Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung musikalischer, sprachähnlicher oder sonstiger Klänge auf elektrischem Wege. Es ist in der Technik bereits bekannt, dass man musikalische Töne in der Weise erzeu gen kann, dass elektrische Schwingungen mit den in der Elektrotechnik bekannten Hilfs mitteln, zum Beispiel Elektronenröhren, er zeugt und durch Lautsprecher hörbar ge macht werden. Weiterhin ist auch bekannt, dass man diesen Tönen bestimmte Klang farben dadurch erteilen kann, dass man Grund- und Oberschwingungen in bestimm ten Verhältnissen mischt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun fol gende wichtige neue Erkenntnis zugrunde: Eine grosse Zahl besonders der charakte ristischen Klangfarben der Musikinstrumente und ebenso auch die Sprachlaute entstehen durch die sogenannten Hallformanten. Es sind dies zumeist gedämpfte Schwingungs züge von einer oder mehreren Grundfrequen zen, die im Laufe einer Periode des Grund tones entstehen und auch im Verlauf einer solchen Periode abklingen. Liegt :
die Fre- quenz der Hallformanten höher als die des Grundtones, so ist sie - im Gegensatz zu der Helmholtzschen Theorie, die nur harmo nische Oberschwingungen kennt - im all gemeinen nicht harmonisch mit dem Grund ton, kann aber auch harmonisch sein. Die Hallformanten entstehen zumeist durch Stoss erregung eines oder mehrerer Resonanzkörper. Der Stoss wird von der Grundschwingung ausgelöst, und zwar in den meisten Fällen dadurch, dass die Kurvenform der Grund schwingung eine oder mehrere Unstetigkeiten aufweist.
Gemäss der Erfindung werden grund sätzlich. zwei verschiedene Frequenzen er ,zeugt, die in bestimmter Weise in Zusammen hang gebracht werden, und zwar werden bestimmte, für den Klangcharakter mass gebende, den Hallformanten bildende Fre quenzen oder Frequenzgemische in ihrer Am plitude entsprechend der Frequenz oder den Frequenzen des oder der gewünschten Grund- töne rhythmisch verändert.
Die erste Fre- quenzgruppe soll dem erzeugten Ton die Klangfarbe geben, während die Frequenz des Grundtones .durch die zweite Frequenz be stimmt wird, die meist geringer ist als die erste Frequenzgruppe. Gemäss der Erfin dung werden diese beiden Frequenzen nicht einfach addiert, sondern in anderer Weise miteinander verkettet.
Bei dieser Verkettung ist aber wesentlich, dass bestimmte, für den Klangcharakter massgebende, den Hallfor- manten bildende erste Frequenzen oder Fre- quenzgemische in ihrer Amplitude entspre chend der Frequenz oder Frequenzen des oder der gewünschten Grundtöne (zweite Fre quenzen) rhythmisch verändert werden.
Im folgenden werden Ausführungsbei spiele der Erfindung beschrieben, die zum Teil in .den beiliegenden Zeichnungen dar gestellt sind, und zwar zeigt: Fig. 1 Schwingungsdiagramme, Fig. 2 und 3 Schaltungsteile von Ausfüh rungsbeispielen, Fig. 4 einen Schaltungsteil zur gegensei tigen Beeinflussung von Grundschwingung und Hallformantschwingungen, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Spielwerkvorrichtung, Fig.,
6 eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform der Einrich tung nach Fig. 5, Fig. 7 und 7a Teile weiterer Ausfüh rungsformen gemäss Fig. 5, Fig. .8 ein Schaltungsteil einer weiteren Ausführungsform, Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung der Einrichtung gemäss Fig. 5, Fig. 10 einen ;
Querschnitt durch die Ein richtung gemäss. Fig. 9, Fig. 11 eine Ausführungsform.eines elek tromagnetischen Musikinstrumentes.
In Fig. 1 ist der zeitliche Verlauf von Schwingungen dargestellt, und zwar bedeu tet a die schematische Darstellung einer Grundschwingung mit Unstetigkeiten, b eine in bezug auf musikalische Wirkung ähnliche Schwingung, jedoch als Differentialquotient von a, c eine Reihe gedämpfter Schwingun- gen, wie sie durch Stosserregung eines Resonanzkörpers durch eine Schwingung von der Form a bezw. b entsteht und d die aus den Schwingungen a und c linear zusammen gesetzte Gesamtschwingung.
Ein Vergleich der Schwingungen c oder d mit oszillographi- schen Aufzeichnungen von musikalischen Klängen ergibt eine gute Übereinstimmung. Die Grundschwingung a in Fig. 1 entspricht zum Beispiel der Saitenbewegung einer ge strichenen Violinsaite. Bei der von dem Violinboden ausgehenden Tonschwingung kommen dazu die Hallformanten, das sind die gedämpften Schwingungen der Resonanz- bäden, welche in jedem; Unstetigkeitspunkt der Saitenschwingung stossartig erregt wer den.
Für die elektrische Nachbildung von musikalischen Klängen, das heisst also von Schwingungsbildern, die einen Verlauf nach Art der Reihe c oder d aufweisen, entsteht also die Aufgabe, elektrische Wechselströme zu erzeugen, welche die charakteristischen Merkmale dieser Schwingungsbilder tragen. Die genannten Wechselströme können dann mit Hilfe eines Lautsprechers, nötigenfalls unter Zwischenschaltung von Verstärkern, in Schall umgewandelt werden. Das Merkmal dieser Schwingungsbilder ist das Vorhanden sein die Klangfarbe bestimmender erster Fre quenzen, deren Amplitude im Rhythmus des Grundtones verändert ist.
Diese rhythmische Veränderung wird zweckmässigerweise durch elektrische Modulationsmethoden bewirkt, wie sie in der Hochfrequenztechnik bekannt sind, um eine Trägerwelle nach Massgabe von Mikrophonströmen zu modulieren. Eine hier zu geeignete Schaltung zeigt Fig. 2. Die ersten Frequenzen werden in den Anoden kreis, .die zweiten in den Gitterkreis ein geführt.
Man arbeitet dabei auf dem ge- hrümmten Teil der Röhrencharakteristik durch entsprechende negative Gittervorspan- nung, so dass eine Modulationswirkung ent steht. Die Modulation der Trägerwelle kann selbstverständlich auch nach andern in der Hochfrequenztechnik bekannten Verfahren geschehen.
Ferner kann ausserdem zum Zwecke der' besonderen Hervorhebung des Grundtones die Modulation.sfrequenz den modulierten Schwingungen nochmals linear beigemischt werden, entsprechend dem Schwingungsbild in Fig. ld. Die rhythmische Veränderung kann auch in der Weise erfol gen dass das Schwingungssystem für den Hallformanten durch Schwingungen eines Schwingungssystem für den Grundton zum Schwingen gebracht wird. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dieses Prin zips besteht darin, dass der Hallformant durch Stoss erregt wird.
Für die elek trische Erzeugung musikalischer Klänge und sprachähnlicher Laute ist demnach die Kombination eines Schwingungserzeugers mit Resonanzgebilden geeigent, deren Eigen schwingungen höher als die des Schwingungs erzeugers liegen, wobei durch geeignete Mass nahmen dafür gesorgt ist, dass die Erregung der Eigenschwingungen der Resonanzkörper stossartig erfolgt.
Dies kann ausser durch Wahl einer Grundschwinggungsform mit Un- stetigkeitsstellen zum Beispiel auch in der 97'eise erfolgen, dass die Kopplung der Reso nanzgebilde mit dem Schwingungserzeuger durch ein Element vermittelt wird, welches eine Unstetigkeit aufweist. In den Fig. 3 und 4 sind hierzu Ausführungsbeispiele dargestellt.
In Fig. 3 bezeichnet 1 ein gas gefülltes Entladungsgefäss (Glimmlampe mit oder ohne geheizter Kathode, zum Teil auch mit weiteren Elektroden, zum Beispiel zum Anlegen von Hilfsspannungen), das zusam men mit dem Kondensator 2 und dem Wider stand 3 elektrische Schwingungen erzeugt, deren Kurvenform bekanntlich beim Zünden und Löschen der Glimmlampe Unstetigkeiten aufweist. Die elektrische Energie zur Auf rechterhaltung der Schwingungen wird aus der Stromquelle 4 geliefert.
