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Musikinstrument iür elektrische Tonwiedergabe.
Die Erfindung betrifft ein Musikinstrument für elektrische Tonwiedergabe und bezweckt, ein
Instrument zu schaffen, dem eine gleichmässige Stärke und Klangfarbe bei den verschiedenen Tönen gegeben werden kann und das gleichzeitig niedrige Herstellungskosten, geringes Gewicht und kleinen
Raumbedarf bedingt. Die Erfindung kann bei Instrumenttypen Verwendung finden, die eine Anzahl auf akustische Frequenzen abgestimmte mechanisch schwingende Systeme, wie Saiten, Federn od. dgl., enthalten, in deren Nähe Elektroden od. dgl. angebracht sind, die mit den Schwingkörpern Kondensatoren bilden.
Sie besteht im wesentlichen darin, dass die Grösse der Elektroden und bzw. oder die Lage der
Elektroden im Verhältnis zum Schwingkörper bei den verschiedenen Schwingkörper je nach den absoluten bzw. relativen mechanischen Schwingungsamplituden ihrer Grundtöne und Obertöne verschieden ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 1 zeigt ein Prinzipschema für die elektrische Anordnung des Instrumentes. Fig. 2 zeigt ein Schema einer Aus- führungsform der Erfindung, deren bauliche Ausführung in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt einen lotrechten Schnitt derselben, Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie A-A der Fig. 3 und Fig. 5 einen Horizontalsehnitt nach der Linie B-B der Fig. 3. Fig. 6 zeigt ein Schema einer andern Aus- ftthrungsform und Fig. 7 einen lotrechten Schnitt durch eine solche Ausführungsform.
Fig. 8 zeigt ein
Schaltschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 9 eine Aufsicht auf den Rahmen eines
Saiteninstrumentes und Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie < !-a der Fig. 9.
In Fig. 1 ist 1 ein Schwingkörper, der in mechanische Schwingungen versetzt werden kann. Neben ihm befindet sich ein leitender Körper oder eine Elektrode 2, die von dem Schwingkörper isoliert ist und mit ihm einen Kondensator bildet. Der Körper 1 ist mit einer elektrischen Energiequelle 4 verbunden, wie z. B. einem Generator oder einer Batterie. Die Elektrode 2 ist mit einem Widerstandselement- verbunden, das gegen Wechselstrom eine verhältnismässig hohe Impedanz aufweist, wie z. B. ein Ohmscher
Widerstand, eine Drossel oder ein Transformator.
Das Widerstandselement und die Energiequelle sind auf die in der Figur angegebene Weise verbunden, so dass die Kapazität zwischen dem Schwingkörper und der Elektrode in einem elektrischen Schwingungskreis in Serienschaltung mit dem Widerstands- element liegt. Wenn der Schwingkörper j ? schwingt, erfolgt eine Elektronströmung nach und von der
Elektrode 2, u. zw. nach den gleichen Gesetzen wie bei einem Kapazitätsmikrophon. Dieser Strom verursacht eine Spannungsänderung über das Widerstandselement 3, weshalb man die Endpunkte 5 und 6 des Widerstandes an die Eingangsklemmen eines Niederfrequenzverstärkers anschliessen kann.
Die von diesem verstärkten Stromvariationen können dann einem Lautsprecher, einem Registrierapparat od. dgl. zugeführt werden.
In Fig. 2 sind neben dem Sehwingkörper 1 zwei Elektrodenabschnitte 2 a und 2 b angeordnet, von denen jeder einen Teil des Schwingkörpers deckt. Durch einen Umschalter 15 kann jede dieser
Elektroden oder beide an die Primärwicklung eines Niederfrequenztransformators 8 geschaltet werden.
Der Kreis wird durch eine Batterie 7 vervollständigt. Neben die sekundäre Wicklung im Transformator ist ein Widerstand 9 geschaltet, von dem ein beweglicher Kontakt 10 zu dem Kontakte 5 führt. Zwischen den Kontakten 5 und 6 können somit Spannungsamplituden von gewünschter Stärke abgenommen werden.
