DE2322295A1 - Einrichtung und verfahren zum stimmen von musikinstrumenten - Google Patents

Description

Einrichtung und Verfahren zum Stimmen von Musikinstrument en

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Stimmen von Musikinstrumenten, mittels denen der Stimmvorgang vereinfacht wird.

Gewöhnlich hört derjenige, der ein Instrument stimmt, auf einen Bezugston und paßt das Musikinstrument so lange an, bis sein Ton mit dem Bezugston übereinzustimmen scheint. Bewußt oder unbewußt wird hierbei ein Ton auf eine Nullschwebung mit dem Bezugston im allgemeinen bei einer Harmonischen einer von beiden oder beider Töne abgestimmt.

Diese Art der Stimmung ist möglich, da eine diatonische Skala auf mathemaitschen Beziehungen und Verhältnissen beruht. In der Praxis fallen aber Klaviere und andere Saiteninstrumente nicht unter diese mathematischen Regeln und Verhältnisse. Durch einen vorgegebenen Ton erzeugte harmonische Oberwellen sind mehr als nur ganzzahlige Vielfache der Grundwelle. Diese als "Dehnung oder Streckung" bezeich-

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nete Abweichung kann als Differenz zwischen der gemessenen und der theoretischen zweiten Harmonischen eines Tones bestimmt werden. Dieses "Dehnen oder Strecken" ist von erheblicher Bedeutung. Bei einem Klavier oder Piano beispielsweise beträgt der zweite harmonische Ton einer Saite im Durchschnitt das 2,002-bis 2,006-fache der Grundfrequenz. Wenn daher die Grundtöne mathematisch abgestimmt werden, bewirkt das "Dehnen oder Strecken", daß ein Klavier oder Piano nicht gestimmt klin gt.

Aus diesem Grund müssen daher Klaviere, Pianos und ähnliche Instrumente auf andere Weise gestimmt werden. Die allgemein übliche Einstellung ist ein kompliziertes, wiederholt durchgeführtes Verfahren, bei welchem ein Klavierstimmer versucht, die Fehler schrittweise auf ein Minimum herabzusetzen. Grundsätzlich beginnt ein Klavierstimmer damit, ein Klavier oder Piano in einer sogen. "Temperatur- oder temperierten Oktave" durch Stimmen eines ersten Tones auf eine Bezugsfrequenz zu stimmen. Hierbei stimmt er die restlichen Töne in der "temperierten Oktave" dadurch ab, daß er auf die Harmonischen oder Oberwellen der dritten, vierten und fünften Intervalle hört. Durch Anschlagen eines dritten Intervalls bezüglich eines vorher gestimmten, tieferen Tons stimmt der Stimmer den höheren Ton ab, während er auf die Schwebung zwischen der fünften Harmonischen des tieferen Tons und der vierteil· Harmonischen des höheren Tons hört. Hierbei wird angenommen, daß die richtige Beziehung vorhanden ist, wenn eine vorbestimmte Schwebungsfrequenz erhalten wird.

Durch Hören auf diese Harmonischen oder Oberwellen werden die Fehler der Grundwellenfrequenz gemindert, da durch die Harmonischen irgendein Fehler in Form von tatsächlichen Frequenzunterschieden vervielfacht werden. Das heißt, ein Fehler von k Hz bei der vierten Oberwelle stellt nur einen Fehler von 1 Hz bei der Grundwelle dar. Auch werden die Harmonischen oder Oberwellen zum Ausgleichen der sogen. "Dehnung

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oder Streckung" bei Klavieren oder Pianos benutzt. Dieses Verfahren ist aber nicht genau und der Klavierstimmer prüft im allgemeinen die "temperierte Oktave" dadurch, daß er die verschiedenen Intervalle wieder "zurückstimmt", um dadurch die Stimmfehler auf ein Minimum herabzusetzen.

Sobald der Klavierstimmer die "temperierte Oktave" abgeschlossen hat, stimmt er die anderen Töne durch Vergleich der Oberwellen, wobei er die Oktavintervalle spielt. Hierbei kann exjb ei spielsweise auf die Schwebung zwischen der vierten Harmonischen eines tieferen, gestimmten Tons und der zweiten Harmonischen des höheren Tons hören, während er die Saitenspannung des höheren Tones einstellt. Tiefere Töne werden auf ähnliche Weise eingestellt, obwohl hierzu nicht unbedingt Oktavintervalle erforderlich sind.

Für jeden Ton eines Klaviers oder Pianos sind zwei oder drei Saiten erforderlich. Während des vorbeschriebenen Verfahrens dämpft der Klavierstimmer die Saiten so, daß tatsächlich nur eine Saite erklingt, wenn mit einem Hammer alle die dem Ton zugeordneten Saiten angeschlagen werden. Nach Durchführung des Stimmvorgangs muß der Klavierstimmer die anderen Saiten für jeden Ton stimmen, indem er entweder die Grundwellenfrequenzen von zwei einem vorgegebenen Ton zugeordneten Saiten oder die Grundwelle eines Tons und eine Oberwelle eines anderen, eine Oktav entferntliegenden Tons \ergleicht.

Bei diesem Stimmvorgang muß also ein Ton lang genug anhalten, damit der Klavierstimmer die Schwebungsfrequenz feststellen kann. Je länger daher das Intervall ist, während dem der Ton anhält, um so genauer kann der Klavierstimmer die Schwebungsfrequenz ermitteln. Beim Stimmen erklingt jeder angeschlagene Ton so lange, bis er auf natürliche Weise verschwunden ist oder die Taste losgelassen wird. Bei dem "Erlöschen oder Verschwinden" eines Tons kann dieser nicht mehr länger gehört werden. In dem Baßtonbereich führt dies

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zu keiner großen Schwierigkeit. Wenn aber die Frequenz höher wird, nimmt die Zeit ab, während der der Klavierstimmer den Ton hört. Er kann daher die Schwebungstöne im Bereich
höherer Tonlagen nicht mit der gleichen Genauigkeit be stimmen.

In dem Baßtonbereich wird aber die Schwebungsfrequenz sehr niedrig. Beispielsweise ist die Frequenzdifferenz zwischen zwei vollen bzw. ganzen Tönen am unteren Ende eines Pianos oder Klaviers kleiner als 3 Hz· Die erforderliche Schwe bungsfrequenz ist daher bei einem Halbton ein kleiner Prozentsatz dieses Unterschiedes und ist kleiner als 1 Hz. Es ist daher sehr schwierig, diese Schwebungsfrequenz festzu stellen.

Obwohl es verschiedene Stimmhilfen gibt, hat keine von ihnen eine große Verbreitung gefunden. Bei einer dieser Stimmhilfen wird mittels eines Hochfrequenzoszillators ein Ausgangstaktsignal bei einer ausgewählten Frequenz erzeugt.
Eine Reihe von Frequenzteilern und ein OktavwählschaIter
schaffen eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals bei einer ausgewählten subharmonischen Frequenz. In der i.
Stimmhilfe wird dann dieses Bezugssignal und ein den zu
stimmenden Ton darstellendes, tonfrequentes Signal vereinigt, um entweder einen hörbaren Schwebungston zu erzeugen oder um einen Zeiger auf einem Anzeigeinstrument auszulenken. Leider verlieren diese Stimmhilfen an Genauigkeit,
wenn der gestimmte Ton in den Frequenzbereich des Bezugssignals kommt. Bei Abnahme der Schwebungsfrequenz unter
20 Hz, wird der sonst hörbare Schwebungston unhörbar. Entsprechend wird bei dem Anzeigemeßgerät ein Frequenz-Strom-Umsetzer verwendet, so daß der Stromwert bei einer Nullschwebung auf null zurückgeht. Wenn sich der Strom null nähert, wird auch die sichtbare Anzeige ungenauer. Beide Arten der Wiedergabe bzw. Anzeige verlieren gerade dann sehr an Genauigkeit, wenn sie am meisten erforderlich ist.

