DE1547588B2

DE1547588B2 - Verfahren zur Erhaltung von Tönen einer gleichschwebend-temperierten Tonleiter

Info

Publication number: DE1547588B2
Application number: DE1547588A
Authority: DE
Inventors: Karl Gustav Prof. Viggbyholm Malmfors (Schweden)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-06-30
Filing date: 1967-06-27
Publication date: 1974-01-03
Also published as: BE700703A; CH464660A; DE1547588A1; NL6708898A; DE1547588C3; NO120565B; NL143356B; US3520982A; GB1185888A; ES342408A1; AT286084B

Description

fn-x — fn-y = — Jn

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur

erfüllt ist und bei Nichterfüllung dieser Bedingung 15 Erzeugung von Tönen nach einer gleichschwebend-

ein Steuersignal liefert, mit dessen Hilfe die Fre- temperierten Tonleiter in einem elektronischen Musik- \

quenz eines der drei Oszillatoren so lange verändert instrument. !

wird, bis diese Beziehung wenigstens nahezu er- Bei einem bekannten Verfahren wird von einer j

füllt ist, wobei die Zahlen m, χ und y ganzzahlig Anzahl frei schwingender Oszillatoren ausgegangen, '

sind und sich aus dem Bildungsgesetz der be- 20 die der Anzahl Töne pro Oktave gleich ist, wobei die ',

treffenden Tonskala ergeben, und daß mehrere Oszillatoren je auf eine andere Tonhöhe abgestimmt \

dieser Dreier-Gruppen derart miteinander ver- sind und wobei die Töne, die eine oder mehrere /\

koppelt sind, daß die beiden nicht durch das Oktaven hierunter liegen, mittels Zweierteiler aus den '^;

Fehlersignal gesteuerten Oszillatoren einer Gruppe erwähnten zwölf Tönen abgeleitet werden. :

auch Oszillatoren einer anderen Gruppe sind, 25 Es dürfte einleuchten, daß eine Verstimmung eines

wodurch alle Frequenzen gegenüber einer Fre- dieser Oszillatoren eine Verstimmung aller von ihm

quenz synchronisiert sind. abgeleiteter Oktavtöne und letzthin des Instrumentes i

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzeugung zur Folge hat. i einer 12stufigen gleichschwebend-temperierten Ton- Dieser Nachteil wird beim erfindungsgemäßen Ver- j leiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen 30 fahren dadurch vermieden, daß eine Vergleichsschal- ; jeweils dreier Töne der Beziehung · tung die den Tönen n, n—x und n—y einer Tonleiter j

1 1 entsprechenden Ausgangsfrequenzen von drei gesteu-

fn-2 — fn-3 = — fn = — /re-12 erten Oszillatoren n, n—x und n—y daraufhin unter

sucht, ob die Bedingung

entsprechen, in der η die Ordnungszahl des Tones 35 1

in der Tonleiter ist. fn-x — fn-y = — /»

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzeugung ^m

einer 12stufigen gleichschwebend-temperierten Ton- erfüllt ist und bei Nichterfüllung dieser Bedingung ein leiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiequenzen Steuersignal liefert, mit dessen Hilfe die Frequenz

jeweils dreier Töne der Beziehung 40 eines der drei Oszillatoren so lange verändert wird, bis

1 1 diese Beziehung wenigstens nahezu erfüllt ist, wobei

fn-2 — fn-3 = — fn+7 = — fn-s die Zahlen m, χ und y ganzzahlig sind und sich aus

dem Bildungsgesetz der betreffenden Tonskala er-

entsprechen, in der η die Ordnungszahl des Tones geben, und daß mehrere dieser Dreier-Gruppen derart in der Tonleiter ist. 45 miteinander verkoppelt sind, daß die beiden nicht

4. Vorrichtung zum Anwenden des Verfahrens durch das Fehlersignal gesteuerten Oszillatoren einer nach Anspruch 1 bis 3, insbesondere zur Er- Gruppe auch Oszillatoren einer anderen Gruppe sind, zeugung einer gleichschwebend-temperierten 12stu- wodurch alle Frequenzen gegenüber einer Frequenz figen Tonleiter für elektronische Musikinstru- synchronisiert sind.

mente, dadurch gekennzeichnet, daß zwölf Oszil- 50 Dadurch werden die Frequenzen aller Töne in der

latoren, die je einen anderen Ton einer Oktave Oktave durch eine geeignete Wahl von m gegenüber

erzeugen, vorhanden sind, und die in frei schwin- den Frequenzen des frei schwingenden Oszillators

gendem Zustand je eine Frequenz erzeugen, die festgelegt, so daß das gegenseitige Frequenzverhältnis,

der gewünschten Tonfrequenz ungefähr gleich ist das die richtige Stimmung des Instrumentes bestimmt,

und wobei diese Frequenz weiter mittels von zwei 55 konstant bleibt.