Dieses Schaltschema ist bei der in den Fig. 3,4 und 5 veranschaulichten Ausführungsform der
Erfindung angewendet worden. Bei dieser sind eine Anzahl Schwingkörper in Form von Saiten 1 auf einen Rahmen 14 aufgespannt, so dass sie auf verschiedene akustische Frequenzen abgestimmt werden
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Saiten grosse Kapazitätsschwankungen hervorrufen. Dagegen ist die resultierende Kapazitätsschwankung infolge der Obertonschwingungen der Saiten sehr klein, besonders diejenige der geraden Obertöne. Dies gibt einen weicheren Ton und eine tiefere Klangfarbe als die, welche die Saite an und für sich bei direkter Abhörung abgibt. Ein obertonreicherer Klang ist erzielbar, wenn die Elektrode nur einen Teil der Länge der Saiten deckt.
Wenn beispielsweise nur der Abschnitt 2 b eingeschaltet wird, kommen die vier ersten Obertöne gut zur Geltung und werden sogar im Verhältnis zum Grundton stärker als bei direkter Abhörung. Wird nur der Abschnitt 2 a eingeschaltet, erhält man nur den Grundton und den zweiten Oberton mit grösserer Starke. Durch den Umschalter 15 kann somit die Grundfarbe des Instrumentes verändert werden. Der Dreharm 15 des Umschalters ist mit dem Transformator 8 zusammengeschaltet, der seinerseits an die Batterie 7 geschaltet ist, deren zweiter Pol in leitender Verbindung mit allen Saiten 1 steht.
Neben der Sekundärseite des Transformators ist das Potentiometer 9 eingeschaltet. Der bewegliche Kontakt 10 desselben steht mit einem Betäfigungspedal 13 in Verbindung, so dass beim Herunterdrücken des Pedals die Spannungsamplituden zwischen den Kontakten 5 und 6 vermindert werden, die an einen Verstärker geschaltet werden können.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, deckt beispielsweise die Elektrode 2 b eine verschiedene prozentuale Länge der verschiedenen Saiten. Hiedureh können die Obertöne bei solchen Saiten betont werden, die verhältnismässig obertonarm sind oder aber bei obertonreiehen gedämpft werden. In Fig. 3 deckt die Elektrode 2 b 29% der Länge der kürzesten Saiten, dagegen nur 24% der längsten. In Fig. 4 ist angegeben, wie der Abstand zwischen Saite und Elektrode bei der gleichen Saite schwanken kann. Unten ist der Abstand klein und oben gross. Hiedurch kann man die relative Stärke bei der Einschaltung der verschiedenen Elektrodenabschnitte oder aber die relative Stärke bei einem gewissen Oberton oder gewissen Obertönen im Verhältnis zum Grundton abwägen.
Aus Fig. 5 geht hervor, wie der Abstand zwischen Saiten und Elektrode bei verschiedenen Saiten verschieden sein kann. Die Elektrode liegt hier den kürzesten und den längsten Saiten näher als den mittleren. Auf diese Weise kann man die Stärke der entnommenen Spannungen der Schwingungsfähigkeit der betreffenden Saiten anpassen, und man kann ausserdem auf diese Weise eine Korrektion der Frequenzeharakteristik des Verstärkers und des Lautsprechers erhalten.
Die Elektroden 2 a und 2 b bestehen, wie in Fig. 4 angedeutet ist, aus Platten aus nicht leitendem, mechanische Schwingungen dämpfendem Material, deren gegen die Saiten gewandte Flächen, die in der Hauptsache plan sind, mit einem elektrisch leitenden Material belegt sind, wie Blech, Drahtnetz, Metallpulver in Bindemittel od. dgl. Hiedureh kann man sich darüber vergewissern, dass die Elektrode keine mechanische Eigenschwingung innerhalb des akustischen Frequenzbandes hat bzw. dass ihre Eigenschwingung so stark gedämpft ist, dass sie periodisch ist. Zu der beschriebenen Ausführungsform ist noch zu sagen, dass der Transformator 8 eine hohe Primärinduktanz und eine niedrige Windungskapazität haben muss, damit die grösstmögliche Tonstärke erhalten wird.
Ferner kann das Instrument natürlich mit einer einzigen Elektrode und mit einem konstanten Abstand zwischen Saiten und Elektrode ausgeführt werden.
