DE2526706A1 - Elektronisches musikinstrument - Google Patents

Description

MOOG MUSIC, ING., Williamsville, New York 14221 (V.St.A.)

Elektronisches Musikinstrument

Gegenstand der Erfindung "bildet ein elektronisches Musikinstrument mit einer eine Anzahl von Tasten zum Erzeugen von Musiktönen in den Tasten entsprechenden Höhen aufweisenden Tastatur, Tasteinrichtungen zum Ertasten des Momentes, mit dem die Tasten niedergerückt werden, und mit den Tasteinrichtungen verbundenen und in Abhängigkeit von diesen entsprechend der Betätigung der Tasten eine Wellenform erzeugenden Einrichtungen.

Bei der Erfindung handelt es sich also um ein elektronisches Musikinstrument, spezieller um elektronische
Klaviere und dergleichen.

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BOEHMERT & BOEHMERT

In neuerer Zeit ist es durch das Aufkommen verhältnismäßig preiswerter integrierter Schaltungen und wenig kostspieliger elektrischer und elektronischer Komponenten möglich geworden, eine große Vielzahl von Musikinstrumenten zu entwickeln und herzustellen, die bis dahin aus wirtschaftlichen Gründen unmöglich waren. Moderne elektronische Schaltungen sind in elektronische Orgeln und und in andere Musikinstrumente, beispielsweise in elektronische Musiknachbildner oder Synthesiser oder dergleichen, eingebaut worden. Elektronische Musiknachbildner sind, allgemein gesprochen, Instrumente, die zu einer bestimmten Zeit nur einen musikalischen Ton erzeugen, die jedoch die Möglichkeit geben, die Qualität des Tones durch Einstellung manueller Steuereinrichtungen, welche der Spieler oder der Musiker bedient, über einen weiten Bereich zu kontrollieren und zu steuern. Durch diese Einrichtungen lassen sich außerordentlich orginelle Töne erzeugen, wobei der Spieler den Toncharakter sowie die Helligkeit und die Klangqualität je nach Wunsch regeln kann.

Während elektronische Musiknachbildner sich bei der Erzeugung neuer, unüblicher Töne als außerordentlich erfolgreich erwiesen haben, war es bislang schwierig, durch elektronische Einrichtungen den Klang bestimmter herkömmlicher Instrumente, beispielsweise eines Klaviers oder Pianos, zu simulieren. Obwohl zahlreiche Versuche gemacht worden sind, Instrumente zu entwickeln, welche dieselben Spieleigenschaften wie ein Klavier aufweisen, sind diese Anstrengungen bislang aus einer Vielzahl von Gründen weithin ohne Erfolg geblieben. Einer dieser Gründe hat mit dem charakteristischen "Gefühl" zu tun,

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welcties ein Spieler empfindet, wenn seine Finger mit den Tasten der Tastatur in Berührung kommen. Ein Klavier spricht auf eine Zunahme der Kraft, die auf die Tasten ausgeübt wird, dadurch an, daß es lauter spielt, jedoch ist ein herkömmliches elektronisches Instrument gegenüber der auf die Tasten aufgebrachten Kraft unempfindlich, wobei also Töne mit einem Amplitudenpegel erzeugt werden, der vollständig von der Kraft oder dem Moment, mit der bzw. mit dem die Tasten der Tastatur bewegt werden, unabhängig ist.

Die Tonqualitäten von Klaviermusik lassen sich bisher auch nur schwierig mittels elektronischer Einrichtungen verwirklichen.

Es ist daher erwünscht, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher der "Eindruck" oder das "Gefühl" in den Spieleigenschaften der Tastatur den Verhältnissen bei einem Klavier ähnlich gemacht werden kann, wobei sich zusätzlich zu dieser Simulation Töne erzeugen lassen sollen, die denjenigen eines herkömmlichen Klaviers sehr ähnlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten .Gattung zu schaffen, welche das Moment, mit dem eine Taste der Tastatur bewegt wird, während der Bewegung der Taste bei einer Betätigung durch den Spieler zu ertasten, wobei in Abhängigkeit hiervon Töne mit größerer Amplitude für Tastenbetätigungen mit größerer Kraft oder größerem Moment erzeugt werden sollen, wobei die Vorrichtung die Tonqualitäten eines dynamischen Klaviers sehr stark simulieren soll.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe "bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Parameter der durch die Einrichtungen erzeuten Wellenform eine Funktion des Momentes sind, mit dem die Tasten niedergedrückt werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine Apparatur geschaffen wird, welche einmal in Abhängigkeit von dem Moment, mit dem eine Taste der Tastatur angeschlagen wird, Tonsignale erzeugt werden. Die Amplituden der Tonsignale hängen dabei teilweise von dem Moment ab, mit dem die Taste betätigt wird, und teilweise von dem Zeitintervall, welches seit der vorhergehenden Betätigung der Taste verstrichen ist.

Außerdem läßt sich mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung einer Taste eine vorgegebene Hüllenform erreichen, wobei dies mittels manuell betätigbarer Einrichtungen zum Steuern der Abfallrate der hinteren Hanke der Einhüllenden ermöglicht wird.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, bei der Einrichtungen vorhanden sind, welche dazu führen, daß die hintere Planke der Einhüllenden mit einer Rate abfällt, die teilweise der Höhe des Tones, der in Abhängigkeit von der betätigten Taste erzeugt wird, proportional ist.

Weiterhin ist bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung die Kombination eines Modulators und eines Filters vorgesehen, welche, es ermöglichen, die Amplitude von Sig-

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nalen, welche an ein Ausgangssystem angelegt werden, in Abhängigkeit von der Betätigung einer Taste der Tastatur zu steuern, wobei simultan hierzu die Frequenzkomponenten dieser Signale gesteuert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Steuern der Wellenform der an das Ausgangssystem angelegten Signale in Abhängigkeit von der Amplitude eines Hüllensignales, welches in Abhängigkeit vom Niederdrücken jeder einzelnen Taste erzeugt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um ein Musikinstrument mit einer Tastatur, welche eine Vielzahl von Tasten auf v/eist, die sich " zur Erzeugung musikalischer Töne mit einer Vielzahl von Tonhöhen eignen, welche jeweils einzelnen der Tasten entsprechen. Es sind dabei Einrichtungen zum Ertasten des Momentes vorgesehen, mit dem jede, der Tasten betätigbar ist. Außerdem ist eine Einrichtung zum Erzeugen eines Hüllsignales in Abhängigkeit von den letztgenannten Einrichtungen vorgesehen, durch welche ein Hüllsignal in Abhängigkeit von dem Moment erzeugbar ist, mit dem die betreffende Taste niedergedrückt wird, außerdem auch in Abhängigkeit von dem Zeitintervall, welches seit dem letzten Niederdrücken der Taste vergangen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin das Niederdrücken einer Taste der Tastatur eines Musikinstrumentes ertastet oder erfühlt. In Abhängigkeit hiervon wird das Hüllsignal erzeugt, wobei Einrichtungen zum Steuern des Abfalls des Hüllensignales

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teilweise in Abhängigkeit von der Höhe des auf die Betätigung der Taste hin erzeugten Tones vorgesehen sind.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß eine Verbindung zwischen einer Quelle für ein Wechselstromsignal und einem Ausgangssystem selektiv geschlossen werden kann. Diese Einrichtungen sind Steuereinrichtungen zugeordnet, welche zur Steuerung der Amplitude des Wechselstromsignales, welches durch eine derartige Verbindung erzeugt wird, sowie der Frequenzkomponenten des Signales dienen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein funktionelles Blockdiagramm eines elektronischen Klaviers, bei dem die Erfindung verwirklicht ist;

Fig_t 2 eine schematische Darstellung einer • Taste der Tastatur des Klaviers zusammen mit der zugehörigen Betätigungseinrichtung;

Fig. 3 ein schematisches Schaltdiagramm einer mit den Tasten der Tastatur bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verbundenen Vorrichtung;

Fig. 4- ein schematisches Schaltdiagramm eines Ausführungsbeispieles, bei dem eine Modifikation vorgenommen

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ist, die gewünschtenfalls an dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 durchgeführt werden kann;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, in

der der Zusammenhang zwischen der Verschiebung und der Kraft bei der Taste von Fig. 2 gezeigt ist;

Fig. 6 ein schematisches Schaltdiagramm,

teilweise in Form eines funktioneilen Blockdiagrammes, eines anderen modifizierten Ausführungsbeispieles der Erfindung; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung bestimmter Wellenformen, die bei der Betätigung der Vorrichtung von Fig. 3 produziert werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine Tastatur 10 eine Anzahl von durch den Klavierspieler oder Musiker betätigbaren Tasten auf, welche jeweils eine zugeordnete Ausgangsleitung 12 einschalten. Obwohl nur drei Ausgangsleitungen 12 im einzelnen gezeigt sind, ist natürlich klar, daß die Anzahl der vorgesehenen Ausgangsleitungen so gewählt ist, daß für jede Taste der Tastatur 10 eine Ausgangsleitung vorgesehen ist. Jede der Ausgangsleitungen ist mit dem Eingang eines individuellen Modulators 20, 22, 24 verbunden.

