190062. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus orgonák hangjeleinek egymástól független véletlenmodulálására szolgáló kapcsolási elrendezés
1 190062 2 Az elektronikus hangversenyorgonákban szükséges több névlegesen azonos, de valójában ± 1-5 %o< 1 eltérő frekvenciájú elektromos hangjel egymástól független véletlenmodulálását végző kapcsolási elrendezés, amely nem igényel külön csak erre a célra szolgáló alkatelemeket, hanem az egyéb funkciókra amúgy is szükséges kapcsolási elrendezésekben fellépő szórt kapacitások célszerű kihasználásával működik. A legtöbb orgonasíp hangjában ± 2-10 %o nagyságú rövididejű véletlenszerű frekvenciaingadozások figyelhetők meg, vagyis a sípok hangjainak hosszúidejű spektrumképében a spektrumvonalak 4—20 relatív sávszélességben szétterülnek a sávközépén mérhető amplitúdó alatt - 40 dB-nél. A sípfrekvenciák 1 sec. időre mért átlagos értékeinek relatív arányai (vagyis a relatív hangközök) viszont ± 1 %e korüli hosszidejű stabilitást mutatnak, ami elengedhetetlen a relatív hangolás tartós megőrzése céljából. Az elektronikus hangversenyorgonák generátorai hasonló hosszúidejű stabilitás mellett nem mutatnak ± 0.5 %,-nél nagyobb rövididejű ingadozásokat, s nem ismeretes olyan oszcillátorlúpcsolás, amely külön modulátor alkalmazása nélkül nagyobb rövididejű ingadozásokat mutatna. Az irodalom azonban kimutatta, hogy az orgonahangok természetes hangzásnak elengedhetetlen feltétele az említett véletlenszerű, rövididejű frekvenciaingadozás, lásd pl. W. Lottermoser Orgelakustik in Eizeldarstellungen 1967, 1982 Verlag das Musikinstrument Frankfurt am Main. Ezért az ilyen elektronikus orgonák hangzása gépies. A generátorhangok természetessé tételéhez szükséges véletlenmodulációnak több ismert módja van, ezeknek közös vonása, hogy az összes generátor modulálást egy közös modulátor végzi. Ez a megoldás kielégítő amikor egyszerre csak egy generátor hangja szól, azonban több generátor együttes megszólaltatásakor természetellenes hatást kelt, mert a sok síp megszólaltatásával ellentétben az egyes generátorokból származó részhangok modulációi szinkronban vannak egymással. Ez minden „Chor” generátor közös hibája. Az egyes generátorok egymástól független véletlenmodulációjának csak a gyártási költségek szempontjából volt eddig akadálya. Egy magasabb kvalitású elektronikus hangversenyorgonában 60-300 db egymástól független generátor van, amelyek további több száz, velük szinkronozott generátort vezérelnek, s így ezek mindegyikének független véletlenmodulációja természetesen igen költséges. A modulációt nyilvánvalóan nemcsak úgy lehet megvalósítani, hogy véletlengenerátor jelével szorozzuk meg a modulálandó jelet, hanem úgy is, hogy több. közelítően vele azonos frekvenciájú, független periodikus jelet adunk hozzá. A találmány alapgondolata az. hogy a generátorok független véletlenmodulációját ez utóbbi módszerrel oldjuk meg úgy, hogy a modulálandó jelekhez hozzáadott jeleket is maguk a modulálandó jeleket előállító generátorok állítják elő. Az elektronikus orgonák felépítéséből következően a generátorok legtöbbjével közel azonos frekvencián is működnek generátorok. Így pl. az alaphangsorra behangolt különböző generátorsorozatok megfelelő generátorai között 1- 2 %o frekvenciaeltérés van. a kvint felhangok előállításához alkalmazott sorozatok megfelelő generátorai ezektől 2-5 %r-el térnek el, a tere felhangokat előállító generátorok pedig 6-10 %o eltérést mutatnak, így a generátorsorozatok (szokásos kifejezéssel