DE2535181A1 - Elektronisches musikinstrument - Google Patents
Elektronisches musikinstrumentInfo
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-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H3/00—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means
- G10H3/12—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument
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- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
Description
30. Juli 1975 9700-75 Dr.ν.Β/Ε
PATENTANWÄLTE
DR. ING. ERNST SOMMERFELD
D-8 MUENCHEN 86
TELEFON Ο89/47β90β 476819
TELEX 022038 TELEGRAMM SOMBEZ
CMB Colonia Management und
Beratungsgesellschaft mbH & Co.K.G. 5000 Köln 41, Schumannstraße 22
In der DT-OS 2 515 524 sind bereits elektronische Musikinstrumente vorgeschlagen worden, deren bevorzugte
Ausführungsformen auf der Basis der von SCHUMANN angegebenen
Klangfarbengesetze und Prinzipien arbeiten, wie sie z.B. in den DT-OSen 2 041 396, 2 041 426, 2 041 429 und 2
220 dargelegt sind. Mit den vorgeschlagenen elektronischen Musikinstrumenten lassen sich vor allem die Klänge von Blasinstrumenten
sehr naturgetreu nachahmen, dies gilt insbesondere für Ausführungsformen der vorgeschlagenen elektronischen
Musikinstrumente, bei denen die Amplitude der in der Tonhöhe durch eine Tastatur gesteuerten Klangsignale mittels eines
vom Spieler erzeugten Luftstromes bestimmt wird.
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Mit den vorgeschlagenen Einrichtungen zur elektronischen Klangerzeugung lassen sich im Prinzip auch die Klänge
von Streichinstrumenten nachahmen, hinsichtlich der Nachbildung der für Streichinstrumente charakteristischen feinmodulatorischen
Vorgänge und Einschwingvorgänge sind die vorgeschlagenen Einrichtungen jedoch noch verbesserungsfähig.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Musikinstrument anzugeben,
mit dem die Klänge von Streichinstrumenten naturgetreu nachgebildet werden können, ohne daß hierzu die für das Spielen
eines realen Streichinstrumentes erforderliche Fertigkeit nötig ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch unter Schutz gestellte Erfindung gelöst.
Bei dem vorliegenden elektronischen Streichinstrument werden dem Spieler die Probleme der Intonation und des
gepflegten Striches mehr oder weniger weitgehend abgenommen, während die Modulationsfähxgkeit des Tones erhalten bleibt;
Strichvarianten einschließlich Pizzicato, Vibrato und die für Streichinstrumente charakteristische Intensitäts- und Klangfarbendynamik
lassen sich also naturgetreu nachbilden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung näher erläutert, dabei werden auch noch weitere Merkmale und
Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen.
Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines elektronischen Streichinstrumentes
gemäß der Erfindung enthält eine einzige Saite 10, die wie bei einem realen Musikinstrument an den Enden befestigt und
zwischen ihren Enden über einen Sattel 12 sowie einen Steg 14
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gespannt ist. Länge, Spannung und Art der Saite 10 sind hier
im Gegensatz zu einem realen Musikinstrument verhältnismäßig unwesentlich, da die Saite keinen unmittelbaren Einfluß auf
die Grundfrequenz der durch das elektronische Saiteninstrument erzeugten Klänge hat.
Bei dem dargestellten Ausführungsbexspxel sind im Sattel 12 und im Steg 14 jeweils ein mechanisch-elektrischer
Wandler 16 bzw. 18 eingebaut. Außerdem sind Sattel und Steg bzw. 14 mit Dämpfungsmaterial 20 versehen. Auch die Befestigungsvorrichtungen
an den Enden der Saite können mit einer Schwingungsdämpfung (nicht dargestellt) versehen sein.
Die Saite 10 kann vom Spieler durch Streichen mit einem Bogen oder durch Zupfen zu elastischen Transversalschwingungen
angeregt werden. Der Ort der Anregung liegt gewöhnlich nicht in der Mitte zwischen Sattel und Steg sondern
näher am Steg und hat einen gewissen Einfluß auf den Charakter des erzeugten Klanges.
