DE708422C - Anordnung zur Erzeugung beliebig klanggefaerbter musikalischer Toene - Google Patents

Description

• Anordnung zur Erzeugung beliebig klanggefärbter musikalischer Töne Bei der Erzeugung von Musik auf elektrischem Wege unter Verwendung rein elektrischer Schwingungserzeuger (Röhrengeneratoren, Glimmlampensummer u. dgl.) liefert der Schwingungserzeuger neben dem Grundton eine große Anzahl von Obertönen. Dä aber noch keine festen Formanten vorhanden sind, ist der erzeugte Ton musikalisch nicht befriedigend. Die bekannten rein elektrischen Musikinstrumente weisen daher elektrische Schwingungskreise oder Resonanzkörper zur Beeinflussung der Klangfarbe auf. Die Spannungen von Schwingungserzeugern, die in der üblichen Schaltung einen nahezu sinusförmigen Ton liefern, werden künstlich verzerrt, so daß die erzeugten Impulse reich an höheren Harmonischen sind, damit die Schwingungsgebilde den ihrer Eigenschwingung entsprechenden Frequenzbereich hervorheben können. Auf diese Weise läßt sich angenähert die Klangfarbe der mechanischen Musikinstrumente nachahmen, die einen oder höchstens zwei Formanten besitzen, z. B. Flöte u. dgl. Bei solchen Instrumenten ist es auch bekannt, störende Eigenschwingungen, z. B. der Lautsprechermembran, durch entsprechend abgestimmte Schwingungskreise derselben Schwingungszahl und Dämpfung zu unterdrücken, wie sie das System besitzt, dessen Wirkungen ausgeglichen werden sollen. Es handelt sich hier darum, die Eigenschaften nachgeschalteter Teile der Übertragungseinrichtung bereits im Übertragungsweg vorweg zu berücksichtigen. Kompliziertere Schallkurven, wie z. B. die einer Geige, lassen sich mit den bekannten rein elektrischen Musikinstrumenten aber noch nicht synthetisch aufbauen. Außerdem haben die rein elektrischen Musikinstrumente den Nachteil, daß der Spieler sich eine neue Spielweise aneignen muß ; daher stehen der Einführung dieser Musikinstrumente in die Praxis gewisse Schwierigkeiten entgegen.
• Ferner ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Tönen bestimmter Klangfarbe unter Verwendung eines in seiner Frequenz kontinuierlich veränderlichen Generators vorgeschlagen worden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Erzeugung solcher Töne, deren eigentlicher Klang dem Vorhandensein eines oder mehrerer Töne von bestimmter absoluter Tonhöhe (fester Formant) zuzuschreiben ist, ein oder mehrere für alle Töne unveränderte elektrische Resonanzgebilde vorgesehen sind, die auf das bestimmte, dem Formantgebiet entsprechende Frequenzgebiet abgestimmt sind, so daß die in das Formantgebiet fallenden Obertöne besonders hervorgehoben werden.
• Schließlich ist es bekannt, die Schwingungen mechanischer Musikinstrumente durch mechanisch-elektrische Abtaster in elektrische Schwingungen umzuwandeln, die nach Ver-

  stärhung und erforderlichenfalls Verzerrung

  durch einen Lautsprecher wieder hörbar ge-

  macht werden.

  Die Erfindung betrifft eine solche Anord-

  nung zur Erzeugung beliebig hlailggefärbter

  musikalischer Töne unter Verwendung der

  mechanisch schwingenden Teile üblicher Mti-

  sikinstrumente (Saiten, Stege, Resoilaiizl)öden

  o. dgl.) in enger Verbindung finit einer Ein-

  richtung zum Umsetzen der mechanischen

  Schwingungen in elektrische Schwingungen

  (mikrophon o. dgl.). `S-eraürlcer und Laut-

  sprecher, bei der itn elektrischen Kreis der

  Einrichtung angeordnete, eine Verzerrung der

  primär erzeugten Spannung bewirkende Mittel

  vorgesehen sind, die dadurch gekennzeichnet

  ist, daß atil',er den walilwuise einstcllbareII,

  vorz1igsit-ehe re#-cibaren lülea'en, 11l heka1111:er

  Weise zur Hervorhebung bestimmter -Fre-

  quenzen oder scharf abgestimmter Frequenz-

  bereiche (feste Formamen) dienenden Ver-

  zerrungsmitteln weitere solche zur Unter-

  drückung bestimmter Frequenzen oder scharf

  abgestimmter Fre@lueilzi@e:eiclie @;eeigilete @'er-

  zerrunjsmittel und ein atldcres eitle nichtlinui#i-e

  er@e:r @i:1@ bev-irkt ialu3 Mittel dum ',ei ztcil

  linearen @ erzerrungsmlttel vor-e=elien -,leid.

