CZ282808B6 - Klávesnice, zejména pro klávesové hudební nástroje - Google Patents

Abstract

Klávesnice, zejména pro klávesové hudební nástroje, kterou lze simulovat dojem hry na klávesách (2) uložených pohyblivě na podstavci (6). Přibližně rovnoběžně s klávesou (2) je jako vratný prvek, který současně určuje tuhost hraní, uspořádána tažná pružina (1), která má nastavitelnou tažnou sílu a je v poměru ke klávese (2) relativně dlouhá. Jeden konec tažné pružiny (1) je uprostřed klávesy (2) připevněn k závěsu (5), zatímco druhý konec je seřiditelně uchycen na podstavci (6). Na klávesách (2, 2') a podstavci (6) jsou dále uspořádány magnety (MT, MT') kláves (2, 2') a magnety (MG, MG') podstavce (6), při jejichž pohybu vůči sobě vznikají odpudivé síly.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká klávesnice, zejména pro klávesové hudební nástroje, kterou lze simulovat hrací dojem, přičemž tato klávesnice je opatřena klávesami uspořádanými pohyblivě vůči podstavci.

Dosavadní stav techniky

Ze stavu techniky jsou známy klávesnice klavírního typu, které se používají ke cvičným účelům nebo v hodnotných elektronických hudebních nástrojích. S těmito klávesnicemi mají být co možná nejvěměji napodobeny podmínky hry na klavír. Pro toto napodobení je zejména důležité vyvinout jak sílu odporu, která se označuje jako hrací tuhost, tak také napodobit působení tlaku, ke kterému dochází u skutečných klavírů i u jiných jim podobných hudebních nástrojů.

K vytvoření hrací tuhosti jsou soustavy pružin doplněny o olověné zátěže. K simulaci působení tlaku se u známých klávesnic používá třecích, gravitačních nebo pružných sil. Protože při hraní na klávesnici vzniká v okamžiku působení tlaku maximální síla, která má potom zase odeznít, jsou k tomu potřebná nákladná mechanická zařízení.

Známá mechanická zařízení mají tu nevýhodu, že buď podléhají velkému opotřebení, jako například v případě třecích mechanismů, nebo vyžadují nákladné mechanické konstrukce. U známých klávesnic, u kterých jsou protibéžně klávesami nadzvedávána olověná závaží nebo se olověná závaží používají k vytvoření momentu setrvačnosti, je nevýhodné, že se s nimi nedá hrát v libovolné poloze nebo nemohou být do libovolné polohy postaveny.

Úloha vynálezu spočívá ve vytvoření jednoduše zhotovitelné klávesnice, u které je při klavírní hře pociťován obvyklý hrací dojem a která může být používána v libovolné poloze.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých řešení tohoto druhu do značné míry odstraňuje klávesnice, zejména pro klávesové hudební nástroje, kterou lze simulovat hrací dojem, přičemž tato klávesnice je opatřena klávesami uspořádanými pohyblivě vůči podstavci, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v podélném směru klávesy je jako vratný a hrací tuhost určující element uspořádána tažná pružina s nastavitelnou tažnou sílou, jejíž délka činí nejméně 20 % délky klávesy, přičemž jeden konec tažné pružiny je připevněn k závěsu na horní straně klávesy a druhý konec tažné pružiny je seřiditelně připevněn k podstavci.

Délka tažné pružiny přitom činí několikanásobek hracího zdvihu klávesy, takže při činnosti klávesy se délka tažné pružiny mění jen velmi nepatrně.

Je výhodné, jestliže jeden konec tažné pružiny klávesy je otočným kloubem nebo závitem spojen se stavěčím šroubem na podstavci.

V dalším výhodném provedení klávesnice je tažná pružina klávesy opatřena tlumičem kmitů z elastického materiálu. Tažná pružina je tak zajištěna proti rezonančním kmitům pomocí dodatečně připevněných elastických tlumicích prostředků. K tomu je tažná pružina v celé své délce v napnutém stavu pomazána případně postříkána tekutou pryží, nebo je do vnitřku tažné

- 1 CZ 282808 B6 pružiny zatažen proužek plsti, vlny nebo houbovité látky. Také se k tomu používají plátěné hadice, které se přetahují přes tažnou pružinu, nebo se činí jiná opatření pro tlumení kmitů.