Diese Schwin gungen werden mit Hilfe des Transformators 5 auf das Gitter der Verstärkerröhre 6 über tragen, in deren Anodenkreis sich ein aus der Selbstinduktion 7 und Kapazität 8 bestehen des Resonanzgebilde befindet. Um die Dämp fung und damit die Abklingdauer der Eigen schwingungen des Kreises 7, 8 beliebig ein stellen zu können, ist der Widerstand 9 als zusätzliche Dämpfung und die Rückkopplung durch den Kondensator 10 als Dämpfungs- reduktion vorgesehen.
Zur Regulierung des Kopplungsgrades, der Amplitude und teil weise auch der Dämpfung können weitere - ohmsche oder komplexe - Widerstände 11 und 12 in Gitter- und Anodenkreis vor gesehen sein. Die kombinierte Schwingung wirkt nötigenfalls unter Zwischenschaltung -von Verstärkermitteln 6a auf den Laut sprecher 13 oder einen an dieser Stelle ein geschalteten weiteren Verstärker. Die Ano- denstromquelle 14 des Verstärkers kann mit der Stromquelle 4 identisch sein. Die Fig. 3 soll nur das Grundsätzliche darstellen, die Ausführung lässt zahlreiche Abänderungen zu.
So kann als Schwingungserzeuger auch eine andere Vorrichtung dienen, welche eine Kurve mit Unstetigkeiten liefert. Auch elek tromechanische Schwingungserzeuger eignen sich besonders gut, da sie zumeist ausgeprägte Unstetigkeitsstellen ergeben, wie zum Bei spiel der bekannte Wagnersche Hammer. Übrigens tritt, wie Versuche gezeigt haben, der Hallformanteneffekt auch ein, wenn die Unstetigkeit der Schwingungskurve nicht be sonders stark ausgeprägt ist, besonders dann, wenn das Resonanzgebilde schwach gedämpft ist.
So kann man zum Beispiel die Schwin gungen eines gewöhnlichen Röhrensenders verwenden, wenn man .sie zum Beispiel über ,einen Gleichrichter oder ein anderes Verzer rungsmittel führt; es genügt unter Umstän- ,den auch, wenn man die Schwingung aus dem Anodenkreis eines Röhrengenerators ent nimmt. Die in Fig. 3 dargestellten Hilfsmit tel 9, 10, 11 und 12 sind nicht unbedingt erforderlich, auch ist die Anwendung eines Verstärkers nicht von grundsätzlicher Bedeu tung.
Besonders sei darauf hingewiesen, dass das Resonanzgebilde 7, ,8 nicht unbedingt elektrischer Natur sein muss, es kann zum Beispiel aus einer elektromagnetisch beein- flusstenSaite, Stimmgabel oder dergleichen oder einem elektrisch beeinflussten Piezo- kristall bestehen. Auch die in der Musik instrumententechnik gebräuchlichen Reso nanzkörper, wie Holzkörper, röhrenförmige Gebilde, und dergleichen sind zur Bildung von Hallformanten geeignet, wenn sie in ge eigneter Weise, zum Beispiel elektromagne tisch, von der elektrischen Schwingung beein flussbar sind.
Eine besondere Ausführungs form dieses letzteren Gedankens betrifft eine elektrische Violine (Viola, Cello, Bass und Abarten), die anstatt durcheinen Violinbogen durch einen Elektromagneten 50, in der Nähe des Steges, wie aus Fig. 11 ersichtlich, erregt wird, indem die ferromagnetisehe Saite 51 in Schwingungen versetzt wird.
Derartige Anordnungen sind zwar für Versuchszwecke schon angewendet worden, das Wesentliche ist aber, dass die Kurvenform des erregenden Schwingungsstromesdie erwähnten Unstetig keiten zur Erregung der Hallformanten auf weist.
Die Kurvenform des in Fig. 11 dar gestellten Glimmröhrengenerators, der aus einer Glimmlampe 52 mit Kondensator 53, einer Batterie 54 und einem Regelwider stand 55 besteht,- ähnelt der Schwingung der mit dem Bogen gestrichenen Saite so weit gehend, dass durch diese Kombination die elektrische Erregung der Violine nicht nur einen vollwertigen Ersatz des Bogenspiels darstellt, sondern viele Vorteile in künst lerischer und technicher Hinsicht bietet. Die Höhe des Grundtones wird hierbei durch den Regelwiderstand 55 bestimmt.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung, bei welcher die zur Anstossung des Hallformantenerzeu- gers 15 dienende Unstetigkeit in ein Verbin dungsglied 16 zwischen einem beliebigen Schwingungserzeuger 17 und dem Hall- formantenerzeuger 15 verlegt ist.
Als solches Verbindungsglied kann zum Beispiel eine Glimmlampe, eine negativ vorgespannte Ver- stärkerröhre, ein Gleichrichter oder ein an deres Verzerrungselement benutzt werden.
Für manche Klangeffekte ist auch eine addi tive Beimischung des Grundtones zu den Hallformantenschwingungen von Bedeutung (vergleiche Fig. 1d). Mit Hilfe ,der gemein sam auf den Ausgang 20 wirkenden Kopp lungen 18 und 19 kann eine Mischung von Grundschwingung und Hallformant in belie bigem Verhältnis eingestellt werden. Bei 20 ist der Ausgang, zum Beispiel zum Ver stärker.
Auch diese Schaltung lässt zahl reiche Modifikationen zu, wie zum Beispiel die Einführung von Dämpfungserhöhungs- und Dämpfungsreduktionsmitteln für den Hallformanten, wie dies in Fig. 3 durch den Regelviderstand 9 und den Regelkondensator 10 gezeigt ist. Insbesondere können durch Verwendung mehrerer unter sich gekoppelter oder voneinander unabhängiger Hallforman- ten wirkungsvollere Klangeffekte erzeugt werden.
So befindet sich gemäss Fig. 3 im Anodenkreis der Verstärkerröhre 6 ein weiteres, aus der Selbstinduktion 7a und der Kapazität 8a bestehendes, mit einem Dämpfungsmittel 9a versehenes Resonanz gebilde: Durch einen Schalter 9b wird die Ausschaltung des obern Formanten _ ermög licht, so dass wahlweise mit einem oder zwei Formanten gespielt werden kann.
Sprach-, Gesangs- und Tierlaute werden mit grosser Ähnlichkeit nachgeahmt, indem Grundton und Hallformant so eingestellt werden, wie sie bei den entsprechenden natür lichen Lauten zusammengesetzt sind. Diese letztere Tatsache ist von grosser Bedeutung nicht nur in wissenschaftlicher Hinsicht, son dern auch für technische Zwecke.
Die künst lichen .Sprach- bezw. Gesangslaute sind musi kalisch höchst wertvoll, zum Beispiel indem man eine Vorrichtung nach Fig. 3 mit Ein stellurig der Hallformanten zur Erzeugung eines vokalartigen Klanges und veränder lichen Grundtones als Register in eine Orgel einbaut.
Künstliche Sprachlaute können wertvolle Verwendung finden in Signal-, Kommando- und ähnlichen Anlagen, als Warnungszeichen im Verkehrswesen, zum Beispiel für Fahrzeuge. Ausserdem kann eine "Sprechmaschine" Bedeutung gewinnen, wel- ehe eine Tastatur, zum Beispiel wie bei einer Schreibmaschine, aufweist und bei der bei Tastendruck der entsprechende Buchstabe als Ton erklingt. Die Einrichtung ist im übrigen ganz genau dieselbe, wie die in Fig. 3 dar gestellte.
Das Regelmittel 3 der Fig. 3 für den Grundton und das Regelmittel 8 für den bezw. die Hallformanten sind empirisch so eingestellt, dass der gewünschte sprach-, ge- sangs- oder tierlautähnliche Klang entsteht. 1 n ähnlicher Weise kann ein künstliches Lebewesen zum Sprechen gebracht werden, indem eine Einrichtung nach Fig. 3 in ein solches künstliches Lebewesen in Verbindung mit geeigneten Vorrichtungen gebracht wird, welche eine vorbestimmte Lautfolge ein schalten.
Für ein Musikinstrument muss in erster Linie die Tonhöhe beliebig veränderlich sein. nies kann entweder durch .Zuhilfenahme mehrerer Schwingungserzeuger, zum Beispiel solcher wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, er reicht werden, oder es kann die Tonhöhe eines oder einzelner Schwingungserzeuger einstell bar ausgebildet werden. In der Schaltung nach Fig. 3 wird zum Beispiel die Tonhöhe durch den Widerstand .3 und den Kondensa tor 2 bestimmt, welch letzterer auch mit Hilfe des LTmsehalters 2a zum Widerstand 3 parallel geschaltet sein kann, oder es können auch an beiden Stellen Kondensatoren liegen.