Eine Tonsignalquelle 26 weist eine Anzahl von Ausgängen 28 auf, welche einzeln mit den Modulatoren 20, 22 und 24 verbunden sind. Eine separate Ausgangsleitung 28 ist für jeden einzelnen Modulator vorgesehen. Jeder Modulator bewirkt in Abhängigkeit von der Betätigung

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seiner Eingangsleitung 12 eine elektrische Verbindung zwischen seinem Ausgang 28 und einem Paar von Ausgangssammeis chi enen 34, 36. Die Ausgangsanschlüsse aller Modulatoren 20, 22, 24· sind parallel mit den Sammelschienen 34 und 36 verbunden, welche wiederum mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 38 in Verbindung stehen, dessen Ausgang über einen Leistungsverstärker 4-0 mit einem Lautsprecher 42 verbunden ist.

Eine Anzahl von Steuereinrichtungai dient zur Erzeugung von Spannungspegeln, welche auf die verschiedenen Modulatoren 20,. 22 und 24 aufgegeben werden, um die Qualität des durch das Instrument zu erzeugenden Tones Je nach den Wünschen des Spielers auszuwählen. Eine Einheit 44 dient zum Steuern der Zeitdauer der Töne, welche zum Ausgangssystem geleitet werden. Eine Einheit

46 bildet die Relativamplitude des niedrigsten Tonpegels, welcher durch das Aus gangs sy st em erzeugt wird und in Abhängigkeit von der langsamsten Betätigung einer der Tasten der Tastatur 10 auftritt. Eine Einheit

47 erzeugt den höchsten Pegel für die Tasten der Tastatur 10. Eine separate Einheit 48 ist zum Steuern der Maximalamplitude vorgesehen, welche durch, das Ausgangssystem in Abhängigkeit von einem beliebigen Betriebszustand erzeugt werden kann.

Eine separate Steuerung 50 ist vorgesehen, welche zum selektiven Modifizieren der Amplituden-Abfallrate von durch das Instrument erzeugten Tönen dient. Zwei zusätzliche Steuerungen 52, 54 dienen zum selektiven Modifizieren der Breite der durch die Modulatoren zum Ausgangssystem gelieferten Impulse bzw. zum Modifizie-

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ren der Tonhelligkeit. Eine Phasor-Steuerung 55 steuert die Modifikation der Impulsbreite aus Funktion der Amplitude .

In Fig. 2 ist schematisch eine Einrichtung gezeigt, welche mit einer einzigen Taste der Tastatur zusammenwirkt. Eine Taste 56 ist mit einem U-Profil 57 verbunden, welches schwenkbar auf einem Stützlager 58 abgestützt ist. Im Frontabschnitt der Taste 56 ist ein Gewicht 60 vorgesehen, um so der Taste die gewünschte Masse zu geben. Eine Feder 59, die sich zwischen dem hinteren Ende des U-Profiles 57 und einer öse 61 erstreckt, welche an einem Abschnitt eines Rahmens 62 angebracht ist, dreht die Taste ständig in Uhrzeigerrichtung in ihre äußerste Stellung, in welcher der obere Abschnitt des U-Profiles 57 an einem Anschlag 63 anliegt. Das Gewicht 60 reicht nicht aus, um die Taste 56 entgegen der Uhrzeigerrichtung zu drehen, ist jedoch so groß, daß auf die Taste durch einen Finger des Spielers eine bestimmte Minimalkraft ausgeübt werden muß, um die Taste herunterzudrücken.

Ein Schalthebel in Form eines Winkelhebels 64, der drehbar auf einer Welle 65 angeordnet ist, wird durch eine Druckfeder 64a in Uhrzeigerrichtung gedreht, wobei ein Kissen 65a am Boden des U-Profils anliegt. Beim Herunterdrücken der Taste 56 wird der Winkelhebel 64 in Uhrzeigerrichtung gedreht. Eine Kontaktfeder 66 ist an einem Ende des Winkelhebels 64 angebracht und ist mit ihrem anderen Ende an einer öse 67 befestigt, die an einem Abschnitt des Rahmens 62 angebracht ist. Die Feder 66 steht normalerweise in der gezeigten Weise mit

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einem Leiter 68 in Verbindung.

Wenn die Taste 56 heruntergedrückt und der Winkelhebel 64 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, so wird das obere Ende der Kontaktfeder 66, in Fig. 2 gesehen, nach links bewegt, wodurch der elektrische Kontakt mit dem Leiter 68 aufgehoben und nach einer gewissen Zeit ein Kontakt mit einem zweiten Leiter 69 hergestellt wird, der am Hahmen 62 angebracht ist. Das Zeitintervall zwischen dem öffnen des Kontaktes mit dem Leiter 68 und dem Schließen des Kontaktes mit dem Leiter 69 ist eine Funktion der Geschwindigkeit,mit welcher die Taste 56 sich dreht. Diese Geschwindigkeit ist wiederum eine Funktion des Drehmomentes, welches auf die Taste durch den Finger des Spielers ausgeübt wird. Der Spieler ist natürlich der Musiker oder Pianist. Der Leiter 68 besteht vorzugsweise aus einer Sammelschiene, welche entlang der gesamten Lange der Tastatur verläuft und mit den Federn 66 aller Tasten in der gezeigten Weise zusammenwirkt. Die Feder 66 und der Leiter 69 sind Jeweils einzeln jeder Taste zugeordnet.

Ein Draht 70 verbindet den Leiter 68 mit einer positiven Spannungsquelle, die nachfolgend noch beschrieben wird. Drähte 71 und 72 sind mit der Feder 66 (über die Öse 67) und dem Leiter 69 verbunden und stehen mit anderen Teilen, gezeigt in Fig. 3, in Verbindung.

Der Taste 56 ist eine Magnetanordnung zugeordnet, um eine Ablösekraft zu erzeugen, wenn die Taste durch einen Spieler heruntergedrückt wird. Hierzu werden zwei kurze, magnetisierte Gummistreifen 73 und 74· verwendet_t Der

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Gummistreifen 73 ist von der Taste 56 durch ein Profil

75 abgestützt. Der Streifen 74 ist auf einem Profil

76 "befestigt, welches mit einem T-förmigen Stützteil

77 verbunden ist, das wiederum durch den Rahmen 62 gleifbeweglich abgestützt ist. Das Stützteil 77 wird durch eine Spannfeder 78 nach links gedrückt, wird jedoch in der dargestellten Position durch eine Einstellschraube 79 gehalten, die in einer Gewindebohrung aufgenommen ist, welche in einem Abschnitt des Rahmens 52 vorgesehen ist. Durch Drehen der Einstellschraube 79 wird der Abstand der magnetlsierten Gummistreifen 73, 74- eingestellt.

J3ie Streifen 73 und 74- sind vorzugsweise entgegengesetzt an benachbarten Stellen entlang der Streifen polarisiert. Die Anfangsposition der Streifen, bei nicht-betätigter Taste, ist in Fig. 2 gezeigt. In der Anfangsposition sind die entgegengesetzen Pole annähernd ausgerichtet, so daß keine oder nur eine geringe magnetisch erzeugte Kraft existiert, welche die Tendenz hat, die Taste 56 nach oben oder nach unten zu bewegen. Sobald die Taste 56 jedoch heruntergedrückt wird, bewegt sich der Streifen 73 nach unten zu einer Stelle, in der gleiche Pole der Streifen 73 und 74- miteinander ausgerichtet sind. Eine Kraft, welche der Abwärtsbewegung der Taste entgegenwirkt, wird hierdurch erzeugt. Wenn die Taste weiter nach unten bewegt wird, bis über diejenige Stelle hinaus, wo gleiche Pole ausgerichtet sind, so wird eine magnetische Kraft in entgegengesetzter Richtung erzeugt, welche die Tendenz hat, die Taste 56 nach unten zu bewegen. Die gesamte Tastenbewegung KT ist in S¹Ig. 2 gezeigt.

