EP0039012A1 - Device for converting dynamic pressure constituting a useful signal into an electric magnitude - Google Patents
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- EP0039012A1 EP0039012A1 EP81102950A EP81102950A EP0039012A1 EP 0039012 A1 EP0039012 A1 EP 0039012A1 EP 81102950 A EP81102950 A EP 81102950A EP 81102950 A EP81102950 A EP 81102950A EP 0039012 A1 EP0039012 A1 EP 0039012A1
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- 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
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- G10H5/002—Instruments using voltage controlled oscillators and amplifiers or voltage controlled oscillators and filters, e.g. Synthesisers
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- G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
- G10H1/46—Volume control
Definitions
- the invention relates to a device for converting a dynamic pressure forming a useful signal, in particular the blowing pressure in a blowing transducer for volume control of an electronic musical instrument, into an electrical variable that changes with the value of the useful signal as a control signal, for example a voltage, with a dynamic pressure chamber in which a membrane which responds sufficiently quickly to the frequencies of the useful signal and their rise times is inserted, which is connected to a mechanoelectric converter with a circuit for detecting the membrane movement and processing into the control signal.
- a control signal for example a voltage
- Such devices are known primarily in electronic musical instruments. Then they are permanent part of a keyboard wind instrument, which consists essentially of a wind converter and a keyboard. The keyboard wind instrument is connected to an electronic playback unit which generates the sound in accordance with the control by the buttons on the keyboard and the wind converter.
- a keyboard wind instrument which consists essentially of a wind converter and a keyboard.
- the keyboard wind instrument is connected to an electronic playback unit which generates the sound in accordance with the control by the buttons on the keyboard and the wind converter.
- the sound of, for example, a trumpet, trombone, clarinet, oboe or the like can be reproduced practically true to life.
- the wind transducer In contrast to the normal wind instrument, the wind transducer is no longer used to generate sound, but controls the dynamics of the sound specified by means of the keys, that is to say essentially its volume, depending on the intensity of the blowing pressure applied.
- the blow converter has a mouthpiece similar to a recorder, which merges inward into a dynamic pressure tube and into a blow-off tube.
- the blow-off pipe lets the air blown back into the open air, while a back pressure corresponding to the intensity of the blowing pressure is created in the back pressure pipe and the adjoining back pressure chamber.
- the back pressure chamber is closed on one side by a membrane.
- This membrane is connected to a mechanoelectric converter, which converts the membrane movement into an electrical variable due to the dynamic pressure, which is processed by means of an electrical circuit into a control signal, for example a voltage, which behaves in accordance with the blowing pressure in order to control the playback unit.
- Coils or mirror systems that vibrate in accordance with the membrane movement are used as mechanoelectric converters in the magnetic field depending on the movement of the membrane, feed a light beam more or less strongly to a photocell, which converts the light into a proportional electrical quantity.
- the dynamic pressure systems Compared to older devices, in which a sound sampled by a microphone was still generated, the dynamic pressure systems have the advantage that they do not emit sound themselves, are not very sensitive to moisture and have a large dynamic range. When using a membrane of low mass and high elasticity, a high sensitivity can also be achieved, so that back pressure changes with high rise times, such as occur in a staccato, or the relatively fast vibrations of a vibrato are processed well.
- the object of the invention is to eliminate as far as possible the noise impulses in this area in a device of the type mentioned with a membrane system that is sufficiently sensitive to the useful signals that occur, without thereby impairing the response sensitivity of the membrane system.
- the dynamic pressure chamber, membrane and transducer are designed in such a way that they form an oscillation system with a common resonance frequency which lies above the frequency range of the useful signals, the circuit at least providing a voltage pulse or an alternating voltage in the region of the resonance frequency of the oscillation system Has zero back pressure generating generator for excitation of the membrane and an evaluation circuit for detecting the change in resonance frequency due to the application of useful signals to the membrane and a filter device for eliminating signals at least in the range of the resonance frequency of the vibration system.
- This solution is based on the idea, already part of the invention, of eliminating the influence of the noise pulses in the useful signal range by accelerating or decelerating them to a frequency that is outside the useful signal range by means of a resonance oscillation generated in the dynamic pressure chamber. There the noise impulses can simply be filtered out be without the useful signal is affected.
- a resonance frequency lying outside the useful signal range is generated by excitation of the membrane by means of an electronic generator, the vibration system consisting of the dynamic pressure chamber, membrane and transducer being designed accordingly.
- the change in the resonance frequency by the application of the useful signal or the dynamic pressure to the membrane is used here for the formation of the control signal.
- the application of the useful signal affects the air density in the dynamic pressure chamber and the voltage of the membrane in such a way that the resonance frequency of the vibration system shifts in proportion to the intensity of the useful signal.
- the vibration system includes a defined rear space which is arranged on the side of the membrane facing away from the dynamic pressure chamber and whose resonance frequency is at least in the range of the resonance frequencies of the other parts of the vibration system.
- This back space dampens in particular the vibrations of the membrane lying above the useful signal range, so that falsifications from this range are largely eliminated.
- the invention further provides that the resonance frequency of the vibration system is above five times the frequency range of the useful signal. In this way it is ensured that the noise pulses are lifted out of the useful signal range sufficiently.
- a resonance frequency in the range of one kHz is expedient.
- a low-pass filter with a cutoff frequency above the useful signal range but below the resonance frequency can be used as the filter device, for example.
- the circuit can be designed in such a way that the generator generates voltage pulses or an AC voltage of constant frequency and the evaluation circuit detects the respective resonance frequency by measuring the membrane amplitude and processes it into a corresponding control signal.
- a circuit consists of a sine generator and an integrating rectifier, the converter being connected in parallel. Depending on the amplitude of the alternating voltage, a correspondingly high drive voltage is obtained which can be used for a reproduction device.
- a second possibility is that the generator is switched to the resonance frequency in a control circuit for at least proportional readjustment of the generator frequency, the evaluation circuit detecting the respective generator frequency and processing it into a corresponding control signal.
- a circuit in which the generator generates a square-wave voltage and the evaluation circuit detects the deformation of the square-wave pulses in the converter and processes it into a corresponding control signal has also proven to be well suited.
- the deformation of the rectangular pulses is brought about in that the membrane is no longer able to exactly follow the rectangular excitation in the region of the resonance frequency.
- the type of deformation, in particular its respective phase position, can then be processed into a control signal which is proportional to the distance between the resonance frequency and the generator frequency.
- the trigger points are expediently set such that the phase shift is 90 ° at a generator frequency that corresponds to the resonance frequency.
- the trigger points should be shortly before reaching the amplitude maximum or minimum of the deformed rectangular pulses.
- phase shift For the detection of the phase shift can be a P hare comparator is provided, which with the phase shift in a square-wave voltage comparison converts a clock ratio corresponding to the respective phase shift.
- An integrator can then be connected to the phase comparator for converting the comparison square-wave voltage into an analog voltage corresponding to the clock ratio, which may be used to an increased extent as a control signal.
- the integrator should at the same time contain the filter device with which the noise pulses synchronized to the resonance frequency are eliminated.
- an amplifier can be provided behind the integrator, which has an exponential characteristic curve with such a characteristic that a larger change in the back pressure is required to achieve a certain increase in the control signal with increasing back pressure. This training is particularly recommended when using the device according to the invention as a blow converter.
- the invention provides that the generator frequency can be voltage controlled and the generator is connected to the control signal in such a way that the generator frequency tracks the resonance frequency in a ratio of less than 1.
- the tracking ratio should expediently be adjustable, for example by means of a potentiometer. Due to this tracking, the distance between the generator frequency and the resonance frequency changes more slowly, so that the generator frequency remains longer in the range of the resonance frequency.
- a Stabilizing circuit for automatically adapting the generator frequency to the resonance frequency at zero dynamic pressure in at least one direction is provided. In this way, changes in the resonance frequency due to atmospheric pressure or moisture influences can be compensated.
- the stabilization circuit then ensures that the distance between the resonance frequency and generator frequency remains the same regardless of their absolute values.
- the stabilization circuit should at least be able to push the generator frequency down again if there is a deviation from the resonance frequency.
- the stabilization circuit can consist of a comparator applied to the control signal, an integrator for forming a control voltage for the generator and a diode connected in between to prevent the discharge of the. Integrators exist, the threshold voltage of the comparator being at a control signal in which the generator frequency approximately matches the resonance frequency. The comparator should then have a high output level below its threshold voltage and the generator frequency should drop when the control voltage is raised. In this way, the generator frequency lying above the resonance frequency when the entire system is switched on can be reduced until they essentially match.
- the stabilization circuit adjusts the generator frequency upwards when the resonance frequency deviates. Such a deviation usually arises during prolonged operation of the device, due to the effects of air pressure and moisture. With help the stabilization circuit, the generator frequency then follows the resonance frequency at zero dynamic pressure until they roughly match again, that is to say they have the distance value specified for zero dynamic pressure.
- the adaptation of the generator frequency to the meanwhile increased resonance frequency can be done in combination with the circuit, which brings about an adjustment of the generator frequency to a lower resonance frequency, in that a second comparator, which also acts on the integrator, is provided in parallel with the first comparator threshold voltage above a portion of the a n penetrateungs- signal is located, which may result from self-adjustment of the resonant frequency upward, said comparator switches to a low output level falls below its threshold, and that furthermore provided behind the second comparator a diode in the reverse direction and a limiting resistor .
- the integrator is discharged via the second comparator when the control signal at zero dynamic pressure lies between the threshold voltage of the first and the second comparator, which indicates that the resonance frequency is greater than the distance corresponding to the threshold voltage of the first comparator Generator frequency.
- the resonance frequency increases again until the predetermined distance from the resonance frequency is given again.
- the mechanoelectric converter is expediently designed as a coil attached to the membrane, which is arranged in a magnetic field.
- he can also be designed as a piezoceramic, capacitive or electromagnetic system.