Da die Widerstandsänderung technisch sehr einfach,durchzuführen ist, wird diese Art der Tonhöheneinstellung bevorzugt. Zweckmässig besteht demnach das Spielwerk (Manual) aus einem veränderlichen Widerstand, welcher beispielsweise so eingerichtet ist, dass durch Niederdrücken eines Drahtes, Bandes oder dergleichen auf einen stab-, röhren- oder dergleichen förmigen Widerstandskörper an bestimmten Punkten bestimmte Widerstands werte eingeschaltet werden, welchen be stimmte Tonhöhen zugeordnet sind. Fig. 5 zeiht ein einfaches Spielwerk.
Der zwischen seinen zwei Haltepunkten 22.a und 22b aus gespannte Widerstandsdraht 22 kann in je dem Punkt seiner Länge gegen den festen, als Schiene ausgebildeten Leiter 23 gedrückt werden. In Fig. 5 ist die isolierende Platte 23a als Träger für die Haltestifte 22a und ?2b und den Leiter 23 ausgebildet. 22c und 22d sind elektrische Zuführungen für An fang und Ende des uriderstandsdrahtes 22. 23b ist die Zuführung für den Leiter 23. Das physikalische Gesetz, welches den Zu sammenhang zwischen Widerstandskwerten und Tonhöhen angibt, ist ähnlich demjenigen, welches für die Beziehung zwischen Saiten länge eines.
Saiteninstrumentes und der Ton höhe besteht. Wenn man also den erwähnten Widerstandskörper so ausbildet, dass die Widerstandswerte proportional der abgegrif fenen Drahtlänge sind, so ist die Verteilung der Tonleiter ähnlich den ,Saiteninstrumen ten, das heisst die Griffe werden nach den höheren Tönen zu enger. Man hat es nun bei dem elektrischen Musikinstrument in der Hand, durch Wahl der Bestimmungsgrössen die Spielmensur genau so wie bei einem Saiteninstrument einzurichten, auf dessen Spielweise ein Musiker eingeübt ist. Ins besondere kann man mehrere, zum Beispiel vier Widerstände 22, die vier Schwingungs erzeugern zugeordnet sind, nebeneinander an ordnen und so ein gewohntes Saiten- oder an deres Musikinstrument in seiner Spielweise nachahmen.
Eine übersichtliche Spielweise wird ermöglicht, wenn man die Widerstands verteilung in Abhängigkeit von der Länge so einrichtet, dass gleichen musikalischen Ton intervallen gleiche Abstände entsprechen, ähnlich der Tonfolge auf dem Klavier, jedoch ohne die Beschränkung auf chromatische Töne, sondern mit stetiger Tonhöhenfolge. Diese Widerstandsverteilung wird erreicht zum Beispiel durch Wahl eines veränder lichen Querschnittes des Drahtes, aus wel chem der Widerstand gebildet ist, oder durch veränderliche .Steigung der aus dem Wider standsdraht gebildeten Wicklung, durch Auf wickeln des Widerstandsdrahtes auf einen besonders geformten Körper,
wie er in Fig. 6 beispielsweise dargestellt ist, durch entspre chende Formung des Widerstandskörpers aus einem Hochohmmaterial oder durch ähnliche Massnahmen. In Fig. 6 bedeutet 22f einen aus gewickeltem Draht bestehenden Wider standskörper besonderer Form, 2,3e einen isoliert darübergespannten Kontaktdraht, durch dessen Niederdrücken die entsprechen den Widerstandswerte eingeschaltet werden.
In ähnlicher Weise kann auch die Ände rung der Tonhöhe durch Änderung einer Selbstinduktion bewirkt werden, .die dann ähn- lieh der Einrichtung nach Fig. 6, jedoch mit auf einem magnetischen Trägerkörper auszu bilden ist. Die Änderung der Selbstinduktion kann ferner auch durch Parallelschaltung eines Widerstandes oder durch Kurzschluss von Wicklungsteilen bewirkt wird.
Es ergibt sich in einfacher Weise ein transponierendes Instrument, zum Beispiel dadurch, dass die Kapazität 2 des Ton erzeugers veränderlich gemacht wird, wobei die Mensur des Spielwerkes erhalten bleibt. Zweckmässig verhalten sich dabei die Kapazi tätswerte zu Oktavenübergängen wie 1 : 2 : 4 <B>USW.</B>
An Stelle des Widerstandes 3 in Fig. $ zur Tonhöhenbildung wird bei einer andern Ausführungsförm eine Mehrelektrodenröhre verwendet, deren Widerstand durch Span nungsänderung an der Steuerelektrode mit Hilfe eines :der Fig. 5 ähnlichen, als Potentio- meter geschalteten, durch Tastung bedien baren Widerstandes auf die gewünschten Werte eingestellt wird.
Dabei kann die Heiz- batterie als Potentiometerbatterie mitverwen- det werden und der Spannungsbereich durch einen vorgeschalteten Regelwiderstand ver ändert werden. In diesem Fall wird der Über gang von der logarithmischen auf die lineare Tonhöhenverteilung längs des Spielbrettes dadurch erreicht, dass man auf einem derart gekrümmten Teil der Röhrencharakteristik arbeitet"dass der Röhrenwiderstand als Funk tion der Potentiometerstellung den inversen Verlauf aufweist.
Solche Bereiche lassen sich in den Charakteristiken der meisten Ver- stärkerröhren finden, oder es können Röhren besonders diesem Zweck entsprechend dimen sioniert werden. Die sich ergebende Spiel mensur wird zweckmässigerweisedurch eine eventuell im ganzen oder in einzelnen Teilen verschiebbare Skala 21 (Fig. 5) auf dem Spielwerk notiert. Bei der Potentiometer- schaltung entsteht beim Drücken zweier Punkte (Kurzschliessen einer Strecke) eine andere Mensur, die zweckmässigerweise als Nebenskala notiert wird.
Eine Lösung der Aufgabe, dem Spieler Anhaltspunkte zu geben, ohne dass er den Blick vom Notenblatt entfernen muss; ist in Fig. 7 dargestellt. Diese Figur zeigt einen walzenförmigen Körper 56 aus nichtleiten dem Material. Auf der untern Seite dieses Körpers sind kammartige Ansätze 57 an gebracht. Der Spieler benutzt dieses Spiel werk etwa in einer dem Flötenspiel ähnlichen Haltung. Durch Erfassung der kammartigen Ansätze erhält er dann Anhaltspunkte für die Tonhöhe. Fig. 7a zeigt die Einrichtung im Schnitt. 58 ist ein mit den kammartigen Ansätzen 57 aus einem Stück hergestellter Hauptträger aus Isoliermaterial.
Auf diesem Hauptträger ist eine Widerstandswicklung 59 aufgebracht. Mit Abstand ist die Wicklung 59 durch einen Metallzylinder 60 umgeben, der auf der Innenseite des Körpers 56 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Durch Defor mieren des Körpers 56 wird alsdann Kontakt zwischen der Belegung 60 und der Belegung 59 hergestellt. Die Belegungen sind in vor her beschriebener Weise mit den Schwin gungserzeugern in Verbindung gebracht.
In allen Fällen muss der tonhöhenbestim- mende Widerstand so eingerichtet sein, dass im Ruhezustand keine Tonerzeugung statt findet. Bei Drahtwiderständen ist dies ver hältnismässig einfach, wenn bei nicht ge drücktem Kontaktdraht der Stromkreis un-. terbrochen ist.
Bei der Verwendung einer Verstärkerröhre entsteht zunächst die Schwie rigkeit, dass bei offenem Gitter der Röhren widerstand nicht unendlich gross wird. Diese Schwierigkeit kann man dadurch beheben, dass dem Gitter eine verhältnismässig hohe negative Vorspannung gegeben wird und die Schaltung so getroffen ist, dass beim Nieder drücken des Kontaktdrahtes Vorspannung und hoher Widerstand überbrückt werden, wie dies die Schaltung nach Fig. 8 zeigt.
