DE2539166A1

DE2539166A1 - Elektronisches musikinstrument

Info

Publication number: DE2539166A1
Application number: DE19752539166
Authority: DE
Inventors: Richard James Harasek
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1976-03-25
Also published as: IT1041214B; JPS5156616A; US3939751A

Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber d-8 Manchen π

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

2 5 3 9 1 S ß Telefon: (089) 791 5050

Telegramm: monopolweber münchen

M 142

MOGX)ROTjA, ING.
5725 North East River Road
Chicago, 111. 60631
USA

Elektronisches Musikinstrument

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument und bezieht sich insbesondere auf ein stimmbares elektronisches Musikinstrument mit einer Tastatur, welches insbesondere dazu in der Lage ist, Skalen oder Tonleitern zu erzeugen, welche in jeder Oktave 24· oder mehr Tonhöhen aufweisen oder gleichzeitig zumindest zwei von den vielen Zwölf-Ton-Skalen oder
-Tonleitern für Unterrichts-, Forschungs-, Darbietungs- und Kompositionszwecke erzeugen.

In der zeitgenössischen Musikkomposition und -darbietung ist die Verwendung von mikrotonalen Skalen oder Tonleitern (die mehr als zwölf Noten oder Töne pro Oktave haben) von zunehmender Bedeutung. Es sind verschiedene Instrumente auf dem Markt,

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beispielsweise Synthetisierer, welche solche Skalen oder Tonleitern erzeugen können, diese Instrumente haben jedoch zumindest jeweils einen Teil der folgenden Nachteile: jede Tonhöhe muß aufgebaut werden, muß dann aufgezeichnet v/erden, dann muß die nächste Tonhöhe aufgebaut und aufgezeichnet werden, usw.. Die Tonhöhen sind nicht frei von Drift, so daß eine konstante Überprüfung der Tonhöhe erforderlich ist. Eine Oarbietung läßt sich nur über eine Aufzeichnung erreichen, daß praktisch unmöglich ist, auf solchen Instrumenten eine direkte Darbietung zu bringen. Außerdem sind solche bekannten Instrumente nicht mit einer normalen Tastaturtechnik zu spielen und sie erfordern eine außerordentlich starke Spezialausbildung des ootentiellen Benutzers.

In der Vergangenheit sind für die Forschung und die Lehre in der Musiktheorie bei solchen Fächern oder Themen wie Harmonielehre und Intervall-Lehre gewöhnlich Laboratoriumsaufbauten erforderlich gewesen, die eine Vielzahl von Oszillatoren, Verstärkern, Lautsprechern und ähnlichen Geräten hatten. Es wurden oft phonographische Aufzeichnungen im Klassenraum verwendet, um den Laboratoriums aufbau zu vermeiden, dadurch wurde ,jedoch der Bewegungsraum des Lehrers eingeengt und es wurde außerdem die Genauigkeit begrenzt. Weiterhin hat man bei der Musikgeschichte oft auf Aufzeichnungen zurückgegriffen, um die Tonleitern von schwierigen, teuren oder nicht mehr vorhandenen authentischen Instrumenten zu untersuchen. Somit bestand bei dem Unterricht in Musikgeschichte die Tendenz, einen stumpfsinnigen Lehrbuchunterricht zu bieten. Dieses Problem ist jedoch nicht neu. Marin Mersenne, im siebzehnten Jahrhundert ein Experte auf dem Gebiet der Stimmung von Musikinstrumenten, hat in seiner "Harmonie Universelle" und in anderen Werken Beschreibungen von vielen Tonleitern oder Skalen gegeben, welche mehr als zwölf Noten bzw. Töne pro Oktave hatten, und er hat Skizzen von komplizierten Tastaturen angegeben, auf welchen diese Tonleitern zu spie-

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len waren. Falls es überhaupt dazu gekommen ist, sind nur wenige dieser Vorschläge in die Praxis umgesetzt worden, und es wäre natürlich außerordentlich schwierig gewesen, ein solches Instrument zu stimmen, und es wäre unmöglich gewesen, es exakt zu stimmen.

