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Schaltungsanordnung zum Regeln der Einschwingvorgänge bei einem Schwingungserzeuger
für elektrische Musikinstrumente Die Erfindung betrifft eine Verbesserung anelektri.schen
Musikinstrumenten, bei denen clie den Tönen entsprechenden elektrischen: Wechselströme
über Verstör er einer Lautwiedergabeeiniichtung, beispielsweise einem Lautsprecher,
zugeführt werden, und zwar handelt es sich. um eine Schaltungsanerdrnung zum Regeln
der Einsch.wingvorgänge bei dem Sch-vingungserzeuger. Zweck dieser Schaltungsanordnung
ist die Beseitigung der Knaekgeräusche, die bei den bekannten Instrumenten dieser
Art ,im Augenblick des Einscheltens eines Tonas und des Ausschaltens auftreten,
und zwar ist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung durch eine im Leitungszug
liegende Röhrenanordnung gekennzeichnet, die im Ruhezustand durch eine entsprechend
bemessene Gittervorspannung den: Durchgang derTonfrequenzströme sperrt, während
.mit Einschalten eines Wechselstromstoßes etwa gleichzeitig ctie Gittervorspannung
allmählich in -den. Arbeitsbereich verschoben und bei Beendigung des Stimmstoßes
wieder al@lmähliich in den Sperrbereich zurückgeschoben wird. Hierdurch werden die
-an sich steilen Einischalt- und. Ausschaltvorgänge abgeflacht, so daB die bei den
bekannten Anordnungen auftretenden, musikalisch äußerst unschönen Knackgeräusche
zu Beginn, und am Ende eines jeden einzelnen Tones völlig verschwunden sind. Es
wird also gleichzeitig mit dem Einschalten eines jeden Tones jeweils die stark negative
Gittervorspanmung auf einem: geringen negativen Wert herabgesetzt, bvw. bis zu einen
geeigneten positiven Wert verschoben. Barm Ausschalten eines Tones spielt sich dann.
der gleiche Vorgang im umgekehrten Sinne ab.
Solche Röhrenanordnungen,
iderenDurchlaßfähigkeitdurch Verschieben der Gittervorspannung aus einem Sperrbereich
in einen Arbeitsbereich und umgekehrt gesteuert wird, sind an sich in der Fernmeldetechnik
für mancherlei Zwecke bereits bekannt, wie beispielsweise bei Echospeirren für lange
Fernmeldeleitungen, so @daß die @dort entwickelten konstruktiven Einzelheiten zurnTeil
auch hier verwertet werden können. Auch .ist es bekannt, einen durch einen Tongenerator
erzeugten Dauerton mittels einer Taste. in der Weise in eine weitergehende Leitung
zu geben, daß beim Niederdrücken und beim Öffnender betreffenden Taste durch Verändern
der negativen Vorspannung des Steuergitters einer Exponentialröhre ein An- und Abschwellen
des Tones erzeugt wird. Dieser Anordnung gegenüber unterscheidet sich; die Schaltungsanordnung
gemäß ider Erfindung u. a. dadurch, daß es :sich bei letzterer nicht um das unterbrochene
Durchgeben eines Dauertones handelt, sondern daß der Tastendruck die Erzeugung des
gewünschten Tones innerhalb einer bestimmten Einschwingzeit überhaupt erst veranlaßt,
während bei Aufhören des Tastendruckes der betreffende Ton ,abklingt und weiterhin
dann: nicht mehr erzeugt wird.
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Besonders vorteilhaft für denn vorliegendenZweck ,ist die Verwendung
einer an (die Gitterspannungsquelle angeschlossenen Kombination von Kapazität und
Ohmsohem Widerstand. Hierbei. wird der Kondensator im Ruhezustand durch die negative
Spannungsquelle, die beispielsweise eine Spannung von -2o Volt haben möge, aufgeladen.