generátoraggregátok) számától függően egy elektronikus orgonában a legtöbb generátor frekvenciájának ± 5 %o -es környezetében további 4-24 generátor működik, amelyek alkalmasak arra, hogy jeleik additív hozzákeverésével megvalósítsák a szükséges véletlenmodulációt A találmány szerinti berendezés felépítése az 1. ábra jelöléseinek használatával a következő: Az la, lb, .. . generátorok kimeneteire kapcsolódnak a 2a, 2b, . . ellenállások egyik kivezetései, a 2a, 2b, ... ellenállások másik kivezetései a 4a, 4b,... kondenzátorok egyik kivezetéseihez kapcsolódnak, a 4a, 4b,... kondenzátorok másik kivezetései az la, lb,.. .generátorok földelőkivezetéseihez kapcsolódnak az la, lb,... generátorok fóldelőkivezetései egymással összekapcsolódnak. A 2a, 2b,.. . ellenállások és a 4a, 4b,. .. kon denzátorok egymással összekapcsolt kivezetéseire kapcsolódnak a 3a, 3b, .. . vezetékek, amelyek egymástól el vannak szigetelve, s egymással össze vannak sodorva. Ez a kapcsolási elrendezés rendszerint a véletlenmodulációtól függetlenül is szükséges, az la lb, ... generátorok az orgona hanggenerátorai közül azok, amelyek közel azonos (± 5 %c> szórású) frekvenciákon működnek. A 2a, 2b, ... ellenállásokból és 4a. 4b, .. . kondenzátorokból álló RC feszültségosztók a generátorok jeleinek továbbiakban szükségtelen, s az orgona további áramköreiben kellemetlen áthallási jelenségeket okozó magas felharmonikusait vágják le. A 3a, 3b, ... vezetékek vezetik a generátorok jeleit a további áramkörökhöz A találmány szerinti berendezés működése a következő: A 3a, 3b, .. összesodort vezetékköteg vezetékei közötti szóét kapacitásokon keresztül additív jellegű áthallások jönnek létre a vezetékek között. Ezen áthallások réven minden egyes vezetéken a hozzákapcsolt generátor periódikus jelén kívül megjelennek a többi generátor ± 5 %>el eltérő frekvenciájú jelei is, természetesen az áthallatszásnak megfelelő átviteli függvény szerint csökkentett amplitúdóval és jelalakban. Az áthallatszások átviteli függvényeinek megfelelő kialakításával, vagyis a vezetékek közötti szórt kapacitások, a 2a, 2b, ... ellenállások, és a 4a, 4b, .. kondenzátorok megfelelő értékeinek beállításával elérhető, hogy a 3a, 3b,.. .vezetékeken megjelenő jelek, a vezetékekre kapcsolt generátorok jeleinek spektrumvonalai környezetében, megfelelően szétterülő spektrumszerkezetetet mutassanak. Az orgonasípok hangzásának szintetizálásához szükséges spektrumszétterülést valósítja meg a következő kiviteli alak, amely a sávközépi szint alatt —40 dB-el 4-20 %c relatív sávszélességet eredményez. Az la, lb, ... generátorok alacsony kimeneti impedanciájú CMOS áramkörök, a 2a, 2b,... ellenállások 4.7 kohm-osak, a 4a, 4b, ... kondenzátorok 32 Hz generátorfrekvenciánál 47 nF-osak, s a frekvencia növekedésével fordított arányban csökkennek 1 kHz-ig, ahol 1.5 nF-osak, a frekvencia további növekedésétől függetlenül értékük innen tovább már nem csökken, a 3a, 3b, ... vezetékek átlagosan 1.8 m hosszúak, s méterenként 50 fordulattal vannak összesodorva. Szerencsés körülmény, hogy a sípos orgonákon végzett mérések szerint a magas hangoknál nagyobb relatív sávszélességre, tehát intenzívebb áthallásra van szükség, mint a mély hangoknál, vagyis a magas frekvenciájú generátoroknál kisebb kapacitású kondenzátorokat kell alkalmazni, mint a mélyeknél. Ez jól összeegyeztethető a 4a, 4b,... kondenzátorok másik funkciójával vagyis a generátorok jeleinek sávkorlátozásával. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 •v