anderen Oszillatoren herrührender Signale ge- Wenn man beispielsweise im System von 31 Tönen regelt wird, während die Frequenz eines Oszillators pro Oktave, bei dem das Intervall zwischen zwei aufunabhängig einstellbar ist, und das Regelsignal . _, - , _■ -,.. , · 1 ³¹ · . ~ μ
zum Regeln der Frequenz mittels eines Frequenz- einanderfolgenden Tonen gleich yj ist, das Teiler-

tellers mit Teilerverhältnis m aus der Oszillator- 60 verhältnis m = 37 wählt, dann wird
frequenz nach Vergleich dieser Frequenz mit der I

Differenzfrequenz zweier anderer Oszillatoren er- /₁₀ — /₉ = —.

halten wird, wobei das Regelsignal mittels Gegen- 74

kopplung in der in dieser Weise gebildeten Regel- \

schaltung einem der Oszillatoren zugeführt wird. 65 /32 — — /1 ⁼ 0,0270270,

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilerverhältnis m = 20 welcher Wert nur 1,3 · 10~⁵ vom richtigen Wert und ein Teil des Frequenzteilers aus zwei Zweier- 0,0270405 abweicht, welche Abweichung vom Ohr

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nicht wahrgenommen wird. Dasselbe gilt für die - Die Lösung des Gleichungssystems ergibt die folgenübrigen Töne beispielsweise den Frequenzwerte:

/u-/» = ^/. ^Tafe12

³⁷ 5 /₂ = 1.059 460- 3,1

usw. Dabei ist die Frequenz von Zi auf 1.000 000 /₃ = 1.122 455 - 6,2

normiert. Λ = 1.189196— 9,3

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren /₅ = 1.259 905 —12,4

zur Erzeugung einer gleichschwebend-temperierten Ze = 1.334 819 —15,5

12stufigen Tonleiter entsprechen die Frequenzen io f₇ = 1.414187 —18,4

jeweils dreier Töne der Beziehung /₈ = 1.498 275 —21,3

11 /₉ = 1.587 366-22,4

/n-2 - /ns = — fn = — /»-12 , ZiO = 1.681 753 -23,5

^{20 lü} /_u = 1.781809 + 6,2

in der η die Ordnungszahl des Tones in der Tonleiter 15 /12 = 1-887 754 -f- 3,1.
ist.

Eine Oktave einer gleichschwebend-temperierten Die rechte Spalte in Tafel 2 zeigt die Abweichung

12stufigen Tonleiter ist in zwölf Intervalle verteilt, in Millionsteln zwischen den durch Benutzung der

,. 12 , . , . , ,,, j-T- j angenäherten Beziehung erhaltenen Frequenzen und

die ^" gleich and. Wenn man die Frequenz des _ao ^ _{idealen Frequenzf}f_{n; wie diese in} ^q _der ^₁₁

tiefsten der 12 Töne Zt gleich 1.000 000 setzt, dann angegeben sind. Die größte Abweichung tritt zwischen sind die Frequenzen der übrigen Töne gleich: /_u und /₁₀ auf, aber auch diese Abweichung ist

weniger als 30 · IO-⁵.

Nach einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren 25 zur Erzeugung einer gleichschwebend-temperierten 12stufigen Tonleiter entsprechen die Frequenzen jeweils dreier Töne der Beziehung

fn-z fn-z = —— /b+7 = —— fn-5 ·

30 30 15

Die Abweichung von den idealen Frequenzen ist dann etwas größer, aber die Tonleiter ist dennoch durchaus verwendbar.

35 In einer Vorrichtung zum Anwenden des Verfahrens nach der Erfindung, insbesondere zur Erhaltung einer

, , „ gleichschwebend-temperierten 12 stufigen Tonleiter

Eine nähere Betrachtung der Werte der Frequenzen _für elektronische Musikinstrumente, sind zwölf Oszilin der Tafel 1 zeigt, daß der Unterschied zwischen _{latoren vorhandeD) die je einen anderen Ton einer}

den Frequenzen Zu und /₁₀ nahezu gleich ~ der 40 Oktave erzeugen und die in frei schwingendem Zustand

je eine Frequenz erzeugen, die der gewünschten Fre-

Frequenz des Grundtones Z₁ ist. quenz ungefähr gleich ist und wobei diese Frequenz Da die Frequenzen eine geometrische Reihe bilden, _{wdter mitte]s von zwd anderen} Oszillatoren hergilt eine entsprechende Beziehung auch fur alleren- _rührender Signale geregelt wird, während die Frederen aufeinanderfolgenden Frequenzen in der Ton- ₄₅ ^ _{mindestem eines} Oszillators unabhängig einleiter, welche Beziehung allgemeiner als _{stdlbar ist)Und das Reg}elsignal wird zum Regeln der f„ = 2 fn-iz = 20 (fn-z—f71-3) (X) Frequenz mittels eines Frequenzteilers mit einem Teil-, ,,-τ- verhältnis m aus der Oszillatorfrequenz nach Vergleich

geschrieben werden kann, in der / die Frequenz _{dieser Frequenz mit der} Differenzfrequenz zweier

und η die Ordnungszahl des Tones ist. Angenommen _{50 anderer} Oszillatoren erhalten, wobei das Regelsignal