Wird dann ein Tonfrequenzimpuls in den Leitungszug gegeben, so nimmt der Impulsgeber
gleichzeitig eine Umschaltung der CR-Kombination in der Weise vor, daß der Kondensator
sich über einen Widerstand entlädt, während andererseits der aus der Gitterspannungsquelle
herrührende Strom nunmehr auf seinem Wage einen solchen; Spannungsabfall, erfährt,
daß die Gittersvorspannung den für das Arbeiten -der Röhrenanordnung benötigten
Betrag annimmt. Die Zeit für die Verschiebung,des Gitterpotentials vom Sperrpunkt
zum Arbeitspunkt ist hierbei gleich :der Zeit, die der Kondensator zur Entladung
über seinen Entladungswiderstand benötigt. Durch passende Wahl dieser Schaltelemente
hat man es also in der Hand, die Zeit dieses Überganges, d. h. also des Einschwingers,
innerhalb weitester Grenzen beliebig zu wählen. So kann. man die Dauer des Elin.schwingvorganges,
beispielsweise von 1@iooo Sekunde bis herauf zu mehreren Sekunden wahlweise einstellen.
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Der gleiche Vorgang spielt sich beim Aufhören eines Tonfrequenzstoßesdann
in umgekehrtem Sinne ab: Der Entladestromkreis des Kondensators wird: unterbrochen,
und die Gitterspannungsquelle lädt alsdann deal Kondensator allmählich wieder von
neuem .auf, ,so daß sich -dementsprechend ebenfalls allmählich wieder die dieSperrung
bewirkende Gittervorspannung einstellt.
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Die Möglichkeit, die Dauer der Einschwing- und Abklingvorgänge wahlweise
zu bestimmen, gestattet es, ,diese Vorgänge den musik.alischen:,Erfordernissen anzupassen.
So muß beispielsweise der Übergang .bei tiefenTönen wesentlich langsamer erfolgen
als bei. hohen Tönen, bei denen eine verhältnismäßig kurze Einschwing- und Abklingzeit
genügt, um das Ein- und Ausschaltknacker zu unterdrücken. Infolgedessen wird die
Umschaltvorrichtung für die CR-Kombination am besten gleich mit denn Tonschalter
mechanisch ,gekuppelt, und zwar in der Weise, daß bei hohen Tönen kleine Kapazitäts-
und W@ders.tandsiverte und bei tiefen Tönen große Kapazitäts- und Widerstandswerte
eingeschaltet werden. Hierbei wird also die Einschwing- und A bklingzeit in angemessenem
Verhältnis zu dem jeweils erzeugten Ton selbsttätig durch das Drücken der betreffenfden
Tontaste bestimmt.
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Bei manchen elektrischen. Musikinstrumenten ist eine Oktavumschaltung
vorgesehen, die es gestattet, bei Betätigen einer bestimmten Tontaste anstatt,des
dieser Taste entsprechenden Tones, den um eine oder mehrere Oktaven höheren oder
tieferen Ton: erklingen zu lassen. Auch dieser Oktavumschalter wird zwxcikmäßigenveise
mit der Umschaltvorrichtung für die CR-Kombination so gekuppelt, daß :die vorstehen
angegebenen Bedingungen erfüllt sinid.
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Neben diesen durch die Tonhöhe bestimmten Erfordernissen gestattet
es die wahlweise Umschaltbarkeit von; Kapazität und Widerstand aber auch, die Ein-
und! Ausschaltvorgänge dem jeweiligen Klaugchairakteranzupassen. Ist das Musikinstrument
beispielsweise auf einen. Klangcharakter eingestellt, der dem einer Orgel entspricht,
so müssen natürlich auch die Ein- und Ausschaltvorgänge ebenso gewählt werden, wie
man es bei einer. Orgel gewöhnt ist, nämlich langsam anschwellend urud ebenfalls
langsam ausklingend. Hierfür ist also eine .große Zeitkonstante erforderlich.