Další výhodné provedení klávesnice podle vynálezu předpokládá, že na podstavci klávesnice jsou uspořádány magnety podstavce a na klávesách souhlasně polované magnety kláves, přičemž dráha magnetů kláves probíhá v bezprostřední blízkosti magnetů uspořádaných nehybně na podstavci.

Výhodné provedení vynálezu předpokládá, že jako magnetů je použito permanentních magnetů, přednostně anizotropních feritových magnetů.

Účelné další provedení vynálezu spočívá v tom, že magnety, které jsou připevněny na podstavci klávesnice, jsou za účelem nastavení síly a místa v rámci hracího zdvihu, na kterém má být simulováno působení tlaku, uspořádány seřiditelně ve dvou směrech.

Dále je možné, že magnety jsou na pevné části podstavce vytvořeny tak, že jsou společné pro více kláves.

Další provedení podle vynálezu předpokládá, že na klávesách a/nebo na podstavci jsou vytvořeny dosedací hrany k zajištění polohy magnetů.

Podstatná výhoda klávesnice podle vynálezu spočívá v tom, že vhodným dimenzováním magnetických sil a odpovídajícím potahováním magnetů může být průběh činné síly vytvořen tak, že moment uvolnění je více či méně citelný.

Při použití klávesnice se simulačním zařízením tohoto druhu je hudebníkem odpovězeno na vznikající odpor na dráze hracího zdvihu zvýšením tlaku prstu. Podstatným hlediskem pro přirozené napodobení hudebních nástrojů je přitom opožděná reakční schopnost hudebníka. Hudebník není při normální úderové rychlosti schopen sledovat skutečný průběh síly - především ve slábnoucí oblasti. Proto po překonání působení tlaku nastupuje zvýšená ovládací síla a tím také zrychlení. Toto zrychlení se u klavírů vědomě využívá ke spolehlivému uvolnění kladívek.

Výhodné další provedení vynálezu předpokládá, že nejméně jeden z magnetů klávesy je utažen pohyblivě tak, že tento magnet při zpětném pohybu klávesy může ustoupit odpudivé magnetické síle, a že v místě magnetu utaženého na otočném kloubu jsou uspořádány dorazy k vymezení jeho výkyvného pohybu. Utažením jednoho z magnetů podle vynálezu se dosáhne toho, že během stisknutí klávesy musí pohyblivý magnet překonat odpudivou sílu pole, která je tvořena oběma magnety. Po překročení kritického bodu se odkloní do vzdálenější potahy, takže vznikne větší vzduchová mezera, která magnetické působení prakticky vyloučí. Při zpětném pohybu klávesy zůstává magnet nejdříve ve vzdálené potaze a v této je také veden zpět kolem pevného magnetu. Teprve na konci nebo krátce před dosažením konce zpětného pohybu klávesy se pohyblivý magnet vlivem opět stejně orientovaných magnetů vrací zpět do své výchozí potahy. Jako výhoda se mimo docílený efekt udává, že vlivem rychlého překlopení pohyblivého magnetu při překonávání kritického bodu, totiž toho s největším napětím, je simulováno podstatně zřetelnější působení tlaku, a že zdánlivě silnější působení tlaku je hmatatelné. To dovoluje při stejném účinku použití slabších nebo menších magnetů.

Další výhodné provedení klávesnice podle vynálezu spočívá konečně v tom, že magnety na podstavci jsou tvořeny elektricky buzenými cívkami, jejichž pólové nástavce jsou uspořádány proti stejnojmenným pólům permanentních magnetu kláves. Toto řešení umožňuje operativní měnění podmínek simulace ve velmi širokém rozsahu.

