AT508620A2 - Elektronisches musikinstrument - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit einer Klaviatur, die eine Konzertflügelmechanik mit beispielsweise 88 oder 97 Tasten umfasst, die über ein Hebelsystem jeweils einen Hammerkopf in eine Schwenkbewegung in Richtung auf einen Messwert-5 aufnehmer versetzen, der an Stelle einer Saite montiert ist und der Sensorelemente zur Erfassung von Anschlagparametern, insbesondere der Anschlagstärke und zur Weiterleitung der Signale an einen Rechner mit Tongenerator einschließt. Neben den weit verbreiteten Keyboards sind elektronische Klaviere bekannt. Innerhalb dieser 10 Gruppe besteht eine Nachfrage nach solchen Instrumenten, die sich im Anschlaggefühl für einen Pianisten nicht von einem Konzertflügel unterscheiden. Natürlich soll auch der Ton, wenn gleich dieser elektronisch generiert bzw. aus einer Datenbank abgerufen wird, jenem einer schwingenden Saite entsprechen. 15 Ein Klaviaturmusikinstrument dieser Art ist von der DE 1 964 4780 Al beschrieben. Es wird eine Klaviatur eines Pianos eingesetzt, die eine Hammeranordnung einschließt. An Stelle von mit Filz belegten schmalen Hammerköpfen werden zylindrische Körper aus Metall oder Kunstharz an den freien Enden der Hammerstiele einge-20 setzt, die eine Hammeranordung einschließt. An Stelle von filzbelegten schmalen Hammerköpfen werden zylindrische Körper aus Metall oder Kunstharz an den freien Enden der Hammerstiele eingesetzt. Diese schlagen jeweils gegen einen starr angeordneten Messwertaufnehmer, der ein piezoelektrisches Element umfasst, welches zwi-25 sehen geräuschabsobierenden Schichten eingebettet ist. Ein solcher Messwertaufnehmer entspricht hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften nicht einer durch Anschlägen zur Schwingung gebrachten Saite.

Aus der EP 1 975 921 A2 ist ein Musikinstrument bekannt, das 30 sämtliche Bauelemente eines Konzertflügels umfasst, jedoch zusätzlich eine Einrichtung zum Stummschalten und zum Einschalten von elektronischen Komponenten zur Tonerzeugung aufweist. Das Umschalten und Stummschalten der Saiten erfolgt durch Abfangen der Hämmer vor Erreichen der Saiten. Den Tasten der Klaviatur werden unmit-35 telbar die Messwertaufnehmer für die elektronische Tonerzeugung zugeordnet, so wie dies auch bei Keyboards der Fall ist. Die Messwertaufnehmer sind als Tastensensoren in Form von Solenoiden ausgebildet, wobei Eisenkerne in den Spulen eintauchen. Abhängig vom Tastenweg beim Anschlag und von der Geschwindigkeit erfolgt das Einschalten und Abschalten des elektronisch generierten Tones, je- 40 ·· ·· · . • · · f · · · *