wird, daß eine der Frequenzen in der Oktave, bei- _{mittels Gegen}kopplung in der in dieser Weise gebil-

spielsweise der auf 1.000 000 normierte Grundton f_lt _{deten Re}g_ei_schaltung _ei_nem der Oszillatoren zugeführt

gegeben ist. _wird

Die anderen Frequenzen können dann entsprechend _{In dieser Weise wird} Frequenzvervielfachung ver-

der obenstehenden angenäherten Beziehung zwischen _{M mieden und durch} Frequenzteilung ersetzt, was in der

den Frequenzen berechnet werden. Daraus ergibt sich _{Praxis leichter ist}_ _{Wenn m = 20} gewählt wird, kann

dann folgendes Gleichungssystem: _{diese Teilung in drei Stufen} erfolgen, zunächst zweimal

/₁₂ = 20(Z₁₀-Zg) durch zwei teilen, beispielsweise mittels bistabiler

Zu = 20(Z₉-Zs) Flip-Flops und danach eine Teilung durch fünf in

Z10 = 20 ifs—fi) ^6o einer dazu geeigneten Schaltung, wobei die durch die

Z₉ = 20 (f₇—Ze) erwähnte Teilung durch zwei erhaltenen Frequenzen

Zg = 20 (fi—fi) für die Töne der niedrigeren Oktaven verwendet

J₇ = 20 (Z>—fi) (2) werden können.

Z₆ = 20 (fi—fz) Wenn die Basisfrequenz: sowohl des unabhängigen

Zj = 20 (Zs-Z2) ⁶5 Oszillators als auch der synchronisierten Oszillatoren

Z₄ = 20(f₂—fi) durch eine ihnen zugeführte Regelgröße, beispiels-

Z₃ = 20(Zi-V2/12) weise eine Regelspannung, bestimmt wird, kann das

fu}. ganze Instrument in einfacher Weise dadurch be-

/1 —	1.000 000
/2 =	1.059 463
Z₃ =	1.122 462
*h =*	1.189 207
*fs ⁼*	1.259 921
Z₆ =	1.334 840
/7 —	1.414 214
	1.489 307
Z₉ =	1.587 401
Zio —	1.681 793
Zu =	1.781 797
/11 =	1.887 749.

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stimmt werden, daß nach einer weiteren Ausführungs- Spannung V₊ wird genau stabilisiert und ist für alle form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dieselbe Oszillatoren gemeinsam. Durch Änderung der Span-Regelgröße allen Oszillatoren zugeführt wird, um die nung V₊ ist es möglich, die Frequenz aller Oszillatoren, Grundfrequenz aller Oszillatoren gleichzeitig zu vari- d. h. die Tonleiter des ganzen Instrumentes, zu verieren. Dies läßt sich auch dazu anwenden, das Instru- 5 schieben,
ment schnell auf eine andere Tonart einzustellen. Der Spannungsteiler P dient dazu, den etwas ver-

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand der schiedenen Einfluß auf die Einstellung der Basisnachstehenden Figuren näher erläutert. Es zeigt frequenz, die eine Änderung der Spannung V₊ sonst

F i g. 1 einen vollständigen Plan eines Oszillators in den unterschiedlichen Oszillatoren haben würde, mit einer selbsttätigen Frequenzregelung nach der io auszugleichen. Infolgedessen wird der Spannungs-Erfindung, teiler P in jedem Oszillator derart eingestellt, daß die

F i g. 2 einige graphische Darstellungen zur Er- erwähnte Spannungsänderung nahezu die gleiche

läuterung der Wirkungsweise der Oszillatorschaltung, relative Frequenzänderung in allen Oszillatoren ver-

F i g. 3 einen Plan, der die Verbindungen zwischen ursacht. Statt der dargestellten Spannungsteilerschal-

den unterschiedlichen Oszillatorschaltungen darstellt. 15 tung kann eine entsprechende Einstellmöglichkeit bei-

Das Musikinstrument enthält zwölf Oszillatoren, alle spielsweise dadurch erhalten werden, daß der Widernach der Ausführung der F i g. 1. Einer der Oszilla- stand i?₄ einstellbar gemacht wird,
toren im gegebenen Beispiel, derjenige, der den tiefsten Die Einstellung der Basisfrequenz des Oszillators Ton erzeugt, ist jedoch darin von den übrigen Oszil- wird im gegebenen Beispiel durch die Einstellung des latoren verschieden, daß seine Frequenz nicht auto- 20 Widerstandes R₂, den Wert der Spannung V+ und die matisch geregelt wird. Einstellung des Spannungsteilers P bestimmt. Davon

Im Plan nach F i g. 1 wird der Oszillatorteil mit abgesehen, gibt es in allen Oszillatoren, außer in

OSC_n bezeichnet. Der Oszillator besteht aus einer demjenigen zur Erzeugung des tiefsten Tones, eine