Bei dem dargestellten elektronischen Streichinstrument wird mittels der Wandler 16, 18 nicht nur eine Information
bezüglich der Amplitude der Saitenschwingung, die der
Lautstärke des erzeugten Klanges entspricht, gewonnen, sondern auch Information, die von der Art der Anregung der Saite abhängt
und sich auf feinmodulatorische Vorgänge des erzeugten Klanges bezieht.
Bei dem vorliegenden elektronischen Saiteninstrument wird die Tonhöhe durch eine von der Saite unabhängige
Steuervorrichtung 22 gesteuert, bei der es sich um eine Tastattur, ein Tastenmanual oder ein Bandmanual mit oder ohne Bünde
handeln kann. Die Steuervorrichtung 22 steuert die Frequenz
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eines Klangsignalgenerators 24, der z.B. ein aus einer Folge von Rechteckimpulsen bestehendes Roh-Klangsignal liefern
kann. Die Amplitude dieses Roh-Klansignales wird durch
einen Amplitudenmodulator 26 moduliert und anschließend durchläuft es eine Impulsformungsschaltung 28 sowie eine
Filterschaltung 30, die dem Klangsignal die endgültige Amplituden/Frequenz-Charakteristik
verleihen. Es kann dann durch einen Endverstärker 32 auf die erforderliche Leistung
verstärkt und durch ein Lautsprechersystem 34 wiedergegeben werden.
Wenn die Saite 10 durch Streichen oder Zupfen an einer durch einen Pfeil 36 bezeichneten Stelle angeregt
wird, so ergibt sich unter idealisierten Verhältnissen eine dreieckförmige Auslenkung der Saite, wie es durch die gestrichelte
Linie 10' dargestellt ist. Durch den Anregungsort 36 wird ein Teilungsverhältnis a/A des stegseitigen Teiles
zum sattelseitigen Teil der Saite definiert. Wird die Saite freigegeben, so ist die Saitenspannung bekanntlich bestrebt,
die Knickstelle am Anregungsort auseinanderzuziehen und es laufen Knickstellen mit der Geschwindigkeit c der
Saitenwellen in Richtung auf Sattel 12 und Steg 14 ab (siehe z.B. F. Trendlenburg "Einführung in die Akustik", Berlin
1962, Seite 74).
auf
Da die/durch den Sattel 12 und den Steg 14 gebildeten Begrenzungen der schwingenden Länge L = A+a der
Saite ausgeübten Kräfte in ihrem zeitlichen Verlauf durch die Zeitfunktionen der Zugrichtung bzw. der Winkel an den
Begrenzungen bzw. Auflagestellen, die die schwingende Länge der Saite begrenzen, bestimmt sind, lassen sich die Zeitfunktionen
der Kräfte aus der Ortsfunktion der Saite durch Differentiation gewinnen. D.h. aber, daß das Teilungsverhältnis
a/(A+a) der Saite das in seiner Wirkung auf das Klangspektrum qualitativ schon durch das YOUNG'sehe Gesetz
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beschrieben wird auf die Hüllkurve der Amplituden/Frequenz-Funktion
des Klanges eine äquivalente Wirkung hat, wie das Tastverhältnis "Γ"/Τ von Impulsfolgen mit der Periode T und
der Impulsdauer T*.
Die Information betreffend das Teilungsverhältnis
a/(A+a) wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels der beiden Wandler 16, 18 gewonnen, die
über Entkopplungswiderstände 38, 40 mit einer Schaltungsanordnung 42 verbunden sind, die z.B. eine durch die Wandlerausgangssignale
umgeschaltete Flipflop-Schaltung und einen das Ausgangssignal der Flipflop-Schaltung integrierenden Integrator
enthalten kann und eine dem Teilungsverhältnis proportionale Gleichspannung an den Klangsignalgenerator 24 liefert,
welche in diesem das Tastverhältnis der erzeugten Klangsignalimpulse bestimmt oder beeinflußt.