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In starkem Gegensatz hierzu stehen Zupf- oder Schlaginstrumente, wie
beispielsweise das Cembalo und das. Klavier. Bei der Erzeugung von Tönen, die dem
Klangcharakter dieser Instrumente entsprechen, bei denen also das Einschwingen und
das -Abklingen innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgen, wird dementsprechend eine CR-Kombination
gewählt, -die eine geringe Zeitkonstante aufweist. Zweckmäßiger-weise kann; man
infolgedessen die Umschaltvorrichtung für die Kondensatoren und die Widerstände
auch mit den Registern kuppeln, die den Klangcharakter des Instrumentes bestimmen.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung
die Schaltung des Ausführungsbeispiels rdargestellt. Diese Schaltungsanordnung zeigt
einen Vorverstärker, der gleichzeitig zur Erzeugung der beschriebenen Ein- und Ausschaltvorgänge
dient, sowie dessen Ausgangsschaltung: Die Ankopplung rdes dargestellten Vorverstärkers
an den Klangerzeuger des Muslikinstrumentes erfolgt mittels einer Leitung A-B, und
zwar werden die ,durch den Klangerzeuger erzeugten Tonfrequenzströme über diese
Leitung A-B dem ersten
Steuergitter einer Hexode H zugeführt. Diese
Hexode H ist in der Zeichnung zusammen mit einer Triode T3 als kombinierte Röhre
dargestellt.
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Das Spielen des Instrumentes erfolgt beispielsweise mit Hilfe von
Tasten, denen Schalter zugeordnet sind, und ,zwar sind in der, Zeichnung nur fünf
solcher Schalter, nämlich K i his K 5, dargestellt. Diese Schalter bewirken die
Anschaltung von Widerständen R2' bis R6' des Klangerzeugers, die die Höhe der durch
diesen erzeugten Töne bestimmen. Hierauf braucht in diesem Zusammenhang jedoch nicht
näher eingegangen zu werden.
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Die von den: Schaltern K i bis K 5 kommende Leitung L führt über zwei
in Reihe liegende- Widerstände R4 und R2 zu einer Gittervorspannun.gsquelle G von
beispielsweise -2o Volt. Die Verbind ungsstelleder beiden inReihe liegendenWiderstänide
R4 und R2 führt über eine Reihenschaltung von zwei Widerständen R i und R3 zu dem
Steuergitter der Triode T3 und dem Regelgitter der Hexode H. In die Verbindung zwischen
beiden Gittern kann gegebenenfalls ein Widerstand eingeschaltet werden. Der Verbindungspunkt
zwischen den beiden Widerständen R i und R 3 liegt über einen Konidensator C i an
Masse. Die Zuführung zum Gitter der Triode .ist über einen, Kondensator C2 .mit
der Anode der Hexode H verbunden.
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In der gezeichneten Stellung der Schalter K i bis K,9, in der
also alle diese Schalter offen sind, wird ein Ton nicht erzeugt. Die negative Gittervorspa.nnung
von -2o Volt liegt, über die Reihenschaltung der Widerstände R2, Ri und R3 an dem
Steuergitter der Triode T3 und dem Regelgitter der Hexode H, so daß infolge dieser
hohen negativen Gittervorspannung der Wechselstromdurchgang durch diese beiden Röhren
gesperrt ist.
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Wird nun beispielsweise der Schalter K i geschlossen, so legt sein
beweglicher Kontaktarm die Leitung L an Masse. Der von der Gittervorspannungsquelle
G über die Widerstände R2 und: R4 nach Masse verlaufende Strom ergibt :an dem Verbindungspunkt
dieser beiden Widerstände ein anderes Potential als vorher, und zwar ist es jetzt
nicht mehr sostarknegativ. Dieses.Potential, dessen Betrag durch die Bemessung der
Widerstände R2 und R4 bestimmt ist und das über die Widerstände R i und R3 dem Steuergitter,der
Triode T 3 und ,dem Regelgitter der Hexode H zugeführt wird, ist also wesentlich
kleiner als -2o Volt, und zwar ist die neue Gittervorspannung so ,groß, daß der
WechselstromJurchgangdurch die beiden Röhren nicht mehrgesperrt ist.