Ein führender Musikwissenschaftler der Gegenwart, J. Murray Barbour hat in seiner Arbeit "Tuning and Temperament" (Stimmung und Temperierung) 179 verschiedene historische Tonleitern aus der westlichen Welt alleine angegeben, und er beschreibt viele interessante Versuche, diese Tonleitern auf einem tatsächlichen Instrument spielen zu können. Beispielsweise spielte Georg Friedrich Händel auf einer Anzahl von englischen Orgeln mit gespaltenen Tasten, welche in dem Versuch hergestellt waren, eine verbesserte Stimmung zu erreichen. Fast ausnahmslos waren diese Instrumente jedoch auf eine bestimmte Tonleiter beschränkt.

In der Musikgeschichte sind Bände darüber geschrieben worden und werden noch immer darüber geschrieben, welche Musik von verschiedenen zeitgenössischen Kulturen gepflegt wird. In einigen Kulturen ändern sich die musikalischen Tonleitern von Dorf zu Dorf. Eine Wiedergabe einer solchen Musik war außerordentlich schwierig, wenn keine authentischen Instrumente für jedes Dorf zur Verfügung stand.

Die Untersuchung der Physik des Schalls und der Musik kann durch die Möglichkeit stark erleichtert werden, auf einem Tastaturinstrument zwei oder mehrere Töne mit exakt steuerbarer Tonhöhe oder Phasendifferenz dazwischen zu erzeugen. Die Untersuchung von "monauralen" Schwebungen ist ein wesentlicher Bestandteil der akustischen Untersuchungen, ist jedoch auch in der Musikausbildung erforderlich, um das Stimmen von Instrumenten wie der Violine zu erlernen, um auf Instrumenten wie der Klarinette rein zu spielen und um das Ohr junger Musiker zu schulen, um perfekte Intervalle hören zu lernen. Ein neues Feld der Untersuchung ist das-

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jenige der "binauralen" Schwelungen, wo zwei Signale den Ohren eines Zuhörers ohne jegliche elektronische oder akustische Mischung der Signale zugeführt werden. In der Vergangenheit wurden bei solchen Untersuchungen zwei Gellos in verschiedenen Räumen verwendet, wobei getrennte Mikrophone und getrennte Verstärker eingesetzt wurden, über welche jeweils ein Kopfhörer gespeist wurde.

Aus der Musikgeschichte ist bekannt, daß wichtige Tonleitern eine andere Zahl als zwölf Töne in einer Oktave hatten, und zwar schwankte die Anzahl der Töne von dem griechischen Tetrachord mit vier Noten oder Tönen bis zu wenigstens einunddreißig Noten oder Tönen in den Mittelton- oder Zwischenton-Temperierungen. In der Musikgeschichte der Völker wurden viele Tonleitern bei früheren oder gegenwärtigen Kulturen verwendet, welche mehr als zwölf Noten in der Oktave hatten. Zextgenossische Musiker komponieren in vielen dieser Tonleitern und auch in anderen Tonleitern, beispielsweise in Viertelton-, Drittelton-Tonleitern und verschiedenen mikrotonalen Tonleitern, welche beispielsweise dreizehn, siebzehn, dreiundzwanzig oder dreiundfünfzig Noten oder Töne pro Oktave haben können. Es besteht daher ein weit verbreitetes und bisher nicht bekanntes Bedürfnis nach einem Instrument mit solchen Fähigkeiten.

Obwohl viele Einrichtungen und Systeme gebaut wurden, um eines oder mehrere der obigen Probleme zu lösen, haftet diesen Versuchen der Mangel an Genauigkeit und an Einfachheit als Nachteil an, so daß sich solche Einrichtungen nicht durchgesetzt haben. Allen bekannten Einrichtungen fehlt die Reproduzierbarkeit und die Möglichkeit, diese Instrumente im Echtzeit-Betrieb einzusetzen, welches für Forschung und Lehre unerläßlich ist.

Außerdem sind viele diskutierten Systeme in dem Versuch hergestellt worden, diese vielen Tonleitern zu erfassen, aber kein einzelnes System hat alle Ansprüche erfüllt.

