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Rundfunk –
und Fernsehtechnisches
Zentralamt
1199 Berlin

Subharchord II

Funktionsbeschreibung

 

0. Allgemeines

Das „Subharchord 2“ ist als zentraler Klang- und Geräuscherzeuger in Studios für elektronische Klangerzeugung bei Rundfunk, Fernsehen, Film, Theater usw. vorgesehen.
Die spezielle Aufgabe des Instrumentes für diesen Zweck ist die Erzeugung von subharmonischen Tonreihen und Mixturen, Rhytmisierung von Klängen, Erzeugung von Klang– und Geräuschstrukturen, Abklingvorgängen usw. In seiner musikalischen Wirkung ist er durch die Verwendung subharmonischer Tonreihen am ehesten mit dem weiterentwickelten Mixturtrautonium von OSKAR SALA vergleichbar. Er unterscheidet sich jedoch wesentlich in der Tonerzeugung und im sonstigen technischen Aufbau.
An Stelle eines schwer spielbaren Bandmanuals besitzt das Gerät ein Tastenmanual (Klaviatur) mit einem Umfang von über drei Oktaven. Bei Tastendruck liefert der dann einschwingende Steuergenerator Impulse, die in einer Triggerstufe (Impulsformer) in Rechteckschwingungen umgewandelt werden. Diese dienen zur Ansteuerung eines binären sowie von vier subharmonischen Frequenzteilern. In einer weiteren Stufe (Vibratogenerator) kann die Tonhöhe des im Steuergenerator erzeugten Tones (durch Tastendruck im Bereich g3 bis g6 gewählt) rhytmisch verändert werden. (Frequenzmodulation, wobei Vibratofrequenz und –hub beliebig eingestellt werden können.)
An Stelle der Klaviatur kann ein Glissandoregler angeschaltet werden, um den Bereich der drei Oktaven – deren Tonhöhe transponierbar ist – stufenlos überstreichen. Dies wird sehr oft bei der Darstellung von Geräuschen benötigt.
Der binäre Frequenzteiler liefert in Verbindung mit dem Steuergenerator gleichzeitig sieben im Oktavverhältnis zueinander stehende Frequenzen (1/2 bis 1/128), so daß durch entsprechende Schalterwahl (1’ bis 64’) ein Tonumfang von über 10 Oktaven zur Verfügung steht. Da außerdem die Ausgangssignale gleichzeitig in zwei unterschiedlichen Wellenformen, Sägezahn- und Rechteck-(Mäander)-Kurven verfügbar sind, besitzt das Gerät bereits in dieser Hinsicht erheblich mehr klangliche Möglichkeiten als das erwähnte Mixturtrautonium.
Dem Steuergenerator und binärem Frequenzteiler sind vier weitere , sogenannte subharmonische Teiler zugeordnet, die zu diesem synchron ganzzahlige Teilfrequenzen liefern, und zwar in 1/2 bis 1/29. Diese subharmonische Reihe ist bekanntlich das intervallgetreue Spiegelbild der in den Klängen von konventionellen Musikinstrumenten vorzufindenden Obertonreihe.
Durch geeignete Dimensionierung der Schaltungen wird erreicht, daß das einmal eingestellte Verhältnis der vier Sub-Teiler über den ganzen Frequenzbereich von zehn Oktaven erhalten bleibt. Die Einzelstimmen der vierfachen Mixtur können getrennt dosiert und in den nachfolgenden Filtersätzen verschiedenartig verformt werden. Das gilt auch für die zusätzlich verfügbaren, direkt vom binären Frequenzteiler abgeleiteten Melodiestimmen.
Nach den verschiedenartig aufgebauten Filtern (Hoch- und Tiefpässen mit einstellbaren Grenzfrequenzen, Bandpässen nach der Mel-Skala und Formantfiltern [Resonanzkreise]) und Verstärkung wird der so geformte Klang einer druckabhängigen Lautstärkeregelung zugeführt, die mit dem Tastenmanual mechanisch gekoppelt ist. In Abhängigkeit vom Tastendruck ändert sich der Ausgangspegel von Null bis zu dem vom Ausgangsregler eingestellten Maximalwert. Diese stufenlose Regelung erweitert auch erheblich die klanglichen Möglichkeiten durch An- und Abschwellen des Tones bzw. durch die freie Gestaltung des Toneinsatzes. Die Regelung wird durch eine neuartige Lichtsteuerung erreicht.
Darauf können in einer Abklingeinrichtung die Dauertöne in Zupf- bzw. Schlagklänge umgewandelt werden. Die Dauer des Abklingvorganges und die Steilheit der Abklingkurve sind regelbar. Die Ausgangssignale können abschließend noch durch eine Rhytmisierungseinrichtung in staccatoähnliche Kurztöne umgewandelt bzw. mit einer chorischen Wirkung vorgesehen werden.
Die Chormodulation wird durch Addition des Ausgangssignales zu vier zusätzlich unterschiedlich verarbeiteten Ausgangssignalen erreicht. In den Zusatzkanälen werden die Signale mit verschiedenen Tieftönen frequenzmoduliert, so daß das komplexe Signal einen Choreffekt vermittelt.
Mit Hilfe eines Ringmodulators können Sinustöne oder Rauschen von der Klaviatur bzw. der Glissandospieleinrichtung gesteuert werden, so daß interessante Klang- und Geräuschstrukturen möglich sind.
Ein „Klangfarbenspiel“ ist auf einer besonderen, rechts neben der eigentlichen Spielklaviatur liegenden Klaviatur möglich. Mit deren Tasten werden mittels fotoelektrischer Tastsysteme knackfrei die im Gerät vorhandenen 14 Filter nach der Mel-Skala eingeschaltet, einzeln oder auch mehrere gleichzeitig, so daß der angelegte Klang ständig gefärbt werden kann. Besonders diese Möglichkeit wird als neues, rationelles Gestaltungsverfahren von den Komponisten geschätzt.
Der elektrisch-funktionelle Gesamtaufbau des Instrumentes und die elektrische Zuordnung der einzelnen Baugruppen sind dem schematisch dargestellten Blockschaltbild zu entnehmen (Anlage 1.)
Im folgenden werden Funktionsweise und Aufbau der wichtigsten Baugruppen des „Subharchord II“ beschrieben.

