DE1547588C3

DE1547588C3 - Verfahren zur Erhaltung von Tönen einer gleichschwebend-temperierten Tonleiter

Info

Publication number: DE1547588C3
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: 1974-07-25
Also published as: US3520982A; NL6708898A; NO120565B; CH464660A; DE1547588A1; ES342408A1; BE700703A; GB1185888A; AT286084B; DE1547588B2; NL143356B

Description

fn-x — fn-y = Jn

^m 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

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

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzeugung zur Folge hat.

einer 12stufigen gleichschwebend-temperierten Ton- Dieser Nachteil wird beim erfindungsgemäßen Verleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen 30 fahren dadurch vermieden, daß eine Vergleichsschaljeweils dreier Töne der Beziehung tung die den Tönen n, n—x und n— y einer Tonleiter 1 1 ■ entsprechenden Ausgangsfrequenzen von drei gesteu- fn-2 — fn-3 — — fn = — fn-iz erten Oszillatoren n, n—x und n—y daraufhin untersucht, ob die Bedingung

entsprechen, in der η die Ordnungszahl des Tones 35 ι

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

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

/»-2 —" fn-3 — -— fn+i = —— /n-5 die Zahlen m, χ und y ganzzahlig sind und sich aus

dem Bildungsgesetz der betreffenden Tonskala erentsprechen, 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 - , . . . ~.. , . , ³}_ . . , ~ ·,

r, , ,,- -_t. , tr einanderfo senden Tonen gleich 1/7 ist, das Teiler-

zum Regeln der Frequenz mittels eines Frequenz- ^{6 e} [/2 '

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

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

halten wird, wobei das Regelsignal mittels Gegen- 74

kopplung in der in dieser Weise gebildeten Regel- 1

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

Z₂ =	1.059 460	- 3,1
*f, =*	1.122 455	- 6,2
*h =*	1.189 196	- 9,3
fh =	1.259 905	-12,4
Jq	1.334 819	-15,5
fi ⁼	1.414 187	-18,4
*fs =*	1.498 275	-21,3
/9 =	1.587 366	-22,4
/10 ⁼	1.681 753	-23,5
/11 =	1.781 809	+ 6,2
Zl₂ =	1.887 754	+ 3,1.

3 4

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

Zu-ZiO = ^Z₂ ^Tafe12

³⁷ 5

usw. Dabei ist die Frequenz von Zi ^au^ 1-000 000 normiert.

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

Zb-2 — Z»-3 ⁼ TT" Z» ⁼ TT" Z»-12 J "

in der η die Ordnungszahl des Tones in der Tonleiter 15 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 „. J-T- j angenäherten Beziehung erhaltenen Frequenzen und

die y2 gleich sind. Wenn man die Frequenz des ^ ^ _{idealen Frequenz}4 _{wie diese in} ⁴ _{der TaM} ₁ tiefsten der 12 Töne Zi gleich 1.000 000 setzt, dann angegeben sind. Die größte Abweichung tritt zwischen sind die Frequenzen der übrigen Töne gleich: Zu ^und Zio ^auf> ^aber auch diese Abweichung ist

weniger als 30 ■ 10"⁵.

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

fn-2 — fn-z ⁼ — Z»+7 = TT fn-s ■
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 vorhanderi) die je einen anderen Ton einer}

den Frequenzen Zn ^und Z10 nahezu gleich -L- der 40 Oktave erzeugen und die in frei schwingendem Zustand _ , , . je eine Frequenz erzeugen, die der gewünschten Fre-Frequenz des Grundtones Zi ist. _m _ungefähr gi_{eich ist und wobei diese Fre}q_Uenz Da die Frequenzen eine geometrische Reihe bilden, _{weiter mittels von zwei anderen} Oszillatoren hergilt eine entsprechende Beziehung auch fur alle an- _{rührender Signale ger}e_gelt wird, während die Frederen aufeinanderfolgenden Frequenzen in der Ton- ₄₅ ^ _mi_ndestens eines Oszillators unabhängig einleiter, welche Beziehung allgemeiner als _{stellbar istjUnd das Regelsignal wird zum Regeln der}

f„ = 2 Zm-I₂ ⁼ 20 (fn-2—fns) (1) Frequenz mittels eines Frequenzteilers mit einem Teil-