Wenn nur die Elektrode 2 b verwendet wird, ergibt sich bei der beschriebenen Ausführungsform der Vorteil, dass der Hammer 12 die Saite an einem Teile trifft, der nicht durch eine wirksame Elektrode gedeckt ist.
Das Schema in Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit einer Elektrode 16, 17 an jeder Seite des Schwing-
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beiden Potentialunterschiede werden zweckmässig gleich gross gewählt, was dadurch erreicht wird, dass das Widerstandselement 18 an den Mittelpunkt der Stromquelle 24 angeschlossen wird und die Elektroden an die Endpunkte derselben. Diese Schaltung ergibt eine getreuere Wiedergabe der Schwingungen als eine einseitige Elektrode. Fig. 6 schliesst jedoch auch eine andere Anordnung ein, die von grosser Bedeutung ist. Der Schwingkörper ist an einen Umschalter 20 angeschlossen. Durch diesen kann der Körper durch den Kontakt 23 mit der Elektrode 17 in Verbindung gebracht werden.
Hiebei erhält der Körper 1 das gleiche Potential wie die genannte Elektrode, während der Potentialunterschied zwischen dem Schwingkörper und der Elektrode 16 der Spannung der ganzen Stromquelle 24 entspricht. Dies hat zur Folge, dass der Schwingkörper von der Elektrode 16 angezogen wird. Wenn jetzt der Umschalter auf den Kontakt 22 gestellt wird, wird die Ladung des Schwingkörpers plötzlich abgeleitet und die Anziehung zwischen den Teilen 1 und 16 vermindert, während zwischen den Teilen 1 und ! 7 gleichzeitig die Anziehung erhöht wird. Durch die Plötzlichkeit dieser Änderung wird der Schwingkörper 1 in Schwingung versetzt.
Wird der Umschalter 20 jetzt zu dem Kontakt 21 geführt, so wird die Elektronströmung den Widerstand 18 passieren, weshalb Spannungsschwankungen zwischen den Kontakten 5 und 6 entnommen werden können. Auf diese Weise werden mechanische Anschläge gegen die Sehwingkörper vermieden, was einen besonderen Klangeffekt herbeiführt.
Das Schema gemäss Fig. 6 ist bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung angewendet worden. Der Schwingkörper hat hier die Form eines dünnen Bandes 1 mit geringer Spannung,
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von dem ein Ende am Isolator 25 befestigt ist und das andere Ende an der Schraube 26 befestigt wird.
In der Nähe dieser Schraube liegt das Band am Isolator 31 an. Zu beiden Seiten des Bandes 1 sind Elektroden 16 und 17 angeordnet, die auf einem Teile der Länge des Bandes einander sehr nahe liegen.
Die Elektroden sind hier mit Ausbohrungen 27 versehen, um die Luftdämpfung des Bandes zu vermindern.
Die Elektroden werden durch die Isolatoren. H und. 32 voneinander isoliert. Das Band 1 steht durch eine Leitung mit dem Kontakt 20 der Taste 30 in Verbindung. Beim Anschlagen dieser Taste wird die Verbindung mit dem Kontakt 23 unterbrochen, worauf der Kontakt 20 erst einen Augenblick den Kontakt 22 berührt und dann mit dem Kontakt 21 in Berührung verbleibt, wodurch das Band 1 in leitende Verbindung mit dem Widerstand 18 kommt, der durch das Pedal 19 geregelt wird. Das Band wird hiedurch in der oben beschriebenen Weise in Schwingung versetzt. Die Spannungen zwischen den Kontakten 5 und 6 werden dem Verstärker 28 zugeführt, der den Lautsprecher 29 speist. Diese Methode, die mecha-
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verwendet werden.
Der Impuls kann auch mit Hilfe einer nur für diesen Zweck bestimmten Elektrode oder durch einen Elektromagnet gegeben werden.