1. Das Tastenmanual

Das Tastenmanual ist von C aus nach links um fünf Halbtöne (H1-C1) erweitert. Die Tasten C1 – C #1 – A1 können als Schalter für Spielhilfen usw. verwendet werden. Sie sind im „Subharchord II“ nicht belegt. Mit der Taste H#1 wird die druckabhängige Lautstärkeregelung außer Betrieb gesetzt, um harte Toneinsätze zu erzeugen. Mit Taste H1 werden die evtl. gedrückten Tasten C1 – A#1 wieder entriegelt. Zur Unterscheidung dieser Tasten von den Spieltasten sind die Untertasten mit schwarzen (bzw. dunklerem) Tastaturbelag bzw. die Obertasten mit weißem (bzw. hellerem) Tastaturbelag versehen.
Dem Tastenmanual sind auf der rechten Seite noch 14 weitere Tasten zugeordnet (von c über eine Oktave nach c#). Mit diesen Tasten werden die 14 Bandpässe nach Mel-Skala getastet, so daß hiermit ein Klangfarbenspiel ermöglicht wird. Zur Unterscheidung von den Spieltasten sind auch hier wieder die Untertasten schwarz (bzw. dunkel) und die Obertasten weiß (bzw. hell) belegt.

2. Die Generatoreinheit

Diese Baugruppe beinhaltet den Steuergenerator, eine Impulsformungsstufe (Schmitt-Trigger) und einen Vibratogenerator. Der Steuergenerator ist ein besonders dimensionierter Multivibrator und gehört zur Gruppe der Kurztongeneratoren. Die erzeugte Ausgangswellenform ist ein Impuls, der in einer Triggerstufe in eine Rechteckschwingung umgewandelt wird, die zur Aussteuerung eines binären sowie von vier subharmonischen Frequenzteilern dient. Mit dem Vibratogenerator wird die Tonhöhe des Steuergenerators rhytmisch verändert. Es handelt sich um eine echte Frequenzmodulation mit einstellbarer Vibratofrequenz und Frequenzhub.

