Die Rhythmen

Das Schieberegister und die Matrix

Die Instrumente sind jetzt soweit erklärt, jetzt kommt die Ansteuerung. Im untenstehenden Bild sieht man ein Prinzipschaltbild wie es funktionieren kann und am Anfang auch funktionierte. Statt einem elektronischen Schieberegister wurde beim Wurlitzer Sideman und dem Keio DA 20 noch Elektromotoren mit Kontaktscheiben verwendet. Danach begann das Solid State Zeitalter und es kamen keine beweglichen oder elektromechanischen Teile mehr zur Verwendung. Das Netz mit dem Instrumente und Taktimpulse verknüpft werden nennt sich Matrix und damit sich die Ein- und Ausgänge nicht gegenseitig beeinflussen werden sie mit Dioden entkoppelt. Bei geöffneten Geräten fällt diese Dioden Matrix sofort auf und hier werden die Rhythmen erzeugt. Ein ändern dieser Matrix hat einen geänderten Rhythmus zur Folge.
Baut man an jedem Knotenpunkt eine Diode mit einem Schalter ein, ist der Rhythmus programmierbar. Am letzten Schritt des Registers wird der Ausgang zusätzlich noch auf einen Reset Eingang des Register gekoppelt, damit der Takt von neuen beginnen kann. Hier kann man auch das Taktmass bestimmen. Der Booster BRX12 und das erste Elektor Selbstbauprojekt von 1972 arbeitet mit Schieberegister.
Der Eko Computa Rhythm arbeitete hier optisch mit einer Lochkarte. Pro Loch ein Impuls. Die Lochkarten konnte man kaufen oder sich selbst stanzen. Leider war der Aufwand zu hoch, denn kurz darauf kamen die ersten programmierbaren Rhythmusgeräte mit Halbleiterspeicher auf (CR78).
Einige dieser programmierbaren Geräte besitzen ein Display, die genau diese Punkte Matrix als Programmierhilfe anzeigen (Boss DR110, Roland TR 707, Korg KPR77), obwohl sie technisch gesehen nicht damit arbeiten. Die Displays verschwanden wieder, da die Auflösung der Drum Computer immer höher wurde und so nicht mehr übersichtlich angezeigt werden konnten.

Meist findet man neben den Dioden auch Widerstände und Kondensatoren in der Signalleitung. Diese dienen dazu die Impulse minimal in der Zeit und in der Amplitude zu beinflussen. Das äussert sich dann in Lautstärkeunterschieden (Accent) und Timing Verzögerungen die für einen Groove sorgen und etwas Menschlichkeit in einen sonst zu geraden, technischen Rhythmus zu bringen.

Oben ein 16 stufiges Schieberegister aus der Elektor Drum Box von 1972. Die 3 IC´s rechts sind 3 gleichwertige Schieberegister in TTL Ausführung. CMos war zu dieser Zeit noch neu, teuer und sehr empfindlich. Die restlichen ICs galten dem Takt, der Start/Stop Steuerung und einem Teiler, der die Diodenmatrix umschaltete. Also konnten auch 32 stufige Rhythmen erzielt werden. Logisch, dass es auch noch ein 3/4 Takt Steuerung gab, aber dann ist auch schon genug ;-)
Man sieht auch noch gut die Platine mit der Dioden Matrix oben im Bild. Hier konnte man die Rhythmen per Lötkolben programmieren.

Der Binaerzaehler / Teilerkette

Um Produktionskosten zu sparen nahm man dann doch eine andere Technik zu Hilfe. Nachdem die Noten ja in Halbe, Viertel und Achtel geteilt wurden machte man das auch so in der Elektronik. Der Taktgenerator steuert einen Teiler an der durch diese Faktoren teilt. Unten ist eine diskret aufgebaute Teilerkette mit bistabilen Multivibratoren (Flip Flops) zusehen. Nach jeder Teilerstufe sind die Anzahl der Impulse durch zwei geteilt. Der Takt selbst wird natürlich auch verwendet und bestimmt die Auflösung der Takte. Nachdem aber nicht das Rechtecksignal als solches verwendet wird, sondern nur die Signalflanken, kann man die Zahl der Ausgänge nochmal erhöhen. Der Ausgang D käme also einer ganzen Note gleich. D und D´miteinander gekoppelt wären Halbe Noten. C und C´ gekoppelt sind schon Achtel Noten.