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a.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm 80, in dem die Gesamt kraft, welche einer Drehung der Taste 56 in Uhrzeigerrichtung entgegenzuwirken sucht, als Funktion der Tastenbewegung dargestellt ist. Eine ausgezogene Linie 81 kennzeichnet die Anfangskraft, resultierend aus der Wirkung der Federn 59 und 64a. Die gestrichelte Linie 82 zeigt an, auf welche Weise die Kraft dieser Federn ansteigt, wenn die Taste 56 bewegt wird. Die magnetisch erzeugten Kräfte bewirken, wenn sie zu den Federkräften addiert werden, daß die Gesamtkraft der Kurve 80 folgt. Der Punkt, an dem die Kurve 80 die gestrichete Linie 82 kreuzt, angezeigt durch die gestrichelte Linie 83, entspricht der Ausrichtung der magnetischen Pole der Streifen 73 und 74. Eine Bewegung über diesen Ausrichte zustand hinaus ergibt einen Abfall in der Gesamtkraft, welche der Tastenbewegung entgegenwirkt. Die Differenz zwischen dem Maximalwert und den Endwerten der Gesamtkraft, angezeigt durch den Abstand zwischen den gestrichelten Linien 84 und 85, repräsentiert die Ablösekraft.

Die Wirkung der Ablösekraft besteht darin, dem Spieler ein bestimmtes Gefühl zu geben, welches ihm durch die Änderung der Kraft, die einer Abwärtsbewegung seiner Finger entgegenwirkt, anzeigt, daß die Taste betätigt worden ist. Das Ausmaß der Ablösekraft ist mittels der Einstellschraube 79 verstellbar, durch welche die Größe der magnetisch erzeugten Kraft eingestellt werden kann, indem der Abstand der Streifen 73 und 74 verstellt wird. Das Gewicht 60 ist so bemessen, daß die Taste ein Trägheitsmoment von etwa 375,0 gm cm hat.

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Die mechanische Anordnung, die für die Tasten der Tastatur 10 bei der Erfindung vorgesehen ist, gibt dem Spieler ein Gefühl oder einen Eindruck, welcher außerordentlich demjenigen eines herkömmlichen Klaviers ähnlich ist. Das zusätzliche Gewicht, welches der Taste durch das Gewicht 60 gegeben wird, hat die Tendenz, die Masse der Taste 56 zu vergrößern, so daß sie sich nicht beim Aufbringen auch nur der kleinsten Kraft dreht. Vielmehr muß die Kraft über einen hinreichend langen Zeitraum aufgebracht werden, welcher ausreicht, um die Taste bis zu dem Punkt zu beschleunigen, in dem die Bewegung der Taste aus ihrer in Uhrzeigerrichtung gelegenen Endstellung zu ihre entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung gerlegene Endstellung verändert wird. Wird aber eine Kraft nur für eine kurze Zeit ausgeübt, so muß diese groß genug sein, um der Taste die erforderliche Winkelgeschwindigkeit zu verleihen, welche notwendig ist, um die Feder 66 an den Leiter 69 in Kontakt zu bringen. Der in Fig. 2 gezeigte Mechanismus ist gegenüber dem auf die Taste ausgeübten Drehmoment empfindlich. Das Produkt der Masse und der Geschwindigkeit muß einen bestimmten Minimalwert überschreiten, bei dem die Masse die effektive Wirkungsmasse ist, welche auf die Taste einwirkt, und die Geschwindigkeit ist diejenige Geschwindigkeit, bei welcher die effektive Masse mit der Taste 56 in Kontakt kommt. Wenn beispielsweise ein Spieler die Tasten sehr schnell mit nur einem Finger bedient, so ist eine höhere Anfangs-Fingergeschwindigkeit erforderlich als bei größerer effektiver Masse, wie sie dann vorliegt, wenn der Spieler die Tasten durch Bewegen seiner Hand und seines Unterarmes betätigt, wobei die Finger relativ steif gehalten werden. In

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jedem Pall "bewirkt das auf die Taste 56 aufgebrachte Moment eine Drehung der Taste entgegen der Uhrzeigerrichtung. Die Zeit, während welcher die Feder 66 außer Eontakt mit einem der Leiter 68 und 69 ist, hängt von diesem Moment ab.

Das an der Ausgangsleitung 72 entwickelte Ausgangssignal besteht aus einer Stufenwelle, ähnlich einer Sägezahnkurve, welche von einem Nominalwert auf eine Höhe ansteigt, die von dem Zeitintervall zwischen dem öffnen des Kreises mit dem Leiter 68 und dem Schließen des Kreises mit dem Leiter 69 abhängt. Der Kreis, welcher diese Stufenwelle erzeugt, um den erfindungsgemäß erstrebten Zweck zu erzielen, wird nunmehr beschrieben.

In Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm des Modulatorkreises nach der Erfindung beschrieben. Die Stufenwelle wird dem Modulator über die Leitung 72 zugeführt.

Der Schalter, welcher durch eine einzelne Taste 56 betätigt wird, ist schematisch gezeigt. Die Leitung 70 ist mit einer positiven Gleichstromquelle an einem Anschluß 86 über ein Höchstpegelpotentiometer 85 verbunden, welches normalerweise einen Kondensator 87 durch die Feder 66 und die Leitung 71 auflädt. Der Niederspannungsanschluß des Kondensators 87 ist mit dem Abgriff eines Tiefstpegelpotentiometers 91 verbunden. Ein Widerstand 89 ist parallel mit dem Kondensator 87 geschaltet, so daß, sobald die Feder 66 mit dem -Leiter 68 außer Kontakt kommt, der Kondensator 87 sich durch den Widerstand 89 zu entladen beginnt. Das verbleibende Ladungsniveau im Kondensator 87, wel-

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ches dann vorliegt, wenn die Feder 66 mit dem Leiter 69 in Kontakt kommt, hängt "von dem Zeitintervall ab, welches zwischen dem Ablösen der Feder vom Leiter 68 und dem Anlegen an den Leiter 69 vergeht.

Venn die Feder 66 den Leiter 69 erreicht, so wird auf die Leitung 72 eine Stufenfunktion aufgegeben, welche exponentiell mit einer Zeitkonstante abklingt, die durch den Kondensator 87 und den Widerstand 89 definiert ist, so daß also ein Impuls geformt wird. Die Abfall-Zeitkonstante liegt in der Größenordnung von 8 Millisekunden. Das andere Ende des Kondensators 87 ist mit dem Abgriff eines Potentiometers 91 verbunden, der als Niedrigstpegelsteuerung 46 dient.

Die Leitung 72 ist an eine Differenzschaltung angeschlossen, welche einen Kondensator 98 und einen Widerstand 100 aufweist. Der Ausgang der Differenzschaltung ist über eine Diode 102 mit der Basis eines Transistors 103 verbunden. Der Kollektor des Transistors 103 ist mit einer Leitung 104 verbunden, welche zu einem Anschluß 106 führt, an den eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 103 ist über einen Widerstand 108 und einen Kondensator 110 geerdet, so daß der Kondensator 110 durch einen Strom vom Emitter des Transistors IO3 beim ersten Auftreten des auf die Leitung 72 aufgegebenen Impulses aufgeladen wird. Der Maximalimpuls, welcher auf die Leitung 72 aufgegeben werden kann und die maxi male Betätigungsgeschwindigkeit der Taste 56 repräsentiert, bewirkt, daß der Kondensator 110 auf etwa ein Drittel des Potentialpegels der an den Anschluß 106

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angeschlossenen Spannungsquelle aufgeladen wird. Der Wert des Widerstandes 108 ist so gewählt, daß diese Betriebsweise möglich ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise der Kondensator 87 0,22 mfd. aufweisen, der Widerstand 89 39 kOhm,der Kondensator 110 0,1 mfd., der Widerstand 108 47 kOhm, der Kondensator 98 0,01 mfd. und der Widerstand 100 1 mOhm.

Die Leitung 72 ist weiterhin über Eeihenwiderstände und 114 und einen Schalter 116 an ein Haltepotential angeschlossen, definiert durch das Einstellen eines Potentiometers 117, welches als Hältesteuerung 44 funktioniert. Der Verbindungspunkt der Widerstände 112 und 114 ist mit der Basis eines Transistors 118 verbunden, dessen Emitter über eine Leitung 120 mit dem Abgriff eines Potentiometers 122 verbunden ist, welches als Endpegelsteuerung 48 wirkt. Der Kollektor des Transistors 118 ist über einen Widerstand 124 mit dem Anschluß 106 verbunden.

Der Verbindungspunkt des Widerstandes 124 und des Kollektors des Transistors 118 ist mit der Basis eines Transistors 126 verbunden, dessen Emitter mit der Leitung 122 und dessen Kollektor über Widerstände 128 und 130 mit dem Verbindungspunkt des Kondensators 110 und des Widerstandes 108 verbunden ist.

