DE10147710A1

DE10147710A1 - Messungen an einem Saiteninstrument

Info

Publication number: DE10147710A1
Application number: DE2001147710
Authority: DE
Inventors: Johannes Kruesmann; Werner Kruesmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: DE10147710B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung des Klangs von Saiteninstrumenten (1) mittels einer Anschlag-Richtungserkennung. Der Musiker erhält die Möglichkeit, jeden Einzelton, jede Tonfolge und jeden Akkord mit individuellen Verbesserungen wie Verzerren oder Chorus zu bearbeiten, ohne dass es mechanischer Schalter oder anderer mechanischer Hilfsmittel bedarf. Dies wird durch die korrelierte Messung des Zeitpunkts des Saitenanschlags und der Bewegungsrichtung des Plektrons (10) mittels verschiedener ausführbarer Vorrichtungen (Induktion von Spannungsimpulsen in elektrisch leitenden Saiten, Ultraschall- oder Mikrowellen-Radarmessung, Druck- oder Dehnungsmess-Sensoren) verwirklicht. Dadurch wird auch das beim Musizieren mit Saiteninstrumenten nutzbare Potential z. B. von Gitarren-Synthesizern vorteilhaft erweitert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zur Verbesserung des Klangs von Saiteninstrumenten.
Für einen Elektro-Gitarristen (E-Gitarristen) ist es üblich, den Gitarrenklang durch Effektgeräte (wie Chorus, Hall, Verzerrer oder allgemein mittels Funktionen in einem Synthesizer) zu variieren bzw. zu verschönern. Um nicht immer mit denselben Effekten zu spielen, müssen diese Effekte schnell zu- und abschaltbar sein. Diese Forderung gilt auch für Klangverbesserungen an anderen Saiteninstrumenten.
Üblicherweise werden elektronische Effektgeräte wie digitale Gitarren-Synthesizer per Fußschalter oder Fußtasten zu- oder abgeschaltet bzw. die gewünschten Klangvariationen angewählt. Man kann z. B. ein Gitarrensolo durch Effekte verschönern, indem man einen Fußschalter vor und nach dem Solo betätigt.
Das Zu- und Abschalten von Effektgeräten wie z. B. ein Synthesizer über Fußschalter funktioniert relativ langsam (nicht unter 50 ms). Unmöglich ist es, per Fußschalter Töne mit unterschiedlichen Effekten gezielt, z. B. schnell aufeinanderfolgend, erklingen zu lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die es gestatten, Töne mit unterschiedlichen Effekten gezielt, z. B. schnell aufeinanderfolgend, erklingen zu lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gewöhnlich werden die Saiten eines Saiteninstruments mittels eines Plektrons oder anderer Hilfsmittel wie Münzen oder mit Hand oder Finger angeschlagen oder mit einem Bogen gestrichen.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst, indem der Anschlagszeitpunkt und die Anschlagsrichtung (Auf- oder Abschlag) der Saite oder des Plektrons oder anderer Hilfsmittel oder der Hand oder des Fingers oder des Bogens als "Anschlag- /Richtungsinformation" auf elektronischem Wege erkannt und beide Signale gemeinsam zur Steuerung von Effektgeräten genutzt werden. Diese Anschlag-/Richtungsinformation steht dann für beliebige Steueraufgaben zur Verfügung. Zum Beispiel können abgeschlagene Töne mit Verzerrer-Effekt versehen werden und aufgeschlagene Töne den Chorus-Effekt zugewiesen bekommen. Der Gitarrist wählt also über die Anschlagsrichtung z. B. des Plektrons den Effekt des zu spielenden Tons aus und kann daher sogar schnell gespielte, aufeinanderfolgende Töne oder Akkorde mit unterschiedlichen, individuellen Effekten versehen, wenn der Anschlag selbst und seine Richtung für jeden Ton separat detektiert und elektronisch weiterverarbeitet werden.
Die Informationen, welche in der Bewegungsrichtung der Saite nach einem Aufschlag oder Abschlag als dynamische Bewegungszustände enthalten sind, können damit gezielt zur Klangverbesserung genutzt werden. Dies wird mechanische Schalter wie Fußtaster etc. künftig überflüssig machen. Moderne Gitarren- Synthesizer bieten gegenwärtig nicht die Möglichkeit, einen Abschlag mit einem anderen Klangeffekt zu versehen als einen Aufschlag.
Das grundlegende Prinzip der im Folgenden beschriebenen Erkennung der Anschlag-/Richtungsinformation basiert auf der Kombination eines einfachen elektrischen Schalters und, in einer ersten vorteilhaften Ausführungsform, einer auf dem Faradayschen Induktionsgesetz basierenden Messvorrichtung. Der Schalter dient dazu, den Zeitpunkt des Saitenanschlags selbst zu erkennen. Der Schalter soll geschlossen werden, wenn das Plektron die Saite berührt. Hierzu müssen das Plektron und die Saite elektrisch leitend sein. Die Messung einer Induktionsspannung in der angeschlagenen Saite dient dazu, die Richtung der mit dem Plektron hervorgerufenen Bewegung (Auslenkung aus der Ruhelage) der Saite festzustellen. Mit dieser Vorrichtung wird die Richtungsinformation automatisch und sehr schnell erfasst, ohne dass es eines mechanischen Schalters und seiner Betätigung durch den Musiker bedarf, wie es gegenwärtig noch Stand der Technik ist.
In einer zweiten, vorteilhaften Ausführungsform wird die Richtungserkennung mittels Messung der im Magnetfeld induzierten Spannung in der Spule eines herkömmlichen Tonabnehmers, welcher seitlich versetzt unter der Saite angeordnet wird, vorgenommen.
In einer dritten, vorteilhaften Ausführung wird die Richtungserkennung mittels einer Sonderbauform eines elektromagnetischen Tonabnehmers mit zwei im Gegensinn gewickelten, in Reihe geschalteten Spulen unter jeder Saite gewährleistet, wobei diese Sonderbauform wie ein standardmäßiger Tonabnehmer zu handhaben ist. Dies hat den Vorteil, dass Musiker mit dem Gebrauch von standardmäßigen, elektromagnetischen Tonabnehmern bereits vertraut sind. Der Zeitpunkt des Anschlags kann mit Hilfe des Signals eines herkömmlichen Tonabnehmers oder mittels des elektrisch leitenden Plektrons festgestellt werden.