, . , ,,-τ- verhältnis m aus der Oszillatorfrequenz nach Vergleich

geschrieben werden kann, in der f die Frequenz _{dieser Frequenz} ^_{1 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 Gegenkopplung in der in dieser Weise gebil-

spielsweise der auf 1.000 000 normierte Grundton /_{ls deten Rege}i_schaltung einem der Oszillatoren zugeführt

gegeben ist. _wird

Die anderen Frequenzen können dann entsprechend _{In dieser wdse wkd Fre}q_Uenzvervielfachung ver-

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

den Frequenzen berechnet werden. Daraus ergibt sich _{Praxis kichter ist}_ _Wenn _{m = 2Q} _{gewäh]t wird) kann}

dann folgendes Gleichungssystem: _{diese Tei}i_{ung in drei Stufen erfolgeri) zunäc}hst zweimal

Z₁₂ = 20(Zi₀-Zg) durch zwei teilen, beispielsweise mittels bistabiler

Z₁₁ = 20(Z₈-Ze) Flip-Flops und danach eine Teilung durch fünf in

Zio = 20 lf_s—f₇) 6° einer dazu geeigneten Schaltung, wobei die durch die

Z₉ = 20 (Z7—Ze) erwähnte Teilung durch zwei erhaltenen Frequenzen

Z₈ = 20 (Ze—fs) für die Töne der niedrigeren Oktaven verwendet

Z₇ = 20 If₅-ft) (2) werden können.

Ze = 20 (Zj—Z3) Wenn die Basisfrequenz sowohl des unabhängigen

Z^ = 20 (f₃—Z₂) ⁶5 Oszillators als auch der synchronisierten Oszillatoren

Z₄ = 20 (Z2—Zi) durch eine ihnen zugeführte Regelgröße, beispiels-

Z₃ = 20(Zi-V₂Zw) weise eine Regelspannung, bestimmt wird, kann das

Z₂ = 20 (¹I₂ fα—V2Z11)· ganze Instrument in einfacher Weise dadurch be-

Zl =	1.000 000
Z₂ =	1.059 463
Z₃ =	1.122 462
Z4 =	1.189 207
*fs —*	1.259 921
Ze —	1.334 840
Z7 —	1.414214
	1.489 307
Z9 —	1.587 401
	1.681 793
ZlI =	1.781 797
Zl₂ =	1.887 749.

stimmt werden, daß nach einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dieselbe Regelgröße allen Oszillatoren zugeführt wird, um die Grundfrequenz aller Oszillatoren gleichzeitig zu variieren. Dies läßt sich auch dazu anwenden, das Instrument schnell auf eine andere Tonart einzustellen.

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand der nachstehenden Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen vollständigen Plan eines Oszillators mit einer selbsttätigen Frequenzregelung nach der Erfindung,

F i g. 2 einige graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Oszillatorschaltung,

F i g. 3 einen Plan, der die Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Oszillatorschaltungen darstellt.

Das Musikinstrument enthält zwölf Oszillatoren, alle nach der Ausführung der F i g. 1. Einer der Oszillatoren im gegebenen Beispiel, derjenige, der den tiefsten Ton erzeugt, ist jedoch darin von den übrigen Oszillatoren verschieden, daß seine Frequenz nicht automatisch geregelt wird.

Im Plan nach F i g. 1 wird der Oszillatorteil mit OSC_n bezeichnet. Der Oszillator besteht aus einer Schmitt-Triggerschaltung ST, die mittels eines aus drei Widerständen R₁₁R₂, R₃ und einem Kondensator C₁ bestehenden ÄC-Filters vom Ausgang zum Eingang rückgekoppelt ist. Die Eingangsspannung der Schmitt-Trigger-Schaltung wird durch die Spannung am erwähnten Kondensator C₁ bestimmt. Die Triggerschaltung ST kann in an sich bekannter Weise in zwei Zustände geschaltet werden, in denen an ihrem Ausgang zwei verschiedene Spannungen auftreten. Es wird vorausgesetzt, daß sich die Ausgangsspannung zwischen —6 und 0 Volt ändert. Die Triggerschaltung wird bei bestimmten Werten der Eingangsspannung vom einen in den anderen Zustand gebracht. Diese Eingangsspannung ist die Spannung am Kondensator C₁.