Der positive Impuls, welcher auf die Leitung 72 aufgegeben wird, stellt den Transistor 118 an, mit dem Ergebnis, daß der Transistor 126 abgedreht wird. Solange der Transistor 118 leitend ist, ist der Transistor

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126 abgehängt, so daß kein Strom von einem Kondensator 110 durch die Widerstände I30 und 128 fließt. Wenn der Transistor 118 jedoch abgestellt wird, fließt Basisstrom durch den Widerstand 124 zum Transistor 126. Der Kondensator 110 wird durch den Transistor 126 mit einer Rate entladen, die von den Werten der Widerstände 128 und130 abhängt, und zwar bis auf den Pegel, welcher durch das Potentiometer 122 definiert ist.

Die Betätigung des Transistors 118 durch den auf die Leitung 72 aufgegebenen Impuls resultiert in einem Spannungsanstieg im Kondensator 110, welcher zur Differenz zwischen der Höhe des Impulses auf der Leitung 72 und der über den Kondensator vorhandenen Ladung proportional ist. Eine rasche Betätigung derselben Taste resultiert also im Aufbau einer Spannung am Kondensator 110. Diese Betätigung kann als "Pumpen" des Kondensators bezeichnet werden und gibt der Taste eine "Rückschlagfähigkeit". Hierdurch wird erreicht, daß in Abhängigkeit von mehreren Betätigungen oder "Anschlägen" auf derselben Taste ein wachsendes Tonvolumen erzeugt wird, wobei jeder Anschlag deutlich hörbar bleibt. Nach dem Abfall des Impulses auf der Leitung 72 entlädt sich der Kondensator 110 durch den Transistor 126 auf das durch das Potentiometer 122 bestimmte Niveau.

Ein weiterer Transistor 132 dient zum Variieren der Entladungsrate des Kondensators 110. Der Emitter des Transistors 132 ist zusammen mit dem Emitter des Transistors 126 geschaltet. Der Kollektor ist durch eine Diode 134-mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 128 und I30 verbunden. Die Basis des Transistors I32 ist über eine

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Leitung 136 und über einen Widerstand 138 mit dem Abgriff eines Potentiometers 140 verbunden, welches als Abfallsteuerung 50 dient. Die Leitung I36 ist weiterhin über einen Widerstand 142 und einen Kondensator 144 mit einem Rechteckwellengenerator 146 verbunden. Der Generator bildet einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Tonsignalquelle 26. Der Generator 146 erzeugt eine Rechteckwelle mit einer Frequenz, die der betätigten Taste 56 entspricht. Der Kondensator 144 und der Widerstand 142 wirken zusammen mit dem Widerstand I38 als Differentiator und Spannungsteiler und bewirken, daß auf der Leitung 136 eine Differenz-Rechteckwelle erzeugt wird, bei welcher die positiven Halbwellen Jeweils eine relativ steile vordere Flanke und eine langsam abfallende rückwärtige Flanke haben. Der absolute Pegel der Halbwellenimpulse hängt von dem durch das Potentiometer 140 ausgewählten Pegel ab. Der Pegel wird so ausgewählt, daß nur ein Teil der positiven Halbwellenimpulse den durch das Potentiometer 122 ausgewählten End- oder Höchstpegel übersteigen, so daß der Transistor I32 nur für einen Teil jedes Impulses leitend ist. Die Dauer des Abschnittes, welcher den "Höchstpegel" überschreitet, hängt von der Einstellung des Potentiometers 140 ab, und zwar wegen der schräg abfallenden Wellenform der Impulse. Die Impulswiederholungsrate der Halbwellenimpulse,welche den Transistor 182 in den leitenden Zustand treiben, stimmt mit der Frequenz des Generators 146 überein. Der vom Kondensator 110 abgezogene Strom ist proportional im Produkt der Leitfähigkeit des Widerstandes I30 und dem Arbeitszyklus oder dem Tastverhältnis, mit der bzw. mit dem der Transistor angestellt wird. Die Zeitrate, mit welcher der Kondensator 110 durch den Transistor ent-

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laden wird, ist also im wesentlichen der Frequenz des Tones, welcher durch die betätigte Taste 56 ausgewählt worden ist, proportional, ist aber weiterhin auch durch das Potentiometer 140 gesteuert.

Die Zeitkonstante des Widerstandes 142 und des Kondensators 144 ist relativ kurz, so daß die Wellenform der Impulse, die auf der Leitung 136 produziert werden, von der Frequenz des Generators 146 unabhängig ist. Dementsprechend ist die pro Zeiteinheit durch den Transistor 132 geführte Ladung eine Funktion der Frequenz, mit dem Resultat, daß der Kondensator 110 bei Tönen mit hoher Frequenz rascher entladen wird als bei Tönen mit niedriger Frequenz. Die Abfallrate der Ladung auf dem Kondensator 110 ist zusätzlich, resultierend aus der Betätigung des Transistors 132, zum Abfallstrom, welcher durch den Transistor 126 fließt, vorhanden. Durch Variieren des Potentiometers 140, ebenso auch durch Variieren des Wertes des Widerstandes I38 für jeden der verschiedenen Modulatoren, die den verschiedenen Tasten der Tastatur zugeordnet sind, läßt sich die relative Neigung der Abfallkurve manuell durch den Spieler kontrollieren und kann in Übereinstimmung mit den individuellen Wünschen oder Anforderungen für die durch die einzelnen Tasten der Tastatur ausgewählten Töne ausgewählt werden.

Der Modulator weist zwei Transistorpaare auf, welche zusammen ein Abzweigfilter 148 bilden. Zwei Transistoren 150, 152 sind mit ihren Emitter- und Kollektoranschlüssen in Reihe geschaltet. Das zweite Transistorpaar, 154 und 156, ist in ähnlicher Weise in Reihe geschaltet. Die

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Transistoren Ι50 und 152 sind in Reihe mit einer ersten Ausgangsleitung (Sammelschiene) 34- geschaltet, während die Transistoren 148 und 156 in Reihe mit einer zweiten Ausgangsleitung 36 (Sammelschiene) liegen. Die beiden Transistoren I50 und 152 leiten gemeinsam Strom von
der Ausgangsleitung 3^ ^ab, während die "beiden anderen Transistoren dieselbe Funktion bezüglich der Ausgangs— leitung 36 ausführen.

Ein Spannungsteiler mit Widerständen 162, 164 und 166 ist zwischen den Anschluß 106 und Erde geschaltet und liefert zwei verschiedene Spannungen, welche die Vorspannung für die Transistoren 15Ο bis 156 geben. Die
Transistoren 152 und 156 sind mit ihrer Basis gemeinsam an den Verbindungspunkten der Widerstände 162 und 164 angeschlossen, während die Basen der Transistoren 150 und 154- gemeinsam an den Verbindungspunkt der Widerstände 164 und 166 angeschlossen sind.

Der Emitter des Transistors I50 ist mit den Kollektoren zweier zusätzlicher Transistoren 168, 170 verbunden, welche zusammen in einer Darlington-Schaltung zusammengeschlossen sind. Der Transistor 168 dient als Eingangstransistor der Darlington-Schaltung, während seine
Basis über eine Leitung 172 mit einem nicht ge erdeten
Anschluß des Kondensators 110 verbunden ist.

Der Emitter des Transistors 1?0 ist über einen Widerstand 173 mit dem Kollektor eines Transistors 174 verbunden. Der Emitter des Transistors 174 ist über eine Leitung 176 geerdet. Die Basis des Transistors 174
ist mit dem Rechteckwellengenerator 146 über einen

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Widerstand 178 und einen Kondensator 180 verbunden. Eine Diode 182 ist über die Emitter-Basisverbindung des Transistors 174· geschaltet, um zu verhindern, daß an der Basis ein negatives Potential auftritt.

Der Emitter des Transistors 154 ist mit den Kollektoren zweier Transistoren 184, 186 verbunden, die in einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind, wobei der Transistor 146 als Eingangstransistor dient. Der Emitter des Transistors 170 ist über einen Widerstand 188 und zwei Dioden 190, 192 geerdet. In ähnlicher Weise ist der Emitter des Transistors 184 über einen Widerstand 189 und zwei Dioden 195, 197 geerdet. Die Basen der Transistoren 168 und 186 sind beide durch die Leitung 172 mit dem nichtgeerdeten Anschluß des Kondensators 110 verbunden. Die Spannung über den Kondensator 110 wird im folgenden gelegentlich als "Hüllensignal" bezeichnet, weil sie die Amplitude des Ausgangssignals des Modulators auf den Leitungen 34 und 36 definiert.