Beim realen Streichinstrument wird die Anstrichstelle beim Hervorbringen der verschiedenen Grundtonhöhen
nicht verändert, solange keine klangliche oder dynamische Änderung beabsichtigt ist. D.h. daß die Impulsdauer V bei den
auf einer Saite gespielten Tönen verschiedener Tonhöhe im wesentlichen konstant bleibt. Bei Verkürzung der Saitenlänge
L= A+a wird die Anstrichstelle, also der Anregungsort 36 und somit a, folglich auch it*=2a/c im wesentlichen beibehalten,
während T = 2(A+a)/c mit A entsprechend verkleinert wird.(σ
ist die Schallgeschwindigkeit der transversalen Wellenausbreitung auf der Saite.)
Im Falle eines Saitenwechsels auf im Quintabstand gestimmten gleichlangen Saiten eines realen Saiteninstrumentes
ergibt sich eins sprunghafte Verkürzung von ^im
Verhältnis 3j2» s.B. beim Übergang von der G- auf die D-Saite:
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2a/cG
cD/cG = 3/2
Bei dem vorliegenden elektronischen Streichinstrument, bei dem eine einzige Saite, bei der keine Verkürzung
durch Griffe vorgesehen ist, oder ein sonster "Streich- oder Zupfwandler" Verwendung findet, wird aus den
obigen Gründen vorzugsweise die vom Wandler abgeleitete Impulsdauer C in bestimmten Tonhöhebereichen entsprechend einem
Bereich der durch die Steuervorrichtung bestimmten Periode T konstant gehalten und bei Tonbereichgrenzen im Quintabstand,
die einem Saitenwechsel entsprechen, sprunghaft im Verhältnis 3:2 verändert. Dies erfolgt durch eine Kopplung der
Steuervorrichtung 22 mit der Schaltungsanordnung 42.
Die Amplitudeninformation der schwingenden Saite 10 kann z.B. aus dem Ausgangssignal des Wandlers 18 durch ein
Tiefpaßfilter 44 gewonnen werden, dessen Durchlaßbereich wesentlich unterhalb der Eigenschwingungsfrequenz der Saite 10
ändert. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 44 wird einem Modulationssignaleingang des Amplitudenmodulators 26 zugeführt.
Der schwingenden Saite 10 kann ferner noch Information betreffend die Anregung der Saite entnommen werden,
also Information, die durch die beim Zupfen oder Anstreichen der Saite auf diese einwirkenden Kräfte zurückgeht. Diese Information
kann z.B. ebenfalls aus dem Ausgangssignal des Wandlers 18 gewonnen werden und zwar durch ein Hochpaßfilter 46,
dessen Durchlaßbereich oberhalb der Eigenschwingungsfrequenz der Saite beginnt und daher nur höhere Frequenzen, die fein-
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-7-modulatorische Vorgänge betreffen, durchläßt.
Im Amplitudenmodulator 26 oder an anderer Stelle kann ein Schwellwertglied vorgesehen sein, das den
Klangsignalkanal sperrt, solange die Amplitude der Saitenschwingung nicht einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Die Klangerzeugung setzt daher erst ein, wenn die Saite gestrichen oder anderweitig angeregt wird.
Die Wandler 16, 18 können auf Druck oder Beschleunigung ansprechen oder aus Mikrophonen bestehen. Unter
Umständen genügt auch ein einziger Wandler, der dann vorzugsweise
am Steg 14 angeordnet wird. Man kann auch anstelle des Wandlers einen Dehnungswandler 48 verwenden, muß jedoch dann
der Tatsache Rechnung tragen, daß dieser ein Signal der doppelten Frequenz wie ein auf dieAuslenkungen der Saite ansprechender
Wandler abgibt.
Die Saite 10 ist vorzugsweise in einem mit
Däfgsmaterial versehenen Gehäuse untergebracht, das bis auf einen Ausschnitt für die Anregung geschlossen ist, um die
akustische Rückkopplung der elektronisch erzeugten Klänge auf die Saite gering zu halten.
Das der Amplitude der Saitenschwingung entsprechende
Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 44 wird vorzugsweise
ferner dem Klangsignalgenerator 24 zugeführt, um in geringen Umfang die Tonhöhe zu beeinflussen, und zwar wird die
Tonhöhe bei größerer Amplitude wie bei einem realen Saiteninstrument etwas verringert.