Der Oszillator wirkt wie folgt: Während einer Periode, in der die Ausgangsspannung von ST —6 Volt beträgt, wird der Kondensator C₁ durch eine negative Spannung am Ausgang der Triggerschaltung aufgeladen, d. h., die Spannung am C₁ nimmt ab. Bei einem bestimmten Wert der Kondensatorspannung wird das Umschaltniveau erreicht und die Triggerschaltung in den entgegengesetzten Zustand geschaltet, in dem ihre Ausgangsspannung 0 Volt beträgt. Die Spannung am Kondensator C₁ wird nun so lange zunehmen, bis die Eingangsspannung das Schaltniveau der Triggerschaltung in umgekehrter Richtung erreicht, danach wird die Kondensatorspannung wieder abnehmen, und der Prozeß wiederholt sich. Das Signal der Triggerschaltung ST ist eine Rechteckspannung, deren Periode, also die Frequenz, unmittelbar von der Zeitkonstante des Rückkopplungskreises abhängig ist. Von den Widerständen im Rückkopplungskreis ist der Widerstand R₂ von Hand einstellbar. Der Wert des Kondensators C₁ ist verschieden für die unterschiedlichen Oszillatoren, damit das Einstellen der Oszillatoren auf verschiedene Töne in der Oktave möglich ist.

Das Aufladen und Entladen des Kondensators C₁ und folglich die Frequenz der erzeugten Rechteckspannung wird auch von einer positiven Spannung V+, die dem Kondensator mittels eines Widerstandes R₄ zugeführt wird, und einer negativen Spannung, die dem Kondensator über ein von Hand einstellbares Potentiometer P zugeführt wird, beeinflußt. Die Spannung V+ wird genau stabilisiert und ist für alle Oszillatoren gemeinsam. Durch Änderung der Spannung V₊ ist es möglich, die Frequenz aller Oszillatoren, d. h. die Tonleiter des ganzen Instrumentes, zu verschieben.

Der Spannungsteiler P dient dazu, den etwas verschiedenen Einfluß auf die Einstellung der Basisfrequenz, die eine Änderung der Spannung V₊ sonst in den unterschiedlichen Oszillatoren haben würde, auszugleichen. Infolgedessen wird der Spannungsteiler P in jedem Oszillator derart eingestellt, daß die erwähnte Spannungsänderung nahezu die gleiche relative Frequenzänderung in allen Oszillatoren verursacht. Statt der dargestellten Spannungsteilerschaltung kann eine entsprechende Einstellmöglichkeit beispielsweise dadurch erhalten werden, daß der Widerstand R₁ einstellbar gemacht wird.

Die Einstellung der Basisfrequenz des Oszillators wird im gegebenen Beispiel durch die Einstellung des Widerstandes R₂, den Wert der Spannung V+ und die Einstellung des Spannungsteilers P bestimmt. Davon abgesehen, gibt es in allen Oszillatoren, außer in demjenigen zur Erzeugung des tiefsten Tones, eine selbsttätige Frequenzregelung, die dadurch erhalten wird, daß eine Regelspannung an den Punkt d_n angelegt wird. Die Regelspannung wird einem anderen Oszillator entnommen, wie im untenstehenden näher erläutert wird.

Da die zwei Teilperioden der Ausgangsspannung der Triggerschaltung ST nicht gleich lang sind und außerdem bei Änderung der ganzen Periode, gegenüber einander variieren, enthält der Oszillatoiteil auch einen bistabilen Multivibrator FF₁, der durch eine Flanke der Spannung von ST geschaltet wird. Der fi^-Kreis führt eine Halbierung der Frequenz der Spannung der Triggerschaltung ST herbei und gibt eine Rechteckspannung ab, deren zwei Teilperioden gleich lang sind. Die Spannung von FF₁ ändert sich ebenso wie die Spannung gleichartiger Schaltungen zwischen 0 und -6VoIt.

Die Rechteckspannung von FF₁ bildet die Ausgangsspannung des Oszillators und wird einer Ausgangsklemme A_n zugeführt. Ein Ton der erwünschten Klangfarbe wird dann von der Spannung an der Klemme A_n abgeleitet.