Schmitt-Triggerschaltung ST", die mittels eines aus selbsttätige Frequenzregelung, die dadurch erhalten

drei Widerständen R₁, R₂, R₃ und einem Kondensator C₁ 25 wird, daß eine Regelspannung an den Punkt d_n an-

bestehenden .RC-Filters vom Ausgang zum Eingang gelegt wird. Die Regelspannung wird einem anderen

rückgekoppelt ist. Die Eingangsspannung der Schmitt- Oszillator entnommen, wie im untenstehenden näher

Trigger-Schaltung wird durch die Spannung am er- erläutert wird.

wähnten Kondensator C₁ bestimmt. Die Trigger- Da die zwei Teilperioden der Ausgangsspannung der schaltung ST kann in an sich bekannter Weise in zwei 30 Triggerschaltung ST nicht gleich lang sind und außer-Zustände geschaltet werden, in denen an ihrem Aus- dem bei Änderung der ganzen Periode, gegenüber gang zwei verschiedene Spannungen auftreten. Es einander variieren, enthält der Oszillatorteil auch einen wird vorausgesetzt, daß sich die Ausgangsspannung bistabilen Multivibrator FF₁, der durch eine Flanke zwischen —6 und 0 Volt ändert. Die Triggerschaltung der Spannung von ST geschaltet wird. Der .Fi^-Kreis wird bei bestimmten Werten der Eingangsspannung 35 führt eine Halbierung der Frequenz der Spannung vom einen in den anderen Zustand gebracht. Diese der Triggerschaltung ST herbei und gibt eine Recht-Eingangsspannung ist die Spannung am Konden- eckspannung ab, deren zwei Teilperioden gleich lang sator C₁. sind. Die Spannung von FF₁ ändert sich ebenso wie

Der Oszillator wirkt wie folgt: Während einer die Spannung gleichartiger Schaltungen zwischen 0

Periode, in der die Ausgangsspannung von ST—6 Volt 40 und -6VoIt.

beträgt, wird der Kondensator C₁ durch eine negative Die Rechteckspannung von FF₁ bildet die Aus-Spannung am Ausgang der Triggerschaltung aufge- gangsspannung des Oszillators und wird einer Ausladen, d. h., die Spannung am C₁ nimmt ab. Bei gangsklemme A_n zugeführt. Ein Ton der erwünschten einem bestimmten Wert der Kondensatorspannung Klangfarbe wird dann von der Spannung an der wird das Umschaltniveau erreicht und die Trigger- 45 Klemme A_n abgeleitet.

schaltung in den entgegengesetzten Zustand geschaltet, Aus dem obenstehenden wird eine nahezu chromain dem ihre Ausgangsspannung O Volt beträgt. Die tische Tonleiter erhalten, wenn die verschiedenen Spannung am Kondensator C₁ wird nun so lange zu- Oszillatorschaltungen derart geregelt werden, daß das nehmen, bis die Eingangsspannung das Schaltniveau durch die Gleichung (1) gegebene gegenseitige Freder Triggerschaltung in umgekehrter Richtung er- 50 quenzverhältnis erfüllt wird. Die Gleichung (1) wird reicht, danach wird die Kondensatorspannung wieder wie folgt verwandelt geschrieben:
abnehmen, und der Prozeß wiederholt sich. Das

Signal der Triggerschaltung ST ist eine Rechteck- fn_ — s _ _ f (2)

spannung, deren Periode, also die Frequenz, unmittel- 20 "~^{2 3}

bar von der Zeitkonstante des Rückkopplungskreises 55

abhängig ist. Von den Widerständen im Rückkopp- daß ¹Z₃₀ der Frequenz nur eines Oszillators mit der

lungskreis ist der Widerstand R₂ von Hand einstellbar. Differenzfrequenz zweier anderer Oszillatoren, die

Der Wert des Kondensators C₁ ist verschieden für die einen ganzen Ton (zwei Halbtöne) bzw. drei Halbtöne

unterschiedlichen Oszillatoren, damit das Einstellen unter der betreffenden Oszillatorfrequenz liegen, ver-

^{Uf VerSChiedene TÖne in der OktaVe 50} glichen wird. Die Erzeugung der Frequenz A erfolgt

Das Aufladen und Entladen des Kondensators C₁ im gegebenenBeispiel in drei Phasen, zunächst HaI-

und folglich die Frequenz der erzeugten Rechteck- bierung der Oszillatorfrequenz J₁ in einer ersten bi-

spannung wird auch von einer positiven Spannung V₊, stabilen Kippschaltung FF₂, dann eine weitere Fre-

die dem Kondensator mittels eines Widerstandes R₄ 65 quenzhalbierung in einer gleichartigen Kippschaltung

zugeführt wird, und einer negativen Spannung, die FF₃ und schließlich Teilung der in dieser Weise er-

dem Kondensator über ein von Hand einstellbares haltenen Frequenz durch fünf in einer Teilschaltung

Potentiometer P zugeführt wird, beeinflußt. Die Sc₅, wobei letztere Schaltung in an sich bekannter