- a moisture-absorbing filter should be placed in front of the dynamic pressure chamber.
- this can be a pipe cleaner, for example.
- the invention provides that a dynamic pressure tube is arranged in front of the dynamic pressure chamber and tapers towards the dynamic pressure chamber. Because of this tapering, the dynamic pressure tube is no longer part of the dynamic pressure chamber and can thus be shaped in any way without the resonant frequency of the dynamic pressure chamber being influenced thereby.
- the blow converter 1 is shown in longitudinal section and is connected to an electrical circuit which is used to generate a control signal for an electronic playback unit.
- the blow converter 1 is part of a keyboard wind instrument (not shown here), the keys being used to control the respective pitch for the playback unit, while the blow converter 1 effects the dynamic control. essentially affects the volume. It also controls the playback unit, which then responds with a corresponding dynamic during playback.
- the blowing transducer 1 essentially consists of a blowing piece 2 modeled on a flute mouthpiece and the blowing transducer body 3.
- Two channels run in the latter, namely the blow-off pipe 4, which runs obliquely downwards and opens out into the open again, which at all enables continuous blowing, and the dynamic pressure pipe 5, in which, depending on the blowing intensity, a more or less high dynamic pressure builds up.
- the latter narrows conically backwards.
- the dynamic pressure tube 5 opens into a dynamic pressure chamber 6, which is closed off by an elastic membrane 7. It is designed in terms of its mass and elasticity so that it the useful signals occurring, al-; so that the blowing pressure and its changes can be processed, even with very rapid changes, such as those that occur with staccato or vibrato.
- a rear space 8 which has a connection to the outside via a precisely defined bore 9, the bore 9 being dimensioned such that high frequencies of the membrane 7 are damped.
- a permanent magnet lo is inserted, the north-south polarity of which is perpendicular to the surface of the membrane 7.
- a coil 11 is attached, which is located in the field of the permanent magnet lo.
- Dynamic pressure chamber 6, membrane 7, rear chamber 8 and permanent magnet 10 and coil 11 are each designed that they have the same resonance frequencies at zero dynamic pressure.
- the resulting total resonance frequency depends on the volume of the dynamic pressure and rear space 6, 8, the volume of the dynamic pressure tube 5 can be neglected because of its conical design, the bore 9, the voltage and mass of the membrane 7 with coil 11 and their Inductance. It increases when the blowing pressure and thus the dynamic pressure increase because then the density of the air in the dynamic pressure chamber 6 and the voltage of the membrane 7 and the inductance of the coil 11 change. The same applies if the blowing pressure is weakened.
- the oscillation system is designed so that a resonance frequency is approximately 1 kHz, that is, far above the useful signal range, which in this case goes up to a maximum of 2oo Hz.
- the coil 11 is connected to an electrical circuit in order to convert and process the movement of the membrane 7 and thus the coil 11 in the magnetic field when the blowing pressure is applied into a correspondingly behaving control signal, here a control voltage for the playback unit.
- the circuit is shown in a block diagram, the individual elements ("blocks") of which relate to individual circuits as are known per se under the respective names, so that their detailed explanation can be dispensed with.
- the electrical circuit has a generator 12 which generates a square-wave voltage with a constant generator frequency which is in the range of the resonance frequency frequency of the previously described vibration system.
- the square-wave voltage passes through a low-pass filter 13 to round off the flanks and, via line 14 and the coil 11 connected to it, sets the diaphragm 7 and thus also the other parts of the vibration system into vibrations of a corresponding frequency.
- the resonance vibrations generate standing waves in the dynamic pressure chamber 6, which accelerate or slow down the noise pulses occurring during blowing, depending on their frequency position, and thus "synchronize” with the resonance frequency.
- the noise pulses in the useful signal range are emphasized in the resonance frequency range, so that they can be filtered out more easily in the subsequent circuit.
- the square-wave voltage of the generator 12 is deformed by the vibrations of the membrane 7 and thus the coil 11, because the membrane 7 and the coil 11 no longer follow the square-wave voltage properly due to the excitation in the resonance region, but instead execute sinusoidally shaped vibrations.
- the type of deformation depends on the distance between the generator frequency and the resonance frequency. If both are the same, the deformation is approximately symmetrical. If the generator frequency is smaller or larger than the resonance frequency, the deformation "moves" more according to the distance between the two frequencies to the ascending or descending branch of an amplitude.
- This "migration" is brought about by differently applying diaphragm pressure to the diaphragm 7, since, as already described above, this results in a change in the resonance frequency. Then it runs fixed generator frequency away with the result that the deformation of the amplitudes of the generator voltage shift.
- the changes in the blowing pressure which is supposed to bring about a corresponding change in the dynamics, therefore produce a proportional deformation of the amplitude of the generator voltage with the change in the resonance frequency caused thereby.
- the degree of deformation can then be processed into a control signal due to the proportionality to the blowing pressure.
- a trigger 15 is initially provided, in which the deformed voltage pulses are converted back into a square wave voltage.
- the trigger 15 scans, as will be seen in more detail from FIG. 2, the deformed voltage pulses with an upper and a lower trigger point, the trigger points "migrating" in the phase direction when the blowing pressure changes with the deformation of the amplitudes.
- the trigger points are distributed in such a way that there is a phase shift between the square-wave voltage of the generator 12 and the square-wave voltage generated by the trigger 15, the amount of the phase shift being proportional to the deformations and thus ultimately proportional to the blowing pressure.
- identity between the generator frequency and Rsonanzfrequenz a phase shift of 90 ° is set, if deviation of the resonance frequency up the phase shift is small and downwardly greater than 9 0 °.
- the two square-wave voltages generated by the generator 12 and trigger 15 go via lines 16, 17 into a phase comparator 18.
- the comparison square-wave voltage is then converted into an analog voltage signal in an integrator 19.
- This integrator 19 is also designed as a low-pass filter and thus as a frequency filter. Its cut-off frequency here is 2oo Hz. Above this cut-off frequency, it acts as a barrier, so that the noise pulses synchronized to the resonance frequency of one kHz are filtered out, ie eliminated.
- the outgoing analog signal is therefore free from influences from the range above 2oo Hz and thus all noise pulses.
- the analog voltage is amplified to a drive voltage 21 that can be used by the playback device.
- the amplification does not have to be linear, but can also be done exponentially in such a way that a certain increase in the control voltage 21 towards higher blow pressures requires increasing blow pressure changes. In this way, extensive adaptation to the blowing pressure dynamic behavior in actual instruments can be achieved.
- the upper limit of the dynamic range naturally has a limit, namely if the distance between the generator frequency and the resonance frequency has become too large due to very high blowing pressure, for further noteworthy deformations of the square-wave voltage of the generator 12 and thus cause a corresponding phase shift between this and the trigger square wave voltage.
- it can be increased if the generator frequency tracks the resonance frequency, but not as quickly as this. In this way, the resonant frequency of the generator frequency runs away more slowly, so that the frequency spacing, which limits the dynamic range, is only reached at higher blowing pressures.
- the above-described tracking of the resonance frequency can be achieved in that the generator frequency is subjected to a voltage control, that is to say can be raised or lowered by changing a control voltage. So that this takes place synchronously with the resonance frequency, but only more slowly, the generator 12 can be connected to the output of the operational amplifier 20 via a connecting line 22 (shown in broken lines). Since the drive voltage 21 present there corresponds to the respective resonance frequency of the oscillation system in the blower converter 1, the generator frequency is tracked by the drive voltage 21, a potentiometer 23 in the connecting line 22 ensuring that the tracking is slowed down. By adjusting the potentiometer 23, the slowdown of the tracking can be adjusted as required.
- the voltage controllability of the generator 12 can also be used for so-called zero point stabilization.
- a stabilization should be provided in order to keep the set distance between the generator frequency and the resonance frequency constant at zero dynamic pressure, that is to say without the diaphragm 7 being subjected to blowing pressure. or if the distance changes, the generator frequency can be traced back to the set distance regardless of the actual value of the resonance frequency.
- Such changes in distance can in particular be brought about by different air pressures and by the effects of moisture and have the consequence that the control voltage also changes, which is of course undesirable.
- changes in distance can occur when the blower converter 1 is switched on in that the capacitors of the circuit are initially discharged. Both can be eliminated by tracking the generator frequency to the specified distance from the resonance frequency.
- a stabilization circuit which automatically adjusts the generator frequency to the respective resonance frequency when the blowing pressure transducer 1 is switched on but not acted upon. It consists of two comparators 26, 27 connected in parallel lines 24, 25 to the control voltage 21, each with subsequent diodes 28, 29 with different blocking directions, and an integrator 3o after connecting the lines 24, 25, the high-resistance output of which is connected to the generator 12. This reacts when voltage is applied to input 31 so that the generator frequency increases when the voltage is reduced.
- a limiting resistor 32 is additionally installed in line 25.
- the comparators 26, 27 have different threshold voltages and different behavior.
- the threshold voltage of the first comparator 26 is at a control voltage 21, which is slightly above that The resonant frequency corresponds to the generator frequency. If this threshold voltage is undershot, a high output level is produced in the first comparator 26.
- the threshold voltage of the second comparator 27 is higher i namely at a control voltage 21 which corresponds to a resonance frequency which is so far above the generator frequency that the threshold voltage is not exceeded due to self-adjustment of the resonance frequency and the control voltage 21 generated thereby.
- the second comparator 27 has a low output level when the threshold voltage is undershot, and a high output level when it is exceeded.
- the comparator 26 now charges the integrator 3o or its capacitor because of the diode 28 switched in the forward direction, the limiting resistor 32 ensuring that the integrator 3o is charged faster than it discharges again via the diode 29 and the second comparator 27 could.
- the control voltage at the input 31 of the generator 12 also rises, causing its frequency to decrease accordingly.
- the deformation of the square-wave voltage moves in the direction of lower phase shifts to the square-wave voltage generated in trigger 15, as a result of which the control voltage 21 increases until it has reached the threshold voltage of the first comparator 26.