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Ähnlich spielen sich die Vorgänge bei den weiteren Korntakten K 2
bis K 5 und den nicht ge-
zeichneten Kontakten gleicher Art ab.
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Der durch die Bemessung der Widerstände bestimmte neue Arbeitspunkt
der Gittervorspannung kann sich aber nicht absolut gleichzeitig mit der Schließung
des Kontaktes K, beispielsweise des Kontaktes K i, einstellen, denn der Kondensator
Cl ist ja noch von vorher durch die :hohe negative Spannung der Gitterbatterie aufgeladen.
und hält daher vorerst noch dieses hohe negative Potential an .den beiden Gittern
für eine kleine Zeitspanne aufrecht. Er entlädt sich aber allmählich über die Widerstände
R i und R4 und die Leitung L nach Masse. Erst wenn diese Entladung beendet ist,
erhalten daher die Gitter das gewünschte Arbeitspotential. Es ist also offensichtlich,
daß das Arbeitspotential der Gitter durch die Bemessung insbeson, dere der Widerstände
R 2 und R 4 sowie natürlich auoh der Widerstände R i und R 3 bestimmt ,ist, während
die: Entladezeit des Kondensators C i von der Kapazität dieses Kondensators und
,der Größe der Widerstände R i und R4 abhängt. Ebenso ist aber auch
die Kapazität des Kondensators C2, der die Zuleitung zu den Gitternder beiden
Röhren mit der Anode der Hexode H verbindet, von Einfiuß auf die Übergangszeit.
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Bei Öffnung des Kontaktes K i spielt sich der Vorgang in umgekehrter
Reihenfolge ab. Der Kurzsehluß des Kondensators C i über die Widerstände R i und
R4 ist jetzt bei K i unterbrochen. Demzufolge lädt der Kondensator C i sich wieder
über die WiderständeR2 und Ri auf und verschiebt über den Widerstand R 3 die Gittervorspannung
wieder bis ins Sperrgebiet.
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Um die Ein- und Ausschaltzeit wahlweise in verschiedenem Maße beeinflussen
zu können, werden die Kondensatoren C i und C 2 zweckmäßigerweise umschaltbar gemacht.
Um dieses zum Ausdruck zu bringen, sind in der Zeichnung beideKondensatoren als
Parallelschaltungen mehrerer Einzelkondensatoren dargestellt, deren Zuleitungen:
@durch Kontakte unterbrochen und geschlossen werden können. Mit Hilfe dieser Kontakte
und -durch wahlweise Kombination der einzelnen Kondensatoren, insbesondere durch
laufende Zuschaltung, ergeben sich daher vielerlei Einstellmöglichkeiten, deren
Zahl beliebig hoch gewählt werden kann. Der Umschaltkontakt des einen Teilkondensators
des Kondensators C i sowie die entsprechenden Korntakte der Teilkondensatoren des
Kondensators C 2 werden zweckmäß,igerweise so miteinander gekuppelt, daß die resultierende
Kapazität ,dieser beiden Kondensatoren bei jeder der möglichen Stellungen in dem
günstigsten Verhältnis zueinander steht. So werden beispielsweise sehr günstige
Resultate mit einer Schaltungsanordnung erzielt, bei der die Kapazität .des Kondensators
C i jeweils etwa das vier- bis fünffache der Kapazität des Kondensators C 2 beträgt,
beispielsweise C2 = 2000 cm und Cl = io ooo cm. Der Kondensator C3 wird vorzugsweise
als Elektrolytkondensator ausgeführt.
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Wie die Schaltung erkennen läßt, wirken der Widerstand R i und die
Kondensatoren C i und C2 auf das Gitter der Triode T3 ein und .gleichzeitig auch
auf ein Gitter der Hexode H, deren Phase um i8o°' verschoben ist. Infolge dieser
Phasenverschiebung zwischen den beiden Röhrensystemen und des mittelbaren oder unmittelbaren
Zusammenschaltens der beiden Gitter wird eine Gegenkopplung erreicht, die das beim
Schalten entstehende störende Geräusch vollständig kompensiert.