Und um 3/4 und 4/4 Takte und Triolen zu erzeugen benötigt man eine Taktauflösung die durch 3 und durch 4 teilbar ist. Das wäre also mindestens 12 Impulse pro Takt. Um einen Takt mit drei und vier Viertelnoten aufzulösen sind aber schon 24 Impulse pro Takt notwendig. Will man auch 6/8 Takte Triolen verwenden empfiehlt sich eine Mindestauflösung von 48 Impulsen pro Takt . Dies steht auch auf manchen Sync Eingängen z.B. von den ersten Linn und Simmons Produkten oder der CR78. Drumulator, MXR und Drum Track arbeiteten zumindest mit externen Sync nur mit 24 Impulsen pro Takt. Aus der ansteigenden und abfallenden Flanke kann man intern aber einfach wieder die doppelte Taktrate gewinnen.

Roland, Korg (auch der Din Sync) und Oberheim arbeiteten schon ziemlich früh mit 96 Impulsen pro Takt. Der Midi Clock arbeitet mit 192tel Auflösung. Bei einem Midi/CV und Triggerinterface kann man den Midi Clock meist entsprechend einstellen.

Achtung, wir reden hier von Taktsignalen, das hat nichts mit den Tempoangaben "Beats per Minute" (BPM) zu tun. Da gehts um Viertelnoten und wie oft die in der Minute vorkommen. Manchmal ist bei Sync Eingängen auch von Viertelnoten die Rede, also aufpassen. Impulse (oder Schläge) pro Takt oder pro Viertelnote ist ein Unterschied, da sie vom Taktmass abhängen. Also ob es sich um einen 3/4, 4/4 oder 7/4 Talt handelt. Ist man sich nicht sicher, dann muss der Takt durch vier geteilt oder damit multipliziert werden. Dann muss es stimmen! Manchmal helfen einen auch die Quantisierungsfunktionen des Gerätes weiter. Bei einer Taktauflösung von 24 Impulsen pro Takt kann man den Takt nicht auf 48tel quantisieren. Logisch, oder?
Wenn nicht, dann hilft es einem weiter, dass man sich auf "ppq" geeinigt hat, was soviel heisst wie "Pulses per Quarter", also Impulse pro Viertelnote. Mehr dazu auf der nächsten Seite zum Thema Synchronisation.

Unten rechts im Bild ein Taktgenerator in LC Ausführung, also mit Spule. Daneben im Prinzip die oben abgebildete 4 stufige Teilerkette. Die Dioden über der Teilerkette bestimmen die Rhythmen. Zwickt man welche raus, gibts andere Rhythmen ;-) Die Kondensatoren dienen der Impulsformung und verzögern je nach Kapazität die Impulse mehr oder weniger. Dies hat Lautstärke- und Timingschwankungen zur Folge die den Rhythmus etwas beleben und nicht zu starr wirken lassen.

Damit man nach Starten und Stoppen des Gerätes wieder bei der Eins anfängt ist es notwendig die Teilerkette mittels dem Reset Eingang auf eins zu stellen. Erfolgt das nicht, startet das Gerät wieder genau da wo es aufgehört hat. Auch nach Einschalten des Gerätes mit dem Netzschalter ist es notwendig die Teilerkette auf 1 zu stellen, also in einen definierten Zustand zu bringen. Dafür gibt es meist eine Verbindung der Spannungsversorgung über ein R/C Glied zum Reset Eingang. Der Reset Impuls erfolgt also nach Einschalten verzögert um Sicher zu stellen, dass die Betriebsspannung auch schon den Betriebswert erreicht hat. Sollte es also Probleme mit dem Starten oder Stoppen geben, ist hier nach einem Fehler zu suchen. Hiermit erklärt sich auch hoffentlich die "Continue" Funkton" von selbst. Wenn nicht, dann nochmal alles durchlesen ;-)

Betrachtet man die Wahrheitstabelle der Teilerkette oder nennt man Fachwissen im Dualsystem (Binaersystem) sein eigen, dann weiss man auch, dass diese Teilerkette auch Binaerzaehler genannt wird. So einen Zaehler gibt es fertig als TTL (7490, 7492, 7493 u.a.) oder CMos IC (z.B. CD4520 mit 2 getrennten Binaerzaehlern) und auch in den ganzen neueren Techniken. Lediglich das invertierte Ausgangssignal muss noch mit anderen Logik Gattern erzeugt werden (z.B. 4x NAND im CD 4011). Wie man am obigen Beispiel sieht, hat so ein Baustein auch einige Extras eingebaut wie einen 2. Takteingang oder 2 Reset Eingänge. Manchmal auch Steuereingänge, Rueckwaertszaehler usw..