In Fig. 8 bedeutet 2-8 eine Stromquelle, 29 ein Schwingungserzeuger für niederfrequente, elektrische Schwingungen, 3,0 und 31 Kon- .densatoren, um die Frequenz des Schwin gungserzeugers 29 zu verändern. Die Fre quenz wird ferner bestimmt durch eine Mehr elektrodenröhre 32. Der Widerstand dieser Röhre wird dadurch geändert, dass an die Steuerungselektrode 33 verschiedene Span nungen gegenüber der Kathode 34 angelegt werden.
Die veränderliche Spannung kann aus einer Heizbatterie 35 entnommen werden, und zwar unter Zwischenschaltung eines Spielwerkes beispielsweise nach Fig. 5. Die Schiene 23 ist mit der Spannungsquelle 28 über ein Potentiometer 42 verbunden, so dass durch Niederdrücken des Drahtes 2.2 der Stromkreis zur Stromquelle 3.5 geschlossen wird. Im Stromkreis der Steuerelektrode 33 ist ausserdem noch die hohe negative Vor spannung 41 eingeschaltet, welche ganz auf das Gitter 33 zur Wirkung kommt, wenn kein Kontakt zwischen 22 und 23 besteht.
Wird dieser Kontakt hergestellt, so wirkt die Vorspannung 41 nur noch mit demjenigen Teilbetrag, welcher sich aus der Stellung des Potentiometers 42 ergibt. Zu diesem Span nungsbetrag kommt dann noch ausserdem eine Teilspannung der Batterie 35 hinzu, welche durch die Stellung bestimmt wird, in welcher der Widerstand 22 mit der Schiene 23 zum Kontakt gebracht wird. Hierdurch wird der M'iderstand,der Röhre 32 verändert und da mit die Frequenz des Schwingungserzeugers 29 bestimmt.
Wie bereits weiter oben aus- geführt, muss die Röhre 32, auf einem solchen Abschnitt der Charakteristik - dies wird durch ein entsprechend vorgespanntes Hilfs gitter 33a unterstützt - benutzt werden, da.ss durch gleich grosse Abschnitte auf dem Draht 22 gleiche Tonintervalle erzielt werden. Die erzeugte Frequenz wird über einen Trans formator 36 einem geeigneten Wiedergabe gerät zugeführt.
Zwecks Vereinfachung der Schaltungsdarstellung sind in der Schal tungsanordnung nach Fig. 8 zur Verände rung der Lautstärke lediglich ein variabler Nebenschlusswiderstand <B>37</B> bezw. 38 und zur Veränderung der Klangfarbe lediglich Kon densatoren 39 bezw. 40 dargestellt. Hierbei bilden die Sekundärwicklung des Transfor mators 36 und der variable Kondensator 39 ein den Hallformanten bestimmendes schwin gungsfähiges Gebilde.
Eine Betrachtung des Schwingungsvor- ganges, welcher durch Widerstand und Ka- pazität in Verbindung mit einer Edelgas röhre entsteht, ergibt, dass die Periodizität der Schwingungen nicht für !den Zeitraum kurz nach dem Einschalten gilt. Diese Ab weichung macht sich besonders bei hohen Tönen im Lautsprecher als Einschalte geräusch störend bemerkbar. Diese Schwie rigkeit kann in vielen Fällen .durch Dämp- fungsmittel behoben werden, die in dem nachgeordneten Verstärkeraggregat angeord net sein können.
Sie kann auf andere Weise dadurch behoben werden, dass man die Edel gasröhre in einem Zustand mittleren Strom durchganges belässt und erst durch das Nie derdrücken des Kontaktdrahtes die Tonaus lösung herbeiführt. Dies kann zum Beispiel in der Weise erfolgen, dass der eine Pol des Kondensators 31 in Fig. 8 statt an die Ka thode an die Schiene 23 angeschlossen ist, zum Beispiel mit Hilfe des Umschalters 31a. Man wählt dann die Spannung der Energie quelle 41 so,
da.ss bei nichtgedrückter Saite 22 2 durch die Röhre 32 noch ein sehwacher Strom fliesst, also,die Generatorröhre 2.9 noch schwach glimmt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die vorerwähnten Einschaltgeräusche ge ringer werden, wenn man die Glimmlampr nicht bei jedem Ton neu einschaltet, sondern sie nur von einem Glimmzustand in einen an dern überführt.
Man kann die Anordnung auch so treffen, dass man in den Spielpausen den Kondensator 31 an die Kathode ange schaltet lässt und die Spannung der Energie quelle 41 so wählt, dass auch in den Spiel pausen eine Schwingung in der Glimmlampe 29 erzeugt wird. Um die Schwingung nicht hörbar zu machen, ist an irgendeiner Stelle im Zuge der weiteren Schaltung, zum Bei spiel in einer Verstärkerstufe, eine Unter brechung gelegt, die mechanisch mit der Schiene 23 in Verbindung steht, so .dass der Verstärker nur bei niedergedrückter Saite 22 eingeschaltet ist.
Für ein hochwertiges Musikinstrument ist es ferner erforderlich, dynamische Unter schiede schaffen zu können, die vom Spieler leicht und in künstlerisch wirkungsvoller Form hervorgebracht werden können. Eine besondere Bedienung des Laut stärkereglers von Hand ist unzweckmässig, da sie die Aufmerksamkeit des Spielers zu sehr in; Anspruch nimmt und eine Hand dem Spiel entzieht. Besser ist eine Bedienung durch ein Fusspedal, wobei ein stetiges oder stufenweises Handregelmittel zur Grobein stellung bleiben kann, während die künst lerische Nuancierung der Lautstärke ähnlich wie bei der Orgel durch Pedal erfolgt.
Als Schaltelement kann der Lautstärkeregler aus dem Widerstand .38 in Fig. 8 bestehen. Die vollkommenste Art der Lautstärkeregelung erfolgt durch die .gleiche Bewegung wie die Tonauslösung, zum Beispiel dadurch, dass das ganze Spielwerk nachgiebig oder verschieb bar gelagert und derart mit einem Regelorgan in Verbindung gesetzt ist, dass beim Nieder drücken zur Tonauslösung je nach der Stärke des Druckes die Lautstärke beeinflusst wird.
Bei Verwendung einer Widerstandswalze kann diese drehbar und neigbar angeordnet sein, so dass man in entsprechender Schaltung durch die Drehung die Tonhöhe, durch die Neigung die Klangfarbe oder umgekehrt verändern kann. Sehr gut geeignet hierfür ist folgende in Fig. 9 und 10 dargestellte Konstruktion: Auf der Unterseite der Me- tallschiene 23 befindet sich die Anordnung 25, die- aus zwei Elektroden mit zwischen gelagertem Kohlepulver 26 besteht. Durch Niederdrücken der obern Elektrode wird das Kohlepulver zusammengedrückt und dadurch sein elektrischer Widerstand geändert.
Die Schaltung muss dann zum Beispiel mit Hilfe einer Verstärkerröhre so gewählt werden, da.ss bei kleinem Widerstand die Lautstärke gross wird. Die Abhängigkeit des Kohlewider- standes von dem Druck passt sich besser der physiologischen Lautstärkeempfindung an als eine lineare Regelung.
Wenn man in der beschriebenen Konstruktion das Kohlepulver fortlässt und durch ein Dielektrikum ersetzt, so entsteht ein durch Druck veränderlicher Kondensator, der sieh sinngemäss gleichfalls zur Lautstärkeregelung verwenden lässt.
Die verhältnismässig kleinen Kapazitätswerte sind ausreichend, wenn man in einer Verstärker- schaltung den Kondensator zum Beispiel einem hohen Gitterableitewiderstand parallel schaltet.
Die wichtigste Vervollkommnung, welche die beschriebenen Einrichtungen für die Mu- sikinstrumententechnik bringen, ist die be liebige Einstellung der Klangfarbe durch die Hallformanten. Da die Hallformanten über einen grossen Tonhöhenbereich konstant blei ben, können sie wie bei der Orgel register artig eingeschaltet werden. Für weit ausein- anderliegende Tonbereiche kommen jedoch andere Formanten bezw. Formantkombina- tionen in Betracht.
Es werden daher zweck mässigerweise den verschiedenen Tonhöhen bereichen verschiedene Formantkombinatio- nen zugeordnet.
Zur Erzielung weiterer musikalischer Ef fekte ist auch die Klangfarbe stetig verän derlich auszubilden. Aus der Fig. 3 geht hervor, dass die Klangfarbe zum Beispiel durch Regelung des Kondensators 8 beein flusst werden kann. Die Einstellung des Kondensators -8 kann zum Beispiel in der Weise mit der Tonauslösung vereinigt wer den, dass beim Verschieben des Spielwerkes in wagrechter Richtung durch eine geeignete mechanische Kupplung der Kondensator 8 geregelt wird. Auch kann ein Fusspedal hier zu dienen.