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Xn einem US-Patent J 821 460 (Fred B. Maynard), welches auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, ist ein Instrument beschrieben, welches einen einzelnen programmierbaren Abschnitt aufweist und einen Abschnitt hat, welcher darauf begrenzt ist, eine herkömmliche gleichmäßig temperierte Tonleiter mit zwölf Tönen zu liefern. Diese Begrenzung erweist sich als sehr ernsthaft, und zwar im Hinblick auf die Notwendigkeit für Tonleitern mit mehr als zwölf Tönen oder Noten pro Oktave, und während das obengenannte Instrument zwar eine beliebige Zwölf-Ton-Skala mit der gegenwärtigen gleichmäßig temperierten Skala vergleichen kann, kann es jedoch nur mit dieser einen Skala vergleichen. Das Maynard-Instrument kann nur eine einzelne nützliche mikrotonale Tonleiter liefern, die Viertelton-Skala. Da eine Hälfte des Instrumentes nur die Intervalle der herkömmlichen gleichmäßig temperierten Skala erzeugen kann, ist es unmöglich, irgendeine andere aus der großen Vielfalt von Tonleitern zu erzeugen, bei welchen mehr als zwölf Töne pro Oktave verwendet werden. Dieselbe Begrenzung hindert auch einen Lehrer beispielsweise daran, zwei beliebige oder mehrere verschiedene Tonleitern aus der Vergangenheit oder der Gegenwart miteinander zu vergleichen. Außerdem ist die elektronische Überlagerung von zwei Signalen in einer Kombination aus einer Überlagerungseinrichtung, einem Verstärker und einem Lautsprecher eine sehr ernste Begrenzung in vielen Forschungsbereichen. Somit besteht eine ernsthafte Notwendigkeit für zwei vollständig isolierte Signale, welche dieselbe Frequenzquelle haben, und zwar zugleich mit der gewünschten Phasen- und Tonhöhen-Steuercharakteristik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Musikinstrument der oben näher erläuterten Art zu schaffen, bei welchem praktisch jede beliebige Tonleiter mit außerordentlich hoher Genauigkeit und guter Reproduzierbarkeit erzeugt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

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Gemäß der Erfindung wird somit ein elektronisches Musikinstrument geschaffen, welches zwei oder mehrere stimmbare Tastaturen mit vollständig isolierten Ausgängen aufweist, wobei alle Tonhöhen von einer einzigen Bezugsquelle mit einer festen Frequenz abgeleitet werden. Jede Tastatur bietet eine Auswahl von zwölf gleichzeitigen Tonhöhen oro Oktave aus wenigstens 1024- verschiedenen Tonhöhen, wobei Inkremente oder Unterschiede von etwa einem Cent möglich sind. Somit sind zwei Tastaturen dazu in der Lage, praktisch ^jede beliebige gewünschte musikalische Tonleiter oder Skala zu erzeugen, und zwar mit bis zu 24- Tönen pro Oktave. Drei Tastaturen liefern 36 Töne oro Oktave, usw.. Für den Benutzer ist somit keine spezielle Tastaturtechnik erforderlich. Es ist auch keine spezielle Notenschrift erforderlich, sondern vielmehr lediglich eine Bezeichnung wie eine Programmnummer, um die zu programmierende Tonhöhe zu bezeichnen, welche auf einem bestimmten Tastenschalter auf einer Manual- oder Pedal-Tastatur zu spielen ist. Das Instrument läßt sich sehr rasch auf eine neue Tonleiter umstimmen, wobei normalerweise weniger als eine Minute pro Manual- oder pro Pedal-Tastatur erforderlich ist. Nach entsprechender Einstellung sind die Tonhöhen praktisch driftfrei, und es kann eine beliebige Tonhöhe zu einer beliebigen Zeit anschließend wieder reproduziert werden.

Bei dieser Kombination exakt festgelegter Tonhöhen werden sehr kleine Inkremente zwischen Tonhöhen und zwei oder mehreren getrennten Kanälen, eine große Vielfalt von Untersuchung- und Forschungsprojekten ermöglicht, insbesondere bei monauralen und binauralen Schwebungen und bei harmonischen Serien.