In einer vierten, vorteilhaften Ausführungsform kann die Bewegungsrichtung der Saite durch Ultraschallmessung oder Mikrowellen-Radar an der Hand des Musikers oder am Plektron oder einem anderen Hilfsmittel bestimmt werden. Dies hat den Vorteil, dass leichte, insbesondere miniaturisierte Bauteile eingesetzt werden können.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen wird die Bewegungsrichtung der Saite durch die Auswertung von Videoaufnahmen oder mittels Lichtschranken oder mittels Dehnungsmessstreifen im Plektron oder mittels Piezo-Drucksensoren in der Brücke oder dem Sattel des Saiteninstruments oder im Plektron festgestellt.
In vielen Ausführungsformen kann die Saite elektrisch leitend oder nichtleitend sein, wodurch sich der Anwendungsbereich der Erfindung von elektrischen auf akustische Saiteninstrumente erweitert.
Das Problem der Anschlagserkennung, d. h. des Zeitpunkts des Anschlags allein, ist nach dem aktuellen Stand der Technik bereits gelöst; ohne eine Anschlagserkennung würde ein digitaler Gitarren-Synthesizer nicht wissen, zu welchem Zeitpunkt ein gespielter Ton in ein digitales Steuersignal umgewandelt werden soll. Außer den weiter unten noch ausführlicher beschriebenen neuen Möglichkeiten der Anschlagerkennung kann stets auch auf die bekannten Möglichkeiten zurück gegriffen werden.
Bei den bekannten Möglichkeiten der Anschlagerkennung wird die Bewegung der Saite mit einem standardmäßigen Tonabnehmer in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt. In einer dieser bekannten Ausführung wandeln Tonabnehmer die mechanischen Schwingungen angeschlagener Saiten mittels sogenannter Stratocaster in elektrische Wechselspannungen um. Stratocaster bestehen aus elektrisch leitenden Spulen, die bei älteren Modellen um Stabmagnete, bei neueren um Weicheisenstifte gewickelt sind, mit balkenförmigen Ferritmagneten auf der Unterseite. Die Feldlinien der Magnete durchfließen die Saiten auf einem Teil ihrer Länge. In der Ruhelage der Saiten ist der magnetische Fluss konstant. Bewegt sich die Saite nach einem Anschlag aus der Ruhelage, verformt sich wegen der elektrischen Leitfähigkeit der Saite der räumliche Verlauf der Feldlinien. Dadurch ändert sich der magnetische Fluss durch die Spule. Von einer mit einer bestimmten Frequenz schwingenden Saite wird daher in der Spule eine Wechselspannung gleicher Frequenz induziert. Die Amplitude der Spannung der bekannten Tonabnehmer hängt ab von der Stärke des Anschlags (dem Betrag der Auslenkung aus der Ruhelage der Saite), ihrer elektrischen Leitfähigkeit und dem Abstand zwischen Saite und Magnetpol. Bekannte Tonabnehmer, die mit diesem Prinzip arbeiten, erzeugen Spannungen mit Amplituden im Bereich einiger Hundert Millivolt. Die Signale werden jeweils separat verstärkt und gleichgerichtet und dienen als Eingangssignale für einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger. Überschreiten die gleichgerichteten Signale eine zuvor festgelegte Amplitude, liefert der Ausgang des Triggers für jedes Eingangssignal ein zugehöriges (High Pegel-)Ausgangssignal, woran der Zeitpunkt jedes Anschlags einzeln erkannt wird. Mit hexaphonischen Tonabnehmern kann diese Anschlagserkennung für jede Saite separat vorgenommen werden.
In einer anderen Ausführung von bekannten Tonabnehmern verwenden diese anstelle von Spulen und Magneten vielmehr Piezoelemente, die in den Steg der Gitarre eingebaut sind. Der Steg ist ein senkrecht stehendes kleines Brettchen auf der Oberseite des Saiteninstruments, auf dem die Saiten aufliegen.
Für jede Saite ist ein eigenes Piezoelement in das jeweilige Stegsegment eingesetzt. Jedes Piezoelement ist separat verkabelt. Die Anschlusskabel können entweder zusammengeschaltet werden, oder sie werden separat weitergeführt, um das Signal jeder einzelnen Saite einem Gitarren-Synthesizer zuzuleiten. Ferner können Piezoelemente auch in die Brücke oder den Sattel der Gitarre eingebaut werden. Der Sattel ist die am oberen Ende des Griffbretts von Saiteninstrumenten angebrachte Querleiste, auf der die Saiten aufliegen. Bei solchen Piezo- Tonabnehmern können elektrisch leitende oder nichtleitende Saiten verwendet werden.
In der hier vorliegenden Erfindung wird gegenüber den bekannten Möglichkeiten der Erkennung des Anschlagszeitpunkts jedoch ein besonders einfaches Konzept zur Anschlagserkennung beschrieben. Da das Plektron selbst elektrisch leitend ist und mit einer Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden ist, fließt sobald das Plektron die elektrisch leitende Saite kontaktiert, über Plektron und Saite zur Masse hin ein Stromimpuls, welcher den Zeitpunkt des Anschlags eindeutig festlegt.
Zur anschließenden Messung der Bewegungsrichtung der Saite mittels der neuen, vorteilhaften ersten Ausführungsform unter Nutzung des Induktionsprinzips befindet die Saite sich, wie bei bekannten Ausführungen herkömmlicher Tonabnehmer, in einem Magnetfeld. Da die Saite durch den Anschlag aus ihrer Ruhelage ausgelenkt wird, stellt sie einen im Magnetfeld bewegten Leiter dar, in dem ein Induktionsstrom hervorgerufen wird. Über den Innenwiderstand der Saite entsteht demnach eine elektrische Spannung, wobei die Polung dieser elektrischen Spannung von der Bewegungsrichtung der Saite abhängt. Mit Hilfe einer einfachen Auswerteelektronik, welche diese Polung erkennt, kann man daher die Bewegungsrichtung der Saite gegenüber der Ruhelage und damit die Anschlagsrichtung des Plektrons ermitteln. Misst man die Bewegungsrichtung unmittelbar nach den Zeitpunkten der Saitenanschläge bis zur maximalen Auslenkung der Saite, so erhält man die gewünschte, vollständige Anschlag-/Richtungsinformation. Jedem Saitenanschlag wird genau eine Bewegungsrichtung zugeordnet.
Gegenüber den bekannten Tonabnehmern, welche nur den Anschlagszeitpunkt, die Frequenz und Amplitude erkennen, wird hier auch die Anschlagsrichtung durch die Erkennung der Polung der Induktionsspannung identifiziert.