- the generator frequency is then just above the resonant frequency and the phase shift slightly above 9 0 °.
- the first comparator 26 then switches to a low level so that the integrator 3o is no longer charged.
- the resonance frequency of the vibration system is shifted far upward, as a result of which the control voltage 21 also increases accordingly. In any case, this increase is so high that the threshold voltage of the second comparator 27 is exceeded. This then switches to a high output level, which is blocked by the diode 29, but on the other hand also prevents the integrator 3o from being discharged. Since the other diode 28 likewise makes discharge impossible, the control voltage of the integrator 3o and thus the generator frequency remain constant during the example of the device. An adjustment of the generator frequency, which would then be undesirable, is prevented in this way, unless the tracking already described above via the connecting line 22 and the potentiometer 23 is provided. In both cases, the value of the control voltage 21 is determined by the distance between the resonance frequency, which is dependent on the respective blowing pressure, and the generator frequency, which is either kept constant or slower.
- the resonance frequency drops again due to the lack of blowing pressure, but often no longer up to the initial value to which the generator frequency was set.
- the resonance frequency may have shifted upwards, in particular due to moisture influences. This is undesirable because higher control voltages 21 would then result with a certain blowing pressure than at the beginning.
- the threshold voltage of the second comparator 27 is selected to be so high that the control voltage 21 of a resonance frequency adjusted in this way is normally always lower at zero blowing pressure, the second comparator 27 switches back to a low level during a pause, so that the integrator 3o is above it begins to discharge.
- the control voltage at the input 31 of the generator 12 thus drops, as a result of which the generator frequency increases accordingly until it is again somewhat above the resonance frequency.
- the control voltage 21 has again reached a value due to the increasing phase shift, which causes the first comparator 26 to switch to a high level, so that the integrator 3o is recharged.
- the phase is then reached again in which the system oscillates around the threshold voltage of the first comparator 26, that is to say the generator frequency is practically kept at the same value.
- Fig. 2 shows in its sub-figures a, b and c the deformation of the square wave voltage of the generator 12 in the Coil 11 and the resulting phase shift of the square-wave voltage generated by the trigger 15.
- the generator voltage 33 at the output of the generator 12 is at the top, in the middle the voltages 34a, b, c deformed in the coil 11 in accordance with the respective distance between the generator and resonance frequency, and at the bottom the associated trigger voltages 35 a, b, c applied to each other at the same time.
- the dash-dotted vertical lines separate the individual sub-figures 2a, 2b and 2c.
- Auxiliary lines are drawn to represent the voltages 34a, b, c deformed in the coil 11, namely a center line and two outer lines at the top and bottom to indicate the maximum and minimum amplitudes and two inner lines on which the upper lines indicated by slashes and lower trigger points 36, 37.
- the trigger 15 is set so that it switches shortly before reaching the amplitude maxima and minima. This is done inversely, i.e. before the amplitude maximum is reached, it switches to low trigger output voltage and vice versa.
- the resonance frequency is greater than the generator frequency 33. This corresponds to a Blastikbeetzung the membrane 7.
- the deformation of the voltage 34a is such that the phase shift is smaller than 38 9 0 °. This phase shift becomes even smaller with increasing blowing pressure.
- the resonance frequency is identical to the generator frequency 33.
- the result is a deformed one Voltage 34b, which is practically sinusoidal and therefore symmetrical.
- the phase shift 38b then has the exact value of 9. 0 °.
- the phase shift 38 c has increased to over 90 ° due to a corresponding deformation of the voltage 34 c, because the resonance frequency is lower than the generator frequency 33.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung eines ein Nutzsignal bildenden Staudruckes, insbesondere des Blasdruckes in einem Blaswandler zur Lautstärkeansteuerung eines elektronischen Musikinstrumentes, in eine sich mit dem Wert des Nutzsignals entsprechend ändernde elektrische Größe als Ansteuerungssignal, beispielsweise eine Spannung, mit einem Staudruckraum, in dem eine auf die auftretenden Frequenzen des Nutzsignal und deren Anstiegszeiten hinreichend schnell ansprechende Membran eingesetzt ist, die an einem mechanoelektrischen Wandler mit einer Schaltung zur Erfassung der Membranbewegung und Verarbeitung in das Ansteuerungssignal angeschlossen ist.The invention relates to a device for converting a dynamic pressure forming a useful signal, in particular the blowing pressure in a blowing transducer for volume control of an electronic musical instrument, into an electrical variable that changes with the value of the useful signal as a control signal, for example a voltage, with a dynamic pressure chamber in which a membrane which responds sufficiently quickly to the frequencies of the useful signal and their rise times is inserted, which is connected to a mechanoelectric converter with a circuit for detecting the membrane movement and processing into the control signal.
Derartige Vorrichtungen sind vor allem bei elektronischen Musikinstrumenten bekannt. Sie sind dann Bestandteil eines Tastenblasinstrumentes, das im wesentlichen aus einem Blaswandler und einem Tastenfeld besteht. Das Tastenblasinstrument ist mit einer elektronischen Wiedergabeeinheit, die den Klang entsprechend der Ansteuerung durch die Tasten des Tastenfeldes und des Blaswandlers erzeugt, verbunden. Durch Einsetzen verschiedener Instrumentenmodule kann dabei der Klang beispielsweise einer Trompete, Posaune, Klarinette, Oboe oder dergleichen praktisch naturgetreu nachgebildet werden.Such devices are known primarily in electronic musical instruments. Then they are permanent part of a keyboard wind instrument, which consists essentially of a wind converter and a keyboard. The keyboard wind instrument is connected to an electronic playback unit which generates the sound in accordance with the control by the buttons on the keyboard and the wind converter. By inserting different instrument modules, the sound of, for example, a trumpet, trombone, clarinet, oboe or the like can be reproduced practically true to life.
Der Blaswandler dient dabei im Gegensatz zum normalen Blasinstrument nicht mehr der Klangerzeugung, sondern steuert die Dynamik des mittels der Tasten vorgegebenen Klangs, also im wesentlichen dessen Lautstärke, und zwar je nach Intensität des aufgebrachten Blasdruckes. Hierzu weist der Blaswandler ein Mundstück ähnlich einer Blockflöte auf, das nach innen in ein Staudruckrohr und in ein Abblasrohr übergeht. Das Abblasrohr läßt die eingeblasene Luft wieder ins Freie, während im Staudruckrohr und dem sich daran anschliessenden Staudruckraum ein der Intensität des Blasdrukkes entsprechender Staudruck entsteht.In contrast to the normal wind instrument, the wind transducer is no longer used to generate sound, but controls the dynamics of the sound specified by means of the keys, that is to say essentially its volume, depending on the intensity of the blowing pressure applied. For this purpose, the blow converter has a mouthpiece similar to a recorder, which merges inward into a dynamic pressure tube and into a blow-off tube. The blow-off pipe lets the air blown back into the open air, while a back pressure corresponding to the intensity of the blowing pressure is created in the back pressure pipe and the adjoining back pressure chamber.
Der Staudruckraum ist an einer Seite durch eine Membran abgeschlossen. Diese Membran ist mit einem mechanoelektrischen Wandler verbunden, der die Membranbewegung aufgrund des Staudruckes in eine elektrische Größe umwandelt, die mittels einer elektrischen Schaltung zu einem sich entsprechend dem Blasdruck verhaltenden Ansteuerungssignal, beispielsweise einer Spannung, verarbeitet wird, um die Wiedergabeeinheit anzusteuern. Als mechanoelektrische Wandler werden im Magnetfeld entsprechend der Membranbewegung schwingende Spulen oder auch Spiegelsysteme verwendet, die einen Lichtstrahl je nach Membranbewegung mehr oder weniger stark einer Fotozelle zuführen, die den Lichteinfall in eine proportionale elektrische Grösse umwandelt.The back pressure chamber is closed on one side by a membrane. This membrane is connected to a mechanoelectric converter, which converts the membrane movement into an electrical variable due to the dynamic pressure, which is processed by means of an electrical circuit into a control signal, for example a voltage, which behaves in accordance with the blowing pressure in order to control the playback unit. Coils or mirror systems that vibrate in accordance with the membrane movement are used as mechanoelectric converters in the magnetic field depending on the movement of the membrane, feed a light beam more or less strongly to a photocell, which converts the light into a proportional electrical quantity.
Gegenüber älteren Vorrichtungen, bei denen noch ein von einem Mikrofon abgetaster Ton erzeugt wurde, haben die Staudrucksysteme den Vorteil, daß sie selbst keinen Ton abgeben, nicht so sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit sind und einen großen Dynamikbereich haben. Bei Verwendung einer Membran geringer Masse und hoher Elastizität kann auch eine hohe Ansprechempfindlichkeit erzielt werden, so daß Staudruckänderungen mit hohen Anstiegszeiten, wie sie bei einem Stakkato vorkommen, oder die relativ schnellenschwingungen eines Vibrato gut verarbeitet werden.Compared to older devices, in which a sound sampled by a microphone was still generated, the dynamic pressure systems have the advantage that they do not emit sound themselves, are not very sensitive to moisture and have a large dynamic range. When using a membrane of low mass and high elasticity, a high sensitivity can also be achieved, so that back pressure changes with high rise times, such as occur in a staccato, or the relatively fast vibrations of a vibrato are processed well.
Eine solche Auslegung des Membransystems hat jedoch den Nachteil, daß die beim Blasen unvermeidlichen Rauschimpulse mitverarbeitet werden, jedenfalls in dem Frequenzbereich, für die die Membran ausgelegt ist. Dies ist aber gleichzeitig der Bereich, in dem die Staudruckänderungen, d.h. die Nutz-signale auftreten. Durch die zusätzlichen Rauschimpulse in diesem Frequenzbereich werden somit die Nutzsignale verfälscht, was in der Wiedergabe zu unerwünschten Dynamikänderungen führt.However, such a design of the membrane system has the disadvantage that the noise impulses which are unavoidable during blowing are also processed, at least in the frequency range for which the membrane is designed. However, this is also the area in which the dynamic pressure changes, i.e. the useful signals occur. The useful signals are thus falsified by the additional noise pulses in this frequency range, which leads to undesired dynamic changes in the reproduction.