Aus dem obenstehenden wird eine nahezu chromatische Tonleiter erhalten, wenn die verschiedenen Oszillatorschaltungen derart geregelt werden, daß das durch die Gleichung (1) gegebene gegenseitige Frequenzverhältnis erfüllt wird. Die Gleichung (1) wird wie folgt verwandelt geschrieben:

— — Jn-2 — Jn-3

(3)

daß V20 der Frequenz nur eines Oszillators mit der Differenzfrequenz zweier anderer Oszillatoren, die einen ganzen Ton (zwei Halbtöne) bzw. drei Halbtöne unter der betreffenden Oszillatorfrequenz liegen, verglichen wird. Die Erzeugung der Frequenz ~ erfolgt

im gegebenen Beispiel in drei Phasen, zunächst Halbierung der Oszillatorfrequenz J_x in einer ersten bistabilen Kippschaltung FF₂, dann eine weitere Frequenzhalbierung in einer gleichartigen Kippschaltung FF₃ und schließlich Teilung der in dieser Weise erhaltenen Frequenz durch fünf in einer Teilschaltung Sc₅, wobei letztere Schaltung in an sich bekannter

7 8

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-z 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 Z₁ und J₁', 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 /»-3, die gemäß dem Vorstehenden nur einer der Eingangsfrequenzen der Und-Schaltung, den durch 20 geteilten Frequenzen des wirklichen im gegebenen Beispiel der Frequenz /»-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 D_n+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 F i g. 2 Spannung an allen Eingängen der Schaltung ändert 35 bestimmen den Ladungszustand des Kondensators sich gemäß dem Vorstehenden zwischen 0 und —6 Volt 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 Z₁ 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 Z₁ und f₂ 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 f_n-₂ und f_n und

Spannungsimpulse von Sc₆ mit einer Frequenz ^ ^foIS^{lich auch} ί> ^{als feste Fr}^^uenzen betrachtet

A können als ein Torimpuls für die Koinzidenz- ^Werde"·,,?* fTT ^

20 ^ eingestellt, daß die Beziehung

schaltung betrachtet werden, die diese öffnet. Deswegen wird die ganze Zeit, während der negativen 55 fn_
Spahnungsimpulse gleichzeitig während der erwähnten 20
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 /»-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 I₁

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.

Jn __ λ j.

~~~ Jn-2 Jn-₃

9 10

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

des /«-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„-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 t_x und t₂ genommen der Frequenz des ersten Oszillators f_x, 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?_e, 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 f_n-₃ zu fixieren und 20 die Synchronisationsgrenze überschritten wird und der das Rückkopplungssignal für die automatische Re- Ton Schwankungen ausgesetzt ist. Der Widerstand gelung der Frequenz f_n-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, Dund din 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 bn und a_n 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 f_x 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 b_x und a_x 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 a_x 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 A_x, 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 d_x2 verbunden wird. Die zwei ge- und fl₂ mit den Klemmen i?_n und B₁₂ verbunden sind. gebenen Frequenzen /₃ und f_x 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 f_x 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 /₂, /₁₂ Oszillator werden die Klemmen b₃, a₃ mit B₁₂ bzw. A₁ und /_u werden in einen gleichartigen Regelkreis aufverbunden. Die übrigen Oszillatoren werden über ihre genommen, in dem die Frequenz Z₁₁ durch die geKlemmen α und b mit Frequenzen gespeist, die mit 5° gebenen Frequenzen /₂ und /₁₂ bestimmt wird. Der den Tönen in der eigenen Oktave übereinstimmen Oszillator für die Frequenz f_xx wird ebenfalls auf die und werden dazu mit den Ausgängen A verbunden. Mitte seines Synchronisationsbereiches gestellt. Der In dieser Weise werden b_t, G₄ mit bzw. A_x, A₂ und Reihe nach erfolgen dann die entsprechenden Einig, a_s 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 Fre- /₃ + f_x -> f_x.
quenz, welche die ganze Lage der Tonleiter bestimmt,

die übrigen Oszillatoren empfangen eine Regel- 60 f_x 4- f_lx -> f_w
spannung an ihrem Eingang d vom Ausgang D desjenigen Oszillators, der in Frequenz drei Halbtöne

höher liegt, so daß d₂ mit D₅, d₃ mit D„ usw. ver- /₁₀ + /₈ -» /₇
bunden 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	+ /1
Λ	+ /12
Λ	+ /π
	+ /ίο
/π	+ /.
/ίο	+ /β
/.	+ Λ
/β	+ /β
Λ	+ /,
Λ	+ Λ
Λ	+ 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

20
die Beziehung

»-12

/κ-2 — /»-3 — TT fⁿ~S TZ /»+7

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«, η—χ und ίο allen Oszillatoren zugeführt wird, um die Grund- n—y daraufhin untersucht, ob die Bedingung frequenz aller Oszillatoren gleichzeitig zu variieren.