3. Binärer Frequenzteiler

Der binäre Frequenzteiler liefert Untersetzungsverhältnisse von 1/2 bis 1/128. Zusammen mit dem 3-Oktaven-Tastenumfang der Klaviatur ergibt sich ingesamt gesehen ein Tonumfang von zehn Oktaven plus drei Halbtönen. Die erzeugten Frequenzen der Teilerstufen 1 bis 7 stehen in ganzzahligem Verhältnis zum Steuergenerator (1/2 – 1/4 – 1/8 – 1/16 – 1/32 – 1/64 – 1/128) und werden gleichzeitig erzeugt. Bezeichnet man zum Beispiel die höchste Teilerfrequenz analog einer Orgelregistrierung als 1’ –Registerlage, so stehen durch die Teilerstufen 2 bis 7 gleichzeitig folgende Registerlagen zur Verfügung: 2’ - 4’ - 8’ - 16’ - 32’ - 64’.
Diese zusätzlichen Registrierungsmöglichkeiten, auch mit unterschiedlichen , sich voneinander absetzenden Klangfarben, bedeuten eine erhebliche Erweiterung der klanglichen Möglichkeiten des Subharchords.
Jede Teilerstufe des binären Frequenzteilers liefert zwei Ausgangsspannungen mit unterschiedlicher Ausgangswellenform, so daß der binäre Frequenzteiler insgesamt 14 Ausgänge hat.
Anlage 2 zeigt die Schaltung des binären Frequenzteilers. Die Teilerkette besteht aus sieben Flip-Flop-Stufen, an deren Ausgängen mäanderförmige Tonspannungen abgenommen werden. Im Spektrum einer Mäanderspannung sind bekanntlich nur ungeradzahlige Teiltöne vorhanden. Sie werden zur Erzeugung von Klängen und Geräuschen verwendet, die hohl klingen sollen, ähnlich den Klängen von gedeckten Orgelpfeifen. Zur Darstellung von vielen anderen Klang- und Geräuschwirkungen wird aber auch ein Spektrum benötigt, das alle Teiltöne in genau definiertem Amplitudenverhältnis zueinander enthält. Die Wellenform, die dieser Forderung entspricht, ist der Sägezahn. Um nun die Mäanderspannungen der Flip-Flop-Stufen in Sägezahnspannungen umzuformen, wurde ein neuer Weg beschritten.
Voraussetzung für die optimale Funktion des binären Frequenzteilers im „Subharchord“ ist die Forderung, daß dieser über einen Frequenzumfang von mindestens 12 Oktaven völlig aperiodisch arbeitet. In Bezug auf die Flip-Flop-Stufen ist diese Forderung automatisch gegeben. Um nun die notwendigen Sägezahnspannungen zu erzeugen, die ja auch aperiodisch mit stets gleicher Amplitude vorhanden sein müssen, schied die übliche Differenzierung der Mäanderspannung mit einseitiger Basisbeschneidung aus, da diese sich bei Frequenzänderung ebenfalls verändert und ein stets anderes Spektrum ergibt. Im hier vorliegenden Anwendungsfall wird die Sägezahnspannung durch additive Mischung über entsprechende Spannungsteileranordnungen aus den Mäanderspannungen gewonnen. Für jede Teilerstufe ist eine derartige Anordnung mit einer einstufigen Verstärkerstufe vorgesehen und wird als Impulsformstufe bezeichnet. Die so erzeugten Sägezahnspannungen haben einen treppenförmigen Anstieg und einen extrem kurzen Rücklauf. Musikalisch ist zwischen einem treppenförmigen Sägezahn und einem auf übliche Weise erzeugten Sägezahn mit glattem Anstieg kein Unterschied festzustellen, da das Spektrum das gleiche ist.