Zwar ist in der Offenlegungsschrift DE 199 17 757 A1 bereits eine Abtastung von Saitenschwingungen elektrischer Musikinstrumente beschrieben, in welcher elektrisch leitende Saiten in einem Magnetfeld schwingen und die in ihnen induzierte Spannung beliebigen Signalformern, Signalverstärkern oder Wandlern zugeführt wird. Dort werden die Signale jedoch nicht dazu benutzt, Informationen über die Richtung eines bestimmten Plektronanschlags zu gewinnen, damit der Musiker mittels der von ihm bei genau diesem Anschlag vorgenommenen willkürliche Festlegung der Anschlagsrichtung künstlerisch-gestaltend auf den Klang genau dieses Anschlags einwirken kann. Die Signale sollen dort lediglich technisch weiterverarbeitet werden, ohne dass auf das gestalterische Mittel der Klangverschönerung durch Richtungsgebung jedes einzelnen, individuellen Anschlags durch den Musiker gezielt wird.
Weiter ist aus der DE 195 28 051 bekannt, dass die 6 Analogausgänge einer Gitarre 6 getrennten Verzerrern zugeführt und die Verzerrer getrennt geregelt werden können. Dies bedeutet, dass die auf einzelnen Saiten erzeugten Töne oder Tonfolgen zwar jeweils gleichermaßen, d. h. mit dem gleichen elektronischen Werkzeug, z. B. mittels Verzerrung, bearbeitet werden können. Jedoch fehlt auch dieser Offenlegungsschrift die Lehre, wie auf jeden einzelnen Ton einer Tonfolge individuell mittels eine Anschlag-/Richtungserkennung zugegriffen werden könnte, um genau diesen einzelnen Ton gestalterisch zu verformen, oder wie bei aufeinanderfolgenden Tönen einer Saite jeder einzelne Ton gegenüber einem vorangegangenen oder folgenden Ton anders, z. B. durch Verzerrung oder Chorus, verformt werden könnte.
Weiter ist aus der DE 199 13 249 A1 bekannt, dass durch einen in ein Plektron eingebauten Sensor, z. B. einen Dünnfilmsensor, über Fingerdruck die Parameter eines Effektgeräts gesteuert werden können. Wieder ist die Lehre eingeschränkt, indem alle auf einer Saite erzeugten Töne mit dem gleichen elektronischen Werkzeug, nämlich dem Effektgerät, z. B. einem Verzerrer, verformt werden können. Eine individuelle Verformung einzelner, aufeinanderfolgender Töne durch verschiedene Effektgeräte, ist damit nicht möglich.
In mehreren ausführbaren Beispielen sollen im Folgenden die Einzelheiten der Anschlag-/Richtungserkennung und einer dazugehörigen digitalen Schaltung für Steuerungsaufgaben anhand der schematischen Fig. 1 bis 10 näher erklärt werden. In den Figur sind wiederkehrende Bauteile mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 das elektrisch leitende Plektron mit dem elektrisch kontaktierten, isolierten Stromkabel,
Fig. 2 das Schaltbild der Anschlagzeitpunkts-Erkennung, beispielhaft für die tiefe und die hohe e-Saite (erster Index e),
Fig. 3 die digitale Weiterverarbeitung (Normierung und Zeitverzögerung) der aus der Anordnung gemäß Fig. 2 gewonnenen Anschlagzeitpunkts-Signale,
Fig. 4 schematisch die Anordnung des Magneten auf dem Korpus der E-Gitarre (Konturlinie) für die Anschlagrichtungs-Erkennung,
Fig. 5 das Blockschaltbild der Anschlagrichtungs-Erkennung,
Fig. 6a einen herkömmlichen elektromagnetischen Tonabnehmer,
Fig. 6b die seitlich versetzte Einbauweise eines herkömmlichen elektromagnetischen Tonabnehmers, und
Fig. 6c die Sonderbauform eines elektromagnetischen Tonabnehmers,
Fig. 7 die Vorrichtung zur Richtungserkennung der Plektronbewegung mittels Ultraschall- oder Mikrowellen- Dopplereffektmessung,
Fig. 8 die zusammenhängende, digitale Schaltung einer Anschlagzeitpunkts- und Richtungs-Erkennung für eine Saite,
Fig. 9 die Erweiterung der digitalen Schaltung aus Fig. 8 auf die Anschlagzeitpunkts- und Richtungs-Erkennung zweier Saiten und
Fig. 10 die Erweiterung der digitalen Schaltung gemäß den Fig. 8 und 9 zur Anschlag-/Richtungs-Erkennung für ein Saiteninstrument mit vier Saiten.

Erkennung des Anschlagszeitpunkts

Im Folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Bei einem Ausführungsbeispiel hält der Musiker ein elektrisch leitendes Plektron 10 in der Hand, an welches ein Stromkabel 11 elektrisch kontaktiert ist. Das Kabel führt zu einer Spannungsquelle (nicht dargestellt), die eine maximale Spannung von z. B. Ub = 5 V zur Verfügung stellt. Die Spannungsversorgung kann beispielsweise durch eine in die Gitarre eingebaute Batterie realisiert werden, wobei der Minuspol der Batterie mit dem Masseanschluss der Gitarre verbunden ist. Das elektrisch leitende Plektron 10 wird über das Stromkabel 11 am Pluspol dieser Batterie (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Gitarrensaiten (nicht dargestellt) müssen für diese Ausführungsform der Anschlagserkennung elektrisch leitend sein.
In der bevorzugten, einfachsten Ausführungsform ist das Plekaron 10 homogen aufgebaut und besteht aus Metall. Daran ist das Kabel 11 an der Stelle 12 angelötet, wie es in Fig. 1 zu sehen ist. Die Saite (nicht dargestellt) wird mit der Spitze 13 des Plektrons 10 angeschlagen.
Berührt das elektrisch leitende Plektron mit seiner Spitze 13 beim Anschlag die elektrisch leitende Saite, so stellt dies das Schließen eines elektrischen Kontakts (Schalters) dar. Über den Innenwiderstand der Saite baut sich während des mechanischen Kontakts zwischen Plektron 10 und Saite (nicht dargestellt) eine Spannung U(t) auf. Auf diese Weise steht die digitale Information "Anschlag Ja/Nein?" zur Verfügung.
Das Ziel ist es, eine Anschlagserkennung für jede Saite separat zu erhalten. Für die e-, a-, d-, g-, h-Saiten und die hohe e-Saite der Gitarre soll dazu jeweils ein separater Spannungsimpuls U(t) erhalten werden. Da bei einer E-Gitarre normalerweise der Steg geerdet und leitend mit allen 6 Saiten verbunden ist, erhält man ohne weiteres keine separat auswertbaren Spannungssignale pro Saite. Die Saiten müssen also vom Steg elektrisch isoliert werden. Der Steg wird dazu aus einem elektrischen Nichtleiter gefertigt.