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Weise aus drei bistabilen Kippschaltungen zusammen- impulses O und während der zwischenliegenden Augengestellt werden kann. Die Spannung der ersten Kipp- blicke negativ ist und die dem Kondensator C₂ über schaltung FF₂ wird einer Klemme Bn zugeführt und den Widerstand R₅ zugeführt wird. Durch eine gedazu verwendet, den entsprechenden Ton in einer eignete Wahl der Zeitkonstante der Schaltung ist es benachbarten niedrigeren Oktave zu erzeugen. Die 5 möglich, die erwähnte Entladungsneigung des Kon-Spannung der zweiten Kippschaltung FF₃ wird einer densators C₂ während der Zeit zwischen zwei Tor-Klemme C_n zugeführt und zur Erzeugung des ent- impulsen auszuschalten, so daß eine praktisch gleichsprechenden Tones in der folgenden niedrigeren mäßige Spannung am Kondensator C₂ erhalten wird, Oktave verwendet. . abgesehen von kleinen durch die Aufladeimpulse der Die durch die Frequenzteilung erhaltene Frequenz io Koinzidenzschaltung verursachten Schwankungen.

Awird in einer Koinzidenz- oder einer aus den Die Wirkungsweise ist in Fi g. 2 dargestellt, in der 20 die obere graphische Darstellung die Spannung am Dioden D₁, D₂, D₃ und D₄ bestehenden Und-Schal- Eingang b_n und die folgende graphische Darstellung tung mit den Frequenzen f_n-₂ und f_n-₃ verglichen. die Spannung am Eingang a_n darstellt. Die zwei Span-Die Eingänge der Und-Schaltung a_n und b_n werden 15 nungen werden nach dem Obenstehenden von zwei dementsprechend mit dem Ausgang derjenigen Oszil- benachbarten Oszillatoren abgeleitet und werden latoren, die einen ganzen Ton bzw. drei Halbtöne infolgedessen um einen Halbton in Frequenz voneinunter der Frequenz des betreffenden Oszillators liegen, ander abweichen. Die folgende graphische Darstellung verbunden. Der Ausgangsstrom der Und-Schaltung zeigt das Zusammenfallen der Impulse am Eingang a_n wird von einem Kondensator C₂, der die Regel- 20 und am Eingang b_n. Das Maximum tritt bei I₁ und Z₁', Spannung für die automatische Frequenzregelung das Minimum bei t₂ auf. Die Zeit zwischen zwei liefert, integriert. Die Regelspannung wird einer Maxima oder Minima ist ein Maß für die Schwebungs-Ausgangsklemme D_n entnommen und zur Regelung frequenz f_n-₂ und f_n-₃, die gemäß dem Vorstehenden nur einer der Eingangsfrequenzen der Und-Schaltung, den durch 20 geteilten Frequenzen des wirklichen im gegebenen Beispiel der Frequenz f%-₃, verwendet 25 Oszillators gleich gemacht werden müssen. Diese und dazu mit dem Eingang der Regelspannung d_n-₃ Frequenz wird von den in der nachfolgenden graphidesjenigen Oszillators verbunden, der drei Halbtöne sehen Darstellung dargestellten Torimpulsen vertreten, unter der Frequenz des dargestellten Oszillators liegt. Die letzte graphische Darstellung der F i g. 2 zeigt Der Eingang der Regelspannung d_n der dargestellten mittels negativer Spannungsimpulse diejenigen Augen-Schaltung wird dementsprechend mit dem Ausgang 3° blicke, in denen eine negative Spannung gleichzeitig D₇₁₊₃ desjenigen Oszillators verbunden, der drei Halb- an allen Eingängen der Koinzidenzschaltung auftritt, töne über der Frequenz des dargestellten Oszillators die sogenannte dreifache Koinzidenz. Während dieser liegt. Augenblicke wird der Kondensator C₂ aufgeladen, und Die Koinzidenzschaltung wirkt wie folgt: Die die Summe der schraffierten Flächen der Fig. 2 Spannung an allen Eingängen der Schaltung ändert 35 bestimmen den Ladungszustand des Kondensators sich gemäß dem Vorstehenden zwischen 0 und—6VoIt und somit die Regelspannung,
in einem durch die betreffenden Frequenzen bestimm- Aus der erwähnten Figur tritt deutlich hervor, daß ten Rhythmus. Solange nur einer der Eingänge 0 Volt der maximale Koinzidenzstrom und dadurch die ist, wird der gemeinsame Punkt P₁ der Dioden D₁ bis maximale negative Ladung des Kondensators erhalten D₄ auf einer Spannung von 0 Volt gehalten werden. 40 wird, wenn der Torimpuls im Zeitpunkt ^₁ auftritt, Die Diode D₄ wird gesperrt, da der Kondensator C₂ wenn die Spannungen mit den Frequenzen f_n-₂ und eine negative Spannung hat. Nur während derjenigen f_n-₃ phasengleich sind. Falls der Torimpuls im Zeit-Periode, in der alle Eingänge der Koinzidenzschaltung punkt t₂ auftritt, wenn die erwähnten Spannungen —6 Volt sind, kann die Spannung des Punktes P₁ gegenphasig sind, wird der Koinzidenzstrom und folgunter den Wert 0 sinken, wobei die Diode D₄ geöffnet 45 lieh die Ladung des Kondensators minimal sein. An- und der Kondensator C₂ negativ aus einer Span- genommen wird, daß das Tor während einer Zeit nungsquelle von —6 Volt aufgeladen wird. Während zwischen J₁ und t₂ geöffnet wird, wie es in der Zeichder zwischenliegenden Perioden, in denen keine nung dargestellt ist. Wegen der dargestellten Regel-Koinzidenz stattfindet, wird der Kondensator C₂ ent- schaltung können die Frequenzen /»-₂ und f_n und