-2 CZ 282808 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále objasněn na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují na obr. 1 částečný řez klávesnicí podle vynálezu, na obr. 2a až 2e schematické znázornění jednoho typu provedení s potlačením působení tlaku během zpětného pohybu klávesy v pěti fázích pohybu a na obr. 3 provedení s elektromagnetickou cívkou.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 ukazuje uspořádání tažné pružiny 1 paralelně s klávesou 2 mezi závěsem 5 této tažné pružiny 1 na klávese 2 a nastavovacím šroubem 4. Aby se tažná pružina 1 při nastavování neprotáčela, je buď k nastavovacímu šroubu 4 připevněn neznázoměný otočný kloub, nebo je uvnitř tažné pružiny 1 uspořádán závit 3.

Upevnění tažné pružiny 1 je možné stejným způsobem jak u bílé klávesy 2, tak i u černé klávesy 2\ Klávesa 2 je pohyblivě uspořádána na ložiskovém čepu 7. K vymezení nastavitelného hracího zdvihu T je nastavovací šroub 8 seříditelně spojen s podstavcem 6. Hlava nastavovacího šroubu 8 přiléhá k pružnému podkladu zpětného dorazu 9 klávesy 2, aby se zabránilo hlukům při zpětném nárazu. Hlava nastavovacího šroubu 8 je za tím účelem opatřena zvětšenou dorazovou plochou. Klávesy 2, T jsou vedeny prostřednictvím kolíků 10, 10' a jsou ve svém pohybu omezeny. Polštářky 11 přitom zase zabraňují tvrdému nárazu směrem dolů.

Tlačných účinků se docílí tím, že magnety MG, MG' podstavce 6 a magnety MT, MT' kláves 2, 2' jsou uspořádány se stejnou pólovou orientací, takže v oblasti působení tlaku, tedy v poloze, kde se příště budou nacházet proti sobě, mají navzájem odpudivý účinek. Uspořádání podle vynálezu umožňuje vytvořit pro simulaci ke každému rozsahu hracího zdvihu T odpovídající protitlak. Přednostně je přitom ke spodní části hracího zdvihu T přidán pro simulaci definovaný odpor, který odpovídá klavírní mechanice. V klávesnici podle vynálezu je simulace působení tlaku účelně kombinována se simulací hrací tuhosti. Přitom je možné vzájemně přizpůsobit hrací tuhost a velikost odporu protitlaku. Tím může být napodoben dojem, který vzniká při hraní na klávesnici s běžnou mechanikou, například při hře na klavír.

Magnety MG, MG' podstavce 6, připevněné k podstavci 6, lze přitom upevnit na stabilní lišty L, L’, například přilepením. Lišty L, L¹ jsou seříditelně připevněny k podstavci 6. Přitom může být nastavena jak vzduchová mezera odpovídající vzdálenosti magnetů MG, MG’; MT, MT¹ působících na sebe, tak také poloha působení tlaku. Pro průběh seřízení je účelné vytvořit jak na lištách L, L', tak také na klávesách 2, T dosedací hranu. Tím je umožněn stejný odstup mezi magnety MG, MG’; MT, MT¹ pro celou klávesnici.

Další výhodné provedení přitom předpokládá, že magnety MG, MG¹ podstavce 6, připevněné k podstavci 6, jsou dimenzovány a uspořádány tak, že mohou být přiřazeny nezávisle na sobě více magnetům MT, MT' kláves 2, T. Maximální délka těchto magnetů MG, MG’ podstavce 6 vychází z pevnosti magnetových elementů proti lomu. Účelné je k tomuto účelu použít anizotropní feritové magnety, čímž se dosáhne menších rozměrů a tím také nižších hmotností magnetů MG, MG¹ podstavce 6 a magnetů MT, MT’ kláves 2, 2j. Jsou-li magnety MG, MG’ podstavce 6 uspořádány vedle sebe na lištách L, L’, je tak zaručen malý odstup, aby se zabránilo deformování magnetického pole.