  Der Erfindungsgedanke liegt mithin darin,

  daß die hei rein elektrischen Musikinstrumen-

  ten bereits bekannten linearen und nicht-

  linearen Verzerrungsmittel zu ihrem bekann-

  ten Zweck in die Ilbertragungsleitung solcher

  Tonströme geschaltet werden, die durch ine-

  chanisch-elektrische Umwandlung der Schwin-

  gungen der altbekannten mechanischen Mu-

  sikinstrumente erzeugt werden. ',Mit Hilfe

  dieser neuen Anordnung läßt sich sowohl die

  natürliche Klangfarbe einer Geige oder eines

  ähnlichen komplizierte Schwingungen liefern-

  den @Iusil.inst.unlcnts erzeugen als auch die

  Klangfarbe anderer Musikinstrumente, bei-

  spielsweise der Flöte, des Englischhorn, in

  einfacher `'eise hervorbringen. Dies kann da-

  durch erreicht werden, daß mit dem Instru-

  mentenkörper, z. B. dein Resonanzboden der

  Geige, ein Abtastinikrophon in bekannter

  Weise verbunden wird, in dessen Ausgangs-

  kreis gemäß der Erfindung elektrische Schalt-

  anordnungen (Resonanzkreise, rückgekoppelte

  Röhren, übersättigte Transformatoren o. dgl.)

  gelegt sind, die die erwähnten Verzerrungen

  der durch das Mikrophon gelieferten elektri-

  schen Impulse bewirken.

  Weder das Abtastnlikrophon an einem

  mechanischen 1Ittsihinstrument noch die lk-

  einflussung der von ihin gelieferten Ton-

  ströme ist aber für sich Gegenstand der Er-

  finduii-, sondern nur die K:)tnbination : nie-

  cllallische3 Mt1Sli@in@t1'UIIlellt -- mechanisch-

  elektrischer .@lnaster - Iine<lres \-eI'zuri-tlrl` s-

  glicd ztinl L@nterdrüchen hestinunter frstcr

  Foriiliiiitcii -- niciit!incares Vcrzerrttllgsglied

  ZUM :\lirciclicrn d',r Tonst: ön ic mit Ober-

  tönen -linearcs @-erzerrungsglicd zum @ervor-

  li@cn bcstinimter fcstcr Forinanten - Laut-

  au-, der kühl Einzehnerkinal fehlen

  darf.

  Diese Kombination läßt gewisse eigenartige

  Wirkungen erzielen; z. B. gelingt mit ihr das

  Erklingen edler Geigentöne beim Spiel auf

  einer schlechten Geige. Wie nämlich durch

  eingehende T@ Iltc:sucl:un;eil von Backhaus

  (Zeitschrift für technische Physik, 1927,

  S.509) festgestellt worden ist, ist die Lage

  der Resonanz, <l. Il. das Gebiet der festen

  Forrnanten, für die Qualit:it beispielsweise

  einer Geige ausschlaggebend. Während bei

  einer alten Stradivarigeige eine Hauptreso-

  nanz bei 3000 und 1000 11z- liegt, weist ein

  schlechteres Instrument ein Resonanzgebiet

  bei 2000 bis 3ooo Hz auf. Der feste Formant

  bei 3000 bis .1000 Hz bedingt einen i-artigen

  Charakter, der bei 2000 bis 3000 Hz einen

  näselnden ä- bis e-artigen Charakter. Wird

  nun mit dein Steg einer schlechten Geige ein

  Abtastmikrophon verbunden, und werden in

  den Verstärkerzug die Verzerrungsglieder

  lincar--nichtlincar--li@:car geilläl; vorstehen-

  dem geschaltet, so kann der bei 2ooo bis

  3000 Hz liegende Forinant der schlechten

  Geige unterdrückt und der richtige, der Stra-

  divarigeige entsprechende Fortnant bei 3000

  bis .f000 Hz hervorgehoben werden. Während

  nämlich in der unverzerrten Mikrophon-

  spannung, die in Fig. 1 dargestellt ist, feste

  Forinanten enthalten sind, ist die verzerrte

  Ausgängsspannung, nach Kurve 13 der Fig.4

  von solchen. --Mit dieser Spannung können

  also durch nachfolgende lineare Verzerrungen

  die gleichen Klangfarben erzeugt werden, wie

  dies bei rein elektrischen Musikinstrumenten

  möglich ist. 111 Fig.3 ist beispielsweise dar-

  gestellt, wie aus der Kurve Fig. i die Kurve

  nach Fig. 2 erhalten werden kann: Kurve io

  stellt :lie von clean Mikrophon gelieferte, dem

  Geigenklang entsprechende Spannung dar, die

  an das Steuergitter einer Verstärkerröhre

  z. B. mit geringer Heizung gelegt wird. Die

  Kurve l l zeigt die Abhängigkeit des Anoden-

  stroms einer solchen Röhre von der Gitter-

  spannung. Die Kurve 12 stellt den Verlauf

  des Anodenstroms der mit der Steuerspannung

  gemäß Kurve io gesteuerten Röhre in Ab-

  hängigkeit von der Zeit dar. Fig. 4 zeigt die

  Abhängigkeit des Anodenstroms von der Zeit

  (Kurve 12) und der bei transformatorischer

  Kopplung von der Änderung des Anoden-

  stroms abhängigen Ausgangsspannung.