4. Subharmonischer Frequenzteiler

Dem Hauptgenerator (Steuergenerator und binärer Frequenzteiler) sind vier weitere Nebengeneratoren zugeordnet, die von ihm synchronisiert werden. Diese Nebengeneratoren liefern ausschließlich subharmonische Frequenzen und sind ganzzahlige Teiler der Frequenz des Hauptgenerators. Die subharmonische Reihe ist das intervallgetreue Spiegelbild der bekannten Obertonreihe. An eine subharmonische Synchronisationsvorrichtung werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Das einmal eingestellte subharmonische Teilungsverhältnis muß über den ganzen kontinuierlichen Frequenzbereich von zehn Oktaven erhalten bleiben. Je nach Einstellung des Schalters für die Wahl des Teilungsverhältnisses kann die subharmonische Tonreihe zwischen 1/2 und 1/29 erzeugt werden. Nach einem neuen hier zur Anwendung kommenden Verfahren ([1]) können die subharmonischen Tonreihen beliebig erweitert werden. Je nach Stellung des Schalters für die Wahl der Triggerfrequenzen werden die Impulse für den Eingang des subharmonischen Frequenzteilers den Teilerstufen 1 bis 6 des binären Frequenzteilers bzw. die höchste Triggerfrequenz dem Steuergenerator entnommen.
Im Übrigen ergibt sich durch die gleichzeitige Erzeugung von 7 Registerlagen die Möglichkeit, subharmonische Frequenzen zu erzeugen, deren Teilungsverhältnisse weit höher liegen als 1/2 bis 1/29. Werden zum Beispiel die Triggerimpulse einer Teilerstufe des binären Frequenzteilers (Hauptgenerator) entnommen, der gerade zur Klangformung eingeschaltet ist, so entstehen subharmonische Teilungsverhältnisse von 1/4 bis 1/58, wobei die ungeradzahligen Verhältnisse fehlen. Die Ausgangsspannung jedes subharmonischen Teilers wird zu einem Pegelsteller geführt, um die Lautstärke jeder Stimme der 4-fachen subharmonischen Mixtur zu dosieren.
Über Trennstufen werden die Mixturstimmen den Klangformungselementen zugeführt. Für jede Mixturstimme ist ein separates Hochpaß- bzw. Tiefpaßfilter mit veränderlichen Grenzfrequenzen vorgesehen. Wie aus dem Blockschaltbild (Anlage 1) zu erkennen ist, kann zum Beispiel eine Mixturstimme über ein Hochpaßfilter, eine zweite Stimme über ein Tiefpaßfilter, die dritte Stimme über eine Bandpaßfilteranordnung, die nach der Mel-Skala aufgebaut ist, und die vierte Stimme über die Formantfilter des Hauptgenerators geleitet werden.
Anlage 3 zeigt die Schaltung des subharmonischen Frequenzteilers. Der eigentliche Frequenzteiler besteht aus fünf Flip-Flop-Stufen, die ohne Rücksteuerung Teilungsverhältnisse von 2:4:8:16:32 ergeben. Die Triggerung der Teilerstufen erfolgt an der Basis der einzelnen Teilerstufen mit negativen Impulsen. Diese Impulse werden jeweils dem zweiten Kollektor der vorhergehenden Teilerstufe entnommen. Die erste Teilerstufe wird vom Hauptgenerator bzw. vom Steuergenerator angesteuert. Um nun auch jedes andere ganzzahlige Teilungsverhältnis erzeugen zu können, wird vom Prinzip der Rücksteuerung Gebrauch gemacht: Von der fünften Flip-Flop-Stufe werden vom zweiten Kollektor die Ausgangsimpulse abgenommen, differenziert, in einer entsprechend vorgespannten Verstärkerstufe verstärkt und gleichzeitig so beschnitten, daß am Ausgang dieser Stufe negative Impulse hoher Flankensteilheit entstehen. Diese Impulse werden über Schaltstufen zwecks Rücksteuerung den Teilerstufen eins bis fünf nach einem in Anlage 4 ersichtlichen Impulsplan zugeführt. Entsprechend den möglichen Kombinationen von Rücksteuerungen zwischen den fünf Teilerstufen ergeben sich 31 verschiedene Teilungsverhältnisse. Die Schaltstufen für die Rücksteuerimpulse sind mit Dioden ausgerüstet, die über entsprechend dimensionierte Spannungsteiler so vorgespannt werden, daß sie bei Rücksteuerung die Impulse durchlassen bzw., wenn die Teilerstufe nicht zurückgestellt werden soll, diese sperren. Die zum Steuern der Dioden notwendige Gleichspannung wird diesen über den in Anlage 5 dargestellten Teilungswahlschalter zugeführt. Durch die Schaltstufen wird vermieden, daß die Impulse über lange Leitungen und den Wahlschalter direkt geleitet werden und so durch Übersprechen in andere Kanäle Störungen hervorrufen.
Durch die Rückstellung von Teilerstufen entstehen am Ausgang des Frequenzteilers Rechteckspannungen mit ungleichem Impuls-Tastverhältnis. Zur definierten Klangformung werden jedoch Mäanderspannungen benötigt. Eine zusätzliche Flip-Flop-Stufe, die nicht zurückgestellt wird, wertet nur jeweils die Änderung in einer Richtung aus, so daß durch die gleichbleibenden Anfangspunkte wieder ein Mäander entsteht. Aus diesem Grund ist die sechste Flip-Flop-Stufe, die nicht zurückgestellt wird, vorgesehen. Durch diese Maßnahme ergeben sich jedoch Teilungsverhältnisse, die um eine Oktave nach tieferen Frequenzen hin verschoben sind. Das heißt, daß zum Beispiel aus 1/2 = 1/4, 1/7 = 1/14, 1/11 = 1/22 usw. wird. Dies wird aber dadurch ausgeglichen, daß der Eingang des subharmonischen Teilers seine Triggerimpulse nicht von der Stufe des Hauptgenerators erhält, der gerade gespielt wird, sondern von der davorliegenden Teilrstufe, die um eine Oktave höher schwingt.

5. Filtersummierungsschaltung

Die Ausgänge aller Filteranordnungen, wie auch der Ausgang des Ringmodulators, werden einer Filtersummierungsschaltung zugeführt. Hier werden über Dosierungswiderstände die einzelnen Filterausgangsspannungen auf einen bestimmten Pegel gebracht und untereinander entkoppelt. Nach einer Verstärkerstufe und einem Impedanzwandler werden die Tonspannungen einer druckabhängigen Lautstärkenregeleinheit zugeführt.

6. Druckabhängige Lautstärkeregelung

Mit dem Manual und der Glissando-Spieleinrichtung mechanisch gekoppelt ist die druckabhängige Lautstärkenregelung. Je nachdem, wie weit eine Manualtaste heruntergedrückt wird, ändert sich der Pegel von Null bis zum Maximalwert. Die mit dem Lautstärkenregler vorzunehmende Amplitudenregelung dient aber auch gleichzeitig zur Erzielung bestimmter Klangeffekte wie An- und Abschwellen des Tones, Einblendung, willkürliche Gestaltung der Tonansatzvorgänge. Die Regeleinrichtung ermöglicht stufenlose und gleitende Änderung der Tonamplitude, arbeitet dabei aber völlig geräuschfrei. Außerdem läßt sie sich trägheitsfrei betätigen.