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Bei einer anderen Einrichtung bringt der Klavierstimmer einen piezoelektrischen Wandler an einer bestimmten, einzelnen Saite oder an einem Klang- bzw. Resonanzboden an, um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, das an die vertikalen Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre angelegt wird. Ein Wählschalter, ein quarzgesteuerter Oszillator und eine Reihe von Frequenzteilerstufen erzeugen ein ausgewähltes Bezugssignal, das die horizontalen Ablenkplatten der Röhre erregt. Bei Anwendung dieser Schaltungsanordnung ist offensichtlich irrtümlicherweise von der Annahme ausgegangen worden, daß ein Klavier oder Piano eine konstante, sich wiederholende Wellenform erzeugt. In Wirklichkeit erzeugt eine Klaviersaite aber eine äußerst komplizierte Wellenform mit einer Grundwelle und "harmonischen" Komponenten mit oft der gleichen Amplitude, die aber ein wenig gegeneinander verstimmt sind. Ferner sind viele der harmonischen Frequenzen in der Amplitude nicht unbedingt konstant, da eine Saite auf viele Arten schwingt, die jeweils eine eigene Dämpfungskonstante aufweisen. Diese Faktoren bewirken aber, daß sich die Wellenform ständig ändert, so daß es schwierig ist, eine optische oder akustische Wiedergabe richtig zu interpretieren.

Eine weitere Schwierigkeit stellt das dynamische Verhalten dar. Anfangs reicht die Amplitude des Signals aus, um die Anzeige auf dem Bildschirm auszusteuern. Bei Schwächer_wwerden des Tons fällt aber das Eingangssignal an den vertikalen Ablenkplatten unter den minimalen, für eine brauchbare Anzeige erforderlichen, Wert. Eine naheliegende Lösung besteht dann darin, einen veränderlichen Verstärker einzubauen, um den Ausgang auf einem konstanten Wert zu halten. Eine Schaltung aber, die zufriedenstellende Ergebnisse über einen großen Bereich von Zuständen und Wellenformen schafft, die das Klavier erzeugt, ist in der Praxis schwer zu realisieren und zu erlangen. Wenn die veränderliche Verstärkerschaltung tatsächlich genau auf den Abklingvorgang bzw. das Ausschwingen abgestimmt ist, kann sie der

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Wellenform folgen und ein Gleichstrom-Ausgangssignal schaffen. Diese Lösung ist aber insbesondere im Hinblick auf die nicht linearen Parameter und Zustände sowie das kurze, für eine ablesbare Anzeige zur Verfugung stehende Inter vall praktisch nicht durchführbar. Aufgrund des wirksamen dynamischen Bereichs wird das Stimmen noch schwieriger, da eine Saite eingestellt werden muß, obwohl das Überwachen der Anzeige bzw. des Schirmbildes sehr schwierig ist.

Bei einer anderen Abstimmhilfe wird ein tonfrequentes Signal eines Klaviers empfangen und ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, um die Strahlaustast- oder Z-Achsenschaltung einer Kathodenstrahlröhre zu erregen. Ein Kreisgenerator erregt die in der X- und Y-Achse angeordneten Ablenkplatten mit einer Bezugsfrequenz, so daß der Elektronenstrahl einen Kreis auf dem Bildschirm beschreibt. Wenn sich dann ein Ton in Resonanz mit der Bezugsfrequenz befindet, tastet das Tonsignal den Elektronenstrahl während desselben Teils jeder Umdrehung aus und macht ihn sichtbar, wodurch ein bogenförmiges Segment dargestellt wird. Ein zweites, harmonisches Eingangssignal erzeugt zwei derartiger bogenförmiger Segmente; ein drittes harmonisches Eingangssignal erzeugt drei Segmente, usw. Wenn ein vorgegebener Ton nicht genau mit der Bezugsfrequenz übereinstimmt, rotieren die Segmente. Die Drehrichtung zeigt an, ob der Ton zu hoch oder zu niedrig ist, während die Drehzahl die Frequenzdifferenz anzeigt. Wenn die Töne bei dem vorbeschriebenen Klavierstimmverfahren eine Anzeige mittels einer Anzahl Segmente erzeugen, werden die Abstände bzw. Zwischenräume zwischen benachbarten Sektoren kleiner, und die absolute Frequenzabweichung, die eine da\iernde Anzeige erzeugt, nimmt ab. Weiterhin erzeugt das abwechselnde Austasten und Sichtbarmachen bzw. Hellsteuern des Strahls einen verschwommenen und unbestimmten Segmentabschluß auf dem Bildschirm. Wenn die Frequenzabweichung klein ist, wird as aufgrund der verschwommenen Grenze schwierig, zu bestimmen, ob sich die Ränder der Strahlen bewegen. Wenn Töne im unteren Bereich

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des Klaviers oder Pianos gestimmt werden, muß der Klavierstimmer versuchen zu stimmen, während die Stimmhilfe auf Harmonische bzw. Oberwellen ansprechen, da Subharmonische der Bezugsfrequenz volle.Kreise auf dem Bildschirm erzeugen.

Anscheinend besteht auch ein anderer Grund, weswegen KIa vierstimmer nur ungern die bekannten Stimmhilfen verweiden, darin, daß jedes Piano oder Klavier gesondert und speziell gestimmt ist, so daß allgemein ausgelegte Stimmhilfen, die auf die Grundwellenfrequenz des zu stimmenden Tons ansprechen, für den Klavierstimmer keine echte Hilfe darstellen. Die besondere Beschaffenheit jedes Pianos oder Klaviers beruht auf seinem Aufbau, seiner Saitenlänge, der Haltbarkeit bzw. der Abnutzung der Hammer, sowie einer Vielzahl anderer Faktoren. Die Klavierstimmer arbeiten daher weiterhin auf die herkömmliche, allgemein übliche Weise und haben kein großes Vertrauen zu den mechanischen Stimmhilfen.

Die Erfindung soll daher ein neues Verfahren zum Stimmen eines Klaviers oder eines Pianos schaffen, welches die Verwendung einer mechanischen Hilfe ermöglicht. Ferner soll die Erfindung eine Einrichtung zum Stimmen eines Pianos oder Klaviers schaffen, daß ohne weiteres zum Stimmen einer großen Anzahl verschiedenartiger Instrumente verwendbar ist.

Gemäß der Erfindung wählt ein Klavierstimmer einen bestimmten Ton in einer Oktave und eine bestimmte Oktave an der Stimmvorrichtung aus. Hierauf schlägt er einen Ton an. Ein Mikrofon nimmt den Ton auf, und ein Filter läßt nur die ausgewählte Frequenz durch. Die Stimmeinrichtung wandelt das Signal in ein Rechteck-Tonsignal um. Ein Bezugstakt schafft einen Ausgang, der mit einem Vierphasen-Bezugssignal verbunden ist. Die Stimmeinrichtung vergleicht das Tonsignal mit jedem Bezugsphasensignal, um daraus vier Impulssignale mit einer Impulsbreite zu erzeugen, die jeweils die Phasendifferenz zwischen dem Tonsignal und einem einzelnen der vier Bezugsphasensignale darstellt.

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Eine andere Schaltung wandelt diese Impulssignale in vier Gleichstromsignale um, die einzeln eine von vier Lampenpaaren erregen. Die Lampen können in gleichem Abstand auf einer Kreislinie angeordnet sein, wobei jeweils ein Lampenpaar einander diametral gegenüberliegend angordnet ist. Die Größe der Gleichstromsignale ist normalerweise proportional den entsprechenden Impulsbreiten. Wenn dann ein Tonsignal in Phase mit einem der vier Bezugspbasensignale ist, hat ein Lampenpaar die maximale Helligkeit. Eine Frequenzabweichung hat zur Folge, daß die Lampenpaare nacheinander die volle Helligkeit erreichen, so daß die Anzeige ähnlich einem rotierenden Lichtband oder -schiene aussieht. Die Drehrichtung zeigt die Richtung der Abweichung an, während die Dreh- oder Winkelgeschwindigkeit die Größe der Abweichung wiedergibt.

Mittels dieser Vorrichtung ist auch ein Verfahren zum Stimmen eines Klaviers geschaffen. Zuerst bestimmt der Klavierstimmer die charakteristische Dehnung oder Streckung eines Klaviers. Hierauf teilt er dann die Dehnung bzw. Streckung jedes Tons in der Temperatur- bzw. temperierten Oktave auf. Hierdurch ist dann die temperierte Oktave nicht mathema tisch abgestimmt, sondern es wird die auf der Dehnung des zu stimmenden Klaviers beruhende Dehnung oder Streckung ausgeglichen. Höhere und tiefere Oktaven werden dann auf diese durchtemperierte Oktave durch Vergleichen verschiedener Oberwellen der Temperatur- oder anderer gestimmter Oktavtöne abgestimmt, wodurch das Dehnen jedes Oktavintervalls wenn es gestimmt ist, ausgeglichen wird.