Damit eine gespannte Saite nicht durch den Steg durchrutscht, wird die Saite beim Saitenaufziehen durch ein Loch im Steg eingefädelt, wobei sich am Saitenende ein sogenanntes Ball-End befindet. Dieses Ball-End ist größer als das Loch; auf diese Weise wird das Durchrutschen des Saitenendes verhindert. Dieses Ball-End ist elektrisch leitend mit der Saite verbunden. In einer ersten Ausführungsform kann an das Ball-End der Saite ein Widerstand z. B. hartgelötet und die andere Seite dieses Widerstandes über ein Stromkabel mit dem Masseanschluss der E- Gitarre verbunden werden. Alternativ kann man den Widerstand an den Saitenreiter anlöten, wobei einerseits der Saitenreiter vom Steg isoliert ist, andererseits am Auflagepunkt der Saite auf dem Saitenreiter eine leitende Verbindung besteht. Dies wendet man auf alle 6 Saiten der Gitarre an.
Im Folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Bei offenem Schalter, d. h. solange das Plektron z. B. die tiefe e-Saite nicht berührt, gilt am "Signalausgang" dieser Saite: UE(t) = 0, d. h. UE liefert den zeitlich konstanten Low Pegel für die nachfolgende Signalverarbeitung. Wird nun durch Anschlag der Saite mittels des Plektrons der Stromkreis geschlossen, so gilt in diesem Ausführungsbeispiel UE(t) = Ub = 5 V als kurzzeitiges High Pegel-Signal für die Dauer des Anschlags (einige Millisekunden). Entsprechendes gilt für jede einzelne der anderen Saiten mit dem zur jeweiligen Saite zugehörigen Signalausgang.
Fig. 2 zeigt als Beispiel die Widerstände 22 und 23 der tiefen e-Saite 20 und hohen e-Saite 21 sowie die Signalausgänge Ue, t(t) und Ue, h(t) der tiefen (zweiter Index t) und hohen (zweiter Index h) e-Saiten 20 bzw. 21. Die Widerstände und Signalausgänge der a, d, g, und h Saiten sind aus Gründen der Übersicht in Fig. 2 nicht eingezeichnet und befinden sich im Bereich der punktierten Linien. Weiter handelt es sich in Fig. 2 nur um ein und dasselbe leitende Plektron 10, mit welchem jede der 6 Saiten angeschlagen werden kann. Die unterbrochenen Kreise 24 in dieser Figur stellen schematisch den Kontakt zwischen elektrisch leitendem Plektron 10 und elektrisch leitender Saite 20 oder 21 dar.
Um die Schaltung in Fig. 2 absolut funktionssicher zu machen, kann man an jedem Signalausgang einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger (nicht dargestellt) anschließen, der für die eindeutige Unterscheidung in High- oder Low Pegel-Signale sorgt.
Damit die kurzzeitigen Signale Ue, t(t) oder Ue, h(t) aus Fig. 2 zur Anschlagserkennung technisch nutzbar werden, müssen sie normiert und zeitverzögert werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Diese Weiterbearbeitung geschieht in zwei Schritten:

1. Ein Monoflop 30 erzeugt aus jedem Anschlagssignal, hier als Beispiel Ue, t(t), einen Impuls mit definierter Impulsdauer. Dazu wird der Impuls Ue, t(t) zunächst durch einen Normierer 32 normiert. Anschließend wird der normierte Puls durch die Hintereinanderschaltung von zwei Invertierern 32, 33 verzögert. Da der mechanische Schalter, bestehend aus dem leitenden Plektron und der leitenden Saite, beim Saitenanschlag prellt, wird ein nicht-nachtriggerbares Monoflop 30 eingesetzt. Daher erhält man bei jedem Anschlag am Ausgang des Monoflops genau einen Impuls mit definierter Impulsdauer. Die Impulsdauer wird so gewählt, dass sie deutlich länger ist als die sehr kurzzeitige Kontaktdauer zwischen Plektron und Saite. Jedoch muss die Impulsdauer viel kürzer sein als das Zeitintervall zwischen zwei Saitenanschlägen des Musikers auf der gleichen Saite.
2. Der Impuls am Ausgang des Monoflops 30 wird zeitverzögert an den endgültigen Ausgang der Anschlagerkennung weitergeleitet. Die Bewegungsrichtung der Saite muss mit dem vorangehenden Saitenanschlag und nur mit diesem korreliert werden, damit beide Signale in Koinzidenz auch bei schneller Tonfolge weiterverarbeitet werden können. Hierfür wird die Zeitverzögerung durch eine gerade Anzahl hintereinander-geschalteter Inverter 32 und 33 realisiert, wobei jeder Inverter 32 und 33 durch seine Signallaufzeit zur Zeitverzögerung beiträgt.

Diese Bearbeitung der Signale zur endgültigen Anschlagerkennung nach Fig. 3 muss für alle 6 Saiten elektronisch getrennt geschehen.

Erkennung der Bewegungsrichtung der Saite

Schwingt gemäß der oben zuerst genannten, vorteilhaften Ausführungsform der Richtungserkennung eine elektrisch leitende Saite im Magnetfeld, so wird nach dem Faradayschen Induktionsgesetz in der Saite eine elektrische Wechselspannung UP0(t) induziert. Hierbei hängt die Polung der elektrischen Wechselspannung von der momentanen Bewegungsrichtung der Saite ab.
Eine vorteilhafte Anordnung des Magneten auf der Gitarre ist in Fig. 4 gezeigt. Die Figur enthält schematisch die Kontur des Gitarrenkörpers 1 und den Magneten 40.
Vorteilhafterweise wird die Saite 20, im Beispiel die tiefe e- Saite, mittels des Plektrons (nicht dargestellt) in Höhe des Magneten 40 im Punkt 46 angeschlagen, weil hier sowohl das Magnetfeld als auch die Auslenkung der Saite 20 den maximalen Betrag haben. Der Spannungsimpuls UP0(t) wird in der im Magnetfeld bewegten, elektrisch leitenden Saite 20 durch elektromagnetische Induktion hervorgerufen. Der Magnet 40 ist schematisch mit seinen N-Polen 41 und 42 dargestellt.
Zur Messung der Induktionsspannung können die Klemmen eines geeigneten Messwertaufnehmers (nicht dargestellt) mit der Saite 20 am Steg (nicht dargestellt) und am oberen Ende der Saite 20 elektrisch kontaktiert werden. Bewegt sich die Saite in Fig. 4 in Abschlagrichtung 43, so ist UP0(t)negativ.