Es ist zwar versucht worden, durch eine mechanische Bedämpfung, beispielsweise durch Verwendung einer härteren Membran oder durch Einfügen eines elektronischen Tiefpasses in die elektronische Schaltung den Einfluß der Rai.schimpulse zu verringern. Zwar konnte der Rauschabstand hierdurch verbessert werden, jedoch zu Las-:en des Nutzsignals, das wie die Rauschimpulse ebenfalls abgeschwächt wird. Zudem leidet.die Ansprechempfindlichkeit des Systems, so daß schnelle Blasdruckänderungen nur noch unvollkommen erfaßt werden.Attempts have been made to reduce the influence of the pulse by means of mechanical damping, for example by using a harder membrane or by inserting an electronic low-pass filter into the electronic circuit. Although it was possible to improve the signal-to-noise ratio as a result, it did, however, make the useful signal read like the Noise pulses is also attenuated. In addition, the responsiveness of the system suffers, so that rapid changes in blowing pressure are only imperfectly recorded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einem für die auftretenden Nutzsignale hinreichend empfindlichen Membransystem die in diesem Bereich liegenden Rauschimpulse möglichst weitgehend zu eliminieren, ohne hierdurch die Ansprechempfindlichkeit des Membransystems zu beeinträchtigen.The object of the invention is to eliminate as far as possible the noise impulses in this area in a device of the type mentioned with a membrane system that is sufficiently sensitive to the useful signals that occur, without thereby impairing the response sensitivity of the membrane system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Staudruckraum, Membran und Wandler derart ausgelegt sind, daß sie ein Schwingungssystem mit gemeinsamer Resonanzfrequenz bilden, die oberhalb des Frequenzbereiches der Nutzsignale liegt, wobei die Schaltung einen Spannungsimpulse oder eine Wechselspannung im Bereich der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems zumindest bei Null-Staudruck erzeugenden Generator zur Anregung der Membran sowie eine Auswerteschaltung zur Erfassung der Resonanzfrequenzänderung aufgrund der Beaufschlagung der Membran mit Nutzsignalen und eine Filtereinrichtung zur Eliminierung von Signalen zumindest im Bereich der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems aufweist.This object is achieved in that the dynamic pressure chamber, membrane and transducer are designed in such a way that they form an oscillation system with a common resonance frequency which lies above the frequency range of the useful signals, the circuit at least providing a voltage pulse or an alternating voltage in the region of the resonance frequency of the oscillation system Has zero back pressure generating generator for excitation of the membrane and an evaluation circuit for detecting the change in resonance frequency due to the application of useful signals to the membrane and a filter device for eliminating signals at least in the range of the resonance frequency of the vibration system.
Dieser Lösung liegt die schon zur Erfidung gehörende Idee zugrunde, den Einfluß der Rauschimpulse im Nutzsignalbereich dadurch zu eliminieren, daß sie mittels einer im Staudruckraum erzeugten Resonanzschwingung auf eine Frequenz beschleunigt bzw. auch abgebremst werden, die außerhalb des Nutzsignalbereiches liegt. Dort können die Rauschimpulse einfach herausgefiltert werden, ohne daß das Nutzsignal hierdurch beeinträchtigt wird.This solution is based on the idea, already part of the invention, of eliminating the influence of the noise pulses in the useful signal range by accelerating or decelerating them to a frequency that is outside the useful signal range by means of a resonance oscillation generated in the dynamic pressure chamber. There the noise impulses can simply be filtered out be without the useful signal is affected.
Die Erzeugung einer außerhalb des Nutzsignalbereiches liegenden Resonanzfrequenz geschieht dabei durch Anregung der Membran mittels eines elektronischen Generators, wobei das aus Staudruckraum, Membran und Wandler bestehende Schwingungssystem entsprechend ausgelegt ist. Für die Bildung des Ansteuerungssignales wird hier die Änderung der Resonanzfrequenz durch die Beaufschlagung der Membran mit dem Nutzsignal bzw. dem Staudruck herangezogen. Durch die Nutzsignalbeaufschlagung wird nämlich die Luftdichte im Staudruckraum und die Spannung der Membran derart beeinflußt, daß sich die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems proportional zu Intensität des Nutzsignales verschiebt.A resonance frequency lying outside the useful signal range is generated by excitation of the membrane by means of an electronic generator, the vibration system consisting of the dynamic pressure chamber, membrane and transducer being designed accordingly. The change in the resonance frequency by the application of the useful signal or the dynamic pressure to the membrane is used here for the formation of the control signal. The application of the useful signal affects the air density in the dynamic pressure chamber and the voltage of the membrane in such a way that the resonance frequency of the vibration system shifts in proportion to the intensity of the useful signal.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zum Schwingungssystem ein an der dem Staudruckraum abgewandten Seite der Membran angeordneter, definierter Rückraum gehört, dessen Resonanzfrequenz zumindest im Bereich der Resonanzfrequenzen der übrigen Teile des Schwingungssystems liegt. Dieser Rückraum bedämpft insbesondere die oberhalb des Nutzsignalbereiches liegenden Schwingungen der Membran, so daß Verfälschungen aus diesem Bereich weitgehend eliminiert werden.In an embodiment of the invention it is provided that the vibration system includes a defined rear space which is arranged on the side of the membrane facing away from the dynamic pressure chamber and whose resonance frequency is at least in the range of the resonance frequencies of the other parts of the vibration system. This back space dampens in particular the vibrations of the membrane lying above the useful signal range, so that falsifications from this range are largely eliminated.
Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems oberhalb des fünffachen des Frequenzbereiches des Nutzsignales liegt. Auf diese Weise ist gesichert, daß die Rauschimpulse genügend weit aus dem Nutzsignalbereich herausgehoben werden. Soweit die Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektronischen Musikinstrumentes Verwendung finden soll, ist eine im Bereich von einem kHz liegende Resonanzfrequenz zweckmäßig.The invention further provides that the resonance frequency of the vibration system is above five times the frequency range of the useful signal. In this way it is ensured that the noise pulses are lifted out of the useful signal range sufficiently. As far as the device for controlling an electronic musical instrument can be used a resonance frequency in the range of one kHz is expedient.
Damit die Bewegung der Membran im Bereich der Resonanzfrequenz sehr ausgeprägt ist, sollten die Resonanzfrequenzen der Teile des Schwingungssystems praktisch identisch sein.So that the movement of the membrane in the region of the resonance frequency is very pronounced, the resonance frequencies of the parts of the vibration system should be practically identical.
Als Filtereinrichtung kann beispielsweise ein Tiefpaß mit einer oberhalb des Nutzsignalbereiches, aber unterhalb der Resonanzfrequenz liegenden Grenzfrequenz verwendet werden.A low-pass filter with a cutoff frequency above the useful signal range but below the resonance frequency can be used as the filter device, for example.
Für'die Erfassung der Resonanzfrequenzänderung zur Bildung eines Ansteuerungssignales kommen beispielsweise folgende alternative Lösungen in Frage. So kann die Schaltung derart ausgebildet sein, daß der Generator Spannungsimpulse bzw. eine Wechselspannung konstanter Frequenz erzeugt und die Auswerteschaltung die jeweilige Resonanzfrequenz durch Messung der Membranamplitude erfaßt und zu einem entsprechenden Ansteuerungssignal verarbeitet. In der einfachsten Ausführungsform besteht eine solche Schaltung aus einem Sinusgenerator und einem integrierenden Gleichrichter, wobei der Wandler parallel geschältet wird, Je nach Amplitude der Wechselspannung erhält man eine entsprechend hohe Ansteuerungsspannung, die für ein Wiedergabegerät verwendet werden kann.For example, the following alternative solutions can be used for the detection of the change in resonance frequency to form a control signal. Thus, the circuit can be designed in such a way that the generator generates voltage pulses or an AC voltage of constant frequency and the evaluation circuit detects the respective resonance frequency by measuring the membrane amplitude and processes it into a corresponding control signal. In the simplest embodiment, such a circuit consists of a sine generator and an integrating rectifier, the converter being connected in parallel. Depending on the amplitude of the alternating voltage, a correspondingly high drive voltage is obtained which can be used for a reproduction device.
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß der Generator in einem Regelkreis zur.zumindest proportionalen Nachregelung der Generatorfrequenz auf die Resonanzfrequenz geschaltet wird, wobei die Auswerteschaltung die jeweilige Generatorfrequenz erfaßt und zu einem entsprechenden Ansteuerungssignal verarbeitet.A second possibility is that the generator is switched to the resonance frequency in a control circuit for at least proportional readjustment of the generator frequency, the evaluation circuit detecting the respective generator frequency and processing it into a corresponding control signal.
Als gut geeignet hat sich auch eine Schaltung erwiesen, bei der der Generator eine Rechteckspannung erzeugt und die Auswerteschaltung die Verformung der Rechteckimpulse im Wandler erfaßt und zu einem entsprechenden Ansteuerungssignal verarbeitet. Die Verformung der Rechteckimpulse wird dabei dadurch bewirkt, daß die Membran im Bereich der Resonanzfrequenz nicht mehr genau der rechteckförmigen Anregung zu folgen vermag. Die Art der Verformung, insbesondere deren jeweilige Phasenlage,kann dann zu einem dem Abstand der Resonanzfrequenz von der Generatorfrequenz proportionalen Ansteuerungssignal verarbeitet werden.A circuit in which the generator generates a square-wave voltage and the evaluation circuit detects the deformation of the square-wave pulses in the converter and processes it into a corresponding control signal has also proven to be well suited. The deformation of the rectangular pulses is brought about in that the membrane is no longer able to exactly follow the rectangular excitation in the region of the resonance frequency. The type of deformation, in particular its respective phase position, can then be processed into a control signal which is proportional to the distance between the resonance frequency and the generator frequency.