Mittels der Erfindung ist somit eine Stimmeinrichtung und -hilfe geschaffen, die einen digitalen Impulszug mit der Frequenz einer ausgewählten Oberwelle eines Tons, der erklingen soll, erzeugt und die diesen Impulszug und einen vierphasigen, digitalen Taktausgang mit einer Bezugsfrequenz vereinigt, um Vierphasensignale zu erzeugen, die in Tiefpaßfiltern in Gleichspannungs-Ausgangssignale umgewan-

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delt werden. Jedes Ausgangssignal zeigt hierbei die augenblickliche Phasendifferenz zwischen dem Ton und einem entsprechenden Taktsignal an.

Jedes Gleichspannungs-Ausgangssignal steuert das Licht eines Lampenpaares. Einzelne Lampen in einem Paar sind auf einem Kreis diametral einander gegenüberliegend angeordnet, wobei alle. iLampenpaare den gleichen Abstand voneinander aufweisen. Die Lampenpaare erreichen nacheinander ihre maximale Helligkeit, wodurch der Eindruck eines sich drehenden oder rotierenden Lichtbandes bzw. Lichtschiene geschaffen ist. Hierbei zeigt die Drehrichtung an, ob der zu stimmende Ton zu niedrig oder zu hoch ist; die Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeit ist proportional der Frequenzabweichung von der Bezugsfrequenz.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l ein Blockschaltbild einer Stimmeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine schematische Schaltungsanordnung mit gewissen Einzelheiten des in Fig.l dargestellten Blockschaltbilds;

Fig.3 eine grafische Analyse der Betriebsweise eines Teils der in Fig.l dargestellten Schaltung; und

Fig.4 eine schematische Darstellung eines weiteren Teils der in Fig.l dargestellten Schaltung.

In Fig.1 weist die Stimmeinrichtung 10 eine Eingangsschaltung 12, eine Bezugsschaltung Ik und eine Nachweisschaltung l6 auf. Die Eingangsschaltung 12 weist ein Mikrofon 18 auf,

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das die Signale aufnimmt, die entstehen, wenn ein Musikinstrument gestimmt wird. Beispielsweise nimmt es bei einem Klavier den von einem angeschlagenen Ton ausgehenden Klang auf. Ein üblicher Vorverstärker 20 und ein Bandpaßfilter trennen das zu stimmende Signal von anderen Signalen, die das Mikrofon 18 fühlt. Das Bandpaßfilter 22 ist vorzugsweise ein abstimmbares Filter, das einen Gütefaktor von mehr als Io hat. Derartige Bandpaßfilter sind bekannt. Das Bandpaßfilter 22 erzeugt ein tonfrequentes Ausgangssignal auf einer Leitung 24, die mit der Nachweisschaltung 16 verbunden ist.

Die Bezugsschaltung 14 erzeugt ein zweites Eingangssignal an der Nachweisschaltung l6. Ein in der Frequenz veränderlicher Haupttaktgeber 26 überdeckt zwölf Töne zwei Oktaven über der höchsten zu stimmenden Oktave; der Grund hierfür wird später noch ersichtlich. Eine bestimmte Oszillatorfrequenz wird mittels eines Tonwählers 28 ausgewählt, der gleichzeitig das Bandpaßfilter 22 stimmt. Ein Oktavwähler* 30 steuert auch das Bandpaßfilter 22 und steuert weiterhin einen Frequenzteiler 32, der entsprechend den SigraLen von dem Haupttaktgeber 26 ein Rechteck-Ausgangssignal schafft, das gleich zweimal der Frequenz ist, die durch den Tonwähler 28 und den Oktavwähler 30 bestimmt ist. Das heißt, wenn die Wähler 28 und 3O eingestellt sind, um einen Kammerton A von 440 Hz, der im folgenden als Ton A(44O) be zeichnet wird, auszuwählen, hat das Filter 22 eine Mittenfrequenz von 440 Hz, während der Haupttaktgeber oder -oszillator 26 einen Ausgang von 28,l6 kHz erzeugt und ein Signal von 880 Hz auf der zu dem Frequenzteiler 32 führenden Leitung anliegt.

Die Nachweisschaltung l6 weist einen Detektor 36 auf ,der sowohl da.6 tonfrequente Signal auf der Leitung 24 als aiii das Bezugssignal auf der Leitung 34 erhält. Er erzeugt vier AusgangssignaIe auf den Ausgangsleitungen 38-1, 38-2, 38-3 und 38-4. Jedes Ausgangssignal ist ein pulsbreitenmodulier-

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tes Signal mit konstanter Amplitude, dessen Impulsbreite sich als Funktion der Phasendifferenz zwischen einem von dem zu stimmenden Instrument erhaltenen Signal auf der Leitung 2k und einem Bezugssignal auf der Leitung 3^ ändert, welches der Ausgang des Frequenzteilers 32 ist. Die Impulsfolgefrequenz ist gleich der ausgewählten Bezugsfrequenz, und die Frequenz, bei welcher sich die Impulsbreite auf jeder Leitung ändert, hängt von der Frequenzdifferenz zwischen der Tonfrequenz und der halben Bezugsfrequenz ab; die Impulse auf jeder Leitung weisen eine sich nicht ändernde Breite auf, wenn der angeschlagene Ton mit der Be zugsfrequenz übereinstimmt. Tiefpaßfilter kO koppeln die Impulssignale des Detektors 36 an eine Anzeigeeinrichtung 42. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ist ein gefilterter Gleichspannungsausgang proportional der Breite eines Eingangsimpulses. Bei einer Frequenzabweichung ändert sich jeder Tiefpaßfilter-ausgang um 0% bis 200% des Normalwertes mit einer Frequenz bzw. Geschwindigkeit, die der Frequenzdifferenz proportional ist.

Die Anzeigeeinrichtung 42 weist vorzugsweise ein Paar Lampen (beispielsweise Licht emittierende Dioden) auf, die jeweils durch die Tiefpaßfilterausgänge erregt werden. Die Lampen eines Lampenpaares können jeweils diametral einander gegenüberliegend auf einem Kreis angeordnet sein, wobei benachbarte Lampenpaare in Abständen von 45 angeordnet sind. Wie später noch erläutert wird, sind die Signale, welche die um 90° gegeneinander versetzten Lampen erregen, elektrisch um l80° phasenverschoben. Wenn ein erstes Lampenpaar seine volle Helligkeit hat, ist ein zweites um 90 gegenüber dem ersten versetztes Lampenpaar aus. Die Lampenpaare, die um +/*5 gegenüber dem ersten versetzt sind, sind ebenfalls ausgeschaltet; die Gründe hierfür werden später noch erläutert.

Wenn der ankommende Ton gestimmt ist, können ein Lampenpaar die volle oder beinahe die volle Helligkeit haben oder zwei

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Paare können teilweise aufleuchten. Die jeweilige Hellig keit der Lampen ändert sich aber nicht. Die Anzeige er scheint daher stationär bzw. befindet sich in Ruhe. Bei einer Frequenzabweichung erreichen die einzelnen Lampenpaare die volle Helligkeit in einer von zwei Folgen. Wenn der Ton "zu hoch" ist (d.h. bei einer höheren Frequenz als die Bezugsfrequenz), dann erreichen die Lampen die volle Helligkeit in einer im Uhrzeigerdrehsinn umlaufenden Reihenfolge, so daß sich die Anzeige im Uhrzeigerdrehsinn zu drehen scheint. Wenn ein Ton zu niedrig ist, wird die Reihenfolge umgedreht und die Anzeige scheint sich entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn zu drehen. Da die Folgefrequenz, mit welcher ein vorgegebener Satz Lampen die volle Helligkeit erreicht, von dem Frequenzunterschied abhängt, zeigt die Frequenz, mit welcher sich die Anzeige zu drehen scheint, die Größe der Abweichung an.