Die stetige oder stufenweise Beeinflus sung der Klangfarbe beschränkt sich nicht auf die Hallformanten. Die der Technik be kannten Beeinflussungsmöglichkeiten (vor zugsweise Kondensatoren, Induktivitäten, Widerstände und deren Kombinationen) ge gebener Klangfarben durch Bevorzugung oder Benachteiligung einzelner Frequenzen oder Frequenzbereiche oder durch Ober schwingungssynthese können mit den be schriebenen Musikinstrumenten kombiniert werden.
Durch die stetige Veränderlichkeit von Lautstärke und Klangfarbe kann eine künst lerische Spielweise geschaffen werden, die durch eine dreidimensional bewegliche oder bedienbare Einrichtung erreicht werden kann, wobei den Dimensionen Tonhöhe, Lautstärke bezw. Klangfarbe zugeordnet sind. In dem Spielwerk nach den Fig. 9 und 10 'bedeutet 23 eine metallische Schiene von beispielsweise 75 cm Länge, über die ein Widerstandsdraht 22 isoliert gespannt ist. 2$ bedeutet eine Feder für eine nachgiebige Lagerung der Schiene 23, so dass die Schiene sowohl nach unten, als auch nach den Seiten verschoben werden kann.
Durch die Bewegung der Schiene nach unten wird ein in Abhängigkeit vom Druck beispielsweise zwischen zwei Platten 25 angeordneter regelbarer Wider stand aus Kohlepulver 26 gesteuert, der bei spielsweise die Lautstärke des Tones beein flusst. Die Bewegung der Schiene nach den Seiten gemäss Fig. 10 erzeugt beispielsweise durch Regelung von Siebkreisen mit Hilfe eines Kondensators 27 Veränderungen der Klangfarbe. Die Tonhöhe wird dagegen durch Niederdrücken des Drahtes 22 be stimmt. Hierbei ist die Anordnung vorzugs weise noch so getroffen, dass in einer Rich tung einer Fläche mehrere Spielwerke ver schiedener Klangfarbe nebeneinander ange ordnet sind, die durch die bereits früher an gegebenen Mittel an jeder Stelle der andern Richtung der Fläche die gleiche Tonhöhe haben.
Hierbei kann von Wichtigkeit sein, dass die Klangfarbenfolge der Einzelspiel werke einem möglichst kontinuierlichen tber- gang von weicher zu harter Klangfarbe ent spricht.
Das im vorstehenden beschriebene Musik instrument ergibt ausser den bereits erwähn ten noch mehrere andere musikalische Ef fekte. Wenn die Frequenz des Grundtones unter die Hörgrenze sinkt, so machen die Hallformanten je nach der Dauer ihrer Ab klingzeit den Eindruck von angeschlagenen Glocken, Xylophonstäben oder Schlagzeugen. Durch Anschlagen der Hallformanten, zum Beispiel durch Einschalten des Betriebs stromes in bestimmten Intervallen entstehen rhythmische Effekte.
Der Rhythmus wird dabei zum Beispiel durch Unterhörgrenz- schwingung der Edelgasröhre 1 in Fig. 3 ge geben und ist je nach der Stelle des Spiel werkes, auf welcher man den Kontaktdraht niederdrückt, verschieden. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Trommel- oder Xylophonwirbel erzeugen in einem Tempo, wie es von Hand nicht möglich ist.
Atonale Geräusche, wie Trommel, entstehen auch da durch, dass kein Hallformant eingeschaltet ist und nur die rhythmischen Glimmentla- dungen bezw. die @etriebsstromeinschaltun- gen auf den Lautsprecher wirken. Ausser durch das Anstossen der Hallformanten kön nen abklingende Schwingungen zum Beispiel von klavierartigem Charakter aber mit belie biger Klangfarbe dadurch gebildet werden, dass den Schwingungen künstlich ein ab klingender Charakter gegeben wird, zum Bei spiel dadurch,
dass die Anodenspannung einer Verstärkerstufe aus einem geladenen Kon densator entnommen wird, der in den Pausen durch geeignete Massnahmen immer wieder aufgeladen wird.
Die Verwandtschaft der für ein elek trisches Musikinstrument erforderlichen Be standteile mit denen eines Rundfunkemp fängers, insbesondere die Gemeinschaftlich- keit des Verstärkers und Lautsprechers er gibt eine Kombination mit einem solchen Empfänger, indem durch geeignete Umschal ter ein Übergang von Rundfunkempfang und Schallplattenwiedergabe auf elektrische Mu sik ermöglicht wird.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele eines elektrischen Musikinstrumentes brau chen nicht auf Eintoninstrumente bezw. In strumente mit wenig Tönen beschränkt zu bleiben, sondern können auch zu klavier- oder orgelartigen Instrumenten ausgebaut werden, wobei trotzdem eine kontinuierliche Tonskala erhalten bleiben kann, so dass also beim Nie derdrücken von mehreren Punkten des Spiel- brettes zugleich alle Töne erklingen, die den niedergedrückten Punkten zugehören.
Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass mehrere Tonerzeuger etwa nach Fig. 3 auf ein gemeinsames Spielwerk derart arbei ten, dass die Drähte, Bänder oder dergleichen parallel zueinander angeordnet sind oder auch hintereinander so, dass jedem Tonerzeuger nur ein kleines Intervall, etwa eine kleine Terz, zugehört und sich der nächste auf dem Spielbrett unmittelbar daran anschliesst. Man kann dann mehrere Töne zugleich nur in Ab ständen von mehr als einer kleinen Terz spielen, was meistens genügt.
Ein aus meh reren, auf gleiche oder verschiedene Klang farben geschalteten Drähten 22 oder derglei chen gebildetes Spielwerk kann derart aus gebildet werden, dass die Drähte durch einen nachgiebigen Isolierstreifen abgedeckt sind, auf dem zweckmässigerweise die Mensur auf gezeichnet ist. Eine vollkommenere Einrich tung zum mehrtönigen Spiel wird dadurch gewonnen, dass jedem Finger der Hände ein besonderer Schwingungserzeuger zugeordnet ist, wovon jeder gleich ist. Gespielt wird dann mit einem Handschuh, in welchen für jeden Finger ein metallischer Kontakt eingearbeitet ist. Die Ableitung geschieht durch leicht flexible Drähte, die das Spielen nicht beein trächtigen.
Die Lautstärkenregelung kann in diesem Falle dadurch erfolgen, dass in dem Handschuh an jeder Fingerspitzenstelle eine kleine Menge gohlepulver mit weichen Elek troden zum Beispiel aus Staniol eingebaut ist.
Es ist auch möglich, durch elektrische Mittel tremolierende Änderungen der Ton höhe, der Lautstärke und der Klangfarbe zu erhalten. Um solche tremolierenden Ände rungen zu bekommen, überlagert man dem in Betracht kommenden Stromkreis einen langsamen Wechselstrom, und zwar für das Tremolo der Lautstärke dem Strom kreis einer Verstärkerstufe (vergleiche 70 in Fig. 8), für das Termolo der Ton höhe dem Glimmlampenstromkreis (ver gleiche 71 in Fig. 8)
und für das Tremolo der Klangfarbe dem Hallformantenstrom- kreis (vergleiche 72 in Fig. 8). In letzterem Falle soll der Wechselstrom 72 nicht eine Spannung im Transformator 36 hervorrufen, sondern nur die Selbstinduktion des Trans formators rhythmisch verändern.
Die beschriebenen Einrichtungen zur elektrischen Musikerzeugung eignen sich n oc 'h insbesondere zur Aufzeichnung Aufzeichnung von Lauten, Tönen, Geräuschen oder dergleichen auf Schallplatten. Es ist hierbei eine vor- herige Umsetzung der elektrisch erzeugten Schwingungen in Schall nicht notwendig. Die Schwingungen werden vielmehr unmit telbar auf einem Phonogrammträger auf gezeichnet.
Die Aufzeichnung kann zum Bei spiel elektromagnetisch erfolgen. Ein Um setzen der Schwingungen in Schall wäre höchstens zum Mithören während der Auf nahme erforderlich.