Dies kann dadurch geschehen, daß eine Triggerschaltung zur Umwandlung der verformten Rechteckimpulse in eine Rechteckspannung vorgesehen ist, deren Triggerpunkte derart liegen, daß die erzeugte Rechteckspannung gegenüber der verformten eine zur jeweiligen Verformung proportionale Phasenverschiebung hat, die zu dem Ansteuerungssignal verarbeitet wird. Dabei werden die Triggerpunkte zweckmäßigerweise derart gelegt, daß bei einer mit der Resonanzfrequenz übereinstimmenden Generatorfrequenz die Phasenverschiebung 90° beträgt. Die Triggerpunkte sollten kurz vor Erreichen des Amplitudenmaximums bzw. -minimums der verformten Rechteckimpulse liegen. Mit dieser Triggerschaltung lassen sich die Verformungen auf einfache Weise in eine phasenverschobene Rechteckspannung umwandeln, wobei die Phasenverschiebung der Staudruckbeaufschlagung der Membran proportional ist.This can be done by providing a trigger circuit for converting the deformed square-wave pulses into a square-wave voltage, the trigger points of which are such that the square-wave voltage generated has a phase shift which is proportional to the respective deformation and which is processed to form the drive signal. The trigger points are expediently set such that the phase shift is 90 ° at a generator frequency that corresponds to the resonance frequency. The trigger points should be shortly before reaching the amplitude maximum or minimum of the deformed rectangular pulses. With this trigger circuit, the deformations can be converted into a phase-shifted square-wave voltage in a simple manner, the phase shift being proportional to the back pressure on the membrane.
Für die Erfassung der Phasenverschiebung kann ein Phasenvergleicher vorgesehen werden, der die Phasenverschiebung in eine Vergleichsrechteckspannung mit einem der jeweiligen Phasenverschiebung entsprechenden Taktverhältnis umwandelt. An den Phasenvergleicher kann sich dann ein Integrator zur Umwandlung der Vergleichsrechteckspannung in eine dem Taktverhältnis entsprechende Analogspannung anschließen, die gegebenenfalls verstärkt als Ansteuerungssignal zu verwenden ist. Dabei sollte der Integrator gleichzeitig die Filtereinrichtung enthalten, mit der die auf die Resonanzfrequenz synchronisierten Rauschimpulse eliminiert werden.For the detection of the phase shift can be a P hare comparator is provided, which with the phase shift in a square-wave voltage comparison converts a clock ratio corresponding to the respective phase shift. An integrator can then be connected to the phase comparator for converting the comparison square-wave voltage into an analog voltage corresponding to the clock ratio, which may be used to an increased extent as a control signal. The integrator should at the same time contain the filter device with which the noise pulses synchronized to the resonance frequency are eliminated.
Für die Verstärkung kann hinter dem Integrator ein Verstärker vorgesehen sein, der eine exponentielle Kennlinie mit einer derartigen Charakteristik hat, daß zur Erreichung einer bestimmten Erhöhung des Ansteuerungssignals mit zunehmenden Staudruck eine größer werden Staudruckänderung erforderlich ist. Diese Ausbildung empfiehlt sich insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blaswandler.For the amplification, an amplifier can be provided behind the integrator, which has an exponential characteristic curve with such a characteristic that a larger change in the back pressure is required to achieve a certain increase in the control signal with increasing back pressure. This training is particularly recommended when using the device according to the invention as a blow converter.
Zur Vergrößerung des Dynamikbereiches sieht die Erfindung vor, daß die Generatorfrequenz spannungssteuerbar ist und der Generator mit dem Ansteuerungssignal derart in Verbindung steht, daß die Generatorfrequenz der Resonanzfrequenz in einem Verhältnis kleiner als 1 nachgeführt wird. Zweckmäßigerweise sollte das Nachführungsverhältnis beispielsweise mittels einesPotentiometer einstellbar sein. Aufgrund dieser Nachführung verändert sich der Abstand zwischen der Generatorfrequenz und der Resonanzfrequenz langsamer, so daß die Generatorfrequenz länger im Bereich der Resonanzfrequenz verbleibt.To increase the dynamic range, the invention provides that the generator frequency can be voltage controlled and the generator is connected to the control signal in such a way that the generator frequency tracks the resonance frequency in a ratio of less than 1. The tracking ratio should expediently be adjustable, for example by means of a potentiometer. Due to this tracking, the distance between the generator frequency and the resonance frequency changes more slowly, so that the generator frequency remains longer in the range of the resonance frequency.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Stabilisierungsschaltung zur selbsttätigen Anpassung der Generatorfrequenz an die Resonanzfrequenz bei Null-Staudruck in zumindest einer Richtung vorgesehen. Auf diese Weise können Änderungen der Resonanzfrequenz aufgrund von Luftdruck- oder Feuchtigkeitseinflüssen kompensiert werden. Die Stabilisierungsschaltung sorgt dann dafür, daß der Abstand zwischen Resonanzfrequenz und Generatorfrequenz unanhängig von deren absoluten Werten gleichbleibt.According to a further feature of the invention is a Stabilizing circuit for automatically adapting the generator frequency to the resonance frequency at zero dynamic pressure in at least one direction is provided. In this way, changes in the resonance frequency due to atmospheric pressure or moisture influences can be compensated. The stabilization circuit then ensures that the distance between the resonance frequency and generator frequency remains the same regardless of their absolute values.
Die Stabilisierungsschaltung sollte dabei zumindest in der Lage sein, die Generatorfrequenz bei Abweichung von der Resonanzfrequenz nach oben wieder herabzudrücken. Hierzu kann die Stabilisierungsschaltung aus einem an dem Ansteuerungssignal anliegenden Komparator, einem Integrator zur-Bildung einer Steuerspannung für den Generator und einer dazwischen geschalteten Diode zur Verhinderung der Entladung des . Integrators bestehen, wobei die Schwellspannung des Komparators bei einem Ansteuerungssignal liegt, bei der die Generatorfrequenz mit der Resonanzfrequenz etwa übereinstimmt. Der Komparator sollte dann unterhalb seiner Schwellspannung hohen Ausgangspegel führen und die Generatorfrequenz bei Anhebung der Steuerspannung abfallen. Auf diese Weise kann die bei Einschaltung des gesamten Systems oberhalb der Resonanzfrequenz liegende Generatorfrequenz soweit erniedrigt werden, bis sie im wesentlichen übereinstimmen.The stabilization circuit should at least be able to push the generator frequency down again if there is a deviation from the resonance frequency. For this purpose, the stabilization circuit can consist of a comparator applied to the control signal, an integrator for forming a control voltage for the generator and a diode connected in between to prevent the discharge of the. Integrators exist, the threshold voltage of the comparator being at a control signal in which the generator frequency approximately matches the resonance frequency. The comparator should then have a high output level below its threshold voltage and the generator frequency should drop when the control voltage is raised. In this way, the generator frequency lying above the resonance frequency when the entire system is switched on can be reduced until they essentially match.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stabilisierungsschaltung die Generatorfrequenz bei Abweichung der Resonanzfrequenz nach oben anpaßt. Eine derartige Abweichung entsteht meist bei längerem Betrieb der Vorrichtung, und zwar aufgrund von Luftdruck- und Feuchtigkeitseinflüssen. Mit Hilfe der Stabilisierungsschaltung,folgt dann die Generatorfrequenz bei Null-Staudruck der Resonanzfrequenz soweit nach, bis sie wieder in etwa übereinstimmen, also den für Null-Staudruck vorgegebenen Abstandswert haben.According to a further feature of the invention, it is provided that the stabilization circuit adjusts the generator frequency upwards when the resonance frequency deviates. Such a deviation usually arises during prolonged operation of the device, due to the effects of air pressure and moisture. With help the stabilization circuit, the generator frequency then follows the resonance frequency at zero dynamic pressure until they roughly match again, that is to say they have the distance value specified for zero dynamic pressure.
Die Anpassung der Generatorfrequenz an die sich inzwischen erhöhte Resonanzfrequenz kann in Kombination mit der Schaltung, die eine Angleichung der Generatorfrequenz an eine niedriger liegende Resonanzfrequenz bewirkt, dadurch geschehen, daß parallel zum ersten Komparator ein zweiter, ebenfalls auf den Integrator wirkender Komparator vorgesehen ist, dessen Schwellspannung oberhalb eines Bereiches des Ansteuerungs- signals liegt, die sich durch Selbstverstellung der Resonanzfrequenz nach oben ergeben kann, wobei dieser Komparator bei Unterschreiten seiner Schwellspannung auf niedrigen Ausgangspegel schaltet, und daß ferner hinter dem zweiten Komparator eine Diode in Sperrichtung und ein Begrenzungswiderstand vorgesehen ist. Bei dieser Stabilisierungsschaltung wird der Integrator über den zweiten Komparator entladen, wenn das Ansteuerungssignal bei Null-Staudruck zwischen der Schwellspannung des ersten und des zweiten Komparators liegt, wodurch ja angezeigt wird, daß die Resonanzfrequenz einen größeren als den dem Schwellspannung des ersten Kanparators entsprechenden Abstand zur Generatorfrequenz hat. Durch den Entladevorgang beim Integrator erhöht sich die Resonanzfrequenz wieder soweit, bis der vorgegebene Abstand zur Resonanzfrequenz wieder gegeben ist.The adaptation of the generator frequency to the meanwhile increased resonance frequency can be done in combination with the circuit, which brings about an adjustment of the generator frequency to a lower resonance frequency, in that a second comparator, which also acts on the integrator, is provided in parallel with the first comparator threshold voltage above a portion of the a nsteuerungs- signal is located, which may result from self-adjustment of the resonant frequency upward, said comparator switches to a low output level falls below its threshold, and that furthermore provided behind the second comparator a diode in the reverse direction and a limiting resistor . In this stabilization circuit, the integrator is discharged via the second comparator when the control signal at zero dynamic pressure lies between the threshold voltage of the first and the second comparator, which indicates that the resonance frequency is greater than the distance corresponding to the threshold voltage of the first comparator Generator frequency. Through the discharge process at the integrator, the resonance frequency increases again until the predetermined distance from the resonance frequency is given again.