  Fig.5 zeigt das grundsätzliche Schaltbild

  einer Anordnung nach der Erfindung. Das

  12ik1'01>11011 20 ist mit dein linearen Verzerrer

  .!i verbunden, der die festen Formanten un-

  terdrückt; dahinter ist der nichtlineare Verzerrer 22 geschaltet, der für die Anreicherung mit Obertönen sorgt, aus denen der lineare Verzerrer 23 dann die gewünschten festen Formanteu hervorhebt: die so verzerrten Ströme werden alsdann dem Lautsprecher 24 zugeführt.
• Die Vorteile der neuen Anordnung gegenüber den bekannten rein elektrischen Musikinstrumenten sind kurz folgende: i. Der Benutzer des Instrumentes braucht sich nicht an eine neue Spielweise zu gew öhnen, sondern kann sein gewohntes Instrument beibehalten.
• 2. Das in der erregenden Spannung u. U. bereits feste Formanten enthalten sind, können z. B. mit zwei Resonanzkreisen Klänge mit mehr als zwei festen Formanten erzeugt werden.
• 3. Die Herstellungskosten der vorgeschlagenen Anordnung sind geringer als die der bekannten rein elektrischen Musikinstrumente.
• q.. Die Betriebssicherheit ist wesentlich größer.
• 5. Mit dem Mikrophon allein kann die Originalklangfarbe des gespielten Instruments in der bekannten Weise unverfälscht wiedergegeben werden.
• Gegenüber den mit Abtastmikrophon arbeitenden mechanisch-elektrischen Musikinstrumenten besteht dagegen der Vorteil darin, daß außer dem Originalklang auch andere Klangfarben wiedergegeben werden können, ohne daß der Spieler gezwungen ist, seine Spieltechnik zu ändern.
• Die Verwendung der nichtlinearen Verzerrungen ist allerdings nur auf einstimmiges Spiel beschränkt, da sonst durch Kombinationstöne unharmonische Partialtöne entstehen würden, die von dem Ohr als Dissonanzen sehr unangenehm empfunden werden. Bei einem nur von harmonischen Obertönen begleiteten Grundton, wie dies bei den bekannten Musikinstrumenten üblicherweise der Fall ist, liegen die entstehenden Kombinationstöne harmonisch, so daß durch eine nichtlineare Verzerrung lediglich das Stärkeverhältnis der Obertöne zueinander und zum Grundton verändert wird. Im Grenzfall geht dies soweit, daß sich eine ganz neue vom Instrument unabhängige Verteilung der Obertöne ergibt, nämlich ohne feste Formanten.
• An Stelle des Lautsprechers kann auch das Modulationsrohr eines Rundfunksenders die von dem Instrument gelieferten Spannungen erhalten, oder diese können einer Aufzeichnungsvorrichtung zugeführt werden, ohne daß die elektrischen Schwingungen in akustische umgewandelt werden müssen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung beliebig klanggefärbter musikalischer Töne unter Verwendung der mechanisch schwingenden Teile üblicher Musikinstrumente (Saiten, Stege, Resonanzböden o. dgl.) in enger Verbindung mit einer Einrichtung zur Umsetzung der mechanischen Schwingungen in elektrische Schwingungen (Mikrophon o. dgl.), Verstärker und Lautsprecher, bei der im elektrischen Kreis der Einrichtung angeordnete, eine Verzerrung der primär erzeugten Spannung bewirkende Mittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß - außer den vorzugsweise regelbaren linearen, in bekannter Weise zur Hervorhebung bestimmter Frequenzen oder scharf abgestimmter Frequenzbereiche (feste Formanten) dienenden Verzerrungsmitteln (23) weitere solche zur Unterdrückung? bestimmter Frequenzen oder scharf abgestimmter Frequenzbereiche geeignete Verzerrungsmittel (2i) und ein anderes, eine nichtlineare Verzerrung bewirkendes Mittel (22) vor dem letzten linearen Verzerrungsmittel (23) vorgesehen sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, zur Verbesserung des Klangs einer Geige, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf 2000 bis 3000 Hz abgestimmter Resonanzkreis den in diesem Bereich liegenden festen Formanten der Geige unterdrückt und ein anderer auf 3ooo bis 4ooo Hz abgestimmter Resonanzkreis den einer guten Geige entsprechenden festen Formanten heraushebt.