7. Rhytmisierungseinrichtung

Die Rhytmisierungseinrichtung zerhackt einen Dauerton in kurze Einzeltöne, wodurch staccatoähnliche Klänge entstehen, die bis zur Grenze der Tonerkennbarkeit in Stufen, aber auch gleitend, verkürzt werden können. Die Rhytmisierungsfrequenz ist jederzeit reproduzierbar.

8. Ringmodulator

Mit Hilfe eines Ringmodulators werden ebenfalls interessante Klang- und Geräuschstrukturen erzeugt. Die zu modulierenden Spannungen (Sinustöne, Rauschen usw.) werden dem Ringmodulator von außen zugeführt. Die Modulationsspannung ist ein Sägezahn, dessen Frequenz von der Klaviatur aus oder mittels der Glissando-Spieleinrichtung gesteuert werden kann.

9. Abklingeinrichtung

In dieser Stufe werden Dauertöne in abklingende Töne umgewandelt. Die Dauer des Abklingvorganges kann in weiten Grenzen geregelt werden.
Mit dieser Einrichtung können zum Beispiel gezupfte Klänge erzeugt werden. Abklingende subharmonische Mixturen ergeben metallische Klänge, wobei durch unerschiedliche Zusammensetzung der frequenzvariablen Mixturen abwechslungsreiche Eindrücke entstehen. Auch in Verbindung mit anderen im „Subharchord“ befindlichen Verformungseinrichtungen (Ringmodulator, Rhytmisierungseinrichtungen, Klangfarbenspiel usw.) kann die Abklingeinrichtung verwendet werden.
Bisher bekannt gewordene Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von Abklingvorgängen sind sehr aufwendig und und weisen viele ungünstige Eigenschaften auf, so daß für das „Subharchord“ eine neuartige Abklingeinrichtung entwickelt werden mußte.
Gelöst wurde diese Aufgabe durch ein Verfahren ([2]) , bei dem ein über einen Fotowiderstand geleitetes Tonsignal durch die Einwirkung eines Lichtimpulses in sehr kurzer Zeit auf einen Maximalwert hochgetastet und durch Ausnutzung der Rekombinationszeit (Zeit bis zum Erreichen des Dunkelstromwertes nach Erregen durch einen Lichtimpuls) wieder auf ihren ursprünglichen Wert gebracht wird.
In Anlage 6 ist das Prinzip der Schaltung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt:
Dabei bedeuten 1 und 2 Fotowiderstände, 3 eine Beleuchtungslampe, 4 ein variabler, 5 und 6 je einen Festwiderstand. Es bilden die Widerstände 4 und 5 zusammen mit dem Fotowiderstand 1 einen von der Beleuchtungsstärke abhängigen Spannungsteiler, wie auch der Widerstand 6 mit dem Fotowiderstand 2 einen solchen Spannungsteiler darstellt.
Der zur Anwendung kommende Fotowiderstand ist mit einer Erregungszeit von 1 bis 2 ms bei 1000 Lux und einer Widerstandsänderung von etwa 200 K pro Sekunde nach Beendigung des Lichtimpulses geeignet bemessen. Der Hellwert des Fotowiderstandes ist ca. 50 bis 100 bei 1000 Lux, der Dunkelwert jedoch 10 M.
Einen Wert
Die Wirkungsweise ist folgende:
Werden dem Eingang der Anordnung in Anlage 6 ein Klang- und/oder Geräuschsignal zugeführt und die in einer Dunkelkammer befindlichen Fotowiderstände durch einen Lichtimpuls kurzzeitig angestrahlt, so wird das Klang- und/oder Geräuschsignal mit einem glocken- bzw. zupfähnlichen Einschwingvorgang von sehr kurzer Dauer bis zum Maximalwert hochgetastet. Nach Beendigung des Lichtimpulses beginnt der Abklingvorgang, indem der Fotowiderstand 1 seinen Wert von ca. 100 (Hellstrom) ändert, um mit einer Widerstandszunahme von etwa 200 K pro Sekunde seinen höchsten Widerstandswert von 10 M (Dunkelstrom) zu erreichen. Je nach Größe des Widerstandswertes vom Arbeitswiderstand 4 und 5 ergibt sich ein zeitlich unterschiedlicher Abklingvorgang am Punkt x der Schaltung. Je größer der Widerstandswert von 4 und 5 ist, desto länger dauert der Abklingvorgang.
Es ergeben sich durch die ständige Änderung des Spannungsteilerverhältnisses, gebildet aus dem Fotowiderstand 1 und den Widerständen 4 und 5, nach Beendigung des Lichtimpulses Abklingvorgänge, wie sie bei Gongs, Becken usw. in sehr ähnlicher Weise vorhanden sind. Durch Veränderung des Widerstandswertes von 4 kann die Abklingzeit in weiten Grenzen geändert werden.
Zur Erzeugung von Abklingvorgängen würde an sich ein Fotowiderstand und ein variabler Arbeitswiderstand genügen. Da aber der Sperrwiderstand des Fotowiderstandes etwa 10 M ist, so würde sich bei einem Maximalwert von 100 K des Arbeitswiderstandes 4 und 5 nur ein Regelverhältnis von 1 : 100 = 40 dB ergeben; das heißt, daß nach Beendigung des Abklingvorganges noch erhebliche Restamplituden als Dauertöne zu hören sind. Um dies zu vermeiden, wird eine Doppelsteuerung, gebildet aus dem Fotowiderstand 2 und dem dazugehörigen Arbeitswiderstand 6, angewendet. Die am Punkt x der Schaltung abklingende Tonspannung wird zur gleichen Zeit von dem Fotowiderstand 2 und dem Arbeitswiderstand 6 nochmals geregelt, so daß sich jetzt ein Regelverhältnis von mindestens 1 : 10 000 = 80 dB ergibt. Im Gegensatz zum variablen Arbeitswiderstand 4 und 5 ist der Arbeitswiderstand 6 ein Festwiderstand mit einem bestimmten Wert. Die Widerstände 4 und 5 und der Widerstand 6 sind so ausgelegt, daß sich einstellbare und jederzeit reproduzierbare Abklingzeiten von 1 bis 15 Sekunden ergeben. Am Punkt y wird die Ausgangsspannung abgenommen. Vor dem Eingang sowie am Ausgang der Abklingeinrichtung ist je eine Trennstufe, die auch gleichzeitig als Impedanzwandler ausgelegt ist, eingeschaltet. Hiermit wird jede Beeinflussung der Abklingeinrichtung vermieden. Anlage 7 zeigt das komplette Schaltbild der Abklingeinrichtung.