Der mechanoelektrische Wandler ist zweckmäßigerweise als eine an der Membran befestigte Spule ausgebildet, die in einem Magnetfeld angeordnet ist. Er kann jedoch auch als piezokeramisches, kapazitiv oder elektromagnetisch arbeitendes System ausgebildet sein.The mechanoelectric converter is expediently designed as a coil attached to the membrane, which is arranged in a magnetic field. However, he can also be designed as a piezoceramic, capacitive or electromagnetic system.
Um Feuchtigkeitseinflüsse von der Membran fernzuhalten, sollte vor dem Staudruckraum ein feuchtigkeitsabsorbierender Filter angeordnet werden. Dies kann beispielsweise in einer einfachen Ausführungsform ein Pfeifenreiniger sein.To keep moisture away from the membrane, a moisture-absorbing filter should be placed in front of the dynamic pressure chamber. In a simple embodiment, this can be a pipe cleaner, for example.
Schließlich sieht die Erfindung vor, daß vor dem Staudruckraum ein Staudruckrohr angeordnet ist, das sich zum Staudruckraum hin verjüngt. Aufgrund dieser Verjüngung ist das Staudruckrohr nicht mehr Teil des Staudruckraumes und kann somit beliebig geformt werden, ohen daß hierdurch die Resonanzfrequenz des Staudruckraumes beeinflußt wird.Finally, the invention provides that a dynamic pressure tube is arranged in front of the dynamic pressure chamber and tapers towards the dynamic pressure chamber. Because of this tapering, the dynamic pressure tube is no longer part of the dynamic pressure chamber and can thus be shaped in any way without the resonant frequency of the dynamic pressure chamber being influenced thereby.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles näher veranschaulicht. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Blaswandler für ein elektronisches Musikinstrument mit einem Blockschaltbild der elektrischen Schaltung und
- Fig. 2 eine graphische Darstellung der Spannungsverläufe in der Schaltung gemäß Fig. 1.
- Fig. 1 is a blow converter for an electronic musical instrument with a block diagram of the electrical circuit and
- FIG. 2 shows a graphical representation of the voltage profiles in the circuit according to FIG. 1.
Der Blaswandler 1 ist im Längsschnitt dargestellt und mit einer elektrischen Schaltung verbunden, die der Erzeugung eines Ansteuerungssignales für eine elektronische Wiedergabeeinheit dient. Dabei ist der Blaswandler 1 Teil eines hier nicht dargestellten Tastenblasinstrumentes, wobei mit den Tasten die jeweilige Tonhöhe für die Widergabeeinheit angesteuert wird, während der Blaswandler 1 die Dynamiksteuerung bewirkt, also im wesentlichen die Lautstärke beeinflußt. Mit ihm wird ebenfalls die Wiedergabeeinheit angesteuert, die dann mit einer entsprechenden Dynamik bei der Wiedergabe reagiert.The
Der Blaswandler 1 besteht im wesentlichen aus einem einem Flötenmundstück nachempfundenen Anblasstück 2 sowie dem Blaswandlerkörper 3. In letzterem verlaufen zwei Kanäle,nämlich das schräg nach unten verlaufende und wieder ins Freie mündende Abblasrohr 4, das überhaupt ein kontinuierliches Blasen ermöglicht, sowie das Staudruckrohr 5, in dem sich je nach Blasintensität ein mehr oder weniger großer Staudruck aufbaut. Letzteres verengt sich nach hinten konisch.The blowing
Das Staudruckrohr 5 mündet in einen Staudruckraum 6, der durch eine elastische Membran 7 abgeschlossen wird. Sie ist hinsichtlich ihrer Masse und Elastizität so ausgelegt, daß sie die auftretenden Nutzsignale, al- ; so den Blasdruck und seine Änderungen, verarbeiten kann, und zwar auch bei sehr schnellen Änderungen, wie sie beim Stakkato oder Vibrato auftreten.The
An der Rückseite der Membran 7 schließt sich eine Rückraum 8 an, der über eine genau definierte Bohrung 9 Verbindung nach außen hat, wobei die Bohrung 9 so bemessen ist, daß hohe Frequenzen der Membran 7 bedämpft werden. In den Rückraum 8 ist ein Permanentmagnet lo eingesetzt, dessen Nord-Süd-Polung senkrecht zur Fläche der Membran 7 liegt. An der Membran 7 ist eine Spule 11 befestigt, die sich im Feld des Permanentmagneten lo befindet.At the rear of the membrane 7 there is a rear space 8 which has a connection to the outside via a precisely defined bore 9, the bore 9 being dimensioned such that high frequencies of the membrane 7 are damped. In the back space 8, a permanent magnet lo is inserted, the north-south polarity of which is perpendicular to the surface of the membrane 7. On the membrane 7, a
Staudruckraum 6, Membran 7, Rückraum 8 sowie Permanentmagnet lo und Spule 11 sind jeweils so ausgelegt, daß sie bei Null-Staudruck die gleichen Resonanzfrequenzen aufweisen. Die sich daraus ergebende Gesamtresonanzfrequenz hängt dabei von dem Volumen des Staudruck- und des Rückraumes 6, 8, wobei das Volumen des Staudruckrohres 5 wegen seiner konischen Ausbildung vernachlässigt werden kann, der Bohrung 9, der Spannung und Masse der Membran 7 mit Spule 11 sowie deren Induktivität ab. Sie erhöht sich, wenn der Blas- und damit der Staudruck größer werden, weil sich dann die Dichte der Luft im Staudruckraum 6 und die Spannung der Membran 7 sowie die Induktivität der Spule 11 ändern. Entsprechendes gilt bei Abschwächung des Blasdruckes.Dynamic pressure chamber 6, membrane 7, rear chamber 8 and
Im vorliegenden Fall ist das Schwingungssystem so ausgelegt, daß eine Resonanzfrequenz etwa bei 1 kHz liegt, also weit oberhalb des Nutzsignalbereiches, der hier maximal bis 2oo Hz geht.In the present case, the oscillation system is designed so that a resonance frequency is approximately 1 kHz, that is, far above the useful signal range, which in this case goes up to a maximum of 2oo Hz.
Die Spule 11 ist an eine elektrische Schaltung angeschlossen, um die Bewegung der Membran 7 und damit der Spule 11 im Magnetfeld bei Blasdruckbeaufschlagung in ein entsprechend sich verhaltendes Ansteuerungssignal, hier eine Ansteuerungsspannung für die Wiedergabeeinheit umzuwandeln und zu verarbeiten. Die Schaltung ist in einem Blockschaltbild dargestellt, deren einzelne Elemente ("Blöcke") Einzelschaltungen betreffen, wie sie für sich genommen unter den jeweiligen Bezeichnungen allgemein bekannt sind, so daß auf deren nähere Erläuterung verzichtet werden kann.The
Die elektrische Schaltung weist einen Generator 12 auf, der eine Rechteckspannung mit einer konstanten Generatorfrequenz erzeugt, die im Bereich der Resonanzfrequenz des zuvor beschriebenen Schwingungssystems liegt. Die Rechteckspannung durchläuft einen Tiefpaß 13 zur Abrundung der Flanken und versetzt über die Leitung 14 und die daran angeschlossene Spule 11 die Membran 7 und damit auch die anderen Teile des Schwingungssystems in Schwingungen entsprechender Frequenz.The electrical circuit has a
Die Resonanzschwingungen erzeugen im Staudruckraum 6 stehende Wellen, die die beim Blasen auftretenden Rauschimpulse je nach ihrer Frequenzlage beschleunigen oder abbremsen und damit auf die Resonanzfrequenz "synchronisieren". Auf diese-Weise werden die im Nutzsignalbereich liegenden Rauschimpulse in den Resonanzfrequenzbereich herausgehoben, so daß sie in der nachfolgenden Schaltung leichter herausgefiltert werden können.The resonance vibrations generate standing waves in the dynamic pressure chamber 6, which accelerate or slow down the noise pulses occurring during blowing, depending on their frequency position, and thus "synchronize" with the resonance frequency. In this way, the noise pulses in the useful signal range are emphasized in the resonance frequency range, so that they can be filtered out more easily in the subsequent circuit.
Die Rechteckspannung des Generators 12 wird durch die Schwingungen der Membran 7 und damit der Spule 11 verformt, weil die Membran 7 und die Spule 11 durch die Anregung im Resonanzbereich nicht mehr sauber der Rechteckspannung folgen, sondern sinusartig verformte Schwingungen ausführen. Die Art der Verformung ist dabei abhängig von dem Abstand der Generatorfrequenz zur Resonanzfrequenz. Sind beide gleich, so ist die Verformung annähernd symmetrisch. Ist die Generatorfrequenz- kleiner oder größer als die Resonanzfrequenz, so "wandert" die Verformung entsprechend dem Abstand der beiden Frequenzen mehr zum aufsteigenden oder absteigenden Ast einer Amplitude.The square-wave voltage of the
Diese "Wanderung" wird durch unterschiedliche Beaufschlagung der Membran 7 mit Blasdruck bewirkt, da sich hierdurch - wie schon oben beschrieben - eine Veränderung der Resonanzfrequenz ergibt. Sie läuft dann der fest eingestellten Generatorfrequenz weg mit der Folge, daß sich auch die Verformung der Amplituden der Generatorspannung verschieben. Die Änderungen des Blas÷ druckes, die ja eine entsprechende Änderung der Dynamik bewirken soll, erzeugt also mit der hierdurch bedingten Änderung der Resonanzfrequenz eine proportionale Verformung der Amplitude der Generatorspannung. Das Maß der Verformung kann dann wegen der Proportionalität zum Blasdruck zu einem Ansteuerungssignal verarbeitet werden.This "migration" is brought about by differently applying diaphragm pressure to the diaphragm 7, since, as already described above, this results in a change in the resonance frequency. Then it runs fixed generator frequency away with the result that the deformation of the amplitudes of the generator voltage shift. The changes in the blowing pressure, which is supposed to bring about a corresponding change in the dynamics, therefore produce a proportional deformation of the amplitude of the generator voltage with the change in the resonance frequency caused thereby. The degree of deformation can then be processed into a control signal due to the proportionality to the blowing pressure.