^i^1- „ . . „ . . „ folglich auch ^- als feste Frequenzen betrachtet

Die Spannungsimpulse von Sc₅ mit einer Frequenz ° 20 ⁿ

fn , .. , . _ . . ... ,. „ . ., werden. Die Frequenz f„-₃ wird von Hand derart

^können als em Tonmpuls fur die Koinzidenz- _{eingestelU; daß} ^ _Beziehung

schaltung betrachtet werden, die diese öffnet. Deswegen wird die ganze Zeit, während der negativen 55 fn_ __ j- x

Spannungsimpulse gleichzeitig während der erwähnten 20 "~² "~³
Torimpulse an den Eingängen a_n und b_n auftreten, für

die Ladung, die der Kondensator C₂ erhalten wird und ungefähr erfüllt wird. Wenn diese Beziehung ganz

folglich für die mittlere Spannung am Kondensator, erfüllt wurde, würde der Torimpuls einen konstanten

d. h. für die Regelspannung, bestimmend sein. 60 Phasenunterschied mit der von den erwähnten Koinzi-

Wenn keine Sondermaßnahmen getroffen werden denzmaxima und -minima vertreten Schwebungs-

würden, würde eine beträchtliche Entladung des Kon- frequenz aufweisen. Wenn jedoch die Frequenz f_n-₃

densators C₂ während der Zeit zwischen zwei Tor- beispielsweise etwas zu hoch ist, ist die Schwebungs-

impulsen auftreten, was in einer ausgeprägten Säge- periode länger als die Periode des Torimpulses, was

zahnform der Spannung am Kondensator C₂ zum Aus- 65 bedeutet, daß sich der Torimpuls allmählich nach t_x

druck gebracht werden würde. Um dies zu vermeiden, verschiebt. Infolgedessen steigt der Koinzidenzstrom,

wird ein weiterer umgekehrter Torimpuls von Sc₅ und der Kondensator C₂ wird auf eine höhere negative

abgeleitet, d. h. eine Spannung, die während des Tor- Spannung aufgeladen.

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Über den Widerstand R_s wird der Klemme d_n-₃ Frequenzen für die Töne in der höheren Oktave

des /m-3-Oszillators ein Regelstrom zugeführt, wo- charakteristisch sind. Diese Frequenzen werden jedoch

durch die Frequenz dieses Oszillators abnimmt. durch zehn geteilt.

Durch diese Gegenkopplung wird die Frequenz f_n-₃ Die Einstellung der Basisfrequenz jedes Oszillators automatisch auf den richtigen Wert geregelt und die 5 erfolgt, wie bereits gesagt, mittels des von Hand einPhase auf einem Wert, bei dem der Rückkopplungs- stellbaren veränderlichen Widerstandes R₂. Infolge der strom den richtigen Wert hat, verriegelt. Eine stabile beschriebenen Synchronisation zwischen den Oszilla-Synchronisierung wird erhalten, solange das negative toren ist es bei der Einstellung der Frequenz, aus-Torsignal irgendwo zwischen den Zeitpunkten Z₁ und t₂ genommen der Frequenz des ersten Oszillators J₁, festgehalten wird. Durch die Wahl einer starken Rück- io nicht notwendig zu überprüfen, ob die wirkliche Tonkopplung, beispielsweise durch Verringerung des höhe richtig ist, sondern nur, ob die Basiseinstellung Widerstandes i?₆, kann der Synchronisationsbereich derartig ist, daß die Synchronisation funktioniert, sehr groß gemacht werden. Eine starke Rückkopplung d. h., daß die Oszillatoreinstellung im Synchronikann jedoch Frequenzmodulation herbeiführen, weil sationsbereich liegt. Dies läßt sich leicht feststellen, da die Spannung am Kondensator C₂ keine reine Gleich- 15 die Tonhöhe beim Überschreiten der Synchronispannung ist, sondern kleinen Schwankungen ausgesetzt sationsgrenze periodisch variieren wird. Die Einist, stellung erfolgt derart, daß der Widerstand R₂ zuStatt Regelung der Frequenz f_n-₃, wie es im ge- nächst in einer Richtung geändert wird und danach gebenen Beispiel der Fall ist, ist es natürlich auch in entgegengesetzter Richtung, in beiden Fällen, bis möglich, die Frequenzen f_n und fn-₃ zu fixieren und 20 die Synchronisationsgrenze überschritten wird und der das Rückkopplungssignal für die automatische Re- Ton Schwankungen ausgesetzt ist. Der Widerstand gelling der Frequenz /«-₂ zu verwenden. wird dann auf die Mitte zwischen den zwei erhaltenen Die gegenseitige Verbindung zwischen den ver- Grenzwerten eingestellt. Damit ist dann gewährleistet, schiedenen Oszillatoren ist in F i g. 3 dargestellt, in daß der Oszillator in der Mitte des Synchronisationsder die Bezugsziffern 1, 2 ... 12 die Nummer des 25 bereiches eingestellt ist.