Die Filterschaltung 148 ist in der US-PS 3 475 623 beschrieben. Im Betrieb bestimmt das dem Modulator über die Leitung 172 zugeführte Signal die Abschneid- oder Grenzfrequenz des Filters, so daß die Filter-Grenzfrequenz allmählich angehoben wird, wenn das auf der Leitung 172 vorhandene Hüllensignal in seiner Amplitude ansteigt, mit dem Ergebnis, daß der Leitzustand des Transistors 124, resultierend aus dem ihm von dem Recht eckwellengenerator 146 zugeführten Wechselstromsignal, eine !Instabilität im Leitzustand der beiden Filterzweige bewirkt, so daß das Wechselstromsignal den Ausgangsleitungen 34 und 36 zugeführt wird. Der Vorspannstrom

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ist in beiden Filterzweigen gleich, so daß ein Differenz verstärker, der an die Ausgangsleitungen 34 und 36 angeschlossen ist, den Vorspannungsstrom eliminiert und lediglich das gewünschte Wechselstromsignal übrigläßt.

Die Basis des Transistors 174 ist weiterhin über einen Widerstand 194 mit dem Abgriff eines Potentiometers verbunden, welches als Steuerung 52 für den impulsbereiten Modulator dient. Diese Spannung dient als Vorspannung für den Transistor 174, wodurch die Breite
der Stromimpulse, welche durch den Transistor 174 hindurchgeleitet werden, variiert wird. Die durch das Potentiometer 196 vorgegebene Vorspannung wirkt mit einer Differentiatorschaltung zusammen, welche den Kondensator 180, den Widerstand 178 und den Widerstand 194 umfaßt, so daß eine Rechteckwelle mit einer schräg abfallenden Spitze auf die Basis des Transistors 174 aufgegeben
wird. Die durch das Potentiometer 196 vorgegebene Vorspannung ist so gewählt, daß der oberste Abschnitt der positiven Halbquelle dieser Rechteckwelle hoch genug
ist, um den Transistor 174 in den Leitzustand zu treiben, so daß ein Stromimpuls während des kurzen Intervalls in jedem Halbzyklus, in dem die Amplitude der
Basis den Schwellen-Leitwert überschreitet, durch den
Transistor 174 geleitet wird. Dies ist durch Betätigung des Potentiometers 196 steuerbar, wodurch der Arbeitszyklus oder das Tastverhältnis der Betätigung des Transistors 174 variiert werden kann. Hierdurch wird
ein entsprechender Arbeitszyklus in den Ausgangsimpulsen, die auf den Leitungen 3^ und 36 erscheinen, bewirkt.

Die Basis des Transistors 174 ist weiterhin mit der Lei-

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tung 172 über einen Widerstand 198, einen Transistor 202 und einen Schalter 200 verbunden, wenn der Schalter 200 sich in der gezeigten Stellung befindet. Der Schalter 200 ist ein einpoliger Dreifachschalter mit einer offenen Stellung, in welcher der Schaltkreis, der den Widerstand 198 enthält, offen ist, einer zweiten Stellung, in welcher der Emitter des Transistors 202 mit der Basis des Transistors 174· über den Widerstand 198 verbunden ist, und einer dritten Stellung. Wenn der Schalter 200 sich in einer offenen Stellung befindet, arbeitet der Modulator in der oben beschriebenen Weise.

Wenn der Schalter 200 sich in seiner zweiten Stellung befindet, wird die Vorspannung am Transistor 174- als Funktion der Amplitude des Hüllensignals, welches auf die Leitung 172 aufgegeben wird, variiert. Auf diese Weise wird die Impulsbreite der Ausgangsimpulse im Verhältnis zur Amplitude des Hüllensignales moduliert. Wenn also die Amplitude des Hüllensignals relativ niedrig ist, so ist die Breite der Stromimpulse, welche durch den Transistor 174- hindurchgeleitet werden, gering, wobei die Breite durch das Potentiometer 196 gesteuert wird. Wenn die Amplitude des Hüllensignales ansteigt, so wächst die Breite der Stromimpulse, welche durch den Transistor 174- hindurchgeleitet werden, an. Dies bewirkt eine Änderung in der Wellenform, welche im Ausgangston eine interessante akustische oder musikalische Qualität bewirkt.

Wenn der Schalter 200 sich in seiner dritten Stellung befindet, ist der Widerstand 198 mit dem Kollektor des Transistors 202 verbunden. Der Kollektor ist weiterhin

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mit einer positiven Spannungsquelle über einen Widerstand 204 verbunden, während der Emitter des Transistors über einen Widerstand 206 geerdet ist. Die Basis des Transistors 202 ist mit der Leitung 172 verbunden. Das am Kollektor des Transistors 202 erscheinende Signal ist also umgekehrt zum auf der Leitung 172 erscheinenden Signal. Wenn also die dritte Position des Schalters 200 ausgewählt wird, wird die Breite der durch den Transistor 17^ geleiteten Impulse am größten bei niedrigen Impulsen des Signales aus der Leitung 172 und nimmt mit steigender Amplitude des Hüllensignales ab. Eine Betätigung des Schalters 200 gibt dem Spieler die Möglichkeit, die gewünschte Impulsbreitenmodifikation auszuwählen oder aber die gesamte Modifikation abzuschalten. Zusammen mit dem Transistor 202 ist hierdurch die Phasor-Steuerung 55 gebildet.

Der Emitter des Transistors I50 ist über eine Leitung 208 und einen Widerstand 210 mit dem Abgriff eines Potentiometers 212 verbunden, welches als Ton-Helligkeitssteuerung 5^· wirkt. In ähnlicher Weise ist der Emitter des Transistors 174- über eine Leitung 214 und einen Widerstand 216 mit dem Abgriff des Potentiometers 212 verbunden. Das Potentiometer 212 wird so eingestellt, daß es eine Vorspannung erzeugt,welche den Vorspannstrom steuert, der durch den Filterkreis 148 fließt, wodurch das Ausmaß der Modifizierung des Ausgangssignales als Resultat einer Betätigung des Modulatorkreises erhöht oder verringert wird. Menu die Vorspannung relativ hoch eingestellt wird , durch geeignete Verstellung des Potentiometers 212, so treten in der FiI-tergrenzfrequenz für verschiedene Spannungspegel auf

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der Leitung 172 nur geringe Änderungen auf. Die Tonqualität, die von einem Verschieben der Grenzfrequenz resultiert, kann also reduziert oder akzentuiert werden, je nach der Stellung des Abgriffes des Potentiometers 212.

Ein Kondensator218 ist zwischen die Emitter der Transistoren 150 und 154 geschaltet, um su verhindern, daß die Emitterpotentiale relativ zueinander sich rasch ändern. Ein ähnlicher Kondensator 220 ist zwischen die Emitter der Transistoren 152 und 156 geschaltet und dient demselben Zweck.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sich dazu eignet, eine große Variation in der Tonqualität und im Toncharakter zu bewirken. Die mechanischen Eigenschaften der Tasten der Tastatur sind so gewählt, daß die Bedienungsweise eines herkömmlichen dynamischen Klaviers sehr stark simuliert wird. Der größte Teil der Schaltung,die in Fig. 3 dargestellt ist, läßt sich in Form einer integierten Schaltung verwirklichen, so daß nur relativ wenige Verbindungen beim Zusammenbau eines gesamten Instrumentes vorgenommen werden müssen.

In Pig. 4· ist ein anderes Ausführungsbeispiel der in Fig· 3 gezeigten Schaltung dargestellt, wobei einander entsprechende Teile der Vorrichtung mit denselben Bezugszeichen beziffert sind. Drei weitere Transistoren 222, 224 und 226 sind vorgesehen, welche es ermöglichen, daß der Transistor 174 zum Aufbringen eines Drück-Zieh-Audiosignales auf beide Kreise des Abzweigfilters aufbringt.

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Der Transistor 174· ist über einen Widerstand 228 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Weiterhin ist der Transistor 174· über Widerstände 230 bzw. 232 mit den Basen der Transistoren 224- und 226 verbunden. Der Emitter des Transistors 226 ist geerdet. Der Kollektor des Transistors 226 ist über einen Widerstand 234· mit dem Emitter des Transistors 184- verbunden, so daß ein abnehmendes Potential am Kollektor des Transistors 174· in einem ansteigenden Potential am Emitter des Transistors 184· resultiert.

Der Kollektor des Transistors 224· ist über einen Widerstand 236 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden, während sein Emitter geerdet ist. Die Basis des Transistors 222 ist mit dem Kollektor des Transistors 224- verbunden, der Emitter des Transistors 222 steht mit dem Emitter des Transistors 224- in Verbindung, und der Kollektor des Transistors 222 ist über einen Widerstand 238 mit dem Emitter des Transistors I70 verbunden. Dementsprechend bewirkt ein Abnehmen des Potentials am Kollektor des Transistors 174· ein Ansteigen des Potentialsam Kollektor des Transistors 224-, wodurch, der Transistor 222 stärker leitend wird. Die Transistoren 222 und 226 sind also um 180° phasenverschoben, wodurch zu den beiden Zweigen des Abzweigfilters 14-8 ein Drück-Zieh-Signal geleitet wird.