10. Chormodulator

Mit Hilfe dieser Einrichtung kann einer einzelnen Stimme oder auch einem Klanggemisch eine Chorwirkung zugeordnet werden (ähnlich der Wirkung einer großen Besetzung gleicher Instrumente). Spielen zum Beispiel in einem Orchester mehrere Geiger die erste Stimme, so hört man deutlich die Chorwirkung heraus, weil es auch dem besten Geiger nicht gelingt, die genaue Tonhöhe gleichzeitig mit den anderen zu spielen. Es sind immer geringe Stimmungsunterschiede vorhanden. Da das menschliche Ohr die entstehenden Schwebungen bis zu einer Dauer von 24 sec. noch heraus hört, hat man deutlich den Eindruck, daß hier ein Geigenchor spielt. Diese Chorwirkung ist ein wesentliches Merkmal der musikalischen Ästhetik und für die Klangwirkung des Orchesters von großer Bedeutung.
Zur Erzeugung einer Chormodulation wird ein neues Verfahren [3] angewendet, wobei das fertige Klanggemisch mit einer Spezialmodulation versehen wird. Dieses Klanggemisch wird einer Schaltungsanordnung zugeführt und in fünf Kanälen getrennt verarbeitet. Im Kanal 1 wird das Klanggemisch nicht moduliert. Im Kanal 2 wird eine Frequenzmodulation (Phasenmodulation) vorgenommen, deren Modulationsfrequenz bei etwa 0,8 Hz liegt. Die Kanäle 3 bis 5 sind ebenfalls frequenzmoduliert und weisen folgende Modulationsfrequenzen auf: 1,8 Hz, 3,4 Hz und 7,6 Hz. Die vier Modulationsfrequenzen sind so abgestimmt, daß sie keine ganzzahligen Verhältnisse untereinander bilden. Die dadurch entstehenden Schwebungen verstärken zusätzlich die Chorwirkung der Anordnung. Nach dieser getrennten Verarbeitung des Eingangssignals werden die Signalamplituden der einzelnen Kanäle dosiert, wobei die modulierten Spannungen der Kanäle 2 bis 5 noch über Hoch- bzw. Tiefpassfilter geleitet und in einer Mischeinrichtung zu einem Gesamtklang additiv vereinigt werden.
Hierdurch wird folgende Wirkung erreicht: Der amplitudenmäßige Signalanteil des Kanals 1, in dem keine Modulation vorgenommen wird, beträgt ca. 90 % der Gesamtsignalspannung. Die Amplitudenanteile der Kanäle 2 bis 5 betragen jeweils etwa 2,5 %. Die in den Kanälen 2 bis 5 vorgenommene, in Frequenz und Frequenzhub unterschiedliche Phasenmodulation überlagert sich der unmodulierten Signalspannung des Kanals 1 derart, daß das durch additive Mischung aller 5 Kanäle gewonnene Gesamtklanggemisch eine unstete Frequenzmodulation aufweist, die der Chorwirkung von Pfeifenorgeln im Plenum bzw. im Tutti und Orchestern weitgehend entspricht.
Die Anlage 8, 9, 10 zeigen das komplette Schaltbild des Chormodulators. Um die vielen Bauelemente konstruktiv unterzubringen, wurde die Schaltung des Chormodulators auf drei Leiterplatten aufgeteilt. Auf der ersten Leiterplatte befindet sich der Phasenschieber mit den Eingangs-Ausgangsimpedanzwandler und einer Verstärkerstufe. Auf der zweiten und dritten Leiterplatte die Chorgeneratoren 1 und 2 bzw. 3 und 4 mit je einer Modulationsstufe.