Gemäß der Erfindung ist die Art und Weise wichtig, in welcher der Detektor 36 und die Tiefpaßfilter 40 Eingangssignale bedingen und die Ergebnisse anzeigen. In Fig.1 be sitzt das Signal, welches der Haupttaktgeber 26 und der Frequenzteiler 32 auf die Leitung Jk geben, zweimal die Frequenz des ausgewählten Tons. Eine Teilung durch mindestens zwei in dem Frequenzteiler 32 bedeutet, daß die Ausgänge von dem Haupttaktgeber 26 viermal die höchste zu messende Frequenz sein müssen. In einem bestimmten Ausführungsbeispiel mit einem "C" als einer unteren Oktavgrenze und einem "B" als obere Grenze erzeugt der Haupttaktgeber 26 Signale in dem Bereich zwischen l6 7kk und 3I 609 Hz. In Abhängigkeit von der Einstellung des Oktavwählers 30 teilt der Frequenzteiler 32 den Taktgeberausgang durch einen Faktor 2—, wobei lÄ.n_Ä8 ist. Wenn der Oktavwähler 30 für die höchste Oktav eingestellt ist, teilt der Frequenzteiler 32 die Oszillatorfrequenz durch 2, während eine Teilung durch 256 vorkommt, wenn der OWavwähler 30 auf die niedrigste Oktav eingestellt ist. Beispielsweise hat die Einstellung des Tonwählers 28 auf "A" zur Folge, daß der Taktgeber oder Os-

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zillator 2o ein Signal von 28 ioO Hz erzeugt. Die Frequenz des Signals auf der Leitung 34 und die Frequenz, welche die Stimmeinrichtung oder -hilfe fühlt, sind dann folgende:

	Signal auf der	Frequenz des zu
Oktavzahl	Leitung Jk	messenden Signals
8	14 o8o	7 040
7	7 040	3 520
6	3 520	1 760
5	ι 760	880
4	88O	440
3	440	220
2	220	110
1	110	55

In Fig.2 erregt das SigreiL auf der Leitung 34 die invertierenden Taktanschlüsse von JK-Flip-Flops 50 und 52, wobei der
Takteingang des Flip-Flops 52 das Signal über einen Inverter 54 erhält. Die Art der in Fig.2 dargestellten Kreuz kopplung bestimmt das Flip-Flop-Ansprechverhalten auf Taktsignale. In dem speziellen Ausführungsbeispiel sind die JK-Flip-Flops 50 und 52 so kreuzgekoppelt, daß die Einstell-(l) und die Rückstell-(O)Ausgangsanschlüsee des JK-Flip-Flops 50 die K- bzw. die J-Eingangsanschlüsse des JK-Flip-Flops 52 erregen. Die Einstell-(1) und die Rückstell-(0)
Ausgangsanschlüsse des JK-Flip-Flops 52 verbinden die K- bzw. K-Eingangsanschlüsse des Flip-Flops 50.

In Fig.3 stellt eine Kurve A das Taktsignal, eine Rechteckwelle, dar, die das JK-Flip-Flop 50 erregt, während die Kurve B ein Ablaufdiagramm für das komplementäre Taktsignal an dem Flip-Flop 52 von dem Inverter 54 darstellt. Zu einem
Zeitpunkt, an welchem bei t=0 das Taktsignal an dem Flip-Flop 52 fällt, solange beide Flip-Flops 50 und 52 zurückgestellt sind, stellt die Rückflanke des komplementären Taktsignals das Flip-Flop 52 ein und erzeugt ein CR3 bezeichnetes Taktbezugssignal und ein komplementäres Signal CR4, wie in den Kurven E und F dargestellt ist. Als nächstes stellt

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die Rückflanke des Taktsignals das Flip-Flop 50 ein, das die in den Kurven C und D dargestellten Signale CRl und CR2 erzeugt. Ein folgendes Taktsignal an dem Flip-Flop stellt es zurück (Kurven E und F). Dies bedingt, daß das Flip-Flop 50 durch die Rückflanke des nächsten Taktsignals zurückgestellt wird, Es finden daher zwei Zyklen des Taktsignals von der Leitung 3^t statt, um jedes CR-Signal von den Flip-Flops 50 und 52 periodisch zu wiederholen. Durch diese zusätzliche Frequenzteileinrichtung befinden sich die vier CR-Signale von den Flip-Flops 50 und 52 auf der ausgewählten Frequenz. Wie ebenfalls offenkundig ist, sind die CR-Signale um 90 gegeneinander verschoben. Bei positiv verlaufenden Impulsflanken ist die Folge CR3-CR1-CR4-CR2; die Vorderflanke jedes Impulses ist im Abstand von 90 in Phase mit den Vor der flank en der vorhergehenden und folgenden Impulse. Die Ausgänge der Flip-Flops 50 und 52 stellen daher eine Vierphaseneinstellung der Bezugssignale dar. Die Kurve G stellt ein Tonsignal dar, nachdem das Signal auf der Leitung 24 in einem üblichen, in Fig.2 dargestellten Rechteckumformer 56 die richtige Form erhalten hat. In diesem speziellen Beispiel stimmt der Ton mit der ausgewählten Bezugsfrequenz überein, und das in ausgezogenen Linien wiedergegebene Signal ist in Phase mit dem Signal CR3. Zusätzlich schafft ein Inverter 58 ein komplementäres Tonsignal, das in Phase mit dem Signal CR4 ist.

In den Fig.2 und 3 erregen das Vierphasen-Taktsignal und die Tonsignale einen Phasenmodulator 60 mit zwei exklusiven ODER-Schaltungen. Die erste exklusive ODER-Schaltung weist NAND-Glieder 62, 64 und 66 und die zweite ODER-Schaltung NAND-Glieder 70, 72 und 74 auf. Der Ausgang eines NAND-Glieds 66 ist als Ausgang "04" bezeichnet; der komplementäre Ausgang "02" kommt von dem Inverter 68. Es gibt zwei Bedingungen, die zur Folge haben, daß das Ausgangssignal einen Nullpegel aufweist, der einen "falschen" Ausgang von der exklusiven ODER-Schaltung darstellt:

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(1) das Tonsignal und das Signal CRl sind positiv, oder "(2) das Tonsignal und das Signal CRl sind null. Andererseits weist das Signal 04 einen Pegel eins auf, der anzeigt, daß der exklusiven ODER-Funktion genügt ist. In ähnlicher Weise ist das Signal 03 null₍wenn:

(1) das Tonsignal und das Signal CR4 positiv sind, oder

(2) das Tonsignal und das Signal CR4 null sind.

Im übrigen befindet sich das Signal 03 auf einem Pegel eins. Der Ausgang 04 genügt daher der exklusiven ODER-Bedingung_f wenn das Signal CRl (die Einstellbedingung des Flip-Flops 50) und das Tonsignal genügen. In ähnlicher Weis e genügen die Ausgänge 01, 02 und 03 der exklusiven ODER-Bedingung des Tonsignals und jeder der Signale CR3, CR2 bzw. CR4.

In Fig.2 und 3 sind das durch die ausgezogene Linie in der Kurve G dargestellte Tonsignal und der Einstellausgang von dem Flip-Flop 52 genau in Phase. Eines der NAND-Glieder 70 oder 72 hält das Ausgajigssignal 03 auf einem positiven Wert oder auf dem Wert einer logisdien eins, so daß das Signal 03 ein Tastverhältnis von 100% hat. Das Ausgangssignal 01 weist immer eine logische null oder einen Minimalwert auf und hat ein Tastverhältnis von 0%. Andererseits sind die erforderlichen Bedingungen, um das Ausgangssignal 04 in einen positiven Zustand zu verschieben, zu $0% der Zeit vorhanden, so daß die Ausgangssignale 04 und 02 komplementäre Impulszüge mit der doppelten ausgewählten Frequenz sind,und jeweils ein Tastverhältnis von 50% haben.

In Fig.2 durchläuft jedes Phasenausgagssignal eines der vier identischen Tiefpaßfilter 40, von denen die Filterschaltung 40-l für das Ausgangssignal 01 im einzelnen dargestellt ist. Eine Schaltanordnung 78 spricht zusammen mit Dioden 93 auf das AusgBngssignal 01 an und schafft einen Eirgang mit konstanter Amplitude und veränderlicher Impulsbreite an einem üblichen Zweikreis-RC-Tiefpaßfilter 80. Das Tiefpaßfilter 8o ändert normalerweise die Ausgangsspannung als Funktion des Tastverhältnisses, um einen nicht linearen Lampenver-

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stärker 82 zu steuern, der seinerseits lichtemittierende Dioden 86 und 88 erregt.