Es zeigt sich, daß die verschiedenen Steuerungen, welche in Pig. 3 dargestellt sind, jeweils einen charakteristischen Effekt auf den Charakter des auf den Ausgangsleitungen 34- und 36 erzeugten Signals haben. Die Niedrigstpegelsteuerung bestimmt eine Spannung, welche

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.die Amplitude des Impulses definiert, der auf der Leitung 72 vorliegt, und zwar für die langsamste mögliche Betätigung der Taste 56. Die Höchstpegelsteuerung bestimmt die Spannung für die rascheste Betätigung. Zusammen geben sie eine Flexibilität, die es ermöglicht, in dem Dynamikbereich des Instrumentes Variationen vorzunehmen. Jedesmal, wenn eine Taste 56 so bewegt wird, daß der Kreis mit dem Leiter 69 geschlossen wird, wird ein Impuls auf die Leitung 72 aufgegeben. Wenn der Kondensator 87 vollständig durch Bewegung der Taste entladen wird, als Resultat der Langsamkeit einer derartigen Bewegung, so wird die Amplitude des Impulses, der auf die Leitung 72 aufgegeben wird, vollständig durch die Einstellung des Potentiometers 91 bestimmt.

Die Endpegelsteuerung 48 wird so eingestellt, daß sich über einen weiten Dynamikbereich ein sanft abfallendes Hüllensignal ergibt.

Die Haltesteuerung 44, die in Zusammenwirken mit der Abfallsteuerung 50 wirkt, bestimmt die Rate, mit welcher der Kondensator 110 nach dem Aufladen in jedem Zyklus entladen wird.

Die Impulsbreitenmodulatorsteuerung 52 bestimmt die Breite der auf das Abzweigfilter 148 aufgebenen Impulse. Die Klanghelligkeitssteuerung 54 steuert die Änderung der Grenzfrequenz des Filters 148 als Resultat der Konturamplitude, d.h. also, des Potentials über den Kondensator 110.

In Fig. 7 sind einige der Wellenformen dargestellt, die

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in verschiedenen Abschnitten der Schaltung bei ihrem Betrieb auftreten.

In Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem zusätzliche Operationen zum Modifizieren des Charakters des auf den Ausgangsleitungen 34- und 36 erzeugten Signals durchgeführt werden können. Die Abschnitte von Fig. 6, in denen dieselben Teile wie in Fig. 3 dargestellt sind, sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.worden.

Einer der Hauptunterschiede zwischen der Vorrichtung von Fig. 3 und derjenigen von Fig. 6 bestellt darin, daß die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung sich dazu eignet, zwei separate und unabhängige Audiosignalquellen anzuschließen und bei beiden Signalen unabhängig eine Impulsbreitenmodulation vorzunehmen. Die Steuerungen zum Kontrollieren der Impulsbreitendoulation der beiden Quellen sind in Fig. 6 als gestrichelte Rechtecke 52a und 52b dargestellt und weisen Potentiometer 240 bzw. 242 auf. Zusätzlich hierzu ist ein Potentiometer 244 vorgesehen, welches als Abgleichssteuerung 246 wirkt und eine derartige Einstellung erlaubt, daß in beiden Ausgangsleitungen 3* und 36 im Mittel gleiche Strompegel auftreten. Bestimmte zusätzliche Modifikationen sind in der Vorrichtung von Fig. 6 noch vorgenommen worden, welche nachfolgend beschrieben werden.

Der Kondensator 110 wird durch den im Leitzustand befindlichen Transistor 103 aufgeladen, ebenso wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, jedoch ist die Endpegelsteuerung weggelassen worden. Der End-

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pegel wird durch die Schaltungsparameter definiert, anstelle der in Fig. 3 vorgesehenen separaten Steuerung. Dementsprechend ist der Emitter des Transistors 118 geerdet und nicht an ein Hochstpegelpotentiometer angeschlossen.

Der Kollektor des Transistors 118 ist an die Basis des Transistors 248 angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand 250 geerdet ist und dessen Kollektor mit dem Emitter des Transistors 103 durch eine Leitung 252 verbunden ist. Der Transistor 248 wird durch einen Widerstand 254 vorgespannt, der durch eine Leitung 104 von der positiven Spannungsquelle am Anschluß 106 angeschlossen ist. Die Erdung erfolgt über zwei Dioden 256 und 258. Der Transistor 248 entlädt den Kondensator 110 durch den Widerstand 108, außer dann, wenn dies durch Leitendwerden des Transistors 118 verhindert wird.

Das Abfallsteuerpotentiometer 140 ist an seinem Abgriff über den Widerstand 148 mit der Basis des Transistors 132 verbunden. Der Emitter des Transistors 132 hingegen ist geerdet und nicht mit einer Höchstpegelsteuerung verbunden, wie es in Fig. 3 der Fall ist. Eine Diode 260 liegt zwischen der Basis des Transistors I32 und Erde, wodurch die Basis an Erde angeklemmt ist. Der Kollektor des Transistors 132 ist mit dem Verbindungspunkt des Emitters des Transistors 103 und des Widerstandes 108 über eine Reihenschaltung verbunden, welche einen Widerstand 262 sowie ein Diodenpaar 264, 266 umfaßt.

Die Basis des Transistors 132 ist weiterhin durch den Widerstand 142 und den Kondensator 144 mit einer Sig-

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nalquelle auf einer Leitung 268 verbunden. Die Leitung 268 wird mit einer Rechteckwelle geeigneter Frequenz "beaufschlagt, wobei die Art der Erzeugung der Welle weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird. Die .Schaltung, welche den Kondensator 144- aufweist, wirkt in der Weise, daß teilweise die Rechteckwelle differ«» enziert wird, so daß zu der Basis des Transistors 132 ein abfallendes, schwellendes Signal geleitet wird, dessen mittlerer Pegel durch eine Abfansteuerung 50a geregelt wird.

Die Leitung 268 ist mittels des Kondensators 180 und des Widerstandes 168 an die Basis des Transistors 174 angeschlossen, der als Impulsbrextenmodulatortransistor wirkt. Die Schaltung, welche den Kondensator 180 aufweist, differenziert teilweise die Rechteck- ^eIIe, wobei der mittlere Pegel durch die Impulsbreitenmodulator steuerung 52a definiert wird, so daß der Transistor 174 für kurze Impulse leitend wird, deren länge durch die Einstellung der Impulsbreitenmodulatorsteuerung 52a bestimmt ist.

Die Eingänge· des Abzweigfilters 148 werden durch zwei Transistorpaare getrieben, von denen jedes ein unabhängiges Signal an den Eingang des Filters ankoppelt. Das erste Transistorpaar weist Transistoren 270, 272 auf, während das zweite Transistorpaar die Transistoren 274- und 276 enthält. Die Kollektoren der Transistoren und 274 sind gemeinsam mit einer Eingangsleitung des Filters geschaltet, während die Kollektoren der anderen beiden Transistoren gemeinsam mit der anderen Leitung geschaltet sind.

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Der Impulsbreit enmodulatortransisbor 174 ist mit seinem Kollektor mittels des Widerstandes 173 aⁿ die Basis des !Transistors 270 angeschlossen und bewirkt also, daß der Transistor 270 entsprechend der Betätigung des Transistors 174 Strom leitet.

Ein Transistor 280, dessen Kollektor an den Anschluß 106 angeschaltet ist, ist mit seinem Emitter an eine Leitung 282angeschlossen, welche die Vorspannung für die Transistoren 270, 272, 27²I- und 276 liefert. Die Basis des Transistors 270 ist über einen Widerstand und ein Paar von Dioden 286 an die Leitung 282 angeschlossen. Die Basis des Transistors 272 ist mit der Leitung 282 über eine Diode 288 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Basen der Transistoren 274 und 276 mit der Leitung 282 über Widerstände 290 und 292 verbunden.

Die Leitung 282 ist ebenfalls durch einen Widerstand 294 und eine Diode 296 mit dem Kollektor eines Transistors 298 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Der Transistor 298 führt das zweite Signal in den Eingang des Abzweigfilters148 ein. Zu diesem Zweck ist seine Basis mittels eines Widerstandes 5OO und eines Kondensators 302 mit einer Leitung 304 verbunden, auf der durch nachfolgend noch näher beschriebene Einrichtungen eine Rechteckwelle erzeugt wird. Die Basis des Transistors 298 ist weiterhin durch einen Widerstand 3O5 mit dem Abgriff des Potentiometers verbunden, welches als zweite Impulsbreitenmodulatorsteuerung wirkt. Eine Diode 3O6 liegt zwischen der Basis des Transistors 298 und Erde, wodurch die Basis an Erde angeklemmt wird. Ein Schalter 3O8, welcher ein ein-

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poliger Schalter mit drei Positionen ist, ist mit seinem beweglichen Pol an den Kollektor des Transistors 298 angeschlossen. In einer ersten Stellung ist der Schalter durch eine Leitung 310 geerdet. In den beiden anderen Positionen ist der Schalter über einen Kondensator 312 oder durch einen Widerstand 314 geerdet. Durch Erdung des Kollektors des Transistors 298 wird die zweite Quelle wirkungsmäßig abgeschaltet und ausgestellt. Wenn der Schalter 3O8 über den Widerstand 314· geerdet wird, so wird dem Abzweigfilter eine Bechteckwelle zugeführt, während dann, wenn der Schalter den Kondensator 312 auswählt, eine Sägezahnkurve an das Abzweigfilter 14-8 angelegt wird. Der Schalter 3O8 bestimmt also die Wellenform der zweiten Quelle, welche an den Eingang des Abzweigfilters 148 angelegt wird.