Method and device for generating musical, speech-like or other sounds by electrical means. It is already known in the art that musical tones can be generated in such a way that electrical vibrations are generated using the tools known in electrical engineering, for example electron tubes, and are made audible through loudspeakers. It is also known that certain timbres can be given to these tones by mixing fundamental and harmonics in certain ratios.
The present invention is based on the following important new knowledge: A large number of the characteristic timbres of musical instruments, in particular, as well as speech sounds are created by what are known as reverb formants. These are mostly damped vibration trains of one or more fundamental frequencies that arise in the course of a period of the fundamental tone and also decay in the course of such a period. Lies :
the frequency of the reverb formants is higher than that of the fundamental, so - in contrast to Helmholtz's theory, which only knows harmonic harmonics - it is generally not harmonious with the fundamental, but it can also be harmonic. The reverb formants are mostly created by shock excitation of one or more resonance bodies. The shock is triggered by the fundamental vibration, in most cases because the curve shape of the fundamental vibration has one or more discontinuities.
According to the invention are in principle. he produces two different frequencies, which are brought into context in a certain way, namely certain frequencies or frequency mixtures that are decisive for the sound character, the reverberant forming frequencies or frequency mixtures in their amplitude according to the frequency or the frequencies of the desired reason - sounds rhythmically changed.
The first frequency group is supposed to give the tone color the generated tone, while the frequency of the fundamental tone is determined by the second frequency, which is usually lower than the first frequency group. According to the invention, these two frequencies are not simply added, but rather linked to one another in a different way.
With this concatenation, however, it is essential that certain first frequencies or mixtures of frequencies which are decisive for the sound character and which form the reverb form are rhythmically changed in their amplitude according to the frequency or frequencies of the desired fundamental tone (s) (second frequencies).
In the following Ausführungsbei games of the invention are described, some of which are provided in. The accompanying drawings, namely shows: Fig. 1 vibration diagrams, Fig. 2 and 3 circuit parts of Ausfüh approximately examples, Fig. 4 is a circuit part for mutual influencing of Fundamental oscillation and Hall formant oscillations, FIG. 5 a perspective view of a play mechanism device, FIG.
6 shows a schematic representation of a particular embodiment of the device according to FIG. 5, FIGS. 7 and 7a parts of further embodiments according to FIG. 5, FIG. 8 shows a circuit part of a further embodiment, FIG. 9 shows a side view of a further embodiment of the device according to FIG Fig. 5, Fig. 10;
Cross-section through the facility according to. Fig. 9, Fig. 11 an embodiment of an electromagnetic musical instrument.
In Fig. 1, the time course of oscillations is shown, namely a tet means the schematic representation of a fundamental oscillation with discontinuities, b an oscillation similar in terms of musical effect, but as a differential quotient of a, c a series of damped oscillations, such as they bezw by shock excitation of a resonance body by vibration of the shape a. b arises and d the total oscillation composed linearly from the oscillations a and c.
A comparison of the vibrations c or d with oscillographic recordings of musical sounds shows a good match. The fundamental a in Fig. 1 corresponds, for example, to the string movement of a bowed violin string. In the case of the tone oscillation emanating from the violin back, there are also the reverb formants, that is, the damped oscillations of the resonance lines which are present in each; Point of discontinuity of the string oscillation suddenly excited who the.
For the electrical simulation of musical sounds, i.e. of vibration patterns that have a course in the manner of the series c or d, the task arises of generating electrical alternating currents which carry the characteristic features of these vibration patterns. The alternating currents mentioned can then be converted into sound with the aid of a loudspeaker, if necessary with the interposition of amplifiers. The characteristic of these vibrational patterns is the presence of the timbre of the first fre quencies, the amplitude of which is changed in the rhythm of the fundamental.
This rhythmic change is expediently brought about by electrical modulation methods, as they are known in high-frequency technology, in order to modulate a carrier wave in accordance with microphone currents. A circuit that is suitable here is shown in FIG. 2. The first frequencies are fed into the anode circuit, the second into the grid circle.
One works on the curved part of the tube characteristic through a corresponding negative grid prestress, so that a modulation effect is created. The modulation of the carrier wave can of course also take place according to other methods known in high-frequency technology.
Furthermore, for the purpose of emphasizing the fundamental tone, the modulation frequency can again be added linearly to the modulated vibrations, in accordance with the vibration diagram in FIG. The rhythmic change can also take place in such a way that the vibration system for the Hall formant is made to vibrate by vibrations of a vibration system for the fundamental tone. A particularly advantageous embodiment of this principle is that the Hall formant is excited by impact.
For the electrical generation of musical sounds and speech-like sounds, the combination of a vibration generator with resonance structures is suitable, the natural vibrations of which are higher than those of the vibration generator, whereby suitable measures are taken to ensure that the natural vibrations of the resonance bodies are suddenly excited.
In addition to choosing a fundamental waveform with points of discontinuity, this can also be done, for example, in such a way that the coupling of the resonance structures with the vibration generator is mediated by an element which has a discontinuity. In FIGS. 3 and 4, exemplary embodiments are shown for this purpose.
In Fig. 3, 1 denotes a gas-filled discharge vessel (glow lamp with or without a heated cathode, partly also with other electrodes, for example to apply auxiliary voltages), the men along with the capacitor 2 and the opposing 3 generated electrical oscillations whose Curve shape is known to have discontinuities when igniting and extinguishing the glow lamp. The electrical energy to maintain the vibrations is supplied from the power source 4.
These vibrations are transmitted with the help of the transformer 5 to the grid of the amplifier tube 6, in the anode circuit of which there is a self-induction 7 and capacity 8 of the resonance structure. In order to be able to set the damping and thus the decay time of the natural oscillations of the circuit 7, 8 as desired, the resistor 9 is provided as additional damping and the feedback through the capacitor 10 is provided as a damping reduction.
To regulate the degree of coupling, the amplitude and sometimes also the damping can be seen further - ohmic or complex - resistors 11 and 12 in the grid and anode circuit. If necessary, the combined oscillation acts with the interposition of amplifier means 6a on loudspeaker 13 or a further amplifier connected at this point. The anode current source 14 of the amplifier can be identical to the current source 4. Fig. 3 is only intended to show the basics, the design allows numerous modifications.
Another device that supplies a curve with discontinuities can also serve as a vibration generator. Electromechanical vibration generators are also particularly suitable, as they usually result in pronounced points of discontinuity, such as the well-known Wagner hammer, for example. Incidentally, as tests have shown, the Hall formant effect also occurs when the discontinuity of the oscillation curve is not particularly pronounced, especially when the resonance structure is weakly damped.
For example, the vibrations of an ordinary tube transmitter can be used if they are used, for example, via a rectifier or some other distortion medium; it is also sufficient under certain circumstances if the oscillation is taken from the anode circuit of a tube generator. The auxiliary means shown in Fig. 3 tel 9, 10, 11 and 12 are not absolutely necessary, and the use of an amplifier is not of fundamental importance.
It should be pointed out in particular that the resonance structure 7,, 8 does not necessarily have to be of an electrical nature; it can consist, for example, of an electromagnetically influenced string, tuning fork or the like or an electrically influenced piezo crystal. The resonance bodies commonly used in music instrument technology, such as wooden bodies, tubular structures, and the like, are suitable for the formation of Hall formants if they can be influenced by the electrical oscillation in a suitable manner, for example electromagnetic table.
A particular embodiment of this latter idea relates to an electric violin (viola, cello, bass and varieties) which, instead of a violin bow, is excited by an electromagnet 50, in the vicinity of the bridge, as shown in FIG. 11, by the ferromagnetic string 51 is set in vibration.
Such arrangements have already been used for experimental purposes, but the essential thing is that the curve shape of the exciting oscillation current has the mentioned discontinuities for exciting the Hall formants.
The curve shape of the glow tube generator provided in Fig. 11, which consists of a glow lamp 52 with capacitor 53, a battery 54 and a control resistor 55, - is similar to the oscillation of the string bowed with the bow so far that through this combination the electrical Excitement of the violin is not only a full substitute for bowplay, but also offers many artistic and technical advantages. The height of the fundamental tone is determined by the control resistor 55.
4 shows a circuit in which the discontinuity serving to trigger the Hall formant generator 15 is laid in a connecting element 16 between any vibration generator 17 and the Hall formant generator 15.
A neon lamp, a negatively biased amplifier tube, a rectifier, or some other distortion element, for example, can be used as such a connector.