Oszillators oder den Ton in der Oktave bezeichnen Die Einstellung des ganzen Instruments muß in und A, B, C, a, b, Diund d in Übereinstimmung mit einer zuvor festgestellten Reihenfolge vorgenommen F i g. 1 die Klemmen andeuten. Das Eingangssignal werden, wobei die gegenseitigen Verbindungen der an den Punkten b_n und a„ wird gemäß der gegebenen Oszillatoren bestimmend ist. Im gegebenen Beispiel Beziehung eine Frequenz aufweisen, die drei Halbtöne 30 kann die Einstellung wie folgt durchgeführt werden: bzw. zwei Halbtöne unter der Frequenz des betreffen- Die Frequenz J₁ des ersten Oszillators wird als fest den Oszillators liegt. Das bedeutet für den Oszillator 1, und auf den richtigen Wert eingestellt betrachtet. Die daß seinen Klemmen b₁ und Ci₁ Frequenzen zugeführt Frequenzen /₂ und /₃ der Oszillatoren 2 und 3 werden werden müssen, die mit den Tönen 10 und 11 der an- möglichst nahe an ihren jeweiligen Sollwerten eingegrenzenden niedrigeren Oktave übereinstimmen. Nach 35 regelt und vorläufig als konstant betrachtet. Aus dem Vorstehenden wird diese Oktave aus den Ein- F i g. 3 dürfte es einleuchten, daß die Oszillatoren 1, 3 gangsklemmen B erhalten. Die erwähnten Klemmen b_x und 12 in einen geschlossenen Regelkreis aufge- und O₁ sind folglich mit den Klemmen B₁₀ und B₁₁ nommen sind, wobei sie untereinander derart ververbunden. Der nächste Oszillator 2 muß in ent- bunden sind, daß die Ausgänge A₁, B₁₂ mit den Einsprechender Weise mit den Frequenzen, die mit den 40 gangen a₃ und b₃ verbunden sind, während der Aus-Tönen in der angrenzenden niedrigeren Oktave über- gang der Regelspannung D₃ mit dem Eingang der einstimmen, gespeist werden, wozu seine Klemmen b₂ Regelspannung d₁₂ verbunden wird. Die zwei ge- und a₂ mit den Klemmen B₁₁ und B₁₂ verbunden sind. gebenen Frequenzen /₃ und Z₁ bestimmen also die Dem Oszillator 3 muß eine Frequenz entsprechend Frequenz /₁₂ in der beschriebenen Regelschaltung, dem höchsten Ton in der angrenzenden niedrigeren 45 Die gegebenen Werte von J₁ und /₃ sind am Oszillator Oktave und dem tiefsten Ton der Oktave, von der aus- 12 in der Mitte seines Synchronisationsbereiches eingegangen wird, zugeführt werden. Von dem erwähnten gestellt. Die Oszillatoren für die Frequenzen f₂, f₁₂ Oszillator werden die Klemmen b₃, a₃ mit B₁₂ bzw. A₁ und /_n werden in einen gleichartigen Regelkreis aufverbunden. Die übrigen Oszillatoren werden über ihre genommen, in dem die Frequenz f_u durch die geKlemmen α und b mit Frequenzen gespeist, die mit 5° gebenen Frequenzen /₂ und f₁₂ bestimmt wird. Der den Tönen in der eigenen Oktave übereinstimmen Oszillator für die Frequenz /_n wird ebenfalls auf die und werden dazu mit den Ausgängen A verbunden. Mitte seines Synchronisationsbereiches gestellt. Der In dieser Weise werden b_it a₄ mit bzw. A₁, A₂ und Reihe nach erfolgen dann die entsprechenden Ein- b₅, tf₅ mit bzw. A₂, A₃ usw. verbunden. Stellungen der übrigen Oszillatoren. Die Einstellreihen-

In bezug auf die Eingänge der Regelspannungen 55 folge ist in der untenstehenden Tafel dargestellt:
zeigt die Zeichnung, daß die Klemme d_x des ersten
Oszillators nicht angeschlossen ist. Der Oszillator 1
arbeitet infolgedessen auf einer fest eingestellten Frequenz, welche die ganze Lage der Tonleiter bestimmt,
die übrigen Oszillatoren empfangen eine Regel- 60
spannung an ihrem Eingang d vom Ausgang D desjenigen Oszillators, der in Frequenz drei Halbtöne
höher liegt, so daß d₂ mit D₅, d₃ mit D₆ usw. verbunden ist. Die letzten drei Oszillatoren lc, Il und 12,
die eigentlich eine Regelspannung von den drei ersten 65
Oszillatoren in der benachbarten höheren Oktave erhalten müßten, sind jedoch statt dessen mit den ersten
Oszillatoren der Basisoktave verbunden, da deren