Das elektronische Saiteninstrument kann wie das -/orgeschlagene elektronische Musikinstrument mit einem Register
50 versehen sein, das die Parameter der verschiedenen
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Schaltungsanordnungen, insbesondere des Klangsignalgenerators 24, der Impulsformungsschaltung 28, der Filterschaltung 30
(die ein Formantfilter enthalten kann) und der das Tastverhältnis beeinflussenden Schaltungsanordnung 42 einzustellen
gestattet.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der
Erfindung zu überschreiten. So kann z.B. der "Streichwandler" einen nicht schwingungsfähigen Widerstandsdraht, -stab oder
eine Lamellenkontaktbahn mit Zwischenwiderständen enthalten, die mit einem elektrisch leitenden Bogen gestrichen wird. Die
Anstrichstelle läßt sich dann durch das Widerstandsverhältnis zwischen Bogen und den Enden des Widerstandsdrahtes usw. ermitteln,
während der Bogendruck und die Amplitude durch den übergangswiderstand oder durch einen auf Zug ansprechenden
Wandler im Bogen ermittelt wird.
- Bei wieder einer anderen Ausführungsform des
Streichwandlers werden Bogendruck und Bogengeschwindigkeit durch einen auf den Auflagedruck und die seitlichen Kräfte
ansprechenden Bügel mit entsprechenden Wandlern für die beiden Kraftkomponenten erfaßt. Die Anstrichstelle kann in diesem
Falle optisch oder mechanisch ermittelt werden. Im letzteren Falle kann der Bogen z.B. in einer Führung beweglich sein, die
die Bogenlage über einen Stellwiderstand oder dgl. erfaßt.
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Claims (8)
- 9700-75 Dr.ν.Β/ΕPatentansprüche.^) Elektronisches Musikinstrument mit einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Klangsignalen mit einer Amplituden/Frequenz-Charakteristik entsprechend einem vorgegebenen Tonhöhe- und Lautstärkeeindruck, und mit zwei vom Spieler betätigbaren Steuervorrichtungen, von denen die eine die Tonhöhe und die andere die Lautstärke der Klangsignale steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Lautstärke-Steuervorrichtung ein durch Streichen mittels eines Bogens oder Zupfen auslenkbares Bauteil (10) enthält, das mit mindestem einem mechanisch-elektrischen Wandler (16, 18, 48) gekoppelt ist, dessen Ausgangssignal die Lautstärke der Klangsignale beeinflußt.
- 2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auslenkbare Bauteil (10) eine schwingungsfähig gelagerte Saite ist und daß der Wandler (18) über eine frequenzselektive Anordnung (44, 46) die die Eigenfrequenz der Saite (10) sperrt, mit einem Amplitudenmodulator (26) für die Klangsignale gekoppelt ist.
- 3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektive Anordnung einen Durch laßbereich unterhalb der Eigenfrequenz der Saite (10) hat.
- 4. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich-709808/0477net, daß die frequenzselektive Anordnung einen Durchlaßbereich oberhalb der Eigenfrequenz der Saite (10) hat.
- 5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Amplitude der Auslenkung des auslenk baren Bauteils (10) entsprechende Ausgangssignal des Wandlers einer Schaltungsanordnung (24) zugeführt ist, die die Tonhöhe der Klangsignale bei großen Auslenkungen geringfügig herabsetzt.
- 6. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem oder den Wandlern (16, 18) eine Schaltungsanordnung (38,40, 42) zur Gewinnung eines dem Anregungsort (36) der Saite entsprechenden Signales gekoppelt sind und daß dieses Anregungsortsignal einer Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Frequenzspektrums der Klangsignale zugeführt ist.
- 7. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Klangsignalen einen ein impulsartiges Signal liefernden Klangsignalgenerator (24) enthält und daß das Anregungsortsignal die Impulsdauer beeinflußt.
- 8. Elektronisches Musikinstrument nach einemder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Klangsignalen einen ein impulsförmiges Klangsignal liefernden Klangsignalgenerator (24) enthält und daß der Klangsignalgenerator eine Schaltungsanordnung enthält, die die Impulsdauer in vorgegebenen Frequenzabständen (z.B. in Abständen von je einer Quinte) mehr oder weniger sprunghaft ändert.709808/0477
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