Bei Untersuchungen in der Akustik und der Physik der Musik ist es auch ein großer Vorteil, zwei oder mehrere Ausgänge derselben oder verschiedener Tonhöhen zur Verfugung zu haben, wobei zwischen den beiden Signalen eine beliebige Phasendifferenz einstellbar ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems, welches eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendet,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines programmierbaren Teilers und einer Programmiereinheit, wie sie aussehen würden, wenn sie dazu verwendet würden, ein mittleres C von 261,5 Hz zu erzeugen,

Fig. 3 ein vorgeschlagenes Programm für eine reine Tonleiter mit neunzehn Noten bzw. Tönen, wobei zwei Standard-Tastaturen verwendet werden,

Fig. 4- ein Diagramm einer komplexen Wellenform, welches die Überlagerung eines Grundtons und seiner dritten und seiner fünften Harmonischen veranschaulicht, wie es auf einer visuellen Sichtanzeigeeinrichtung zu beobachten wäre,

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Überlagerung von zwei in ihrer Frequenz identischen Signalen veranschaulicht, wobei jedoch unterschiedliche Phasenbeziehungen vorhanden sind,

Fig. 6 ein Diagramm von Wellenformen, welches die Ergebnisse im Gehirn bei Verwendung von monauralen und binauralen Schwebungen miteinander vergleicht, und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung, welche Nebeneinheiten darstellt, die mit der HauOteinheit verbunden sind.

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Zunächst wird eine Erläuterung von einigen Begriffen gegeben, die weniger gebräuchlich sind. Als "mikrotonale Tonleitern" werden solche Tonleitern angesprochen, welche mehr als zwölf Töne pro Oktave aufweisen. "Monaurale Schwebungen" sind "Pulsationen oder Schwingungen, welche durch die Überlagerung oder Mischung von zwei Hörsignalen erzeugt werden, wobei die Überlagerung elektrisch oder in der Luft stattfinden kann, und es wird von monauralen Schwebungen dann gesprochen, wenn die beiden miteinander gemischten oder einander überlagerten Komponenten ähnliche Frequenzen haben. Es läßt sich das Ergebnis auch allgemein als "Schwebung" ansprechen, der Begriff "monaurale Schwebung" wird jedoch dann verwendet, wenn er erforderlich ist, um eine Abgrenzung gegenüber "binauralen Schwebungen" deutlich werden zu lassen. Diese letztgenannten Schwebungen werden im Hörsystem des Gehirns entwickelt, und zwar als Ergebnis des Hörens einer Frequenz in einem Ohr und einer anderen, zwar ähnlichen, jedoch vollständig isolierten Frequenz, im anderen Ohr. Von "polyphonischer" Musik wird dann gesprochen, wenn mehr als ein Schallereignis oder mehr als ein Ton zur selben Zeit auftritt, und zwar nicht notwendigerweise als Akkord. Das "Gent" ist eine lineare Einheit, welche für das Intervall von einem 12/100 einer Oktave verwendet wird. Das Verhältnis von zwei Tonhöhen oder Frequenzen, welche das Intervall von einem Gent bilden, ist 1,0005778 zu 1,0. Eine ganze Tonhöhe entspricht 200 Gent. Eine Oktave entspricht 1200 Gent. Eine "reine" Tonleiter ist eine solche (alte) Tonleiter, welche perfekte Terze und perfekte Quinten hat. Um dies in allen Notenschlüsseln zu ermöglichen, ist eine enharmonische Tonleiter mit neunzehn Tönen erforderlich.

Die Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Haupteinheit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ein Hauptoszillator 11 (im normalen Gebrauch durch einen Kristall gesteuert, jedoch veränderbar, falls erforderlich) liefert als Ausgangssignal eine