Příklad znázorněný na obr. 2a až obr. 2e vysvětluje princip činnosti klávesnice, u které je citelné působení tlaku jen při stisknutí klávesy 2, avšak při zpětném pohybu klávesy 2 zmizí. V tomto případě je ještě lépe napodoben hrací dojem mechanické klávesnice klavíru s kladívky.

-3 CZ 282808 B6

Ve znázorněném provedení na obr. 2a až 2e jsou na klávese 2 a na podstavci 6 uspořádány magnet MT klávesy 2 a magnet MG podstavce 6, tvořené permanentními magnety. Polování magnetů MT klávesy 2 a magnetu MG podstavce 6 je udáno pomocí označení severního pólu N a jižního pólu S. Ve zde znázorněném případě je magnet MT klávesy 2 uspořádán vůči klávese 2 pohyblivě. Pohyb je umožněn uložením magnetu MT klávesy 2 v otočném kloubu G. Výkyvný pohyb magnetu MT klávesy 2 je přitom směrem nahoru omezen elastickým horním dorazem Al a směrem dolů elastickým spodním dorazem A2, který je ke klávese 2 připevněn pomocí držáku B a šroubu S. Horní doraz Al je připevněn k upevňovacímu členu BT. Ve výchozí poloze podle obr. 2a přiléhá magnet MT klávesy 2 k hornímu dorazu Al, a to v důsledku navzájem odpudivého působení magnetu MT klávesy 2 a magnetu MG podstavce 6. Poloha magnetu MT klávesy 2 vůči klávese 2 zůstává zachována, dokud není dosaženo stavu znázorněného v poloze na obr. 2b. V této poloze se magnet MT klávesy 2 a magnet MG podstavce 6 navzájem přiblíží na minimální vzduchovou mezeru LI, při které se dosáhne největší odpudivé síly. V této poloze je citelné působení tlaku. Již další nepatrný pohyb klávesy 2 směrem dolů způsobí zrychlené odklopení magnetu MT klávesy 2 znázorněné na obr. 2c až k dosednutí na spodní doraz A2. Tento stav zůstane až do dosažení spodní polohy klávesy 2. Při pohybu klávesy 2 vzhůru, znázorněném na obr. 2d a 2e, zůstává nejdříve odklopená poloha magnetu MT klávesy 2 zachována, takže - jak ukazuje obr. 2d - při vzájemném míjení magnetu MT klávesy 2 a magnetu MG podstavce 6 je mezi nimi větší vzduchová mezera L2. Odpudivé síly magnetu MT klávesy 2 a magnetu MG podstavce 6 nejsou proto na klávese 2 citelné. Teprve potom - jak ukazuje obr. 2e - když se klávesa 2 s magnetem MT klávesy 2 nachází u horní části magnetu MG podstavce 6, způsobí odpudivý účinek magnetu MT klávesy 2 a magnetu MG podstavce 6, že se magnet MT klávesy 2 překlopí znovu nahoru. Tím se dosáhne toho, že je opět dosaženo výchozí polohy magnetu MT a celý postup se může znovu opakovat. Obzvláště výhodné je u uspořádání podle vynálezu elastické uložení dorazů Al, A2, které na jedné straně zaručují šetrné zacházení s citlivými magnety MT klávesy 2 a magnety MG podstavce 6 a na druhé straně zabraňují rušivým hlukům.

Kromě uspořádání s permanentními magnety je také možné použití elektromagnetů. Protože u mnohých klávesnic jsou k dispozici elektrické spínací kontakty, lze s nízkými náklady snadno realizovat řízení elektromagnetických prvků.

Obr. 3 znázorňuje provedení, ve kterém je do magnetu MG podstavce 6 vtahován magnet MT klávesy 2. Magnet MG je v tomto provedení tvořen elektromagnetem, který může mít různé tvary, například tvar podkovy nebo tyče. Působení tlaku, které má být simulováno, je přitom dosaženo v poloze, v které mají magnet MT klávesy 2 a magnet MG podstavce 6 vůči sobě navzájem nepatrný odstup. Je-li tento stav překročen, je pomocí neznázoměného elektrického kontaktu elektromagnet MG podstavce 6 odpojen, takže při zpětném pohybu klávesy 2 již není citelné simulované působení tlaku.