Hierzu ist zunächst ein Trigger15 vorgesehen, in dem die verformten Spannungsimpulse wieder in eine Rechteckspannung umgewandelt werden. Der Trigger 15 tastet, wie aus Fig. 2 noch näher zu ersehen sein wird, mit einem oberen und einem unteren Triggerpunkt die verformten Spannungsimpulse ab, wobei die Triggerpunkte bei Änderung des Blasdruckes mit der Verformung der Amplituden in Phasenrichtung "wandern". Die Triggerpunkte sind dabei so verteilt, daß sich eine Phasenverschiebung zwischen der Rechteckspannung des Generators 12 und der vom Trigger15 erzeugten Rechteckspannung ergibt, wobei das Maß der Phasenverschiebung sich proportional zu den Verformungen und damit letztendlich proportional zum Blasdruck verhält. Bei Identität zwischen Generatorfrequenz und Rsonanzfrequenz ist eine Phasenverschiebung von 90° eingestellt, bei Abweichung der Resonanzfrequenz nach oben wird die Phasenverschiebung kleiner und nach unten größer als 90°.For this purpose, a
Über die Leitungen 16, 17 gehen die beiden vom Generator 12 und Trigger15 erzeugten Rechteckspannungen in einen Phasenvergleicher 18. Dieser bildet eine Vergleichsrechteckspannung mit einem der Phasenverschiebung entsprechenden Taktverhältnis, d.h. je größer die Phasenverschiebung ist, desto kürzer sind die Rechteckimpulse mit hohem Pegel gegenüber denen mit niedrigem Pegel, wobei die Frequenz jeweils die Generatorfrequenz ist.The two square-wave voltages generated by the
Die Vergleichsrechteckspannung wird anschließend in einem Integrator 19 in ein analoges Spannungssignal ungewandelt. Dieser Integrator 19 ist gleichzeitig auch als Tiefpaß und damit als Frequenzfilter ausgebildet. Seine Grenzfrequenz liegt hier bei 2oo Hz. Oberhalb dieser Grenzfrequenz wirkt er als Sperre, so daß die auf die Resonanzfrequenz von einem kHz synchronisierten Rauschimpulse herausgefiltert, also eliminiert werden. Das ausgehende analoge Signal ist somit frei von Einflüssen aus dem Bereich oberhalb von 2oo Hz und damit sämtlicher Rauschimpulse.The comparison square-wave voltage is then converted into an analog voltage signal in an
In einem nachfolgenden Operationsverstärker 2o wird die analoge Spannung zu einer für das Wiedergabegerät verwertbaren Ansteuerungsspannung 21 verstärkt. Die Verstärkung muß dabei nicht linear erfolgen, sondern kann auch exponentiell in der Weise geschehen, daß eine bestimmte Zunahme der Ansteuerungsspannung 21 zu höheren Blasdrücken hin immer größer werdende Blasdruckänderungen erfordert. Hierdurch kann eine weitgehende Anpassung an das Blasdruck-Dynamikverhalten bei tatsächlichen Instrumenten erzielt werden.In a subsequent
Der Dynamikbereich hat nach oben hin natürlich eine Grenze, nämlich wenn der Abstand der Generatorfrequenz zur Resonanzfrequenz wegen sehr hohen Blasdrukkes zu groß geworden ist,um noch weitere, nennenswerte Verformungen der Rechteckspannung des Generators 12 und damit eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen dieser und der Triggerrechteckspannung zu bewirken. Er kann jedoch vergrößert werden, wenn die Generatorfrequenz der Resonanzfrequenz nachgeführt wird, allerdings nicht so schnell wie diese. Auf diese Weise läuft die Resonanzfrequenz der Generatorfrequenz langsamer weg, so daß der Frequenzabstand, der den Dynamikbereich begrenzt, erst bei höheren Blasdrücken erreicht wird.The upper limit of the dynamic range naturally has a limit, namely if the distance between the generator frequency and the resonance frequency has become too large due to very high blowing pressure, for further noteworthy deformations of the square-wave voltage of the
Die vorbeschriebene Nachführung der Resonanzfrequenz kann dadurch verwirklicht werden, daß die Generatorfrequenz einer Spannungsteuerung unterworfen wird, sich also durch Änderung einer Steuerspannung anheben oder absenken läßt. Damit dies synchron mit der Resonanzfrequenz, jedoch nur langsamer erfolgt, kann der Generator 12 über eine Verbindungsleitung 22 (gestrichelt dargestellt) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 2o verbunden werden. Da die dort vorhandene Ansteuerungsspannung 21 der jeweiligen Resonanzfrequenz des Schwingungssystems im Blaswandler 1 entspricht, wird die Generatorfrequenz durch die Ansteuerungsspannung 21 nachgeführt, wobei ein Potentiometer 23 in der Verbindungsleitung 22 für eine Verlangsamung der Nachführung sorgt. Durch Verstellung des Potentiometers 23 kann die Verlangsamung der Nachführung je nach Bedürfnis eingestellt werden.The above-described tracking of the resonance frequency can be achieved in that the generator frequency is subjected to a voltage control, that is to say can be raised or lowered by changing a control voltage. So that this takes place synchronously with the resonance frequency, but only more slowly, the
Die Spannungssteuerbarkeit des Generators 12 läßt sich auch für eine sogenannte Nullpunktstabilisierung ausnutzen. Eine solche Stabilisierung sollte vorgesehen werden, um den einmal eingestellten Abstand zwischen Generatorfrequenz und Resonanzfrequenz bein Null-Staudruck, also ohne Blasdruckbeaufschlagung der Membran 7, konstant zu halten, bzw. bei Abstandsänderung die Generatorfrequenz wieder auf den eingestellten Abstand unabhängig vom jeweils tatsächlichen Wert der Resonanzfrequenz zurückzuführen. Derartige Abstandsänderungen können insbesondere durch unterschiedliche Luftdrucke und durch Feuchtigkeitseinflüsse bewirkt werden und haben zur Folge, daß sich die Ansteuerungsspannung ebenfalls verändert, was natürlich unerwünscht ist. Daneben können Abstandsänderungen beim Einschalten des Blaswandlers 1 dadurch entstehen, daß die Kondensatoren der Schaltung zunächst noch entladen sind. Beide können durch Nachführung der Generatorfrequenz auf den vorgegebenen Abstand zur Resonanzfrequenz eliminiert werden.The voltage controllability of the
Hierfür ist eine Stabilisierungsschaltung vorgesehen, die eine automatische Anpassung der Generatorfrequenz an die jeweilige Resonanzfrequenz bei eingeschaltetem,jedoch nicht beaufschlagten Blasdruckwandler 1 vornimmt. Sie besteht aus zwei in parallelen Leitungen 24, 25 an die Ansteuerungsspannung 21 geschaltete Komparatoren 26, 27 mit jeweils nachfolgenden Dioden 28, 29 unterschiedlicher Sperrichtung sowie einem Integrator 3o nach Vereinigung der Leitungen 24, 25, dessen hochohmiger Ausgang mit dem Generator 12 verbunden ist. Dieser reagiert bei Spannungsbeaufschlagung am Eingang 31 so, daß sich bei Absenkung der Spannung die Generatorfrequenz erhöht. In die Leitung 25 ist zusätzlich noch ein Begrenzungswiderstand 32 eingebaut.For this purpose, a stabilization circuit is provided which automatically adjusts the generator frequency to the respective resonance frequency when the blowing
Die Komparatoren 26, 27 haben unterschiedliche Schwellspannungen und unterschiedliches Verhalten. Die Schwellspannung des ersten Komparators 26 liegt bei einer Ansteuerungsspannung 21, die einer etwas oberhalb der Resonanzfrequenz liegenden Generatorfrequenz entspricht.. Ein Unterschreiten dieser Schwellspannung läßt im ersten Komparator 26 hohen Ausgangspegel entstehen.The
Die Schwellspannung des zweiten Komparators 27 liegt höherinämlich bei einer Ansteuerungsspannung 21, die einer soweit oberhalb der Generatorfrequenz liegenden Resonanzfrequenz entspricht, daß die Schwellspannung aufgrund einer Eigenverstellung der Resonanzfrequenz und der hierdruch erzeugten Ansteuerungsspannung 21 nicht überschritten wird. Der zweite Komparator 27 führt jedoch anders als der erste Komparator 26 bei Unterschreiten seiner Schwellspannung niedrigen, bei Überschreiten hohen Ausgangspegel.The threshold voltage of the
Die auf diese Weise automatisierte Nullpunktstabilisierung arbeitet wie folgt:
- Beim
Einschalten des Blaswandlers 1 ist dieSpannung am Eingang 31 desGenerators 12 noch relativ niedrig, weil der Integrator 3o bzw. dessen Kondensator noch entladen ist. Aufgrund dessen schwingt derGenerator 12 mit einer Frequenz, die wesentlich oberhalb der Resonanzfrequenz liegt. Entsprechend wird die Rechteckspannung desGenerators 12 inder Spule 11 derart verformt, daß diedurch den Triger 15 bewirkte Phasenverschiebung über 900 liegt. Bei einer so hohen Phasenverschiebung ist auch das Taktverhältnis der Vergleichsrechteckspannung nachdem Phasenvergleicher 18 derart, daß die daraus gebildete Analogspannung nachdem Integrator 19, die sich zudem wegen des dort ebenfalls vorhandenden Kondensators auch erst aufbauen muß, und damit die Ansteuerungsspannung 21 unterhalb der Schwellspannungen beider Komperatoren 26, 27 liegt.Der erste Komperator 26 führt somit . hohen Ausgangspegel, während der zweite Komperator 27 niedrigen hat.