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hohe Frequenz an einen Pufferverstärker 12, dessen Ausgangssignal an programmierbare Teiler 13χ,···13_η geführt ist. Weiterhin wird jedem der programmierbaren Teiler das Ausgangssignal einer entsprechenden Programmiereinheit 1^...14_n zugeführt. Jede Programmiereinheit kann gleichzeitig zwölf verschiedene Tonhöhen aus insgesamt 1024· möglichen Tonhöhen oder mehr in die entsprechenden programmierbaren Teiler Ι3^···13_η programmieren, wobei das kleinste Inkrement der Differenz geringer als ein Gent ist. Die programmierbaren Teiler und Programmeinheiten arbeiten in der Weise, wie es in der obengenannten US-Patentschrift 3 821 4-60 beschrieben ist. (Vergleiche auch Fig. 2 und die zugehörige Beschreibung.) Jeder programmierbare Teiler führt seine zwölf Tonhöhen einem entsprechenden Oktaventeiler 15.* · · · 15_n zu, von welchem die unteren Oktaven für jede Tonhöhe geteilt werden. Jeder Oktaventeiler hat 84- Ausgangesignale, welche einer entsprechenden Tastatur 16....16_n zugeführt werden (als Manual- oder als Pedal-Tastatur ausgeführt), worin Schlüsselschalter (nicht dargestellt) bei Betätigung die gewünschten Tonhöhen einem entsprechenden Verstärker 17,,· · »I7_n zuführen. Jeder Verstärker hat eine Mehrzahl von Ausgangsklemmen, welche Impedanzen haben, die für eine Vielfalt von möglichen Anwendungen geeignet sind. Eine vorzugsweise vorgesehene Synthetisierer-Anschlußtafel 18^...1S_n, welche als beliebige bekannte Einheit ausgebildet sein kann, kann an den Ausgang jeder Tastatur 16,....16 angeschlossen sein, um 84- getrennte Ausgangesignale für solche Zwecke wie eine Tonsynthetisierung oder Tonzusammensetzung zu liefern. Es sei darauf hingewiesen, daß zwar bei der vorhandenen Ausführungsform ein Oktavteiler 84· Ausgänge hat, daß jedoch eine beliebige Anzahl verwendet werden kann, was von dem Frequenzbereich des Instrumentes abhängt, wobei auch eine solche Anordnung in den Rahmen der Erfindung fällt.

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Die Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Aus^ührungsform eines Teils eines programmierbaren Teilers 13, und zwar mit dem entsprechenden Teil seiner Programmiereinheit 14, wobei die Darstellung der Ausführungsform entspricht, welche vorhanden wäre, wenn die Programmierung auf ein mittleres C von 261,4- Hz gerichtet wäre. Bei dieser Ausführungsform ist angenommen, daß die Frequenz des Hauptoszillators 11 derart gewählt ist, daß ein Divisor von 1710 erforderlich ist, um eine Ausgangsfrequenz an den Oktavteiler 15 zu liefern, welche proportional zu dem mittleren C mit einer Frequenz von 261,5 Hz ist. Es sind elf Binärteiler 15 ...13_m in jedem programmierbaren "Teiler 13 vor-

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handen, so daß deshalb der maximale Teiler 2048 oder 2 ist. Wenn alle Teiler, welche durch zwei teilen, in ihren NuIl-Zustand versetzt sind, wird eine "1" von dem Ausgangsteiler erzeugt, so daß deshalb eine Teilung durch 2048 erreicht wird. Wenn eine Teilung durch eine kleinere Zahl als 2048 erwünscht ist, wie es für eine größere Tonhöhe der Fall wäre, muß in die Teilerkette eine Zahl einprogrammiert werden, welche die Differenz zwischen 2048 und dem gewünschten Divisor entspricht. In diesem Beispiel ist der erforderliche Divisor 1710, und die Differenz zwischen 1710 und 2048 beträgt 338. In binärer Form läßt sich die Zahl 338 darstellen als OO1O1O1OO1O. Ein Schließen der Schalter der Programmiereinheit 14, was den Ziffern eins in der Binärzahl entspricht (14b, I4e, 14g, 14,j) liefert eine entsprechende Rückführung und stellt somit den programmierbaren Teiler in der Weise ein, daß eine Teilung durch 1710 erreicht wird. Die sich dabei ergebende Frequenz wird dann in dem Oktavteiler geteilt, und bei Betätigung der dem mittleren G entsprechenden Taste der Tastatur 16 würde am Ausgang ein Ausgangssignal mit 261,5 Hz zur Verfügung stehen.