Der Verzweigungspunkt zwischen dem Widerstand 294 und der Diode 296 ist mit der Basis des Transistors 216 verbunden. Der Emitter des Transistors 316 ist über einen Widerstand 318 geerdet. Der Kollektor des Transistors 3I6 ist mit der Basis des Transistors 274 verbunden. Der Transistor 3I6 wirkt als Treibtransistor zum Ankoppeln der zweiten Quelle an das Transistorpaar, welches die beiden Transistoren 274 und aufweist. Die Basis des Transistors 276 ist über eine Leitung 320 mit dem Abgriff des Potentiometers 244 verbunden, welches so eingestellt wird, daß die mittleren Ströme, welche in beiden Filterzweigen fließen, abgeglichen werden.

Ein Transistor 322 ist mit seinem Kollektor mit dem Spannungsquellenanschluß 106 verbunden. Die Basis des

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Transistors 322 ist mit dem Kondensator 110 verbunden und wirkt, gesteuert durch die Spannung über den Kondensator 110, als Emitterfolger. Der Emitter des Transistors 322 ist mit den Basen zweier zusätzlicher Transistoren 324- und 326 verbunden, deren Kollektoren mit den Emittern der Transistoren 270 und 272 sowie der Transistoren 274 und 276 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 324 ist über einen Widerstand 328 geerdet. Der Emitter des Transistors 326 ist ebenfalls geerdet, und zwar über einen Widerstand 340 sowie eine Parallelschaltung, welche eine Diode 342 und einen Widerstand 344 aufweist. Die Transistoren 324 und 326 liefern Vorspannungsstrom zu den Emittern der beiden Transistorpaare, und zwar proportional zu der Spannung über den Kondensator 110, wodurch sie simultan die Grenzfrequenz des Filters in der oben in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Weise variieren und die Amplitude des Ausgangssignals modulieren.

Vorspannung für den Transistor 280 wird mittels eines Spannungsteilers zugeführt, der eine Anzahl von Dioden 346 sowie einen Widerstand 34-8 aufweist, die vom Anschluß 106 aus in Reihe gegen Erde geschaltet sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung ist außerordentlich dazu geeignet, als integrierte Schaltung hergestellt zu werden, wobei im wesentlichen die gesamte, in Fig. dargestellte Schaltung, mit Ausnahme der Kondensatoren und der Potentiometer, als einziges integriertes oder gedrucktes Schaltungsplättchen ausgebildet sein.kann. Hierdurch werden die Wirtschaftlichkeit und die Leichtigkeit des Zusammenbaus der Vorrichtung nach der Er-

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findung beträchtlich verbessert.

Die Vorrichtung zur Erzeugung der Rechteckwellen, die auf den Leitungen 268 und 304 vorliegen, wird nunmehr beschrieben. Zwei Taktsignalgeber 350 und 352 sind vorgesehen, die voneinander in der Frequenz um etwa 6% oder exakt um einen Halbton abweichen. Die beiden Taktsignalgeber 350 und 352 sind jeweils mit einer identischen Qberoktav-Syntheseeinheit 35^ bzw. 356 verbunden. Bei den Oberoktav-Syntheseeinheiten 354, 356 handelt es sich um kommerziell von einer Vielzahl von Herstellern beziehbare Einrichtungen, welche zwölf Ausgänge bilden können von denen jeder eine Frequenz hat, die der Frequenz einer Note des musikalischen Notensystems entspricht. Beispielsweise entsprechen die zwölf Ausgänge, die von der Syntheseeinheit 354- ausgehen, den Noten, die sich zwischen C und B erstrecken. Diese Noten werden mit C5 und B5 bezeichnet, und definieren eine Frequenz, die um eine Oktave höher liegt als diejenige, welche durch C4 und B4 definiert ist, etc. Da der zweite TaktSignalgeber 352 um einen Halbton höher arbeitet, produziert die Syntheseeinheit 356 an ihren zwölf Ausgängen Signale, deren Frequenzen von C$5 bis C6 reichen.

Oberoktav-Syntheseeinheiten, die gegenwärtig erhältlich sind, haben das Merkmal, daß, obwohl die verschiedenen Ausgangsfrequenzen voneinander um annähernd einen Halbton verschieden sind, wenn man die Frequenzen, die auf benachbarten Ausgängen vorliegen, miteinander vergleicht, trotzdem ein kleiner, aber deutlicher Fehler auftritt, der für jedes Paar von benachbarten Ausgängen verschieden ist. Es ist daher klar, daß durch Verwendung von zwei

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Syntheseeinheiten, wie in Pig. 6 gezeigt, und durch Auswählen der Ausgänge von den beiden, welche nominal dieselbe Frequenz haben, jedoch nicht exakt, weil sie von verschiedenen Ausgängen der Syntheseeinheiten abgenommen worden sind, es möglich ist, Paare von Frequenzquellen für jeden der Modulatoren nach der Erfindung auszuwählen, die annähernd in ihrer Frequenz gleich sind, jedoch um einen kleinen Fehler voneinander differieren, so daß es sich nicht um exakt dieselben Frequenzen handelt. Dieser Fehler ist für jedes Paar von Ausgängen verschieden. Beispielsweise stehen die beiden Ausgänge, welche durch die Leitungen 268 und 304· definiert sind, nicht im selben Verhältnis zueinander wie die beiden Ausgänge auf den Leitungen 360 und 362. Wenn diese verschiedenen, jedoch einander sehr ähnlichen Frequenzen in den Modulatoren nach der Erfindung verwendet werden, wird ein mechanischer Effekt, der auftritt, wenn Frequenzen phasenmaßig miteinander verriegelt sind, vermieden, und es läßt sich ein wesentlich besserer Musikalischer Effekt erzeugen.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung in Fig. 3 nur ein Modulator beschrieben worden ist, ebenso wie in Fig. 6, so ist es doch klar, daß für jede der Tasten der Tastatur des Instrumentes ein separater Modulator verwendet wird. Es ist also notwendig, eine große Anzahl von Frequenzpaaren aus der Signalquelle, welche durch die Syntheseeinheiten 354 und 356 gebildet ist, und ihren Teilerketten zur Verfügung zu haben, die mit den jeweiligen Ausgängen verbunden sind. Für den Fachmann ist es klar, daß diese Ausgangspaare leicht verfügbar sind, obwohl nur einige wenige in Fig. 6 dargestellt sind.

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Claims (1)

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   M 1406

   ANSPRÜCHE

   χΐ Elektronisches Musikinstrument mit einer eine Anzahl von Tasten zum Erzeugen von Musiktönen in den Tasten entsprechenden Höhen aufweisenden Tastatur, Tasteinrichtungen zum Ertasten des Momentes, mit dem die Tasten niedergedrückt werden, und mit den Tasteinrichtungen verbundenen und in Abhängigkeit von diesen entsprechend der Betätigung der Tasten eine Wellenform erzeugenden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der durch die Einrichtungen (20, 22, 24) erzeugten Wellenform eine Funktion des Momentes sind, mit dem die Tasten (10, 56) niedergedrückt werden.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Taste (56 der Tastatur (10)einen schwenkbar angebrachten Betätigungshebel (64) aufweist, der bei einer Betätigung der Taste Kontakteinrichtungen (66, 69, 70)