- When the
blower converter 1 is switched on, the voltage at theinput 31 of thegenerator 12 is still relatively low because the integrator 3o or its capacitor is still discharged. Because of this, thegenerator 12 vibrates at a frequency that is substantially above the resonance frequency. Accordingly, the square-wave voltage of thegenerator 12 is deformed in thecoil 11 such that theTriger 15 caused by the phase shift is about 90 0th With such a high phase shift, the clock ratio of the comparison square-wave voltage after thephase comparator 18 is such that the analog voltage formed therefrom after theintegrator 19, which also has to build up because of the capacitor also present there, and thus the drive voltage 21 below the threshold voltages of both 26, 27 is located. TheComparators first comparator 26 thus leads . high output level, while thesecond comparator 27 has low.
Der Komperator 26 lädt nun wegen der in Durchlaßrichtung geschalteten Diode 28 den Integrator 3o bzw. dessen Kondensator auf, wobei der Begrenzungswiderstand 32 dafür sorgt, daß der Integrator 3o schneller geladen wird, als er sich über die Diode 29 und den zweiten Komperator 27 wieder entladen könnte. Mit dem-Aufladen des Integrators 3o steigt auch die Steuerspannung am Eingang 31 des Generators 12, was dessen Frequenz entsprechend absinken läßt. Aufgrund der hierdurch bewirkten Annäherung an die augenblickliche Resonanzfrequenz wandert die Verformung der Rechteckspannung in Richtung niedrigerer Phasenverschiebungen zur im Trigger 15 erzeugten Rechteckspannung, wodurch sich die Ansteuerungsspannung 21 vergrößert, bis sie die Schwellspannung des ersten Komperators 26 erreicht hat.The
Die Generatorfrequenz liegt dann knapp über der Resonanzfrequenz und die Phasenverschiebung geringfügig über 90° . Der erste Komperator 26 schaltet dann auf niedrigen Pegel, so daß der Integrator 3o nicht weiter aufgeladen wird.The generator frequency is then just above the resonant frequency and the phase shift slightly above 9 0 °. The
Dieser entlädt sich jedoch wieder sofort über den Begrenzungswiderstand 32, die Diode 29 und den auf niedrigen Pegel geschalteten zweiten Komperator 27, so daß die Steuerspannung für den Generator 12 absinkt und damit dessen Frequenz wieder ansteigt. Dies geht wiederum solange, bis die Ansteuerungspannung 21 durch das Ansteigen der Generatorfrequenz gegenüber der Resonanzfrequenz soweit abgesunken ist, daß der erste Komperator 26 wieder auf hohen Pegel schaltet, so daß der Integrator 3o wieder aufgeladen wird, die Generatorfrequenz also wieder abfällt. Das ganze System schwingt also um die Schwellspannung des Komperators 26, wodurch die Generatorfrequenz praktisch konstant auf einen Wert gehalten wird, der etwas über der Resonanzfrequenz liegt.However, this discharges again immediately via the limiting
Wird nun die Membran 7 mit einem Nutzsignal, also dem Blasdruck, beaufschlagt, so verschiebt sich die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems weit nach oben, wodurch sich auch die Ansteuerungsspannung 21 entsprechend erhöht. Diese Erhöhung ist auf jeden Fall so hoch, daß die Schwellspannung des zweiten Komperators 27 überschritten wird. Dieser schaltet dann auf hohen Ausgangspegel, der zwar von der Diode 29 gesperrt wird, andererseits aber auch eine Entladung des Integrators 3o verhindert. Da die andere Diode 28 ebenfalls ein Entladen unmöglich macht, bleibt die Steuerspannung des Integrators 3o und damit die Generatorfrequenz während des Bespielens des Gerätes konstant. Eine Verstellung der Generatorfrequenz, die ja dann unerwünscht wäre, ist hierdurch verhindert, es sei denn, es ist die schon oben beschriebene Nachführung über die Verbindungsleitung 22 und das Potentiometer 23 vorgesehen. In beiden Fällen, wird der Wert der Ansteuerungsspannung 21 von dem Abstand zwischen der vom jeweiligen Blasdruck abhängigen Resonanzfrequenz und der entweder konstant gehaltenen oder langsamer nachgeführten Generatorfrequenz bestimmt.If the diaphragm 7 is now subjected to a useful signal, that is to say the blowing pressure, the resonance frequency of the vibration system is shifted far upward, as a result of which the control voltage 21 also increases accordingly. In any case, this increase is so high that the threshold voltage of the
Daraus ergibt sich auch, daß der Dynamikbereich des Blaswandlers 1 oberhalb der Schwellspannung des zweiten Komparators 27 liegt. Darunter liegende Ansteuerungsspannungen 21 werden für das Wiedergabegerät herausgefiltert, so daß sie ohne Einfluß auf die Dynamik bleiben.It also follows from this that the dynamic range of the
In einer Spielpause fällt die Resonanzfrequenz wegen des dann fehlenden Blasdruckes wieder ab, allerdings häufig nicht mehr bis zu dem anfänglichen Wert, auf den die Generatorfrequenz ja eingestellt worden war. Insbesondere durch Feuchtigkeitseinflüsse kann sich die Resonanzfrequenz nach oben hin verstellt haben. Dies ist unerwünscht, weil sich dann mit einem bestimmten Blasdruck höhere Ansteuerungsspannungen 21 ergäben als zu Beginn.During a break, the resonance frequency drops again due to the lack of blowing pressure, but often no longer up to the initial value to which the generator frequency was set. The resonance frequency may have shifted upwards, in particular due to moisture influences. This is undesirable because higher control voltages 21 would then result with a certain blowing pressure than at the beginning.
Da aber die Schwellspannung des zweiten Komparators 27 so hoch gewählt ist, daß die Ansteuerungsspannung 21 einer derart verstellten Resonanzfrequenz bei Null-Blasdruck normalerweise immer darunterliegt, schaltet der zweite Komparator 27 in einer Spielpause wieder auf niedrigen Pegel, so daß sich der Integrator 3o über ihn zu entladen beginnt. Damit sinkt die Steuerspannung am Eingang 31 des Generators 12 ab, wodurch sich die Generatörfrequenz entsprechend erhöht, bis sie wieder etwas oberhalb der Resonanzfrequenz liegt. Hier hat nämlich die Ansteuerungsspannung 21 wegen der sich erhöhenden Phasenverschiebung wieder einen Wert erreicht, die den ersten Komparator 26 auf hohen Pegel schalten läßt, so daß der Integrator 3o wieder aufgeladen wird. Es ist dann wieder die Phase erreicht, in der das System um die Schwellspannung des ersten Komperators 26 schwingt, die Generatorfrequenz also praktisch auf gleichem Wert gehalten wird.However, since the threshold voltage of the
Fig. 2 zeigt in seinen Teilfiguren a, b und c die Verformung der Rechteckspannung des Generators 12 in der Spule 11 und die sich hierdurch ergebende Phasenverschiebung der vom Trigger 15 erzeugten Rechteckspannung. In allen Teilfiguren ist dabei jeweils oben die Generatorspannung 33 am Ausgang des Generators 12, in der Mitte die in der Spule 11 entsprechend dem jeweiligen Abstand zwischen Generator- und Resonanzfrequenz verformten Spannungen 34a, b, c und unten die dazugehörenden Triggerspannungen 35 a, b, c jeweils zeitgleich untereinander aufgetragen. Dabei trennen die strichpunktierten senkrechten Linien die einzelnen Teilfiguren 2a, 2b und 2c.Fig. 2 shows in its sub-figures a, b and c the deformation of the square wave voltage of the
Zur Darstellung der in der Spule 11 verformten Spannungen 34a, b, c sind Hilfslinien gezogen, und zwar eine Mittellinie sowie oben und unten je zwei äußere Linien zur Anzeige der Amplitudenmaxima und -minima und je zwei innere Linien, auf denen die durch Schrägstriche angezeigten oberen und unteren Triggerpunkte 36, 37 liegen. Wie zu sehen ist, ist der Trigger 15 so eingestellt, daß er jeweils kurz vor Erreichen der Amplitudenmaxima und -minima umschaltet. Dies geschieht invers, d.h. vor Erreichen des Amplitudenmaximums schaltet er auf niedrige Triggerausgangsspannung und umgekehrt.Auxiliary lines are drawn to represent the
In Fig. 2a ist die Resonanzfrequenz größer als die Generatorfrequenz 33. Dies entspricht einer Blasdruckbeaufschlagung der Membran 7. Die Verformung der Spannung 34a ist dabei derart, daß die Phasenverschiebung 38a kleiner als 90° ist. Mit zunehmender Blasdruckbeaufschlagung wird diese Phasenverschiebung noch kleiner.In Fig. 2a, the resonance frequency is greater than the
In Fig. 2b ist die Resonanzfrequenz mit der Generatorfrequenz 33 identisch. Es ergibt sich dann eine verformte Spannung 34b, die praktisch sinusförmig und damit symmetrisch ist. Die Phasenverschiebung 38b hat dann exakt den Wert 90°.2b, the resonance frequency is identical to the
In Fig. 2c ist die Phasenverschiebung 38c aufgrund einer entsprechenden Verformung der Spannung 34c auf über 90° angewachsen, weil die Resonanzfrequenz niedriger als die Generatorfrequenz 33 liegt. Diese Verhältnisse liegen bei der Schaltung gemäß dem Ausführungsbeipiel dann vor, wenn der Blaswandler 1 nicht mit Blasdruck beaufschlagt wird, also bei Null-Staudruck.In FIG. 2 c, the
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