In dem speziellen, durch die Kurve G in Fig.3 dargestellten Fall ist das Ausgangssignal 01 (Kurve H) konstant null (ein

/zu

Tastverhältnis von 0%). Dies führt einer maximalen positiven Spannung an der Basiselektrode des Transistorverstärkers 82, so daß dieser Verstärker 82 die Dioden 86 und 88 angeschaltet hält, und sie erzeugen einen Ausgang mit maximaler Helligkeit. DasAusgangssignal 03 (Kurve J) und der Ausgang 03 der Filterschaltung 4O-3 befinden sich auf einem maximalen bzw. einem minimalen Pegel, so daß die Dioden 90 und 92 außer Betrieb gesetzt sind.

Andererseits haben die A_USg_ang_Ssig_nai_e 02 und 04 (Kurven I und K) ein Tastverhältnis von 50%. Zur Verbesserung der Anzeige^ind die Filter so ausgelegt, daß die Lampenpaare nicht leuchtea, bis das Tastverhältnis eines Ausgangssignals unter einen Schwellenwert fällt, der ein Tastverhältnis von weniger als 50% darstellt. Insbesondere mittels der Dioden 93 in der Schaltanordnung78 wird das Eingangssignal auf einen Wert beschnitten, der gleich der Durchbruchsspannung der beiden Dioden in Durchlaßrichtung ist (d.h. ungefähr 1,2V bei Silizium-Dioden insgesamt). Das Tiefpaßfilter 80 ist so ausgelegt, daß bei einem Tastverhältnis von etwa 50% der Filterausgang den Basis-Emitter-Übergang des Verstärkers 82 nicht in Durchlaßrichtung betreiben kann, so daß die Licht emittierenden Elektroden, die der Verstärker steuert, nichtleitend sind. Wenn das Tastverhältnis einen Wert erreicht, der zur Folge hat, daß der Filterausgang den Basis-Emitter-Übergang in Durchlaßrichtung betreibt, schaltet der Verstärker 82 an und die entsprechenden Dioden werden leitend, worauf die Dioden Licht emittieren, das dem Strom durch den Verstärker proportional ist.

Wenn aas in der Kurve G dargestellte Tonsignal sie hin der Phase nur wenig verschiebt, ohne daß sich die Frequenz än-

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dert, -wie durch gestrichelte Linien dargestellt Ax₁^ Hot das Ausgangssignal 01 nicht langer ein Impulstastverhältnis von 0%. Der Erregungsstrom durch die Dioden 86 und 88, der auf das Tastverhältnis für das Ausgangssignal 01 anspricht, nimmt ab. Wenn die Phasenverschiebung nach rechts erfolgt, wie in der Kurve G durch gestrichelte Linien dargestellt ist, nimmt das Tastverhältnis des Ausgangssignals 02 zu, so daß die Dioden 9^ und 96 außer Betrieb bleiben. In diesem speziellen Fall nimmt das Tastverhältnis des Ausgangssignals 03 so wie der Strom durch und das Licht von den Dioden 90 und 92 ab.

Die Kurve L zeigt das Signal von der Rechteckformerschaltung 56, wenn die Tonsignalfrequenz größer als die Normalbzw. Grundfrequenz ist. Die Kurven C bis P und L, zeigen daß sich die Tastverhältnisse der Ausgangssignale jeweils zeitlich verändern. Für das dargestellte Zeitintervall ist aus der Kurve M zu ersehen, daß das Tastverhältnis für das Ausgangssignal 01 von einem Minimum an zunimmt. Inzwischen nimmt das Tastverhältnis des Ausgangssignals 03 (Kurve 0) von einem Maximum ab. Mit fortschreitender Zeit erreicht das Ausgangssignal 01 ein maximales Tastverhältnis und kehrt dann zu einem minimalen Tastverhältnis zurück; die Änderung verläuft im wesentlichen linear mit der Zeit. In ähnlicher Weise nimmt das Tastverhältnis des Ausgangssignals 02 (Kurve N) von 50# aus ab, während das Ausgangssignal 0k (Kurve P) von ^0% aus zunimmt. Dadurch nimmt auch das von den Dioden 86 und 88 ausgehende Licht ab, während die Dioden 94 und 9° mit einer Helligkeit angeschaltet werden, die zunimmt, wenn das Tastverhältnis des Ausgangssignals 02 weiter abnimmt.

Ferner nimmt das vcn den Dioden 86 und 88 ausgehende Licht ab, bis der Schwellwert erreicht ist, bei dem sie abschalten. Zu dem Zeitpunkt etwa, zu dem ihre Helligkeit auf die Hälfte zurückgegangen ist, hat auch der Ausgang der Filterschaltung 4O-2 denselben Wert erreicht, so daß auch die Di-

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öden 94 und 96 etwa die halbe Helligkeit besitzen. Wenn die Dioden 94 und 96 die volle Helligkeit erreichen, sieht dies der Klavierstimmer, da eine Drehung einer Lichtschiene um 45° im Uhrzeigerdrehsinn erscheint und diese sichtbare Drehung anhält, so daß die Anzeige als eine Lichtschiene sichtbar wird, die mit der halben Schwebungsfrequenz ro tiert.

Wenn die Schwetiungsfrequenz etwa 5 Hz übersteigt, ist die Anzeige für das Auge ständig vorhanden. Bei dieser Schwebungsfrequenz beginnt aber jedes Tiefpaßfilter seinen Ausgang zu dämpfen, so daß der maximale Strompegel und damit der durchschnittliche Energiepegel an den Lampen abnimmt. Hierdurch wird die durchschnittliche Helligkeit der Lampen verringert. Wenn die Anzeige ständig vorhanden ist, stellt der Klavierstimmer eine Saite ein, um die Helligkeit zu vergrößern. Bei etwa 25 Hz ist die Filterdämpfung groß genug, um alle Lampen abzuschalten. Dies stellt aber keine Schwierigkeit dar, da eine Differenz von 25 Hz ohne weiteres durch das Auge feststellbar ist. Am unteren Ende des Klaviers stellt dies eine üktav dar, während am oberen Ende des Klaviers dies ein Stimmfehler von 10% eines Halbtons ist.

Die einzelnen Impulseingänge an jeder der Filterschaltungen, wie beispielsweise an dem Filter 80 in der FiIterschaltung 40-l, beeinflußen die Licht emittierenden Dioden somit nicht direkt, da die Impulse selbst auf der Taktfrequenz liegen und die minimale Taktfrequenz größer ist als die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter.

Um die Stimmeinrichtung bzw. -hilfe wirksam einsetzen zu können, sollte die Frequenz des in Fig.1 dargestellten Haupttaktgebers oder -Oszillators 26 veränderlich sein. Der Oszillator 26 erzeugt Signale entsprechend der bekannten mathematischen Beziehung einer gleichtemperierten Tonleiter bzw. -folge. Grobe und feine Steuereinrichtungen 44 und 46

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für Tonhöhenschwankungen (Fig.l) ermöglichen es einem Klavierstimmer, die Frequenz aller Töne bis zu einem halben Halbton in jeder Richtung zu verändern, obwohl die genaue Beziehung zwischen den Tönen eingehalten ist. Wie in Fig.4 dargestellt, weist der Haupttaktgeber oder - oszillator einen Unijunction-Transistor 150 in einer Kippgenerator-Schaltung auf. Über einen TK-Widerstand 152 ist eine "Basis 2" mit einer zu einer Versorungsquelle führenden Leitung 15^ verbunden. Ein Ausgangswiderstand 155 ist zwischen die"Basis 1" und Erde geschaltet. Im allgemeinen steuern zwei Elemente die Oszillatorfrequenz, nämlich ein veränderlicher Widerstand I58 und ein veränderlicher Kondensator 156.