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   betätigt, welche einen normalerweise geschlossenen Schaltkreis öffnen und anschließend einen normalerweise offenen Schaltkreis schließen.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (64) federnd gegen die Taste (56) gedruckt ist; und daß in der Taste ein Gewicht (60) zur Erzeugung eines vorbestimmten, einer Bewegung der Taste Widerstand entgegensetzenden Trägheitsmomentes vorgesehen ist, so daß die Zeit zwischen dem öffnen des normalerweise geschlossenen Schaltkreises und dem Schließen des normalerweise offenen Schaltkreises eine Funktion des auf die Taste während der Betätigung durch einen Spieler des Instrumentes ausgeübten Momentes ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtungen eine Feder (66) aufweisen, deren eines Ende festliegt (67) und deren anderes Ende mit dem Hebel (64) verbunden ist; daß ein erster Leiter (70) normalerweise mit der Feder in Kontakt steht und so den normalerweise geschlossenen Schaltkreis vervollständigt; und daß ein zweiter Leiter (69) zum Vervollständigen des normalerweise offenen Schaltkreises mit Abstand von der Feder angeordnet ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mit der Feder verbundenen Kondensator (87); eine Einrichtung (85) zum Verbinden des ersten Leiters (70) mit einer Potentialquelle, aus der normalerweise der Kondensator auf das Potential aufgeladen wird; einen parallel mit dem Kondensator geschaltenen Widerstand (89) zum Entladen des Kondensators, sobald der normalerweise ge-

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   schlossene Schaltkreis geöffnet wird; und spannungsempfindliche Einrichtungen (98, 100, 112), die mit dem zweiten Leiter (69) verbunden sind und zum Ertasten des Spannungspegels des Kondensators beim Schließen des normalerweise offenen Schaltkreises dienen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsempfindlichen Einrichtungen einen zweiten Kondensator (98) aufweisen; und daß Einrichtungen, welche den noramlerweise offenen Schaltkreis umfassen, zum Laden des zweiten Kondensators für ein kurzes Zeitintervall auf ein teilweise durch den Spannungspegel des ersten Kondensators in einem Zeitpunkt, zu dem der normalerweise offene Schaltkreis geschlossen wird, und teilweise durch die Potentialdifferenz zwischen der Spannung über den zweiten Kondensator zum Zeitpunkt des Schließens des normalerweise offenen Schaltkreises und dem Potential einer Spannungsquelle bestimmten Pegel vorgesehen sind.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (112) zum Entladen des zweiten Kondensators (98) mit einer kontrollierten Rate vorgesehen ist, welche kleiner ist als diejenige Rate, mit welcher der zweite Kondensator geladen wird, wenn der normalerweise offene Schaltkreis geschlossen wird, so daß der zweite Kondensator in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Betätigungen der Taste (56) auf aufeinanderfolgend höhere Pegel aufladbar ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator (146) zum Erzeugen eines

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   Wechselstromsignales mit einer der betätigten Taste (56) entsprechenden Frequenz; und Einrichtungen (118, 126, 132) zum Entladen des zweiten Kondensators (98) mit einer zu dieser Frequenz proportionalen Rate.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zweite Entladeeinrichtungen zum Entladen des Kondensators mit einstellbarer Rate; und manuelle Steuereinrichtungen zum Auswählen der einstellbaren Rate.

   10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch magnetische Einrichtungen (73» 74-) zum Erzeugen einer der Betätigung der Taste (56) während ihrer Anfangsbewegung entgegengesetzten sowie einer die Betätigung der Taste nach dem Bewegen derselben über eine bestimmte Distanz hinaus unterstützenden Kraft.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtungen einen ersten Permanentmangenten (73) aufweisen, der an der Taste (56) befestigt und mit dieser während deren Betätigung bewegbar ist; und daß ein zweiter Permanentmagnet (74-) in einer festen Stellung benachbart zur Bewegungbahn des ersten Permanentmagneten bei der Betätigung der Taste angeordnet ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten und zweiten Permanentmagnete (73, 74·) jeweils eine Vielzahl von entlang einer im wesentlichen parallel zur Richtung der Bewegung des ersten Permanentmagneten bei der Betätigung der Taste

   — 4· —
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   alternierenden Polen aufweisen; daß entgegengesetzte Magnetpole der beiden Permanentmagneteinrichtungen (73» 74) bei nicht-betätigter Taste einander gegenüberliegend angeordnet sind; und daß die erste Permanentmagneteinrichtung (73) in eine Position und über diese hinaus bewegbar ist, in der entgegengesetzte Magnetpole nebeneinander angeordnet sind.

   13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenerzeugende Einrichtung (146) zum Erzeugen der Wellenform in Abhängigkeit von dem Moment, mit dem die Taste (56) betätigt wird, sowie in Abhängigkeit vom Zeitintervall, welches seit der letzten Betätigung der Taste verstrichen ist, eingerichtet ist.

   14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Wellenerzeugung (146) Ladeeinrichtungen (66, 69, 72) zum Laden des Kondensators (98) aufweist, welche wirksam sind, wenn eine der Tasten gedruckt ist, so daß der Kondensator auf einen Wert aufladbar ist, der eine Funktion des Zeitintervalls darstellt, welches seit dem vorhergehenden Betätigen dieser Taste verstrichen ist, wobei ein wiederholtes Niederdrücken der Taste zum Aufladen des Kondensators auf einen höheren Wert als ein einziges Niederdrücken der Taste führt.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Einschalteinrichtungen (66, 68, 69), welche in Abhängigkeit von den Tasteneinrichtungen die Ladeeinrichtungen für eine begrenzte Zeitdauer zum Zuführen von Ladung

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   auf den Kondensator während der Zeitspanne proportional zur Differenz zwischen einer Eeferenzspannungsguelle ■sand der jeweiligen Ladung des Kondensators einschalten.

   "36. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalteinrichtungen auf das Moment, mit dem die Taste "betätigt wird, zum Steuern der begrenzten Zeitdauer ansprechend ausgebildet sind.

   . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, jgeiiennzeichnet durch eine Vielzahl von Kondensatoren, -von denen jeweils einer einer Taste (56) zugeordnet ist; Ladeeinrichtungen für jeden der Kondensatoren zum individuellen Laden der Kondensatoren in Abhängigkeit vom Niederdrücken der entsprechenden, dem jeweiligen Kondensator zugeordneten Taste; und selektriv T^etätigbare Entladeeinrichtungen zum Entladen der Kondensatoren, welche Einrichtungen zum inkrementweisen !Entladen jedes der Kondensatoren mit einer Rate aufweisen, welche proportional zur Höhe des in Abhängigkeit vom Niederdrücken jeder Taste erzeugten Tones ist.

   i8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator (26); ein Ausgangssystem (42); Modulatoren (20,22, 24), welche zwischen die Signalgeneratoren und das Ausgangssystem geschaltet sind und Einrichtungen zum simultanen Variieren der Amplitude eines Ausgangssignales, welches dem Ausgangssystem zugeführt ward, und zum Variieren der Frequenzabhängigkeit der Modulatoren aufweisen; und Einrichtungen, welche die Einrichtungen zur Wellenerzeugung mit den Modulatoren verbinden.

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   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatoren ein Filter (148) aufweisen.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtungen Impulsgeneratoren (354» 356) aufweisen, welche mit dem Signalgenerator verbunden sind und einen Ausgangsimpulszug auf das Ausgangssystem aufgeben; und daß Einrichtungen (298) zum selektiven Modifizieren der Dauer jedes der Impulse vorgesehen sind.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch zwei Impulsgeneratoren, welche mit den Signalgeneratoren verbunden sind und zum Zuführen zweier Ausgangsimpulszüge auf das Ausgangssystem bei im wesentlichen derselben Frequenz dienen; und Einrichtungen zum unabhängigen Modifizieren der Dauer der Impulse beider Impulszüge.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Impulsgeneratoren zum selektiven Aufgeben eines Rechteckimpulszuges oder eines Sägezahnimpulszüges eingerichtet ist.

   23· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (148) in Abhängigkeit von der Wellenform modifizierbare Charakteristiken aufweist; und daß Einrichtungen zum Aufgeben der Wellenform auf die Einrichtungen zur Impulserzeugung zum Modifizieren der Breite der Impulse in Abhängigkeit von der Amplitude des Wellenformsignales vorgesehen sind.

   24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich-

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   net, daß die Breite der Impulse mit wachsender Amplitude des Wellenformsignales ansteigt.

   25· Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Impulse mit wachsender Amplitude des Wellenformsignales abnimmt.

   26. Tonsignalgenerator zur Erzeugung einer Vielzahl von Tonsignalen, verwendbar in einem elektronischen Musikinstrument mit einer eine Vielzahl von Tasten aufweisenden Tastatur und einem Ausgangssystem, welches Tonsignale aufzunehmen und diese in Schallwellen umzusetzen geeignet ist, gekennzeichnet durch erste und zweite Taktsignalgeber (350, 352), die in ihrer Frequenz um einen Halbton differieren und mit denen eine erste bzw. zweite Oberoktav-Syntheseeinheit (35^» 356) verbunden ist; und Einrichtungen (268, JO^zum. simultanen Anschließen von zwei Signalen annähernd der gleichen Tonhöhe, einzeln abgeleitet von der ersten und zweiten Oberoktav-Syntheseinheit,an das Ausgangssystem.