Um eine digitale Information zu gewinnen, ob sich die Saite in Abschlagrichtung 43 bewegt, wird das Signal UP0(t) aus Fig. 4 als Eingangssignal für einen in Fig. 5 schematisch dargestellten invertierenden Komparator 50 verwendet. Der Komparator 50 erkennt das Vorzeichen des elektrischen Signals UP0(t)aus Fig. 4 und liefert für eine Saitenbewegung in Abschlagrichtung 43 ein HIGH Pegel-Signal. Als Referenzspannung wird an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 50 der Wert 0 V angelegt.
Ist das Eingangssignal negativ, so liefert der Komparator 50 ein High Pegel-Signal, ist es positiv, liefert der Komparator 50 ein LOW Pegel-Signal (nicht dargestellt). Daher zeigt ein High Pegel-Signal am Ausgang des Komparators 50 an, dass sich die Saite (nicht dargestellt in Fig. 5) in Abschlagrichtung bewegt.
Diese Information hinsichtlich Richtungserkennung (Aufschlag- oder Abschlagrichtung) kann nicht aus dem elektrischen Signal eines herkömmlichen elektromagnetischen Tonabnehmers (Fig. 6a) gewonnen werden, wenn er - wie üblich - direkt unter einer Saite positioniert wird.
Der herkömmliche Tonabnehmer 60 besteht aus einer Spule 61 und einem Magneten 62. Durch jede Bewegung der elektrisch leitenden Saite 20 im Feld des Magneten 62 aus ihrer Ruhelage 64 wird eine Feldänderung hervorgerufen, welche den magnetischen Fluss durch die Spule 61 ändert und in der Spule 61 eine Spannung induziert. Die Höhe der Änderung des Flusses und damit die Amplitude der in der Spule 61 induzierten Spannung ist vom Abstand 63 zwischen Saite 20 und Spule 61 abhängig.
Nach einem Anschlag schwingt die Saite 20 in allen drei Raumrichtungen (nicht dargestellt), anfänglich mit hohen Amplituden in der jeweiligen Anschlagsrichtung des Plektrons. Je nach Stärke des Anschlags und der Dämpfung schwingt die Saite mit verschieden hohen Amplituden in den drei Raumrichtungen. Signifikant für die Amplitude der in der Spule 61 induzierten Spannung sind jedoch nur transversale Saitenschwingungen, also Saitenbewegungen senkrecht und parallel zur Oberfläche des Gitarrenkörpers (nicht dargestellt) bzw. parallel oder senkrecht zur Spulenachse 66.
Unter diesen beiden transversalen Bewegungsrichtungen dominiert der Einfluss der Auslenkung parallel zur Spulenachse 66, also senkrecht zum Gitarrenkorpus, auf die Höhe der Amplitude der induzierten Spannung, weil eine Auslenkung in dieser Richtung mit einer Änderung 65 des Abstands 63 zwischen der Saite 20 und der Spule 61 bzw. dem Magneten 62, gemessen parallel zur Spulenachse 66, einhergeht.
Dagegen ändert sich der Abstand 63 zwischen der Saite 20 und der Spule 61 bzw. Magnet 62 bei einer transversalen Auslenkung rein senkrecht zur Spulenachse 66 nur geringfügig. Aber genau dies ist die eigentlich angeschlagene Richtung parallel zum Gitarrenkorpus. Die durch diese Auslenkung hervorgerufene Feldänderung bzw. in der Saite 20 induzierte Spannung ist demnach viel kleiner als diejenige, welche durch eine Saitenbewegung parallel zur Spulenachse 66 erzeugt wird.
Der herkömmliche Tonabnehmer kann somit weder die Richtung noch die Orientierung einer Saitenbewegung parallel zur Oberfläche des Gitarrenkörpers 1 feststellen. Ein herkömmlicher elektromagnetischer Tonabnehmer 60, der direkt unter der Saite 20 angebracht wird, erzeugt somit sein elektrisches Signal nicht aus der Bewegung der Saite 20 in Auf- und Abschlagrichtung, sondern lediglich aus dem Anteil der Saitenschwingung senkrecht zum Griffbrett (nicht dargestellt in Fig. 6a) bzw. senkrecht zum Körper des Saiteninstruments 1 (vergl. auch H. Lemme, Elektro-Gitarren-Sound, Richard Pflaum-Verlag, München, 1994, Seite 57).
Eine realisierbare, vorteilhafte Ausführung der Richtungserkennung mittels eines herkömmlichen Tonabnehmers 60 besteht nun darin, den Tonabnehmer 60 nicht direkt unter sondern gemäss Fig. 6b seitlich versetzt und mit gegenüber der normalen Einbaurichtung um 90 Grad veränderter Orientierung unter der Saite 20 anzubringen, und zwar so, dass entweder Magnet und Spulenachse parallel zur Oberfläche des Instruments und senkrecht zu den Saiten orientiert sind oder dass der Magnet senkrecht zur Oberfläche des Instruments und den Saiten und die Spule parallel zur Oberfläche und senkrecht zu den Saiten orientiert sind. Dadurch kehren sich die Wirkungen der Richtungen der Saitenschwingungen bezüglich der in der Spule induzierten Spannungen gegenüber der herkömmlichen Anordnung (Fig. 6a) vorteilhaft um.
Unter den Spannungen, die von den beiden transversalen Bewegungsrichtungen in der Spule 61 induziert werden, dominiert nun diejenige, die durch Auslenkung der Saite 20 parallel zur Oberfläche der Gitarre 1, d. h. parallel zur geänderten Spulenachse 66, hervorgerufen wird. Dagegen ändert sich der Abstand zwischen Spule 61 und Saite 20 bei der anderen transversalen Saitenbewegung senkrecht zur Spulenachse 66 und senkrecht zur Oberfläche des Gitarrenkorpus 1 nur geringfügig. Die durch diese Auslenkung hervorgerufene Feldänderung bzw. in der Spule induzierte Spannung ist demnach viel kleiner als diejenige, welche durch eine Saitenauslenkung parallel zur Oberfläche der Gitarre 1 und Spulenachse 66, d. h. in Aufschlag- oder Abschlagrichtung 43 bzw. 44 erzeugt wird.
Der herkömmliche Tonabnehmer 60 kann somit in der Anordnung nach Fig. 6b, wenn er seitlich versetzt unter der Saite 20 angebracht wird, sowohl Richtung als auch Orientierung einer Saitenbewegung parallel zur Oberfläche des Gitarrenkörpers 1 feststellen.