Zur Einstellung des Oszillators wird zuerst der Kondensator 156 so eingestellt, daß der Oszilletor die höchste erforderliche Frequenz erzeugt. Mit dem Widerstand I58 wird dann eine Einstellung bei einem Minimalwert durchgeführt. Xm allgemeinen weist der Widerstand 158 ein schaltbares Widerstandsnetzwerk auf, mittels welchem die Frequenz für jede Einstellung des Tonwählers 28 unabhängig einstellbar äst. Während der Eichung werden die Frequenzen auf die genaue mathematische Beziehung eingestellt. Von dem Ausgangswiderstand 155 wird das Signal an einen Pufferverstärker 160 angekoppelt.

Der Kondensator I56 und der Widerstand I58 stellen zwei verschiedene, klar voneinander getrennte Einrichtungen zum Verändern der Frequenz des Oszillators 26 dar. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Oszillator 26 eine dritte Einrichtung auf, um die Frequenz unabhängig zu verändern. Bekanntlich entlädt sich der Unijunction-Transistor 150, wenn die Emitterspannung einen Schwellenwert erreicht, der im wesentlichen ein konstanter Prozentsatz der Spannung zwischen den Basen ist. Die Seit, bei welcher die Kondensatorspannung den Schwellenwert erreicht, ist eine Funktion der Widerstands- und Kondensatorwerte sowie der

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an die Abstimmschaltung angelegten Spannung.

/26

Bei dem in Fig.4 dargestellten Oszillator liegt diese Spannung an einem Kondensator l66 an und ist gleich der Spannung auf der Leitung 154 minus der Spannung an einem Widerstand 162. Die Spannung an dem Widerstand l62 hängt van dem durch ihn fließenden Strom ab, der sich aus zwei Teilströmen zusammensetzt. Ein erster Teilstrom ist für eine vorgegebene Einstellung des Tonwählers 28 konstant und hängt von der Spannung an der Leitung 154 und der Serienimpedanz der Widerstaände I62 und I58 ab.

Der zweite Teilstrom ist entsprechend der Einstellung der Tonhöhensteuerungen veränderlich; eine Leitung l64 führt diesen zweiten Teilstrom. Wenn mittels der Tonhöhensteuereinrichtungen dieser Teilstrom vergrößert wird, nimmt der Spannungsabfall am Widerstand I62 zu, so daß die Spannung am Kondensator I66 abnimmt. Hierdurch nimmt dann auch die Oszillatorfrequenz ab.

Die restliche, in Fig.4 dargestellte Schaltung liefert diesen veränderlichen, zweiten Teilstrom. Ein erstes Widerstandsnetzwerk mit einem Widerstand 172 koppelt die Leitung l64 an den Schleifarm eines Potentiometers 174 an, das mit der Leitung 154 verbunden ist. Bei Veränderungen in der Einstellung der groben Tonhöhen-Steuereinrichtung 44 wird der Schleifarm aus einer Normallage verschoben. Bei Einstellung der feinen Tonhöhen-Steuereinrichtung 46 wird der Schleifarm an einem ebenfalls mit der Leitung 154 verbundenen Potentiometer 176 entsprechend verändert. Dieser Schleifarm ist über einen Widerstand 178 an die Leitung l64 angekoppelt.

Die qualitative Wirkung der Änderung der Einstellung eines der beiden Schleifarme ist dieselbe. Die Teilstromwerte werden so gewählt, daß eine vorgegebene Verschiebung der Tonhöhen-Steuereinrichtung 44 für die Grobeinstellung eine

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größere Verschiebung bzw. Versetzung bewirkt als dieselbe Verschiebung der Tonhöhensteuereinrichtung 46 für die Feineinstellung. Die folgenden Ausführungen beziehen sich daher nur auf die Betriebsweise der Tonhöhen-Steuereinrichtung kk für eine Grobeinstellung.

In dieser Schaltung bestehen zwei Beziehungen. Erstens ist offensichtlich die Spannung auf der Leitung 15^ größer als die Spannung auf der Leitung 164. Zweitens ist der Widerstand 172 zumindest eine Größen Ordnung größer als der Widerstand 162.

Bei einer Nullspannungs-Einstellung ist der Spannungsabfall an dem Widerstand 172 null, so daß nur der erste Teilstrom durch den Widerstand I62 fließt. Wenn die Tonhöhen-Steuereinrichtung kk für die Grobeinstellung verschoben wird, ändert der zweite Teilstrom auf der Leitung l64 die Spannung an dem Widerstand 162 und dem Kondensator I66.

Beide Tonhöhen-Steuereinrichtungen ändern die Frequenz prozentual zu der Grundfrequenz, so daß diese S teuer einrichtungen "l/lOO Halbton·¹-Unterschieden geeicht werden können, um die sich ergebende Frequenz zu erhöhen oder zu erniedrigen, vorausgesetzt, daß der Oszillator mittels der Potentiometer und 176 in deren Mittellagen geeicht ist.

Die in Fig.1 dargestellte Stimmeinrichtung oder -hilfe ist empfindlich und arbeitet genau. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Anzeige eine sichtbare Verschiebung aufweist, wenn die Phasenverschiebung kleiner als 10° ist; hierbei hängt die Genauigkeit von der Zeit, während welcher die Stimmeinrihtung den Ton fühlt, und vnn der Stabilität des Tons ab. Dies bedeutet aber, daß die Stimmeinrichtung eine Frequenzdifferenz fühlt, die in dem Intervall, in welchem das Tonsignal vorhanden ist, eine Phasenverschiebung von weniger als 10 hervorruft. Wenn die Stimmeinrichtung mit einer Batterie betrieben wild, ist sie sehr stabil. Gegenüber einer

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Stimmgabel haben Versuche .keine Verschiebung nach einer Tondauer vnn 10 sek gezeigt. Diese große Empfindlichkeit und Stabilität ermöglichen es, zu analysieren, wie Klaviere oder Pianos üblicherweise gestimmt werden.

Piano- oder Klavierstimmer benutzen unterschiedliche Prüf- und Meßmethoden, wenn se zum Ausgleich der "Dehnung oder Streckung" ein Klavier stimmen. Jeder Klavierstimmer be nutzt aber dieselben Prüf- und Meßmethoden, wenn er ein Klavier stimmt. Im allgemeinen ist daher die Frequenzabweichung eines vorgegebenen Tons von seinem theoretischen Wert, nach dem er gestimmt ist, ziemlich konsistent und beständig von einem Klavier zum anderen und ist für ein bestimmtes Klavier wiederholbar. Mit Hilfe der Abstimmeinrichtung oder -hilfe gemäß der Erfindung könnte ein Klavierstimmer die Kurve jedes Klavier einmal bestimmen und dann die Stimmeinrichtung und die Kurve bei einer erneuten Stimmung des Klaväa*s wieder verwenden. Unterschiedliche Kurven sind notwendig, da jedes Klavier eine charakterxstxsche Dehnung aufweist und jedem Klavier speziell zugeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann jedes Klavier mit einer üblichen Abweichkurve eingestellt werden, ohne daß die Kurve tatsächlich gemessen werden muß. Normalerweise beginnt ein Klavierstimmer mit einem Bezugston (d.h. 440 Hz), den er mittels einer Stimmgabel oder einer ähnlichen Einrichtung erhält. Gemäß der Erfindung eicht der Klavierstimmer die Stimmeinrichtung mit Hilfe dieses Bezugstons und stellt die Tonhöhen-Steuereinrichtungen ein, bis die Anzeige stationär ist. Hierauf stellt er dann die Saitenspannung für denselben Ton in der tieferen Oktav(d.h. ein Ton A von 220 Hz), bis dessen Oberwelle auf der Bezugsfrequenz liegt. Wenn der Klavierstimmer dann den Oktavenwähler auf die nächst niedrigere Oktav und die Tonhöhen-Steuereinrichtungen zur Stabilisierung der Anzeige einstellt, zeigt die Bewegung der Tonhöhen-Steuereinrichtung die charakterxstxsche Dehnung für die temperierte Okta'v des KIa-

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vxers am.

Die temperierte Oktav wird nunmehr dadurch gestimmt, daß die Dehnung gleichmäßig .in zwölf Halbtonintervalle aufgeteilt wird. Das heißt, wenn der tiefere Ton als gestimmt angesehen wird und das Klavier eine charakteristische Dehnung von k% (k% eines Halbtons) hat, dann wird der nächsthöhere Halbton ein drittel Prozent höher eingestellt und jeder folgende Halbton wird ebenfalls um ein zusätzliches drittel Prozent höher eingestellt. Diese kleinen Änderungen können ohne -weiteres mit der Stimmeinrichtung gemäß der Erfindung erhalten werden, da sich die prozentuale Fre quenzänderung eines vorgegebenen Tons «är»h linear mit dem Drehwinkel der Potentiometerwelle ändert. Bei einer Ausführungsform kann beispielsweise die Tonhöhensteuereinrichtung 46 bis auf 0,196 eingestellt werden.