Der Phasenschieber Anlage 8 hat als Eingangsstufe einen Emitterfolger (Transistor 1) als Impedanzwandler. Am Emitter von T1 wird über den Einstellregler R4 der Signalanteil für den Kanal 1 (unmoduliert) abgenommen und dem Entkupplungswiderstand R 19 zugeführt. Des weiteren wird vom Emitter dieser Stufe die Signalspannung dem Transistor T2 zugeführt, der als Phasenspalter arbeitet. Am Kollektor und Emitter von T2 wird eine Spannung abgenommen, die um 180° phasenverschoben ist. Zur Phsenmodulation selbst werden jedoch Signalspannungen benötigt, die um 90° in der Phase verschoben sind. Um diese 90° Phasenspannung zu erzeugen, wird die 180° Phasenspannung mittels zweier Phasenschiebernetzwerke in die 90° Phase gedreht. Die nun um 90° phasenverschobene Signalspannung wird an den Punkten 21 und 23 abgenommen und den Modulationsstufen der Chorgeneratoren 1 und 2 sowie 3 und 4 zugeführt. Die Widerstände R15 bis R19 sind Entkopplungswiderstände und bilden zusammen mit dem Widerstand R20 fünf Spannungsteiler. Den Eingängen 13, 15, 17, 19 wird die bereits modulierte Signalspannung von den Chorgeneratoren 1 bis 4 zugeführt. Die additive Gesamtspannung dieses Mehrfachspannungsteilers wird einer Verstärkerstufe (Transistor T3) zugeführt. Diese Transistorstufe ist mit einem sehr rauscharmen Transistor bestückt, da die Eingangsspannung gering ist. Die verstärkte Gesamtsignalspannung führt über eine weitere Impedanzstufe und einen Übertrager Tr. 2 (1:1) zum Ausgang 1 des Chormodulators. Dieser Übertrager dient lediglich zur Phasendrehung um 180°, damit die Phasenlage mit der des Vorverstärkers V 741, in den die Chormodulation stufenlos eingegeben werden kann, übereinstimmt. Aud dem Schaltbild für den Phasenschieber ist ein Teil der Rhytmisierungseinrichtung eingezeichnet. Dieses Bauteil hat mit dem Chormodulator nichts zu tun und ist lediglich aus mechanischen und elektrischen Gründen auf der sonst nicht ganz ausgenützten Leiterplatte des Phasenschiebers montiert.
Die Anlage 9 + 10 zeigen die Schaltbilder der Chorgeneratoren 1 und 2 bzw. 3 und 4. Da sie bis auf den unterschiedlichen Generatorfrequenzen und den Hoch- bzw. Tiefpassbildern völlig identisch sind, genügt eine Funktionsbeschreibung: Die Transistoren T1 und T3 stellen mit ihren Bauelementen Phasenschiebergeneratoren dar. Mittels der Einstellregler R5 bzw. R21 werden die günstigsten Arbeitspunkte der Transistoren T1 und T3 eingestellt. Die Einstellregler R1 und R17 dienen zur Einstellung der Frequenz der Generatoren (ca. 10 % Variationsbereich). Die Kondensatoren C19 und C20 vermeiden Störungen auf UKW-Frequenzen. Mit den Einstellreglern R7 und 23 wird die Generatorausgangsspannung über Entkopplungswiderstände R9 und R25 den Basisspannungsteilern der Modulatorstufen mit den Transistoren T2 und T4 zugeführt. Diese Generatorspannungen müssen so eingestellt werden, daß die Transistoren T2 und T4 fast völlig auf- und zugesteuert werden. An den Punkten St1/21 und 12 werden die 90°-Signalspannungen vom Phasenschieber zugeführt. Von den Einstellreglern R14 und R30 werden die modulierten Spannungen abgenommen und über eingliedrige Hoch- bzw. Tiefpassfilter den Entkopplungswiderständen 13, 15, 17 und 19 in Anlage 8 (Phasenschieber) zugeführt.

11. Tastsystem für Mel-Filter

Um ein knackfreies Klangfarbenspiel zu erreichen, dürfen die Bandpaßfilter nach Mel-Skala nicht direkt über die Tastenkontakte geschaltet werden. Mit Hilfe von Tastsystemen werden die Filter über einen kurzen Ein- bzw. Ausschwingvorgang an- bzw. abgeschaltet. Die Tastsysteme selbst werden von den dafür vorgesehenen 14 Tasten des Manuals ausgesteuert.