In der dritten bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegungsrichtung der Saite durch eine Sonderbauform eines elektromagnetischen Tonabnehmers, wie in Fig. 6c dargestellt, bestimmt. Auch hier müssen die Saiten elektrisch leitend sein. Vorzugsweise wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Saite mit einem herkömmlichen Plektron angeschlagen.
Dieser Tonabnehmer lässt sich wie ein herkömmlicher Tonabnehmer 60 unter der Saite 20 montieren. Während ein herkömmlicher elektromagnetischer Tonabnehmer 60 nur die transversale Saitenbewegung in Richtung 45 senkrecht zur Oberfläche der Gitarre (hier nicht dargestellt), also parallel zur Spulenachse 66 verlässlich in ein elektrisches Signal umwandelt, liefert die hier beschriebene Sonderbauform ein elektrisches Signal auch der transversalen Bewegungsrichtungen P parallel zur Gitarren- Oberfläche bzw. senkrecht zur Spulenachse 66.
Die Sonderbauform besteht gemäss Fig. 6c aus zwei links und rechts der Saite 20 angeordneten Spulen 68 und 69, deren Achsen senkrecht zur Saite und zur Oberfläche des Gitarrenkorpus 1 und parallel zueinander stehen. Ferner ist ein gemeinsamer Magnet 62 vorgesehen, wobei die Achse vom Nord- zum Südpol des Magneten senkrecht auf der Oberfläche des Saiteninstruments steht. Die Spulen sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Spule 68 zur Spule 69 im Gegensinn gewickelt wird (oder die Polarität der Anschlüsse von Spule 68 wird gegenüber der Spule 69 vertauscht).
Bewegt sich die Saite 20 in Aufschlagrichtung 43, so wird das Feld des Magneten 62 in der Weise verzerrt, dass sich die Feldlinien, die sich an der elektrisch leitenden Saite 20 stärker konzentrieren, auf der Aufschlagseite stärker sammeln. Auf der Aufschlagseite nimmt die Feldstärke somit zu und auf der Abschlagseite ab. In der Spule 68 wird durch die Feldverstärkung z. B. eine positive Spannung induziert. In Spule 69ergibt sich eine Abschwächung der Feldstärke. Wäre Spule 69 so gewickelt wie Spule 68, so ergäbe sich dadurch eine negative induzierte Spannung. Da aber die Spule 69 im Gegensinn gewickelt ist, ergibt sich eine positive induzierte Spannung, ebenso wie in Spule 68. Bewegt sich die Saite 20 in Abschlagrichtung 44, so wird in diesem Beispiel in Spule 68 und in Spule 69 eine negative Spannung induziert.
Spule 68 und Spule 69 sind in Reihe geschaltet, d. h. die Spannung addieren sich. Das Vorzeichen des elektrischen Signals dieser Reihenschaltung enthält dann die Information, ob sich die Saite in Auf- oder Abschlagrichtung bewegt.
Die angeschlagene Saite 20 schwingt aber nicht nur in den Bewegungsrichtungen von Aufschlag 43 oder Abschlag 44, sondern auch in der Bewegungsrichtung 45 senkrecht zur Oberfläche der Gitarre 1. Diese Bewegungsrichtung induziert in beiden Spulen 68 und 69 ein Signal, das als "Störsignal" zu den Signalen hinsichtlich der Richtungen 43 und 44 der beiden Spulen 68 und 69 behandelt werden muss. Das Störsignal ist betragsmäßig in beiden Spulen 68 und 69 exakt gleich, jedoch von entgegengesetztem Vorzeichen. Da die Spulen 68 und 69 in Reihe geschaltet sind, heben sich die beiden Beiträge dieser Störung in der Summenspannung der Reihenschaltung dieser Spulen von selbst auf.
Erweitert man die Sonderbauform aus Fig. 6c auf eine Gitarre mit 6 Saiten (nicht dargestellt), so werden pro Saite jeweils zwei Spulen 68 und 69 benötigt. Dabei sollte der Spulendurchmesser nur halb so groß sei, wie der Seitenabstand von zwei benachbarten Saiten 20. Es reicht aus, einen gemeinsamen Magneten 62 unter alle 6 Saiten zu legen.
Die beschriebene Ausführung der Sonderbauform eines elektromagnetischen Tonabnehmers nach Fig. 6c, die die Saitenbewegung parallel zur Oberfläche der Gitarre in ein elektrisches Signal umwandelt, ist nur ein Beispiel unter vielen weiteren Möglichkeiten von Kombinationen aus einer Spule (bzw. mehreren Spulen) und einem Magnet (bzw. mehreren Magneten) und verschiedenen Formen der Anordnung der Spulen und Magnete unter oder seitlich versetzt unter den Saiten sowie der Auswerteelektronik zur Richtungserkennung der Bewegung der Saite.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung zur Erkennung der Anschlagsrichtung des Plektrons wird der Einsatz eines Ultraschallbauelements, der auf die Hand des Musikers oder auf das Plektron selbst gerichtet ist, gemäß Fig. 7 vorgesehen.
Zunächst wird das Ultraschall-Bauelement 70 Sensor bestehend aus Sender 71 und Empfänger 72 z. B. auf einer Linie montiert, die rechtwinklig auf allen 6 Saiten 20 liegt und etwa durch den Berührungspunkt 46 des Plektrons 10 mit der Saite 20 im Moment des Anschlags verläuft. In Fig. 7 ist zur Vereinfachung nur eine Saite 20 eingezeichnet, die anderen Gitarrensaiten laufen parallel zu dieser Saite.
Die vom Ultraschallsender 71 ausgesendeten Ultraschallwellen werden von der Hand (nicht dargestellt) oder vom Plektron 10 reflektiert und anschließend wieder vom Empfänger 72 des Bauelements 70 empfangen.
Die Bewegungsrichtung der Hand, die gleichzeitig die Anschlagsrichtung des Plektrons 10 und der Saite 20 zum Zeitpunkt des Saitenanschlags ist, wird dabei durch Messung des Dopplereffekts erkannt:
Bewegt sich die Hand oder das Plektron 10 in Abschlagrichtung 44 (in Fig. 7 die Richtung auf das Bauelement 70 zu), so hat in diesem Falle die empfangene, von der Hand oder vom Plektron 10 reflektierte Ultraschallwelle eine höhere Frequenz, als die vom Ultraschallgeber (Sender) 71 ausgesendete Welle. Bewegen sich Hand oder Plektron 10 in Aufschlagrichtung 43, kehrt sich der Effekt um, und die empfangene, reflektierte Welle hat eine niedrigere Frequenz als die ausgesendete Welle.