Bei elektrischen Musikinstrumenten mit mechanischen Schwingkörper, wie Saiten od. dgl., in deren Nähe elektrisch leitende Platten oder Elektroden angebracht sind, die zusammen mit den Schwingkörpern Kondensatoren bilden, welche dazu dienen, die mechanischen Schwingungen der Saiten in elektrische Impulse umzuwandeln, ist es sehr wichtig, dass störende elektrostatische Felder daran gehindert werden, zwischen Saite und Elektrode zu wirken. Dieselben nehmen nämlich leicht die gleiche Grösse an, wie die durch die Schwingungen der Saiten hervorgerufenen Stärkeschwankungen im Felde. Die vorliegende Erfindung geht darauf hinaus, die Einwirkungen der störenden Felder durch elektrostatische Schirme von den Elektroden fernzuhalten, u. zw. durch Einschliessen derselben in ein verhältnismässig dichtes System von Körpern mit unveränderlichem Potential.
In Fig. 8 bezeichnet 33 eine Saite, neben welcher eine Elektrode. 34 liegt. Die Elektrode wird an der einen Seite durch die Saite gedeckt. Die andere Seite der Elektrode wird durch einen mit der Saite elektrisch verbundenen Teil 35 gedeckt. Die Saite 33 ist mit dem positiven Pol einer Stromquelle. 36 verbunden, deren negativer Pol durch den Widerstand 37 mit der Elektrode 34 in Verbindung steht.
Zwischen der Elektrode und der Saite 3. 3 bzw. dem Schirm. 35 herrscht somit ein elektrostatisches Feld, das durch die Umfassung der Elektrode durch äussere Felder nicht gestört werden kann. Auch die Leitung 38 von der Elektrode 34 zum Gitter des Verstärkerrohrs 39 ist abgeschirmt.
Die Ausführungsform in den Fig. 9 und 10 zeigt einen gusseisernen Rahmen 40, auf welchen ein Satz Saiten 41 gespannt ist. Der Rahmen steht somit in elektrischer Verbindung mit den Saiten. In geringem Abstande von den Saiten sind zwei Elektrodenplatten 42 bzw. 43 angebracht. Wie in Fig. 10 angedeutet ist, besteht die Elektrode 42 aus einem metallischen Belag 44 auf einer dickeren, aus Isoliermaterial hergestellten Platte 45. Der Rahmen 40 ist zu einer Platte 46 erweitert, welche die Elektrode vollkommen deckt und an der die Elektrode mittels der Stellschrauben 47 und 48 einstellbar befestigt ist. Die elektrostatisehe Abschirmung wird hier somit durch den Saitensatz 41, den Rahmen 40 und die Platte 46 zusammen erreicht.
Die Befestigung der Elektrode an demjenigen Teil des Rahmens, der dieselbe abschirmt, ist von besonderer praktischer Bedeutung, da der Abstand zwischen Saite und Elektrode hiedurch genau eingestellt und beibehalten werden kann, unabhängig von Temperatur-und Feuehtigkeitsschwankungen.
Bei sämtlichen Ausführungsformen kann die Impedanz des Widerstandselementes geändert werden, indem man einen veränderlichen Kondensator neben dasselbe schaltet, mittels dessen die Lautstärke bequem und stetig verändert werden kann.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann im Gegenteil auf die verschiedenste Weise verwendet werden. Verschiedenen Elektroden und verschiedenen Schwingkörpern können somit verschiedene Potentiale zugeteilt werden, falls dies für die Kompensierung verschiedener Schwingungsfähigkeit bei verschiedenen Sehwingkörpern erforderlich ist.
Ferner können auch die Elektroden aus auf akustische Frequenzen abgestimmten Systemen bestehen, wobei neue und originelle Klangeffekte erreicht werden können. Es ist auch möglich, die Elektroden im Verhältnis zu den Schwingkörpern beweglich anzubringen, so dass die Klangfarbe und die relative Stärke des Instrumentes variieren können. Ferner ist es möglich, die Elektroden vor den Enden der Schwingkörper anzubringen, so dass beispielsweise die Längenveränderungen einer Saite zur Aufnahme der Schwingungen derselben ausgenutzt werden können. Diese Ausführungsform hat unter andern den Vorteil, dass alle Obertöne erhalten werden.
Schliesslich können nicht nur Saiten, sondern auch alle andern Arten von Schwingkörpern verwendet werden, wie Federn, Rohre, Platten usw., wobei die Form der Elektroden natürlich den Schwingkörpern anzupassen ist.
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