Die Fig. 3 ist zweiteilig aufgebaut und zeigt ein vorgeschlagenes Programm für eine reine Tonleiter mit neunzehn Tönen, wobei zwei Standard-Tastaturen verwendet werden. Da 24 Tasten pro Oktave zur Verfügung stehen, sind die am meisten verwende-

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ten auf beiden Tastaturen programmiert. Die Zeile (a) in jedem Teil gibt den Namen einer Note bzw. eines Tones in der enharmonischen reinen Tonleiter bzw. Skala an. Die Zeile (b) gibt die Tonhöhe an. Die Zeile (c) gibt das Intervall in "Cent, von einem Bezugspunkt aufwärts gerechnet" an, wobei der Bezugspunkt in diesem Fall das mittlere C ist. Die Zeile (d) ist die Programmnummer, welche auf den Divisor des programmierbaren Teilers 1J_x,...13 durch die folgende Formel bezogen ist:

Tonhöhe = Oszillatorfrequenz/(2O48-Programmzahl)

In der Zeile (e) ist das Muster derSchalter in den zwei Programmiereinheiten 14- und 14. dieser Ausführungsform dargestellt, welche niederzudrücken sind, um die gewünschten Tonhöhen zu erhalten. Diese Schalter haben eine dunkle Umrandung und eine Reihennummer. In dieser Ausführungsform stellt der oberste Schalter einer Spalte die Einer-Stelle der Binärzahl dar. Der unterste Schalter stellt die 512-Stelle dar. Derjenige Schalter, welcher 1024 darstellt, ist auf der Frontplatte der Ausführungsform nüit dargestellt. Die Fig. 4- ist eine graphische Darstellung des Ausgangesignals des Instrumentes, und zwar bei einer vorgegebenen Tonhöhe (als A dargestellt), welche auf einer der Tastaturen 16 programmiert ist, wobei auch zwei Harmonische (als B und C dargestellt) auf der zweiten Tastatur programmiert sind, und zwar mit etwa einem Drittel der Amplitude der Grundschwingung und in derselben Phase. Andere Phasenbeziehungen werden leicht erreicht und aufrechterhalten. Die Grundwellenform (D) zeigt die Zusammenfügung der drei Signale. Dies ist ein einfaches Beispiel der vielen möglichen Anwendungsfälle, wobei die harmonischen Reihen in der Musiktheorie angewandt werden. Die Fig. 5 zeigt Wellenformen, wie sie in einer Studie von Phasenbeziehungen und akustischen Auslöschungen auftreten. (E) ist dasjenige Signal, welches in den programmierbaren Teiler 13^ einprogrammiert ist und während der Studie

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aufrechterhalten bleibt. (F) ist dasjenige Signal, welches in den programmierbaren Teiler 13p einprogrammiert ist, (G) ist die Wellenform, welche sich ergibt, wenn (E) und (F) an den Punkten von Interesse einander überlagert werden. (E) und (F) werden stets auf identischen Amplituden gehalten. Zu Beginn haben bei t=0 (E) und (F) identische Frequenzen, und (G-) hat die doppelte Amplitude von (E) oder (F). Dann ist bei t=a (F) derart programmiert, daß auf eine niedrigere Frequenz übergegangen wird. Wenn (F) um den gewünschten Winkel vorauseilt oder nacheilt, wobei es in diesem Fall um 120 nacheilt (t=b), wird (F) auf das ursprüngliche Programm zurückgebracht. Nun hat (G) dieselbe Amplitude wie (E) und (F) liegt in der Phase in der Mitte dazwischen, d.h. es eilt um 60 nach. Bei t=c wird (G) wieder auf eine niedrigere Frequenz umprogrammiert und am Punkt (d) auf den Ausgang zurückgeschaltet, wenn (E) und (F) um 180° außer Phase sind und (G) im wesentlichen die Amplitude Null hat.

Die Fig. 6 zeigt graphisch einige Unterschiede zwischen monauralen Schwebungen und binauralen Schwebungen, wie sie rom Hörsystem im Gehirn aufgenommen werden. In jedem der Beispiele werden mit H und H' identische Signale verwendet, im monauralen Fall werden die Signale jedoch miteinander gemischt, bevor sie die Ohren des Zuhörers erreichen. Im binauralen Falle werden die Signale den Ohren getrennt zugeführt. Die Zeilen H und H¹ zeigen die Schwebungen, welche gehört werden, wenn die zwei Signale, die in der Frequenz eng beieinanderliegen und die gleiche Amplitude haben, zu hören sind. Die Zeilen J und J¹ zeigen Schwebungen aus EingangsSignalen ungleicher Amplitude. In den Zeilen K und K¹ ist ein Eingangssignal gut hörbar und das andere liegt unterhalb der Hörschwelle. (Es ist zu bemerken, daß die resultierenden Wellenformen des monauralen und des binauralen Hörens nicht in demselben Maßstab dargestellt sind. Die monauralen Schwebungen sind viel stärker wahrnehm-