Wandelt man die ausgesendeten und die empfangenen Ultraschallwellen in Glaichspannungen um, die proportional zur empfangenen Frequenz sind und legt diese beiden Gleichspannungen an die Eingänge eines Komparators oder Schmitt-Triggers (nicht dargestellt in Fig. 7), so erhält man am Ausgang des Komparators oder Schmitt-Triggers eine digitale Information, ob sich die Hand und das Plektron für diesen Anschlag in Aufschlag- oder Abschlagrichtung bewegen.
Eine Variante dieser Vorrichtung, die Anschlagsrichtung zu bestimmen, besteht darin, statt Ultraschallwellen eine Messung mittels Mikrowellen-Radar vorzunehmen, die sich ebenfalls des Dopplereffekts bedient. Hierzu muss die Ultraschall- Messvorrichtung (Sender und Empfänger) durch entsprechende Mikrowellen-Sender und -Empfänger ersetzt werden.
Dass man unter Nutzung des Dopplereffekts sehr exakt und auch mit sehr kleinen Distanzen (im Millimeterbereich) messen kann, ist aus Literaturstellen ersichtlich, welche z. B. die Messung der Flussrichtung des Blutes und seine Fließgeschwindigkeit beschreiben (ELV Journal "Fachmagazin für angewandte Elektronik" Ausgabe 1/2001, Seite 16). Sensoren mit getrennter Sende- und Empfangsmembran erlauben es, Messwerte im Nahbereich ab ca. 20 mm aufzunehmen (ELV Journal 1/2001, Seite 17).
Weiter könnte man eine zusätzliche Anschlag-Richtungs- Erkennung in das System integrieren, indem man das Plektron aus zwei elektrisch leitenden Schichten ausbildet, die voneinander durch einen Isolator getrennt sind. Wenn die Schichten unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen, führt dies zu unterschiedlichen Spannungsabfällen über die Leiterkette Kabelanschluss/Plektron/Saite. Diese können zusätzlich für die Steuerung von Effekten genutzt werden.
In einer weiteren ausführbaren Ausbildung werden die Hand- oder Plektronbewegungen durch den Einsatz von Reflexions- Lichtschranken erkannt, die sich unter der Saite befinden und das von der Hand oder vom Plektron oder von der Saite reflektierte Licht und somit die aktuelle Saitenposition und hiermit die Hand- oder Plektronbewegungen messen. Auch können Lichtschranken parallel zu den Saiten angebracht werden: beispielsweise werden die Sender auf dem Sattel und die Empfänger auf dem Steg der Gitarre befestigt, um die aktuelle Position des Plektrons und seine Bewegung zu erkennen.
Schließlich können in einer weiteren Ausführungsform Dehnungsmessstreifen auf ein biegsames Plektron geklebt werden, um die Anschlagzeitpunkts- und Richtungserkennung vorzunehmen. Dabei führt ein Aufschlag z. B. zu einer Streckung und einer Widerstandsvergrößerung während ein Abschlag z. B. zur Stauchung und somit zur Widerstandsverkleinerung des Dehnungsmessstreifens führt. Daher kann man anhand der Widerstandsänderung einen Aufschlag von einem Abschlag unterscheiden. Weiter kann mit Dehnungsmessstreifen auf dem Plektron auch der Zeitpunkt des Anschlags selbst erkannt werden. In diesem Fall können die Saiten und das Plektron auch aus elektrisch nichtleitendem Material gefertigt werden.
Alle die genannten Ausführungsformen zur Anschlagszeitpunkts- und Richtungserkennung erlauben es, nicht nur den Zeitpunkt des Anschlags auf eine Saite und deren Bewegungsrichtung zu bestimmen, sondern es können auch die Anzahl und Individualität aller gleichzeitig oder nacheinander angeschlagenen Saiten und deren Anschlagszeitpunkte und Bewegungsformen ermittelt werden, um z. B. einen Akkord mit einem anderen Effekt zu versehen als einzeln gespielte Töne oder Tonfolgen.

Dazugehörige digitale Schaltung für Steuerungsaufgaben

Die digitale Schaltung für Steueraufgaben kombiniert die Anschlagzeitpunkts-Erkennung, die z. B. mittels eines elektrisch leitenden Plektrons vorgenommen wird, mit der Richtungserkennung z. B. nach dem elektrodynamischen (Induktions-)Prinzip aus Fig. 1 bis 5, der seitlich versetzten Anordnung des herkömmlichen Tonabnehmers unter der Saite (Fig. 6b) oder der Sonderbauform eines elektromagnetischen Tonabnehmers aus Fig. 6c oder einer der anderen oben beschriebenen, vorteilhaften Ausführungsformen zur Richtungserkennung.
Zur Erläuterung zeigt Fig. 8 die zusammenhängende digitale Schaltung 80. Hierin ist beispielsweise Ue, t(t) das digitale (Anschlags-)Signal der tiefen e-Saite, das mittels der Anschlagzeitpunkts-Erkennung 30 aus den Fig. 2 und 3 verarbeitet wird. UP0(t) ist das elektrische (Bewegungsrichtungs-)Signal aus der Anschlagrichtungs-Erkennung 50 aus Fig. 5, welches beim Induktionsprinzip an beiden Enden der tiefen e-Saite der E-Gitarre nach Fig. 4 und Fig. 5 abgegriffen bzw. erkannt wird. UG(t) ist das E-Gitarren-Signal eines herkömmlichen elektromagnetischen Tonabnehmers.
Wird die tiefe e-Saite mit einem Aufschlag angeschlagen, so soll z. B. der Verzerrer-Effekt 84 aktiviert werden. Bei einem Abschlag werde der Chorus-Effekt 83 aktiviert.
Nach jeder Anschlagzeitpunkts- und Richtungs-Erkennung in den Schaltelementen 30 und 50 erfolgt eine Übernahme des Richtungssignals in das Flip-Flop 81 mit der Ausgabe eines Signals an den Ausgang Q. Schließlich steuert der Schalter 82 die Anwahl der Effektgeräte 83 und 84, deren Signale nachgeschalteten Verstärkern (nicht dargestellt) zugeführt werden.