• · · · · · ·· · · · * · · ···· · · ···· J • · I · · * ·· ·· - 2 - weils anschwellend und abschwellend. Ab dem Abschalten beim Loslassen einer Taste kann ein Nachklang generiert werden, bis ein Dämpfersignal erfolgt. Die eigentlichen Töne sind gespeichert und werden über ein digitales Interface (MIDI-Musical Instrument Digi-5 tal Interface) in bekannter weise abgerufen. Dieses Klavier verfälscht durch Abfangen der Hämmer das Anschlaggefühl des Pianisten.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein elektronisches Musikinstrument der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das einen Pianis-10 ten - z.B. zu Übungszwecken für einen Konzertauftritt - ein Anschlaggefühl vermittelt, das von jenem eines Konzertflügels nicht zu unterscheiden ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Messwertaufnehmer jeweils von einer Platine kammartig auskragende, biegsame Dehnungssensoren in der Position von Klaviersaiten umfas-15 sen und die mechanischen Eigenschaften der Messwertaufnehmer hinsichtlich der Elastizität und des Widerstandes jenen einer Klaviersaite nachgebildet sind. Die Messwertaufnehmer sind somit nicht unmittelbar unter den Tasten angeordnet und werden auch nicht durch harte Hämmer mit harten Köpfen angeschlagen. Es han-20 delt sich erfindungsgemäß um frei schwingende Elemente, die die Originalsaiten nicht nur örtlich, sondern auch im Sinne ihrer Eigenschaften ersetzen. Genau so, wie eine angeschlagene Saite den Hammerkopf zurückschleudert, reagieren die kammartig auskragenden, biegsamen Dehnungssensoren. Es ist zweckmäßig, wenn mindestens ein 25 Dehnungsprozessor auf einer von der Platine auskragenden elastischen Zunge, vorzugsweise aus mehrschichtigen Kunststoffplatten, mit unterschiedlichen Längen, gegebenenfalls unterschiedlichen Breiten, insbesondere unterschiedlichen Trapezformen vorgesehen ist. Es wird diese Zunge durch den Hammerkopf der Konzertflügel-30 klaviatur angeschlagen. Sie reagiert auf Grund ihrer Stärke, Materialauswahl, ihres Aufbaues und ihrer Formgebung genauso wie die Saite, die von der Zunge gewissermaßen ersetzt wird.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass Dehnungssensoren auf der elastischen Zunge im 35 Wurzelbereich der Zunge nächst dem Übergang zur starr befestigten Platine, vorzugsweise beidseitig der Zunge, angeordnet und über Leiterbahnen mit der Platine und einer Auswerteschaltung für ein elektronisches Signal entsprechend der Auslenkung der Zunge beim Anschlag durch einen Hammerkopf nach Größe und zeitlichem Verlauf 40 verbunden sind. Eine konkrete Ausführungsform umfasst beiderseits • · • · • · · • ···· • · ·· t ·· · • · · · • · · ·

3 der Zunge im Wurzelbereich je vier Dehnungssensoren, die stäbchenförmig ausgebildet und mit ihrem Anfang und Ende in Längsrichtung der Zunge jeweils fest mit der Zunge verbunden sind. Diese Sensoren können Dehnungen und Stauchungen erfassen, also Signale ent-5 sprechend und proportional den Schwingungen der Zunge wiedergeben, auf der sie angeordnet sind. Die mehrfache Anordnung ermöglicht den Aufbau einer Brückenschaltung auf der Platine. Es wird die Kurvenform der Schwingungsamplituden über der Zeitachse aufgenommen und ausgewertet. Um einen Ton richtig wiederzugeben, wird eine 10 Kalibrierung vorgenommen. Dazu weist die Zunge in Längsrichtung Bohrungen zum Anbringen von Gewichten auf. Durch Gewichtveränderung der Zunge wird ein anderes Schwingungsverhalten erreicht und somit eine andere Kurvenform hervorgerufen. Sobald diese auf Grund der Kalibrierung durch die temporär eingebrachten Gewichte den ge-15 wünschten Klang und der entsprechenden Lautstärke entspricht, wird diese fixiert, sodass die Gewichte von der Zunge für die Zukunft entfernt werden können (synthetische Kalibrierung). Um den Ton perfekt zu erzeugen, ist es erforderlich, dass ein weiterer Messwertaufnehmer als Sensor innerhalb der Klaviatur zur Erfassung des 20 Tastenweges ab dem Anschlag bis zum Aufsetzzeitpunkt eines Dämpfers vorgesehen ist und dass das Signal dieses und des in Saitenposition vorgesehenen Messwertaufnehmers einem Rechner zuführbar ist, der ein MIDI - Signal generiert und über einen Tongenerator in ein authentisches Signal umsetzt. Damit wird der Ton ausgewählt 25 und der Zeitpunkt (Beginn und Ende) seiner Wiedergabe bestimmt.

Die Intensität ergibt sich durch den Anschlag auf die Zunge. Wichtig ist hier in erster Linie die Vermittlung des Anschlaggefühls durch die Beibehaltung der Konzertflügelklaviatur einschließlich der unveränderten Hammerköpfe, die auf einen Messwertaufnehmer 30 fast unhörbar schlagen, welche in mechanischer Hinsicht den jeweiligen Saiten nachgebildet sind.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt. Fig.l zeigt einen Schnitt durch die Tastaturmechanik eines Konzertflügels und Fig. 2 ein Detail aus Fig. 35 1 in Draufsicht, zusammen mit einer elektronischen Schaltung.