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bar als die binauralen Schwebungen.) Es ist ersichtlich, daß monaurale Schwebungen stark mit den Pegeln der zwei Eingangssignale schwanken, während binaurale Schwebungen die Tendenz zeigen, konstant zu bleiben, während ein Signal abnimmt, und zwar bis zu einem Punkt unterhalb der Hörschwelle. Diese Art von Experiment läßt sich gemäß der Erfindung leicht durchführen, wenn zwei beliebige Programmteiler 13,ι··.^/Ι3_η verwendet werden. Ein Teil eines Teilers würde mit der gewünschten Frequenz programmiert, und zwar durch den entsprechenden Teil seiner Programmiereinheit 14. Der entsprechende Schalter der Tastatur 16 würde niedergedrückt, und das Ausgangesignal des entsprechenden Verstärkers 17 würde angeschlossen, und zwar über die entsprechenden Ausgangsklemmen des Verstärkers 17, und zwar würde es an eine Seite eines guten Kopfhörer-Lautsprechers angeschlossen (nicht dargestellt), welcher beispielsweise das Signal einem Ohr des Zuhörers zuführt. Ein zweiter programmierbarer Teilerabschnitt, der von einem anderen Teiler genommen wird, würde in ähnlicher Weise ein zweites Signal liefern, dessen Frequenz nahe bei der Frequenz des ersten Signals liegt, und dieses Signal würde dem anderen Ohr des Zuhörers zugeführt. Subjektive Messungen werden dann gemäß Fig. 6 durchgeführt. Der Vorteil, dieses Experiment gemäß der Erfindung durchzuführen, ist die exakte Steuerung über die zwei Tonhöhen (in Inkrementen von etwa einem Cent) und ihrer Phasenbeziehung. Die Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Haupteinheit 10 durch zahlreiche Untereinheiten 20

20_ffl ergänzt ist, um ein Musiklaboratorium mit verbesserter Leistungsfähigkeit für den Unterricht zu schaffen. Teile der Untereinheiten, welche mit Teilen der Haupteinheit vergleichbar sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, jedoch mit alphabetischen Indizes. Jede Untereinheit 20 ...20 empfängt am Eingang zwölf Signale von dem programmierbaren Teiler 13 der Haupteinheit. Dieses Signal wird dann im Oktavteiler 15 -«»^m

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auf die unteren Oktaven heruntergeteilt und der Tastatur 16 16 zugeführt, wie es in der Haupteinheit 10 geschieht. Das Ausgangssignal jeder Tastatur geht zu seinem entsprechenden Verstärker 17 · · · 17_m · Ein Ausgang des Verstärkers 17 ^em*^_m führte zu dem Verstärker 17 der Haupteinheit (für Überwachungszwecke). Ein weiterer Ausgang des Verstärkers 17 ...I7_m führt zu den Kopfhörern 21 ...21 (welche von dem Schüler oder Stu-

et I"

denten getragen werden). Ein oder mehrere Verstärker I^p···^?™ der Haupteinheit führen auch Signale zu den Kopfhörern der Untereinheit (für Unterrichts- und Bezugszwecke).