	Tafel 3	/ΐ3
Λ	+ Λ ->	/η
/.	—L: τ γ-	/ίο
/ι	+ /ίί ->	Λ
/l2	+ /ίο ->	/β
/η	+ Λ ->	Λ
/ίο	+ /β ->	/β
Λ	+ Λ -*	Λ
/β	+ Λ -»-	Λ
Λ		h
Λ	+ /! -»■	U
fs	+ Λ -*

Tafel 3 zeigt, daß die letzten zwei Einstellungen eine Korrektur des ursprünglich angenommenen Wertes von /₂ und /₃ verursachen. Wenn die ursprüngliche Annäherung von /₂ und /₃ nicht ausgereicht hat, kann es notwendig sein, den Einstellvorgang mit einem neuen Wert von /₂ und /₃ zu wiederholen. Die Konvergenz ist jedoch so groß, daß nur ein Stimmzyklus meistens ausreicht. Wie F i g. 2 zeigt, werden während eines Torimpulses nur zwei oder drei Koinzidenzimpulse erhalten. Es dürfte dann einleuchten, daß der integrierte Koinzidenzstrom gewissermaßen von der Stelle dieser geringen Anzahl Koinzidenzimpulse während der Zeit des Torimpulses abhängig ist. Aber die Koinzidenzimpulse können an jeder Stelle während dieser Zeit auftreten und können sich von der einen Ladeperiode zur anderen verlagern. Dabei können kleine Schwankungen in der Spannung am Kondensator auftreten, sogenannte dreifache Koinzidenzschwankungen, die, wenn die Rückkopplung stark ist, Frequenzmodulation der Oszillatoren herbeiführen können. Um diesen Effekt zu verringern, muß der Torimpuls länger gemacht werden, als in F i g. 2 angegeben ist. Ein geeigneter Wert der Torimpulsbreite ist etwa 40 %.

Zur Erhaltung einer gleichmäßigeren Regelung des Oszillators ist es auch möglich, die angegebene nach dem Impulskoinzidenz-Verfahren arbeitende Vergleichsschaltung durch einen phasenempfindlichen Demodulator zu ersetzen, dem einerseits eine Spannung zugeführt wird, die ein Maß für das Zwanzigstel der Oszillatorfrequenz ist, und andererseits eine Spannung, die ein Maß für die erwähnte Schwebungsfrequenz ist, wobei letztere Spannung durch Überlagerung der zwei Basisfrequenzen und Trennung der Schwebungsfrequenz mittels geeigneter Filter erzeugt wird. Der phasenempfindliche Demodulator liefert bekanntlich ein Ausgangssignal, dessen Größe und Vorzeichen die Abweichung der Phase zwischen den zwei verglichenen Spannungen angibt, welches Ausgangssignal, in derselben Weise wie es beschrieben wurde, zur Regelung der Oszillatorfrequenz verwendbar ist. Es dürfte einleuchten, daß es in derselben Weise möglich ist, statt der Beziehung

fn fn-12	1 15	• Jn-I	■/«-
20 10
die Beziehung	fn-ö =	1 30
/ra-2 — fn-3 = "

zu verwenden und die gegenseitige Verbindung der Oszillatoren daran anzupassen.

Eine Anzahl weiterer Varianten sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich. So kann man statt Frequenzteilung im wesentlichen Frequenzvervielfachung anwenden. Zur Vermeidung des Frequenzverlaufs kann der unabhängige Oszillator als Hauptoszillator kristallgesteuert sein. Auch ist es möglich, zwei Hauptoszillatoren zu verwenden, von denen der eine kristallgesteuert und der andere einstellbar ist, wobei diese Oszillatoren beliebig geschaltet werden können. Die beschriebene Synchronisationsart ist in entsprechender Weise auf ein mechanisches System, beispielsweise drehende Tonräder, anwendbar. Der Unterschied zwischen benachbarten Drehzahlen kann dann mittels einer Untersetzung oder Vervielfachung oder aber Teilung mittels gewöhnlicher Zahnradgetriebe erhalten werden:

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 teilern besteht, wobei die in dieser Weise erhaltenen Patentansprüche: Frequenzen zugleich als Töne der unterliegenden Oktaven verwendet werden.

1. Verfahren zur Erzeugung von Tönen nach 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, einer gleichschwebend temperierten Tonleiter in 5 in der die Grundfrequenz sowohl des unabhängigen einem elektronischen Musikinstrument, da- Oszillators als auch der synchronisierten Oszildurch gekennzeichnet, daß eine Ver- latoren durch eine diesen zugeführte Regelgröße, gleichsschaltung die den Tönen n, n—x und n—y beispielsweise eine Regelspannung, bestimmt wird, einer Tonleiter entsprechenden Ausgangsfrequen- dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Regelgröße zen von drei gesteuerten Oszillatoren 77, η—χ und 10 allen Oszillatoren zugeführt wird, um die Grund- n—y daraufhin untersucht, ob die Bedingung frequenz aller Oszillatoren gleichzeitig zu variieren.