Eine Klaviermechanik einer handelsüblichen Bauart wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Ausgangsbasis verwendet. Eine Taste 1 ist Teil eines zweiarmigen Hebels, der einerseits an einem Dämpferhebel 3 anliegt und der andererseits über ein mehrfaches 40 Hebelsystem einen Hammerkopf 4 nach oben schleudert (Pfeilrich- ·· ·· ·· · ·· ! · ΛΑ · · · · · * I φ φ · · · ·* · · · ϊ 5 · · ···· · · ···· j » · · · · ! . ·· ·· · ·· · - 4 - tung). An Stelle einer Klaviersaite ist dort ein Messwertaufnehmer 5 vorgesehen. Dieser umfasst für jede Saite mindestens einen kammartig von einer Platine auskragenden Dehnungssensor 6,6'. Dieser ist auf einer elastischen Zunge 7, hier im Übergangsbereich zwi-5 sehen der Zunge 7 und einer Platine 8, angeordnet. Diese Baueinheit ist hinsichtlich der Materialauswahl, dem eventuellen Schichtenaufbau und der Materialstärken sowie hinsichtlich der Formgebung so beschaffen, dass der Hammerkopf 4 beim Anschlägen auf die Zunge 7 die völlig gleichen Eigenschaften vorfindet, wie bei einer 10 Klaviersaite dieser Tonhöhe. Insbesonders bezieht sich diese Charakteristik auf die Elastizität, die das Reflexionsverhalten des Hammerkopfes 4 bestimmt. Durch Aufbringen von Gewichten (nicht dargestellt) kann allenfalls eine weitere Verbesserung erreicht werden. Es wird damit sichergestellt, dass der Pianist beim Spie-15 len des elektronischen Klaviers exakt das Anschlagempfinden hat, wie bei einem (seinem) Konzertflügel.

Es können mehr als ein Dehnungssensor 6,6' (Dehnungsmessstreifen) auf der Zunge 7, insbesondere im Übergangsbereich zur Platine 8, z.B. also vier Dehnungssensoren 6,6' in Brückenschaltung, vor-20 gesehen sein. Im letzten Fall können diese Dehnungssensoren 6,6' einander paarweise oberhalb und unterhalb der Zunge 7 gegenüberliegen und an der Brückenschaltung auf der Platine 8 angeschlossen sein (Fig.2). Die Dehnungssensoren 6,6' generieren Spannungssignale bei Dehnung und Stauchung (Zug und Druck) entsprechend der 25 Schwingung der Zunge bei und nach einem Anschlag durch den Hammerkopf 4. Die elektrischen Signale ergeben über die Zeitachse eine Kurvenform, die für den Ton und den Klang von Bedeutung ist. Bei einem Anschlag steigt die Spannung zuerst an, bis ein maximaler Wert erreicht ist. Dies ist der Zeitpunkt, da der Hammerkopf 4 30 seine Bewegungsrichtung ändert. Der Maximalwert wie auch der Beginn und das Ende des elektrischen Signals, im Intervall, da der Dämpferhebel 3 von einem Reflexionssensor 10 abhebt und wieder aufsetzt, sind maßgebend. Zur Kalibrierung vor einem Speichern wird diese Kurvenform optimiert. Dazu sind in der Zunge 7 Bohrun-35 gen für temporär eingesetzte Kalibrierungsgewichte vorgesehen. Sobald die Kurvenform bzw. der Klang bei einem Anschlag optimal ist, wird diese Kurvenform gespeichert. Sie entspricht der Saitencharakteristik bei einem mechanischen Klavier. Die Gewichte können entfernt werden, da es sich um eine synthetische Kalibrierung han- ·· ·· · ·· · ' » ·· ·· · · · m ? ( S· ····· · ····· · ·· ·· ·· - 5 - delt, die jedenfalls auf elektronischem Weg durch Speicherung und wiederkehrendes Abrufen bei jedem Anschlag erhalten bleibt.