Wenn die Temperatur- bzw. temperierte Oktav gestimmt wor den ist, werden die folgenden Töne in der Oktav oder in anderen Oktaven genauso gestimmt. Im allgemeinen können mittels der gestimmten Töne A von 220 Hz und 440 Hz beispielsweise die Töne A mit 88O Hz, mit 1 76O Hz und mit 3 520 Hz nacheinander gestimmt werden. Der Ton A mit 88O Hz kann dann durch Einstellen der Stimmeinrichtung gestimmt werden, um einen Ton A mit 1 76O Hz zu überwachen und um ihn auf die vierte Oberwelle des Tons A mit 440 Hz zu eichen. Der Ton A mit 880 Hz wird dann für eine Nullablenkung auf der Anzeigeeinrichtung gestimmt. Wenn dies der Fall ist, stimmen die vierte Oberwelle des Tons A mit 440 Hz und die zweite Oberwelle des Tons A mit 88O Hz überein. Wenn ein Klavierstimmer dann die Tonleiter nach oben verschiebt, erreicht er einen Punkt, bei welchem die vierten Oberwellen sehr schwach sind. An diesem Punkt wird dann der Stimmvorgang dadurch geändert, daß ein Ton (z.B. ein Ton A mit 3 520 Hz) gestimmt wird, nachdem die Stimmeinrichtung auf die zweite Oberwelle eines tieferen Tons (z.B. eines Tons A mit I76O Hz) geeicht worden ist. Hierdurch ist sichergestellt,

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daß jeder Ton gerade mittels der richtigen Dehnungsgröße gestimmt ist, damit die Oktavintervalle richtig gestimmt ertönen.

Für die tieferen Oktaven kann die Stimmeinrichtung auf die zweite Oberwelle eines gestimmten Tons geeicht und dann der untere Oktavton eingestellt werden, wobei die zweiten und vierten Oberwellai verglichen werden. Wenn der Klavierstimmer tiefere Töne erreicht, erzeugen die Saiten eine kleinere bzw. schwächere Grundwelle. Dafür werden aber die dritten, vierten, sechsten und achten Oberwellen stark. In dem tiefen Baßbereich kann daher ein Klavierstimmer wählen, ob er die Stimmeinrichtung benützen will, um die vierte Oberwelle eines vorher gestimmten Tons und die achte Oberwelle des zu stimmenden Tons abzugleichen. Durch diesen Vorgang werden die Oktaven gerade um die erforderliche Größe ausgeweitet, damit sie abgestimmt erklingen.

Es können auch die dritten und sechsten Oberwellen verwendet werden. In diesem Fall stellt der Klavierstimmer zur Einstellung eines Tons A mit 55 Hz die Stimmeinrxchtung auf einen Ton E mit 330 Hz ein, eicht es auf einen gestimmten Ton A mit 110 Hz und stellt dann den Ton A mit 55 Hz ein. Auf diese Weise vergleicht der Klavierstimmer die sechste Harmonische des Tons A mit 55 Hz und dritte Harmonische des Tons A mit 110 Hz.

Die einzelnen Klavierstimmer können das Verfahren mit Hilfe der Stimmeinrxchtung gemäß der Erfindung ändern. Weiterhin ist die Stimmeinrxchtung nicht auf die Überwachung von Tonfrequenzen beschränkt. Der Detektor 36, die Tiefpaßfilter 40 und die Anzeige 42 fühlen und zeigen wirksam Frequenzunterschiede an. Hierbei hängt die Empfindlichkeit von der zu messenden Frequenz ab, wobei die Freqsnzgrenzen durch die einzelnen Schaltungselemente bestimmt werden. Die Nachweisschaltung l6 in Fig.l ist daher zur Einstellung einer veränderlichen Frequenzquelle auf eine Normal- bzw. Bezugsfre-

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quenz verwendbar.

Bei der Nachweisschaltung l6 sind verschiedene Abwandlungen möglich. Bei sehr hohen Frequenzen kann die Empfindlichkeit durch einen Frequenzteiler an jedem Eingang an dem Detektor 16 verringert werden. Wenn beispielsweise beide Eingänge auf derselben Frequenz liegen und beide durch "4" geteilt werden, schaltet die Anzeigeeinrichtung bei einem Frequenzunterschied von 100 Hz und nicht von 25 Hz ab. Andererseits kann eine Sequenz-Speicherschaltung den Ausgang der Tiefpaßfilter 40 überwachen. In dem speziellen, χι Fig.2 dargestellten Aufbau zeigt die Ausgangsfolge von 40-4, 40-3, 40-2 und 40-1 an, daß der Ton zu niedrig ist, während eine Folge 40-1, 40-2, 4O-3,und 40-4 einen zu hohen Ton anzeigt. Eine Speicherschaltung würde dann eine oder zwei Lampen erregen, um die Sequenzrichtung anzuzeigen.

Es können somit verschiedene Modifikationen und Änderungen an der Stimmeinrichtung bzw. -hilfe gemäß der Erfindung, den einzeln beschriebenen Schaltungen sowie bei dem Verfahren zum Stimmen eines Klaviers gemäß der Erfindung vorgenommen werden, so lange sie im Rahmen der Erfindung lie gen.

Patentansprüche - 26 -

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Claims (17)

1. Patentansprüche

   flJ Einrichtung zum Stimmen von Musikinstrumenten, gekennzeichnet durch

   eine Eingangsschaltung (12) mit einer Einrichtung (l8) zum Aufnehmen eines tonfrequenten Signals/in einem ausgewählten Frequenzbereich und zum Erzeugen eines Tonsignals; und eine Detektorschaltung mit ekler Einrichtung (36) zum Erzeugen einer Anzahl in Abständen vorgesehener Phasenbezugssignale einer bekannten Frequenz, mit einer Einrichtung (60) zum logischen Verknüpfen des Tonsignals mit jedem Phasenbezugssignal in exklusiven DDER-Gliedern (62, 64, 66j 70, 72, 74), mit einer mit der Verknüpfungseinrichtung (60) verbundenen Einrichtung (68, 76) zum Erzeugen einer Anzahl von Ausgangssignalen (01, 02, 03» 04). die gleich der vorgegebenen Anzahl sind, wobei das Tastverhältnis jedes Aus gangssignals von der Phasenbeziehung des Tonsignals und des entsprechenden Phasenbezugssignals abhängt, und mit einer^ auf die Ausgangssignale ansprechenden Anzeigeeinrichtung (42) zur Wiedergabe einer Frequenzdifferenz zwischen dem Tonsignal und den Phasenbezugssignalen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (42) folgende Einrichtungen aufweist:

   eine auf jedes Ausgangssignal (01, 02, 03» 04) ansprechende, einen Mittelwert bildende Einrichtung (40-1, 40-2, 4θ·»3, 4O-4) zum Erzeugen eines Gleichspannungssignals, das sich als Funktion der augenblicklichen Phasendifferenz zwischen dem Tonsignal und einem entsprechenden Phasenbezugssignal ändert, und

   eine Anzahl elektrisch mit der den Mittelwert bildenden Einrichtung in Reihe geschalteten Lampen (86 bis 100), wobei die den Mittelwert bildende Einrichtung die Intensität der jeweiligen Lampen ändert, die ihre maximale Intensität in einer Reihenfolge und mit einer Frequenz erreichen, die dem Frequenzunterschied entspricht.