Gesehen hab ich allerdings noch keinen Teiler IC in einer Serien gefertigten Beatbox. Und kaum hab ich das geschrieben bekomme ich eine Roland TR55 die mit einem DN811 Chip (7stage up Counter) arbeitet. Prima :-)

Links ist wohl der Taktgenerator alter Schule, darauf folgt der IC mit 7 Teilerstufen. Diese IC´s sind üblicherweise als Oktavteiler in Orgeln eingesetzt worden wie z.B. der SAJ110. Die ICs werden aber schon einige Jahre nicht mehr hergestellt und sind deswegen selten und teuer. Wer gerne alte 70er Jahre Kinderorgeln ausschlachtet wird aber noch einige davon finden.

Für Reparaturen könnte man schnell eine komplette Teilerkette ersetzen, da man fast kein Platz für das IC benötigt. Aber Vorsicht bei der Betriebsspannung. TTL ICs wollen 5 Volt, eignen sich nur selten. CMos gibts bis 18 Volt. Alte Beatboxen arbeiten aber teilweise mit ca. 24 Volt. Also ein bisschen Entwicklungsarbeit steckt schon noch drin ;-)

Logische Gatter / Bool´sches Algebra

Unter anderen ging die Firma Eko einen anderen Weg zur Erzeugung der Rhythmen. Es wurden einzelne Teiler und logsiche Gatter verwendet. Obiges Beispiel stammt aus einem Selbstbaubuch und ist relativ einfach gehalten. Öffnet man eine Eko Dreambox 12 möchte man den Schaltplan dazu gar nicht mehr sehen ;-) Allerdings ist sie sehr servicefreundlich, da alle IC´s gesockelt sind. Man kauft sich für 10 Euro alle IC´s nach und wechselt sie aus. Die Funktionsweise zu kennen ist zur Fehlersuche somit nicht mehr zwingend notwendig. Die Wahrheitstabbelen der Ein- und Ausgangszustände solcher Gatterschaltungen lassen sich berechnen. Das nennt sich dann Bool´sches Algebra.

Spezial IC´s für Rhythmusgeräte

Klingt komisch, ist aber so. Schon Mitte der 70er Jahre brachte SGS Ates integrierte Schaltungen heraus, die nicht nur die Rhythmen und die Ansteuerung, sondern auch Taktgenerator und Down Beat Ansteuerung in einem Chip vereinten. Die 12 bzw. 15 Rhythmen der Chips sind ab so ziemlich jedem Rhythmusgerät zu hören, das ab Mitte der 70er Jahre entwickelt wurde. Die Sounds ähneln sich, weil die meisten Entwickler sich an die Schaltungsvorschläge von SGS Ates hielten. Musterbeispiele sind da die kleinen Beatbox Bauanleitungen der Zeitschriften Elo und Elektor. Aber auch viele Orgelhersteller verwendeten diese Chips für die der Hersteller sogar in Elektronikzeitschriften Werbung machte.

Der Siemens Chip ist mir noch nirgends begegnet, kam vielleicht gar nicht auf den Markt. Das Soundmaster Rhythm 1 und sein Univox Pedant arbeitet mit einem kleinen Chip und 8 Preset Rhythmen. Der Soundmaster Discobeat ist jedoch mit Diodenmatrix und diskret aufgebauter Teilerkette in das gleiche kleine Gehäuse untergebracht. Im Monacor Rhythmical Choice sitzt ein LM 8972 der auch 6 Rhythmen produziert.

Mehr auf der nächsten Seite!

1. Die Trommeln (Toms, Snare, Bass Drum, Bongo, Conga usw)
2. Das Blech (Crash und Ride Becken, Hi Hat usw. )
3.. Die Percussion Instrumente (Holz, Cowbell, Tambourine, Hand Clap usw.)
4. Noch mehr Percussion Instrumente (Maracas, Quijada, Guiro, Metal Beat)

6. Die Rhythmenerzeugung (EProm, RAM, Prozessor)
7. Taktgenerator (Start/ Stop, Synchronisation, Din Sync.)
8. Das Signal (Mischverstärker, Einzelausgänge usw.) und der der Saft (Netzteile: Aufzucht und Hege)
9. Digitale Klangerzeugung
10 Zu guter Letzt