Fig. 2 zeigt die Platine 8 im Aufriss mit der Zunge 7. von einer Platine 8 können auch mehrere Zungen 7 parallel zueinander auskra-5 gen. Auf der Zunge 7 sind zwei oben liegende Dehnungsprozessoren 6' zu sehen. Diese sind zusammen mit den beiden unten liegenden, nicht sichtbaren Dehnungsprozessoren 6 als Viererbrücke an die Platine 8 angeschlossen, die als Microcontroller ausgebildet ist und mit einem Rechner 9 in Verbindung steht. Der Rechner 9 enthält 10 die eigentlichen Töne und umfasst ein Musical Instrument Digital Interface, also eine MIDI - Schaltung. Ein Eingang des Rechners 9 ist an einen Reflexsensor 10 beim Dämpferhebel 3 und an einen Tastensensor 11 (Fig. 1) angeschlossen. Es wird so die Länge des Tones vom Anschlag bis zum Aufsetzten des Dämpfers und der Klang 15 zusätzlich beeinflusst. Gemäß Fig. 2 schließt an den Rechner 9, der einen Tongenerator enthält, ein Verstärker 12 und ein Lautsprecher 13 an. Es wird hier natürlich nur eine prinzipielle Anordnung der elektronischen Baugruppen wiedergegeben. Für die Ansteuerung der MIDI-Schaltung wird ein Datenstrom sei-20 tens der Platine 8 generiert. Maßgebend sind Anschlagstärke (velocity), nämlich die Maximalwerte der Dehnungssensoren 6,6', der AnschlagZeitpunkt (Note on), also der Zeitpunkt bei Erreichen des Maximalwertes, ferner das Ende des Tones (Note, off), wenn der Dämpferhebel 3 den Aufsetzpunkt erreicht (Reflexsensor 10) und Pe-25 dalwerte, die über eigene, hier nicht dargestellte Sensoren die Position der Pedale (analog) erfassen. Im konkreten Fall ergibt sich eine Anschlagstärke in 127 Stufen und die Zeitachse für Note on und off erfasst Veränderungen innerhalb einer Millisekunde.

Wien, am 201(,

Claims (4)

1. ·· ·· * Dr. Müllner Dipl.-Ing. Kaasfc}iiefc$.C*£€i;J;aientanwaltskanzlei Weihburggasse 9, Po«<faof>*159*, /C-*W14 4A/IEN, Österreich Telefon: { +43 (1) 512 24 81 / Fax: a+43 (1) 513 76 81 / E-Mail: θ repatent@aon.at Konto (PSK): 1480 708 BLZ 60000 BIC: OPSKATWW IBAN: AT19 6000 0000 0148 07081 480 708 14/Vi/44634 Mario AIWASIAN 3423 St. Andrä Wördern(AT) Patentansprüche : 5 10 15 20 25 1. Elektronisches Musikinstrument mit einer Klaviatur, die eine Konzertflügelmechanik mit beispielsweise 88 oder 97 Tasten umfasst, die über ein Hebelsystem jeweils einen Hammerkopf (4) in eine Schwenkbewegung in Richtung auf einen Messwertaufnehmer (5) versetzen, der an Stelle einer Saite montiert ist und der Sensorelemente zur Erfassung von Anschlagparametern, insbesondere der Anschlagstärke und zur Weiterleitung der Signale an einen Rechner (9) mit Tongenerator einschließt dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertaufnehmer (5) jeweils von einer Platine (8) kammartig auskragende, biegsame Dehnungsprozessoren (6) in der Position von Klaviersaiten umfassen und die mechanischen Eigenschaften der Messwertaufnehmer (5) hinsichtlich der Elastizität und des Widerstandes jenen einer Klaviersaite nachgebildet sind.
2. 2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dehnungsprozessor (6) auf einer von der Platine (8) auskragenden elastischen Zunge (7), vorzugsweise aus mehrschichtigen Kunststoffplatten, mit unterschiedlichen Längen, gegebenenfalls unterschiedlichen Breiten, insbesondere unterschiedlichen Trapezformen vorgesehen ist.
3. 3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass Dehnungssensoren (6) auf der elastischen Zunge (7) im Wurzelbereich der Zunge (7) nächst dem Übergang zur starr befestigten Platine (8), vorzugsweise beidseitig der Zunge (7), angeordnet und über Leiterbahnen mit der Platine (8) und einer Auswerteschaltung für ein elektronisches Signal entsprechend der Auslenkung der Zunge (7) beim Anschlag durch einen Hammerkopf (4) nach Größe und zeitlichem Verlauf verbunden sind.
4. 4. Elektronisches Musikinstrument nach den Ansprüchen 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (7) in Längsrichtung 30 Bohrungen zum Anbringen von Gewichten für die Kalibrierung aufweist. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Messwertaufnehmer als Sensor (10) innerhalb der Klaviatur zur Erfassung des Tastenweges ab dem Anschlag bis zum Aufsetzzeitpunkt eines Dämpfers (3) vorgesehen ist und dass das Signal dieses und des in Saitenposition vorgesehenen Messwertaufnehmers (5) einem Rechner (9) zuführbar ist, der ein MIDI - Signal generiert und über einen Tongenerator in ein authentisches Signal umsetzt. Wien ' “ “?. Mai 2010