- Patentansnrüche 60981 3/0708

Claims

Patentansprüche

Elektronisches Musikinstrument zum Snielen von vielfältigen Tonleitern einschließlich solcher Tonleitern, die mehr als zwölf Töne pro Oktave haben, und einschließlich solcher Tonleitern, die eine ungleichschwebende Temperierung haben, wobei eine Hauptprogrammiereinheit mit einem Oszillator zur Erzeugung einer festen Bezugsfrequenz vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von individuell programmierbaren Abschnitten vorgesehen sind, daß jeder programmierbare Abschnitt die Möglichkeit hat, zwölf Töne oro Oktave zu erzeugen, und zwar unabhängig von irgendeinem anderen programmierbaren Abschnitt, wobei weiterhin jeder Abschnitt folgende Teile aufweist: wenigstens zwölf Teilerketten, die mit dem Oszillator verbunden sind, um die feste Bezugsfrequenz zu empfangen und gleichzeitig einen ersten Satz von zwölf verschiedenen Signalen aus dem Bezugsfrequenzsignal zu erzeugen, wobei die Teilerzahl jeder Teilerkette einstellbar ist und die Teilerzahl einer der Einstellketten mit der Teilerzahl einer beliebigen zweiten Einstellkette über einen Faktor in Beziehung steht, welcher größer ist als eins und kleiner als zwei, eine Programmiereinrichtung, welche mit der Frequenzteilerkette verbunden ist, um die Teilerzahlen der einzelnen Ketten zu ändern, um die Frequenzen des ersten Satzes mit zwölf verschiedenen Signalen zu verändern, eine Oktavteilereinrichtung, welche derart geschaltet ist, daß sie den ersten Satz mit zwölf verschiedenen Signalen von den zwölf Teilerketten empfängt und daraus wenigstens einen zweiten Satz mit zwölf Signalen erzeugt, wobei jedes der zweiten zwölf Signale eine Frequenz aufweist, welche mit der Frequenz von einem der ersten zwölf Signale über ein Vielfaches von zwei verknüpft ist, wobei die Oktavteilereinrichtung ein Ausgangssignal für jedes der zweiten zwölf Signale liefert, eine Wiedergabeeinrichtung zum Empfang und zur Wiedergabe

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von Signalen, welche dieser Wiedergabeeinrichtung zugeführt werden, wobei die Wiedergabeeinrichtung eine Vielzahl von Ausgangsklemmen aufweist, und eine Schalteinrichtung, welche wenigstens zwölf Tastenschalter aufweist, wobei jeder Tastenschalter mit einem Ausgang der Teilereinrichtung verbunden ist, um das Signal von dem Teilereinrichtungsausgang mit der Wiedergabeeinrichtung zu koppeln.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilerkette eine "Vielzahl von Binärteilern aufweist, welche derart angeordnet sind, daß sie einen Binärzähler bilden, daß jeder Teil der Programmiereinrichtung eine Rückführeinrichtung aufweist, welche mit dem Ausgang und den Binärteilern der Kette verbunden ist, und daß die Rückführeinrichtung eine veränderbare Zwxschenverbindungseinrichtung hat, welche dazu dient, in selektiver Weise den Ausgang der Kette mit vorgegebenen Binärzählern der Kette zu verbinden, um eine ausgewählte Teilerzahl für die Kette zu erzeugen.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Untereinheiten vorgesehen sind, daß jede Untereinheit folgende Teile aufweist: eine Oktavteilereinrichtung, welche derart angeordnet ist, daß sie die ersten zwölf unterschiedlichen Signale von den zwölf Teilerketten empfängt und daraus wenigstens zweite zwölf Signale erzeugt, wobei jedes der zweiten zwölf Signale eine Frequenz hat, die mit der Frequenz von einem der ersten zwölf Signale über ein Vielfaches von zwei verknüpft ist, und wobei der Oktavteiler wenigstens einen Ausgang für jedes der zweiten Signale aufweist, weiterhin eine Verstärkereinrichtung zum Empfang der angelegten Signale, welche eine Vielzahl von Ausgangsklemmen hat, weiterhin eine Schalteinrichtung, welche wenigstens zwölf Tastenschalter hat, von denen jeder mit einem Ausgang der Teilereinrichtung verbunden ist, um das Signal von der Teilereinrichtung über dessen Ausgang mit der

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Verstärkereinrichtung zu koppeln, und weiterhin eine Übertragereinrichtung zum Empfang eines Ausgangssignals von der Verstärkereinrichtung und zur Lieferung eines Tonfrequenz-Ausgangs signals .

4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, einen Ausgang des Verstärkers der Untereinheit mit einem Verstärker in der Wiedergabeeinrichtung der Haupteinheit für Überwachungszwecke zu verbinden.

5. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, einen Ausgang eines Verstärkers in der Wiedergabeeinrichtung der Haupteinheit mit der Übertragereinrichtung der Untereinheit für Unterrichtszwecke zu verbinden·

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