Při použití cívky se železným jádrem jako magnetu MG podstavce 6 je neznázoměný spínač s výhodou paralelně přemostěn rovněž neznázoměným odporem, který má takovou velikost, že při zpětném pohybu klávesy 2 nemůže nastat žádné přitažení permanentního magnetu MT klávesy 2 k železnému jádru a magnet MG podstavce 6 má tak zredukovanou magnetickou sílu, že nepůsobí odpudivou silou.

Jsou také možná provedení, v nichž je vhodná magnetická síla vytvářena pomocí vzduchové cívky.

Intenzita působení tlaku je při použití elektromagnetů elektricky nastavitelná.

Claims (11)

1. Klávesnice, zejména pro klávesové hudební nástroje, kterou lze simulovat hrací dojem, přičemž tato klávesnice je opatřena klávesami uspořádanými pohyblivě vůči podstavci, vyznačující se tím, že v podélném směru klávesy (2, 2’) je jako vratný a hrací tuhost určující element uspořádána tažná pružina (1) s nastavitelnou tažnou sílou, jejíž délka činí nejméně 20 % délky klávesy (2, 2'), přičemž jeden konec tažné pružiny (1) je připevněn k závěsu (5) na horní straně klávesy (2, 2') a druhý konec tažné pružiny (1) je seřiditelně připevněn k podstavci (6).

2. Klávesnice podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeden konec tažné pružiny (1) klávesy (2, 2') je otočným kloubem nebo závitem (3) spojen se stavěcím šroubem (4) na podstavci (6).

3. Klávesnice podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tažná pružina (1) klávesy (2, 2') je opatřena tlumičem kmitů z elastického materiálu.

4. Klávesnice podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že na podstavci (6) klávesnice jsou uspořádány magnety (MG, MG') podstavce (6) a na klávesách (2, 2') souhlasně polované magnety (MT, MT) kláves (2, 2') , přičemž dráha magnetů (MT, MT') kláves (2, 2') probíhá v bezprostřední blízkosti magnetů (MG, MG') podstavce (6) uspořádaných nehybně na podstavci (6).

5. Klávesnice podle nároku 4, vyznačující se tím, že magnety (MG, MG') podstavce (6) a magnety (MT, MT') kláves (2, 2') jsou tvořeny permanentními magnety.

6. Klávesnice podle nároků 4 nebo 5, vyznačující se tím, že magnety (MG, MG’) podstavce (6) a magnety (MT, MT') kláves (2, 2') jsou tvořeny anizotropními feritovými magnety.

7. Klávesnice podle některého z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že magnety (MG, MG') podstavce (6) jsou pro nastavení síly a místa v rámci hracího zdvihu (T) uspořádány nastavitelně ve dvou směrech.

8. Klávesnice podle některého z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že magnety (MG, MG') podstavce (6) jsou společné pro více kláves (2, 2').

9. Klávesnice podle některého z nároků 5 až 8, vyznačující se tím, že nejméně jeden z magnetů (MT, MT’) klávesy (2, 2') je uložen pohyblivě a při zpětném pohybu klávesy (2, 2') je odpuditelný magnetickou sílou, přičemž v místě magnetů (MT. MT') kláves (2, 2') jsou uspořádány dorazy (AI, A2) pro vymezení výkyvného pohybu těchto magnetů (MT, MT') kláves (2, 2’f

- 5 CZ 282808 B6

10. Klávesnice podle nároku 9, vyznačující se tím, že magnet (MT, MT') klávesy (2, 2') je uspořádán na kolébce a že v jedné dorazové rovině jsou vytvořeny dvě dorazové polohy.

11. Klávesnice podle některého z nároků 4 až 10, vyznačující se tím, že magnety (MG, MG') podstavce (6) jsou tvořeny elektricky buzenými cívkami, jejichž pólové nástavce jsou uspořádány proti stejnojmenným pólům permanentních magnetu (MT, MT') kláves (2, 2').