For some sound effects, an additive admixture of the fundamental tone to the Hall formant vibrations is important (see FIG. 1d). With the help of the jointly acting on the output 20 Kopp lungs 18 and 19, a mixture of fundamental and Hall formant can be set in any ratio. At 20 the output is stronger, for example for Ver.
This circuit also allows numerous modifications, such as the introduction of means for increasing and reducing attenuation for the Hall formant, as shown in FIG. 3 by the variable resistor 9 and the variable capacitor 10. In particular, more effective sound effects can be generated by using several Hall formants that are coupled to one another or that are independent of one another.
Thus, according to Fig. 3, in the anode circuit of the amplifier tube 6, there is another resonance, consisting of the self-induction 7a and the capacitance 8a and provided with a damping means 9a: A switch 9b enables the upper formant to be switched off, so that optionally can be played with one or two formants.
Speech, song and animal sounds are imitated with great similarity by setting the fundamental tone and reverb formant in the way they are put together for the corresponding natural sounds. This latter fact is of great importance not only from a scientific point of view but also from a technical point of view.
The artificial language and Singing sounds are musically highly valuable, for example by installing a device according to Fig. 3 with a stellurig of the Hall formants to generate a vowel-like sound and changeable keynote as a register in an organ.
Artificial speech sounds can find valuable use in signaling, command and similar systems, as warning signs in traffic, for example for vehicles. In addition, a “speaking machine” can gain meaning if it has a keyboard, for example like a typewriter, and in which the corresponding letter sounds as a tone when a key is pressed. The device is otherwise exactly the same as that in Fig. 3 is asked.
The control means 3 of Fig. 3 for the root and the control means 8 for the BEZW. the reverberation formants are empirically set in such a way that the desired sound similar to speech, singing or animal sounds is created. In a similar manner, an artificial living being can be made to speak by bringing a device according to FIG. 3 into such an artificial living being in connection with suitable devices which switch on a predetermined sound sequence.
For a musical instrument, the pitch must first and foremost be freely variable. This can be done either by using several vibration generators, for example such as those shown in FIGS. 3 and 4, or the pitch of one or individual vibration generators can be made adjustable. In the circuit of FIG. 3, for example, the pitch is determined by the resistor .3 and the capacitor 2, which latter can also be connected in parallel to the resistor 3 with the aid of the LTmsehalters 2a, or capacitors can also be located at both points.
Since changing the resistance is technically very easy to carry out, this type of pitch adjustment is preferred. Appropriately, accordingly, the play mechanism (manual) consists of a variable resistor, which is set up, for example, so that certain resistance values are switched on by pressing a wire, tape or the like onto a rod, tube or the like-shaped resistor body at certain points, which be correct pitches are assigned. Fig. 5 shows a simple play mechanism.
The resistance wire 22 stretched between its two holding points 22.a and 22b can be pressed against the fixed conductor 23 designed as a rail at each point of its length. In FIG. 5, the insulating plate 23a is designed as a carrier for the retaining pins 22a and 2b and the conductor 23. 22c and 22d are electrical leads for the beginning and end of the resistance wire 22. 23b is the lead for the conductor 23. The physical law that specifies the relationship between resistance values and pitches is similar to that for the relationship between strings .
String instrument and the pitch consists. If the resistance body mentioned is designed in such a way that the resistance values are proportional to the length of the wire tapped, the distribution of the scale is similar to that of string instruments, i.e. the handles become too narrow after the higher notes. With the electric musical instrument it is now in the hand, by choosing the parameters, to set up the playing scale exactly as with a stringed instrument, the way of which a musician is trained to play. In particular, you can arrange several, for example four resistors 22, which are assigned to four vibration generators, side by side and so imitate a familiar stringed or other musical instrument in its way of playing.
A clear way of playing is made possible if the resistance distribution is set up depending on the length so that the same musical tone intervals correspond to the same spacing, similar to the tone sequence on the piano, but without being limited to chromatic tones, but with a constant pitch sequence. This resistance distribution is achieved, for example, by choosing a variable cross-section of the wire from which the resistor is formed, or by variable .Speigung of the winding formed from the resistance wire, by winding the resistance wire on a specially shaped body,
as shown in Fig. 6, for example, by corresponding shaping of the resistor body from a high-resistance material or by similar measures. In Fig. 6, 22f denotes a coiled wire resistance body of a special shape, 2,3e an insulated over-tensioned contact wire, by pressing the corresponding resistance values are switched on.
In a similar way, the change in pitch can also be brought about by changing a self-induction, which is then similar to the device according to FIG. 6, but is to be formed on a magnetic carrier body. The change in self-induction can also be brought about by connecting a resistor in parallel or by short-circuiting parts of the winding.
The result is a transposing instrument in a simple manner, for example in that the capacity 2 of the sound generator is made variable, the length of the musical mechanism being retained. Appropriately, the capacitance values relate to octave transitions such as 1: 2: 4 <B> ETC. </B>
Instead of the resistor 3 in FIG. $ For pitch formation, a multi-electrode tube is used in another embodiment, the resistance of which is generated by changing the voltage at the control electrode with the aid of a resistor that is similar to FIG. 5, switched as a potentiometer and operated by keying the desired values are set.
The heater battery can also be used as a potentiometer battery and the voltage range can be changed using an upstream control resistor. In this case, the transition from the logarithmic to the linear pitch distribution along the board is achieved by working on a part of the tube characteristic that is curved in such a way that the tube resistance as a function of the potentiometer position has the inverse curve.
Such areas can be found in the characteristics of most amplifier tubes, or tubes can be dimensioned specifically for this purpose. The resulting game size is expediently noted by a scale 21 (Fig. 5) that may be displaceable as a whole or in individual parts. With the potentiometer circuit, when two points are pressed (short-circuiting a line), a different length is created, which is expediently noted as a secondary scale.
A solution to the problem of giving the player clues without having to take his eyes off the sheet of music; is shown in FIG. This figure shows a roller-shaped body 56 made of non-conductive material. On the lower side of this body, comb-like approaches 57 are brought to. The player uses this game work in a position similar to playing the flute. By recording the comb-like approaches, he then receives clues for the pitch. Fig. 7a shows the device in section. 58 is a main carrier made of insulating material and produced in one piece with the comb-like extensions 57.
A resistance winding 59 is applied to this main carrier. The winding 59 is surrounded at a distance by a metal cylinder 60 which is arranged on the inside of the body 56 made of insulating material. By deforming the body 56, contact is then made between the occupancy 60 and the occupancy 59. The assignments are associated with the vibration generators in the manner described before.
In all cases, the pitch-determining resistor must be set up in such a way that no sound is generated in the idle state. In the case of wirewound resistors, this is relatively easy if the circuit is un- if the contact wire is not pressed. has broken.
When using an amplifier tube, the first difficulty arises that when the grid is open, the tube resistance is not infinitely large. This difficulty can be remedied by giving the grid a relatively high negative bias and the circuit is designed in such a way that when the contact wire is pressed down, bias and high resistance are bridged, as the circuit according to FIG. 8 shows.
In Fig. 8, 2-8 means a power source, 29 a vibrator for low-frequency electrical vibrations, 3.0 and 31 capacitors .densatoren to change the frequency of the vibrator 29 to change. The frequency is further determined by a multi-electrode tube 32. The resistance of this tube is changed in that different voltages are applied to the control electrode 33 with respect to the cathode 34.
The variable voltage can be taken from a heating battery 35, with the interposition of a toy, for example according to FIG. 5. The rail 23 is connected to the voltage source 28 via a potentiometer 42, so that the circuit to the power source 3.5 is closed by pressing down the wire 2.2 becomes. In the circuit of the control electrode 33, the high negative voltage 41 is also switched on, which comes into effect entirely on the grid 33 when there is no contact between 22 and 23.
If this contact is made, the bias voltage 41 only acts with that partial amount which results from the position of the potentiometer 42. In addition to this voltage amount, there is also a partial voltage of the battery 35, which is determined by the position in which the resistor 22 is brought into contact with the rail 23. This changes the resistance of the tube 32 and, as a result, the frequency of the oscillation generator 29 is determined.
As already explained above, the tube 32 must be used on such a section of the characteristic - this is supported by a correspondingly prestressed auxiliary grid 33a - that the same tone intervals are achieved by sections of the same size on the wire 22. The frequency generated is fed to a suitable playback device via a transformer 36.