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Von Vorteil für die Verringerung der Knackgeräusche ist weiterhin
der Umstand, daß der über
die Schaltkontakte fließende Strom äußerst
schwach ist. Aus diesem Grund genügen schon kleine Kontaktflächen. Auch ist ein
Verbrennen der Kontakte aus-geschlossen, was eine hohe Lebensdauer !des Musikinstrumentes
ohne die Gefahr des Auftretens von Störungen zur Folge hat. Es ist jedenfalls günstig,
in diesem Schaltungsteil, der die Ein.-schwingvorgänge beeinflußt, mit geringer
Energie zu arbeiten und die über die Leitung L-A abgenommene Spannjung dann. nachher
auf das erforderliche Maß heraufzutransformieren. Diesem Zweck dient ein Kaskadentransformator
KT, über dessen Primärwicklung die Leitung L-A an -die AnodenspannungsquelleAi angeschlossen
ist. Seine obere Wicklung möge beispielsweise 6ooo und seine untere Wicklung be:ispielsweis,e
q.000, Winidungen aufweisen.
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Wichtig ist es weiterhin für die Erzielung einwandfreier, genau definierter
Ein- und Aussclhwingvorgänge, daß die Anodenspannungsquelle A i unabhängig von derjenigen
des Schwingungserzeugers ,ist, so, daßdiese beiden Schaltungsteile :des Musikinstrumentes
sich gegenseitig nicht beeinflussen. Gegebenenfalls verwendet man vollständig getrennte
Anodenspanmungsquellen. Man kann aber auch eine gemeinsame Anodenspannung ,quelle
verwenden, wie es sich bei Netzanschlußgeräten als nahehegend ergibt, und stabilisiert
jede der beiden Anodenspannungen unabhängig von der anderen, beispielsweise durch
Verwendung je einer Neonröhre, auf den: bestimmten Wert, der für jeden -dieser beiden
Schaltungsteile erforderlich ist. Durch eine solche Zwischenschaltung von zwei Neonröhren,
die unabhängig voneinander die Anodenspannungen des die Einschwingvorgänge beeinflussenden
Vorverstärkers einerseits und des Klangerzeugers andererseits stabilisieren, ist
eine Einwirkung des Klangerzeugers auf den Vorverstärker oder umgekehrt ausgeschlossen,
was für die Erzielung einer einwandfreien musikalischen. Wiedergabe von sehr großer
Bedeutung ist. Infolge dieser getrennten Stabilisierung der beiden Anoden,spann,ungen
besteht ferner noch die Möglichkeit, durch Abschalten des Entkopplungskondensators
des Vorverstärkers eine niederfrequente Rückkopplung zu erzielen. Da= durch kann
eine Klangfarbe erzeugt werden, die man, sonst nur durch Zuschalten eines zweiten
Klangerzeugers erreichen kann. Es genügt hierbei ein einfaches Zuschalten einer
Spule zu dem Kaskadentransformator KT.
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Die an. der Anode,der Triode T 3 erhaltenen v erstärLten Wechselspannungen
werden also über die Leitung L-A und den Transformator KT sowie über die in der
Zeichnung links dargestellte Ausgangsschaltung zu einer Anschluß-leitung LTU geführt,
an, die über einen weiteren.Verstärkerschließlich ein Lautsprecher angeschlossen
ist. Auf diese Schaltungsanordnung, die in Kombination verschiedene Widerstände,
Kondensatoren und Spulen enthält, .insbesondere ein Potentiometer PC, eine induktive
Kopplung L i, L2 und eine kleine Siebspule L 3, braucht an dieser Stelle nicht näher
eingegangen zu werden. Diese Elemente -sind nur dargestellt, um Idas. Schaltungsbild
des Vorverstärkers zu vervollständigen.