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3. 3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen (86 bis lOO) in gleichem Abstand auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind, daß mindestens zwei Lampen zu einem Satz zusammengefaßt und mit der jeweiligen den Mittelwert bildenden Einrichtung (40-1, 40-2, 40-3, 40-4) verbunden und in gleichem Winkelabstand auf dem Kreis angeordnet sind, und daß jeder Lampensatz in gleichmäßigem Abstand auf dem Kreis angeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mittelwert bildende Einrichtung (40-l) ein Tiefpaßfilter (8θ) aufweist, das durch jedes Ausgangssignal erregt wird und eine Grenzfrequenz besitzt, die wesentlich unter der tiefsten zu stimmenden Frequenz liegt.
5. 5· Einrichtung nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Bezugssignal erzeugende Einrichtung ein Paar PhasEnbezugssignale erzeugt, die elektriadi um 90° gegeneinander verschoben sind, daß die Verknüpfungseinrichtung erste und zweite exklusive ODER-Glieder (62, 64; 70, 72) aufweist, daß das erste exklusive ODER-Glied (64; 70) durch eines der Phasenbezugssignale und das Tonsignal und das zweite exklusive ODER-Glied (62; 72) durch ein anderes Phasenbezugssignal und das Tonsignal erregt werden, so daß jeder Ausgang den Phasenunterschied zwischen dem Tonsignal und einem entsprechenden Phasenbezugssignal' darstellt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (l6) zusätzlich eine mit jedem der ersten und zweiten exklusiven ODER-Glieder (62, 64; 70, 72) verbundene Einrichtung (68, 76) aufweist, um das Komplement zu jedem Ausgangs-signal zu erzeugen.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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   zeichnet, daß ein Tonwähler (28) und eine Bezugsschaltung (lA) vorgesehen sind, wobei letztere einen auf den Tonwähler (28) ansprechenden, veränderlichen Oszillator (26) zum Erzeugen eines Taktsignals mit einer ausgewählten Frequenz aus einer Anzahl von Frequenzen in einem Bereich aufweist, der größer als der höchste zu stimmende Ton ist, wobei die das Bezugssignal erzeugende Einrichtung auf das Taktsignal anspricht, um die Frequenz der Bezugssignale zu bestimmen, und daß die Eingangsschaltung (12) eine auf den Tonwähler (28) ansprechende, eine Frequenz abtrennende Einrichtung (22) aufweist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Oktavenwähleinrichtung (30) vorgesehen ist, daß die Bezugsschaltung (l4) einen auf die Oktavwähleinrichtung (30) ansprechenden Teiler (32) zum Teilen des Oszillatorfrequenz aufweist, und daß die eine Frequenz abtrennende Einrichtung (22) eine auf die Oktavwählexnrichtung (30) ansprechende Einrichtung enthält.
9. 9· Einrichtung nach Anspruch 7» dadurc h gekennzeichnet, daß der Oszillator (26) eine auf die Oszillatorschaltung ansprechende Spannung, eine erste Spannungsquelle zur Schaffung einer konstanten Spannung, eine zweite Spannungsquelle zur Schafffung eines veränderlichen Spannungsante11s und eine Einrichtung zum Summieren der Spannungsanteile der ersten und zweiten Spannungsquellen aufweist, um durch Verändern der Spannung von der zweiten Spannungsquelle die Oszillatorfrequenz zu ändern.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e iac h η e t, daß die Bezugsschaltung (ik) einen Oszillator (26) mit einem Unijunction-Transistor (15Q). mit einem veränderlichen Steuerwiderstand (I58) und einem veränderlichen zeitbestimmenden Kondensator (I56) aufweist, und wobei der Oszillator (26) zusätzlich eine Spannungsquelle

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    und einen Widerstand (162) zum Ankoppeln eines normalerwei se konstanten Spannungsanteils an den Steuerwiderstand (158). eine veränderliche Spannungsquelle mit Einrichtungen

    i 176) zum Verändern der Spannung der Spannung quelle und eine Summiereinrichtung zum Verknüpfen der Spannungsanteile aufweist, um die sich ergebende Gesamtspannung an den Steuerwiderstand (15β) und den Kondensator (I56) anzukoppeln, um mittels des Widerstands, des Kondensators und der veränderlichen Spannungsquelle die Oszillatorfrequenz zu steuern.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die in der Eingangsschaltung (12) vorgesehene, Frequenzen abtrennende Einrichtung ein Filter (22) aufweist, das auf die Ton- (28) und die Oktavenwähleinrichtung (30) anspricht, um ein ausgewähltes Tonsignal durchzulassen.
12. 12. Verfahren zum Stimmen eines Musikinstruments, das eine Anzahl in der Frequenz einstellbarer Tongeneratoren, die jeweils eine Anzahl Töne erzeugen, die nominell ein Oberwell en- verhältnis besitzen, und Einrichtungen zum Einstellen der Frequenz der Tongeneratoren aufweist, dadurch g ekennzeichnet, daß

    A. ein erster Tongenerator auf eine mittels eines Bezugssignalgenerators erzeugte Bezugsfrequenz abgestimmt wird, die der Nennfrequenz eines Tons in der Tonleiter en-^richt;

    B. die tatsächliche Frequenzdifferenz zwischen der mathematisch erwarteten Frequenz einer Oberwelle des Tons und der gemessenen Frequenz der Oberwelle gemessen wird;

    C. die einem folgendem Ton in der Tonleiter entsprechende Bezugsfrequenz um einen Betrag geändert wird, der gleich der gemessenen Differenz ist, die zwischen den Tönen einer Oktav der Tonleiter gleichmäßig aufgeteilt wird, und

    D. der folgende Ton auf die geänderte Bezugsfrequenz für den entsprechenden Ton in der Tonleiter gestimmt wird.

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13. 13· Verfahren nach Anspruch 12, mit einem Tongenerator zur Erzeugung einer jedem Ton des Instrumentes entsprechenden Grundfrequenz, wobei die Grundfrequenzen eine Anzahl Oktaven überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß

    A. Töne in einer Oktav ausgewählt werden, die als temperierte Oktav bezeichnet wird;

    B. jeder der Töne in der temperierten Dktav durch schrittweise Änderung der Bezugsfrequenz gestimmt und die folgenden Töne in der Oktav entsprechend der geänderten Bezugsfrequenz gestimmt werden, um dadurch eine Oktav abgestimmter Töne zu erhalten; und

    C. daß die restlichen Tongeneratoren durch Einstellen der Bezugsfrequenz auf eine Bezugsoberwelle eines abgestimmten Tongenerators abgestimmt werden, und ein anderer Tongenerator im Abstand einer Oktav bezüglich des abgestimmten Tongenerators so abgestimmt wird, daß eine Oberwelle richtig bezüglich der Bezugsoberwelle gestimmt ist.
14. l4. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der schrittweisen Oktavenstimmung der zu stimmende Tongenerator eine Grundfrequenz aufweist, die im Abstand einer Oktav zu der Grundfrequenz des gestimmten Tongenerators liegt, und daß bei der Stimmung der Oktaven ein weiterer Tongenerator so eingestellt wird, daß die zweiten und vierten Oberwellen der Töne richtig gestimmt sind.
15. 15· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der schrittweisen Stimmung einer Oktav der zu stimmende Tongenerator eine Grundfrequenz aufweist, die im Abstand einer Oktav zu der Grundwelle des gestimmten Tongenerators liegt, und daß bei der Abstimmung der Oktav ein weiterer Tongenerator so eingestellt wird, daß die dritten und vierten Oberwellen der Töne richtig gestimmt sind.
16. l6. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch g e k e η η -

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    zeichnet, daß bestimmte Ohfcaven über der temperierten Oktave dadurch gestimmt werden, daß der jeweilige Tongenerator so eingestellt wird, daß die zweite Oberwellenfrequenz mit der vierten Oberwellenfrequenz eines entsprechend gestimmten Tongenerators richtig gestimmt ist, dessen Grundfrequenz wiederum eine Oktav unter der des zu stimmenden Tongenerators liegt.
17. 17. Verfahren nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Oktaven über der temperierten Ottav dadurch gestimmt werden, daß die Grundfrequenz des zu stimmenden Tongenerators der zweiten Oberwelle eines ent» sprechend gestimmten Tongenerators gleichgesetzt wird, dessen Grundfrequenz eine Oktav unter der des zu stimmenden Generators liegt, und daß Tongeneratoren mit Frequenzen, die kleiner als die der temperierten Oktav sind, dadurch gestimmt werden, daß deren sechste Oberwelle der dritten Oberwelle eines gestimmten Tongenerators gleichgesetzt wird, wobei die Grundfrequenz eine Oktav über der des zu stimmenden Tongenerators liegt.

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