In order to simplify the circuit diagram, in the circuit arrangement according to FIG. 8, only a variable shunt resistor 37 or respectively a variable shunt resistor is used to change the volume. 38 and to change the timbre only Kon capacitors 39 respectively. 40 shown. Here, the secondary winding of the transformer 36 and the variable capacitor 39 form a vibratory structure which determines the Hall formants.
A consideration of the oscillation process, which arises from resistance and capacitance in connection with a noble gas tube, shows that the periodicity of the oscillations does not apply to the period shortly after switching on. This deviation is particularly noticeable as a switch-on noise in the loudspeaker, especially with high tones. In many cases, this difficulty can be remedied by damping means which can be arranged in the downstream amplifier unit.
It can be remedied in another way by leaving the noble gas tube in a state of medium current passage and only causing the sound to be triggered by pressing down the contact wire. This can be done, for example, in such a way that one pole of the capacitor 31 in FIG. 8 is connected to the rail 23 instead of to the cathode, for example with the aid of the switch 31a. One then selects the voltage of the energy source 41 so
that when the string 22 2 is not pressed, a very weak current still flows through the tube 32, that is, the generator tube 2.9 still glows weakly. Experience has shown that the above-mentioned switch-on noises are reduced if the glow lamp is not switched on again with each tone, but only transferred from one glow state to another.
The arrangement can also be made in such a way that the capacitor 31 is switched to the cathode during the pauses in play and the voltage of the energy source 41 is selected so that an oscillation is generated in the glow lamp 29 even in the pauses in the game. In order to make the oscillation inaudible, an interruption is made at some point in the course of the further switching, for example in an amplifier stage, which is mechanically connected to the rail 23, so that the amplifier only operates when the string 22 is pressed down is switched on.
For a high quality musical instrument, it is also necessary to be able to create dynamic differences that can be easily produced by the player in an artistically effective form. A special manual operation of the volume control is inexpedient, as it draws too much attention to the player; Claims and withdraws one hand from the game. Operation by means of a foot pedal is better, whereby a continuous or step-by-step manual control means can remain for the coarse position, while the artificial nuance of the volume is carried out by a pedal, similar to the organ.
As a switching element, the volume control can consist of the resistor 38 in FIG. The most perfect type of volume control takes place through the same movement as the sound release, for example by the fact that the entire mechanism is flexibly or displaceably mounted and connected to a control element in such a way that when it is pressed down to release the sound depending on the strength of the pressure the volume is affected.
When using a resistance roller, it can be arranged to be rotatable and inclinable, so that, in a corresponding circuit, the pitch can be changed by the rotation, the tone color by the inclination or vice versa. The following construction shown in FIGS. 9 and 10 is very well suited for this: The arrangement 25, which consists of two electrodes with carbon powder 26 stored between them, is located on the underside of the metal rail 23. Depressing the upper electrode compresses the carbon powder and thereby changes its electrical resistance.
The circuit must then be selected, for example with the help of an amplifier tube, so that the volume becomes high with a low resistance. The dependence of the carbon resistance on the pressure adapts better to the physiological volume perception than a linear control.
If you leave out the carbon powder in the construction described and replace it with a dielectric, a pressure-changeable capacitor is created, which can also be used for volume control.
The relatively small capacitance values are sufficient if, in an amplifier circuit, the capacitor is connected in parallel with a high grid leakage resistance, for example.
The most important improvement which the described devices bring to musical instrument technology is the arbitrary adjustment of the timbre by the reverb formants. Since the reverb formants remain constant over a large range of pitches, they can be switched on in a register-like manner, as with the organ. For tone ranges that are far apart, however, other formants or Formant combinations into consideration.
It is therefore expedient to assign different formant combinations to the different pitch ranges.
In order to achieve further musical effects, the timbre must also be constantly changing. From Fig. 3 it can be seen that the timbre can be influenced, for example, by regulating the capacitor 8. The setting of the capacitor -8 can, for example, be combined with the sound release in such a way that the capacitor 8 is regulated by a suitable mechanical coupling when the play mechanism is moved in the horizontal direction. A foot pedal can also be used here.
The constant or gradual influencing of the timbre is not limited to the reverb formants. The technology known influencing possibilities (preferably before capacitors, inductors, resistors and their combinations) ge given timbres by preference or disadvantage of individual frequencies or frequency ranges or by harmonic synthesis can be combined with the musical instruments described.
Due to the constant variability of volume and timbre, an artificial way of playing can be created that can be achieved by a three-dimensionally movable or operable device, with the dimensions of pitch, volume and / or. Timbre are assigned. In the play mechanism according to FIGS. 9 and 10 ', 23 denotes a metallic rail, for example 75 cm long, over which a resistance wire 22 is stretched in an insulated manner. 2 $ means a spring for a resilient mounting of the rail 23, so that the rail can be shifted downwards as well as to the sides.
By moving the rail down a depending on the pressure, for example between two plates 25 arranged adjustable counter was controlled from carbon powder 26, which influences the volume of the sound in example. The movement of the rail to the sides according to FIG. 10 generates changes in the timbre 27, for example by regulating filter circuits with the aid of a capacitor. By contrast, the pitch is determined by depressing the wire 22. Here, the arrangement is preferably made so that in one direction of a surface several toys of different timbres are arranged side by side, which have the same pitch at every point in the other direction of the surface due to the means already given earlier.
Here it can be important that the timbre sequence of the individual pieces corresponds to a transition from soft to hard timbre as continuously as possible.
The musical instrument described above produces several other musical effects in addition to those already mentioned. If the frequency of the fundamental tone falls below the audible limit, the reverb formants give the impression of struck bells, xylophone sticks or drums, depending on the duration of their decay. By striking the reverb formants, for example by switching on the operating current at certain intervals, rhythmic effects are created.
The rhythm is given, for example, by the under-hearing limit oscillation of the noble gas tube 1 in FIG. 3 and is different depending on the place of the toy on which the contact wire is pressed down. In this way, for example, drum or xylophone rolls can be generated at a speed that is not possible by hand.
Atonal noises, such as drums, also arise from the fact that no reverb formant is switched on and only the rhythmic glow discharges or the operating power switches act on the loudspeaker. Apart from the impact of the reverb formants, decaying vibrations, for example of a piano-like character but with any timbre, can be created by artificially giving the vibrations a decaying character, for example by
that the anode voltage of an amplifier stage is taken from a charged Kon capacitor, which is recharged again and again during the breaks by suitable measures.
The relationship between the components required for an electrical musical instrument and those of a radio receiver, in particular the shared nature of the amplifier and loudspeaker, results in a combination with such a receiver, by using suitable switches to switch from radio reception and record playback to electrical music is made possible.
The described embodiments of an electric musical instrument need not bezw on single-tone instruments. To remain limited in instruments with few notes, but can also be expanded to piano- or organ-like instruments, whereby a continuous tone scale can still be maintained, so that when you press several points on the board, all notes that correspond to the to belong to depressed points.
This can be achieved, for example, in that several tone generators, for example according to FIG minor third, listened to and immediately followed by the next on the board. You can then play several tones at the same time only at intervals of more than a minor third, which is usually sufficient.
A play mechanism formed from several wires 22 or the like, which are switched to the same or different sound colors, can be formed in such a way that the wires are covered by a flexible insulating strip on which the scale length is expediently drawn. A more perfect facility for multi-tone play is achieved in that each finger of the hands is assigned a special vibration generator, each of which is the same. The game is then played with a glove in which a metallic contact is incorporated for each finger. The derivation is done by slightly flexible wires that do not interfere with playing.
In this case, the volume can be regulated by installing a small amount of gohlepulver with soft electrodes, for example made of tin foil, in the glove at each fingertip point.
It is also possible to obtain tremolous changes in pitch, volume and timbre by electrical means. To get such tremolous changes, a slow alternating current is superimposed on the circuit in question, namely the circuit of an amplifier stage for the tremolo of the volume (compare 70 in Fig. 8), for the term of the pitch the glow lamp circuit (ver same 71 in Fig. 8)
and for the tremolo of the timbre the reverberant circuit (compare 72 in FIG. 8). In the latter case, the alternating current 72 should not cause a voltage in the transformer 36, but only change the self-induction of the transformer rhythmically.
The described devices for electrical music generation are also particularly suitable for recording, recording sounds, tones, noises or the like on records. It is not necessary to convert the electrically generated vibrations into sound beforehand. Rather, the vibrations are recorded directly on a phonogram carrier.
The recording can be done electromagnetically, for example. A conversion of the vibrations into sound would only be necessary for listening in during the recording.