12. Klangformung

Von den zahlreichen Methoden, elektrische Töne klanglich zu färben, hat sich die Stoßerregung von elektrischen Resonanzkreisen durch Kippschwingungen als besonders vielseitig erwiesen. Bei der Klangformung im „Subharchord II“ wird von diesem Prinzip weitgehend Gebrauch gemacht. Außer diesen schwingungsfähigen Formantfiltern (Resonanzkreisen) werden noch RC-Filter als Hochpässe, Tiefpässe und kombiniert mit Resonanzkreisen eingesetzt. Eine aus 14 Bandpaßfiltern bestehende Filteranordnung, die nach der Mel-Skala aufgebaut ist, vervollständigt die umfangreichen Klangformungselemente dieses Instrumentes. Durch die gleichzeitige Erzeugung von sieben variablen Registerlagen, die im Oktavverhältnis zueinander stehen, können besondere Klangfarben nach der Klangformung noch additiv zugesetzt werden.

Formantfilter:
Nr. 1 Vox Humana
Nr. 2 Oboe
Nr. 3 Französisch Horn
Nr. 4 Krummhorn
Nr. 5 Fagott
Nr. 6 Trompete
Nr. 7 Posaune
Nr. 8 Clairon
Nr. 9 Saxophon
Nr. 10 Kornett
Nr. 11 Effekt „Hell“
Nr. 12 Streicher
Nr. 13 Hochpaß (umschaltbar)
Nr. 14 Tiefpaß (umschaltbar)

Bandpaßfilter (nach Mel-Skala):
Nr. 1 200 ... 400 Hz
Nr. 2 400 ... 625 Hz
Nr. 3 625 ... 875 Hz
Nr. 4 875 ... 1170 Hz
Nr. 5 1170 ... 1550 Hz
Nr. 6 1550 ... 1970 Hz
Nr. 7 1970 ... 2420 Hz
Nr. 8 2420 ... 2900 Hz
Nr. 9 2900 ... 3450 Hz
Nr. 10 3450 ... 4000 Hz
Nr. 11 4000 ... 5000 Hz
Nr. 12 5000 ... 6500 Hz
Nr. 13 6500 ... 8000 Hz
Nr. 14 8000 ... 10 000 Hz

13. Glissandospiel

Mittels gesondertem Glissandoregler, Umschalter von Tastenspiel auf Glissandospiel und Drücken der tiefsten Spieltaste (C) des Manuals.

14. Technische Detailangaben

Frequenzbereich des Steuergenerators: 2093,00 Hz ... 18 794,54 Hz (c4 – d7)
Tonhöhenkonstanz: 1 x 10 -3
Vibrato: a) Modulationsfrequenz: 3 ... 8 Hz bedienbar
b) Frequenzhub: max. ±50 cent bedienbar
Stimmbarkeit: 435 ... 450 Hz, Stimmung: temperiert
Stimmbereich: Abgleichmöglichkeit mittels Einstellregler für jeden Halbton des
Steuergenerators
Ausgangsspannung des Instrumentes: 6 dB an 200 Ohm, Quellwiderstand ca. 30 Ohm
Anzahl der Ausgänge: 2
Stromversorgung:
a) Netzspannung: 220 Volt ~ ± 5 %
b) Meßfrequenz: 47 ... 60 Hz
Netzanschluß: Unterseite des Gerätes

Literaturhinweise:

[1] DWP 25 634
[2] DWP 41 510
[3] DWP 23 817

Hinweise zu den im Text angeführten Abbildungen:

Abb.   Siehe Anlage: Service-Unterlagen Fach: Zeichnungs-Nr.
1 Blockschaltbild 1    
2 Binärer Frequenzteiler   3 ER 5-1
3 Subharmonischer Frequenzteiler 2 4  
4 Impulsplan 3    
5 Stufenschalter   4 ER 5-64
6 Abklingeinrichtung, Prinzip 4    
7 Abklingeinrichtung   14 ER 5-29
8 Chormodulator - Phasenschieber   12 122.76-166 Sp
9 Chormodulator - Generator 1 + 2     122.76-167 Sp
10 Chormodulator - Generator 3 + 4     122.76-168 Sp

ANLAGEN:

Verzeichnis der Anlagen (vorhanden):
Anlage 1 Blockschaltbild des Subharchord II
Anlage 2 Subharmonischer Frequenzteiler (Prinzipschaltung, komplett)
Anlage 3 Subharmonischer Frequenzteiler (Impulsplan)
Anlage 4 Abklingeinrichtung (Prinzipdarstellung)

Verzeichnis der Anlagen (NICHT vorhanden!):
Anlage 5 Teilungswahlschalter
Anlage 6 Abklingeinrichtung (Schaltungsprinzip)
Anlage 7 Schaltbild der Abklingeinrichtung (komplett)
Anlage 8, 9, 10 Schaltbild des Chormodulators

Anlage 1Anlage 2

Anlage 3Anlage 4

 

[Abschrift nach Originalunterlagen / Manfred Miersch, 2002]

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* www.subharchord.de