änderungen - des Stromes in ihrem Stromkreis, die zur Verwendung durch den Transformator 21 verfügbar gemacht werden können. Gegebenenfalls kann die Batterie 2o fortgelassen und das Feld durch permanente Magnetisierung des Stabes i erzielt werden.
  • Viele andere Formen der Ausbildung können erwähnt werden, wie magnetelektrische Schalldosen gegenüber den Enden der Stäbe, piezoelektrische Schalldosen an den Enden der Stäbe oder die Stäbe selbst aus piezoelektrischem Material usw., was bedeutet, daß jede geeignete Umwandlungsar t anwendbar sein soll.
  • Die elektrischen Schwingungen des Umwandlungssystems können einem elektrischen Modulator 22 zugeführt werden, dem gleichzeitig die Schwingung des Schwingungserzeugers fester Frequenz zugeführt werden kann. Dieser Schwingungserzeuger ist in Abb. i mit 23 bezeichnet, er kann jede beliebige Ausbildung (mechanisch oder elektrisch) <rufweisen, mit der Beschränkung, elaß er eine elektrische Schwingung liefert, die die geeignete feste Frequenz und vorzugsweise eine reiche Anzahl höherem Harmonischer aufweist. So kann beispielsweise ein einfacher Valcuumröltrenr üclclcopplungsoszillator oder ein solcher mit Steuerquarz oder einem schwingenden Stahlstab verwendet werden; auch kann gegebenenfalls eine übersteuerte Verstärkungsstufe zur reichlicheren Erzeugung von Harmonischen durch das Oszillatorsystem vorgesehen sein.
  • Der Ausgangskreis des Schwingungserzeugers 23 mit fester Frequenz kann durch eine Reihe von Filtern geregelt bzw. auf die Grundschwingung, zweite, dritte, vierte usw. Teilschwingung abgestimmt werden. Diese Filter sind beispielsweise als in Reihe abgestimmte Kreise dargestellt, die je eine .Induktivitä t 2d., eine Kapazität 2,5 und einen veränderlichen Widerstand 26 enthalten, wobei zu bemerken ist, daß die Reaktanz jedes Filters -auf eine andere Teilfrequenz des Schwingungserzeugers abgestimmt ist. Die Verminderung des Ohmschen Widerstands von Widerstand 26 in einem -der Filter vermindert die Leistung des Schwingungserzeugers bei der Frequenz, auf die der Filter abgestimmt ist und umgekehrt.
  • Im Modulator treffen alle Teilschwingungen aus dem Schwingungserzeuger 23 mit fester Frequenz mit allen Teilschwingungen zusammen, die von einem der Stäbe i übertragen werden; die im allgemeinen mit den in den mechanischen Schwingungen des betreffenden Stabes vorhandenen Teilschwingungen übereinstimmen. Eine große Anzahl verschiedener Frequenzen findet sich somit in den vom Modulator ausgehenden Schwingungen, aber die meisten werden sehr hohe Frequenzen sein und durch den Filter 27 für niedrige Frequenz beseitigt werden, der die Erzeugung des Modulators aufnimmt und wirksam nur Frequenzen unterhalb einer gewissen Grenze, etwa 5ooo bis 8ooo Perioden, durchläßt. Die kennzeichnenden aus dem Modulator kommenden Schwingungen werden die Differenzfrequenzen zwischen der Grundfrequenz-des Schwingungserzeugers 23 und des mechanisch schwingenden Stabes, zwischen der zweiten Harmonischen des Schwingungserzeügers_23 und des mechanisch schwingenden Stabes bzw. dritten Harmonischen usf. sein: Diese Differenzfrequenzen bilden natürlich eine harmonische Reihe, und ihre relative Stärke zwischen verschiedenen Harmonischen kann durch Veränderung der Widerstände 26 in den Filtern im Austrittskreis des Schwingungserzeugers geregelt werden. So kann die Klangfarbe des erzeugten Tones eingestellt werden.
  • .Nach Durchgang durch Filter 27 können die aus dem Modulator kommenden Schwingungen dem Potentiometer oder Tonstärkenregler 28 zugeführt werden, der beispielsweise durch ein Pedal 29 betätigt wird und dann durch einen weiteren Verstärker 30 zu einem Lautsprecher oder sonstigem elektroakustischen Umwandler 31 zur -Umwandlung in Töne gehen.
  • Im Modulator 22 werden auch Differenzfrequenzen durch Obertragung durch Filter 27 zwischen den Schwingungen entstehen, die von mehreren gleichzeitig mechanisch schwingenden Stäben ausgehen. Diese sind ähnlich und zusätzlich wie die schwachen Schwebungstöne, die das Ohr selbst- beim Anhören von zwei Noten gleichzeitig erzeugt. Damit diese verhältnismäßig schwach neben den gewünschten vorgenannten Differenzfrequenzen erscheinen, ist es zweckmäßig, der dem Modulator vom Schwingungserzeuger 23 zugeführten Schwingung eine sehr große Amplitude im Vergleich zu derjenigen des Umwandlungssystems zu erteilen. Es ist jedoch hervorzuheben, daß -bei der Erfindung andere Mittel und Systeme zur Vermeidung dieser unerwünschten Differenzfrequenzen verwendet werden können, wie z. B. Zusammenfassung der einzelnen Schwingungsquellen für alle Noten c, der einzelnen Schwingungsquellen für alle Noten cis usw. und die Verwendung von zwölf einzelnen Modulatoren für j e eine derartige Zusammenfassung.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches - Musikinstrument, bei dem die Schwingungen eines Hochfrequenzröhrengener ators konstanter Frequenz mit um den gewünschten Ton in der Frequenz sich jeweils unterscheidenden Hochfrequenzschwingungen zur Schwebung gebracht und hörbar gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der -Generator zum Erzeugen jeder der verschiedenen Frequenzen aus je einem Stab aus Stahl oder einem piezoelektrischen Material, der durch eine impulsartig auf ihn einwirkende mechanische Kraft in seiner Eigenfrequenz in longitudinale Schwingungen versetzt wird, und aus einem von diesem gesteuerten elektrostatischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feld besteht.
  2. 2. Elektrisches Musikinstrument nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe an dem in ihrer Mitte befindlichen Schwingungsknoten gehaltert sind.
  3. 3. Elektrisches Musikinstrument nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß -der Anschlag der Stäbe zwecks 'Schwingungserregung und die Abnahme der Schwingungen an gegenüberliegenden Enden der Stäbe erfolgen. q..
  4. Elektrisches Musikinstrument nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Röhrengenerator mit regelbaren Filterkreisen versehen ist, welche aus in Reihe geschalteten und auf die drundfrequenz und deren höhere Harmonische abgestimmten Selbstinduktionen und Kapazitäten sowie regelbaren, die Amplitude der betreffenden Harmonischen bestimmenden Widerständen bestehen.
  5. 5. Musikinstrument nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der von dem Röhrengenerator erzeugten Schwingung im Verhältnis zu den Amplituden der von den angeschlagenen Stäben erzeugten Schwingungen . groß ist.
  6. 6. Musikinstrument nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß demjenigen Stäben, deren Schwingungen im Oktavenverhältnis zueinander stehen, j e ein gemeinsamer Modulator zugeordnet ist.
DE1933V0029436 1932-10-12 1933-04-22 Elektrisches Musikinstrument mit mechanisch-elektrischer Schwingungserzeugung Expired DE692557C (de)

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