Während die digitale Schaltung in Fig. 8 nur mit der Anschlagzeitpunkts- und Richtungs-Erkennung einer einzigen Saite arbeitet, stellt Fig. 9 die entsprechende ausführbare Schaltung für zwei Saiten dar. Sie besteht aus Monoflops 30 und 31 zur Normierung und Zeitverzögerung nach Fig. 3 und aus Komparatoren 50 und 51 nach Fig. 5 sowie aus logischen Schaltern 91 und 92, einem Multiplexer 93 und einem Flip-Flop 81 nach Fig. 8. Zum Beispiel ist UP0(t) das elektrische Richtungssignal der tiefen e-Saite und UP1(t) das elektrische Richtungssignal der a-Saite der E-Gitarre. Die Schalter 91 (logisches UND) und 92 (logisches ODER) erlauben es, Klangbearbeitung an gleichzeitig oder nacheinander angeschlagenen Saiten vorzunehmen. Der Multiplexer 93 steuert den Flip-Flop 81, der wie in Fig. 8 ein Effektgerät (nicht dargestellt) anspricht, welches die akustische Umsetzung des ausgewählten Gitarren-Klangeffekts veranlasst. Die in Fig. 9 eingetragene Tabelle veranschaulicht die Funktion des Multiplexers 93. Sie gibt an, welcher Eingang (d0 oder d1) des Multiplexers 93 in Abhängigkeit vom Pegel auf der Steuerleitung S vom Multiplexer 93 durchgeschaltet wird.
Wenn die e-Saite (nicht dargestellt in Fig. 9) allein angeschlagen wird, so ist der Ausgang 30 HIGH und der Ausgang 31 LOW. Das UND-Gatter 91 liefert dann LOW auf der Leitung S. Damit schaltet der Multiplexer, wie in der Tabelle angegeben, die Richtungsinformation d0 der e-Saite auf die Leitung Z. Da zusätzlich das ODER-Gatter 92 den Flip-Flop freigibt, schaltet dieser die Leitung Z auf den Ausgang Q und damit d0 auf Q. Der Sound-Effekt wird dann durch die Richtungsinformation d0 der e-Saite bestimmt.
Wenn die a-Saiten (nicht dargestellt in Fig. 9) allein angeschlagen wird, so ist der Ausgang 31 HIGH und der Ausgang 30LOW. Am Eingang des UND-Gatters 91 wird dieses LOW zu einem HIGH invertiert. Das UND-Gatter 91 liefert dann HIGH auf der Leitung 5. Damit schaltet der Multiplexer, wie in der Tabelle angegeben, die Richtungsinformation d1 der a-Saite auf die Leitung Z. Da zusätzlich das ODER-Gatter 92 den Flip-Flop freigibt, schaltet dieser die Leitung Z auf den Ausgang Q und damit d1 auf Q. Der Sound-Effekt wird dann durch die Richtungsinformation der a-Saite bestimmt.
Wenn beide Saiten (nicht dargestellt in Fig. 9) gleichzeitig angeschlagen werden, so sind die Ausgänge 30 und 31 HIGH. Das UND-Gatter 91 liefert dann LOW auf der Leitung S. Damit schaltet der Multiplexer, wie in der Tabelle angegeben, die Richtungsinformation d0 der e-Saite auf die Leitung Z. Da zusätzlich das ODER-Gatter 92 den Flip-Flop freigibt, schaltet dieser die Leitung Z auf den Ausgang Q und damit d0 auf Q. Der Sound-Effekt wird dann durch die Richtungsinformation der e- Saite bestimmt. Die e-Saite hat also Vorrang.
Für die Erweiterung auf mehr als zwei Saiten kann das Grundprinzip dieser Schaltung beibehalten werden. Lediglich die O- DER-Funktion und der Multiplexer müssen über weitere Eingänge verfügen, und die Steuerlogik an den Steuereingängen des Multiplexers wird umfangreicher.
Fig. 10 zeigt die Schaltung zur Ermittlung eines Steuersignals Q zur Steuerung eines Effektgeräts für vier Saiten (e, a, d, g). Die Funktionsweise und die Bezeichnung der Objekte ist ganz analog zu Fig. 9.
Stets ist es natürlich möglich, für jede Saite eine eigene, unabhängige Schaltung gemäß Fig. 8 zu verwenden. Eine Möglichkeit besteht darin, jeweils Paare von Saiten mit der Schaltung gemäss Fig. 9 zusammenzufassen.
Neben der Anschlagserkennung mittels eines leitenden Plektrons kann die beschriebene Schaltung mit geringfügigen Änderungen auch in Kombination mit anderen, bekannten Verfahren zur Anschlagserkennung verwendet werden.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Kombinationen der Anschlagszeitpunkt- und der Anschlagsrichtungserkennung aus den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Saiteninstruments (1), dadurch gekennzeichnet, dass festgestellt wird,
welche der Saiten (20) des Saiteninstruments zu welchem Zeitpunkt angeschlagen oder gestrichen wird (Anschlagszeitpunkt) und
ob es sich bei dem Anschlag bzw. Streichen um einen Auf- oder Abschlag handelt (Anschlagsrichtung).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Anschlagszeitpunkts festgestellt wird, wann ein elektrischer Kontakt zwischen den Saiten (20) und einem mindestens teilweise elektrisch leitenden Plektron (10) geschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagszeitpunkt mittels Dehnungsmessstreifen im Plektron (10) festgestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagszeitpunkt mittels Piezo-Drucksensoren in der Brücke oder dem Sattel des Saiteninstruments (1) oder im Plektron (10) festgestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Anschlagen der Saiten ein Plektron verwendet wird, dessen zwei Seiten elektrisch voneinander isoliert sind, wobei jede Seite des Plektrons bei Berührung der Saiten des Saiteninstruments jeweils einen Schalter schließen kann, wodurch der Anschlagszeitpunkt erkannt werden kann; und
dass zur Ermittlung der Anschlagsrichtung festgestellt wird, welcher der beiden Schalter geschlossen wurde.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Anschlagsrichtung die Polarität der in den ausgelenkten Saiten (20) in einem Magnetfeld induzierten Spannung festgestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung der Anschlagsrichtung einer Saite ein Tonabnehmer (60) mit mindestens einer Spule (61) und mindestens einem Magneten (62) verwendet wird,
dass die mindestens eine Spule (61) und der mindestens eine Magnet (62) des Tonabnehmers seitlich versetzt unter der Saite (20) angeordnet werden, und
dass die mindestens eine Spule (61) und der mindestens eine Magnet (62) derart angeordnet und orientiert werden, dass sie die Bewegung einer Saite (20) des Saiteninstruments (1) parallel zur Oberfläche des Saiteninstruments (1) in ein elektrisches Signal umwandeln.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Ermittlung der Anschlagsrichtung ein Tonabnehmer (60) mit zwei im Gegensinn gewickelten Spulen (68, 69) verwendet wird, oder
dass ein Tonabnehmer (60) mit zwei gleichsinnig gewickelten Spulen (68, 69) verwendet wird, bei denen die Polarität der Anschlüsse vertauscht wird,
dass die Spulen (68, 69) in Reihe geschaltet werden, und
dass die Polarität der in den Spulen (68, 69) induzierten Spannung festgestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsrichtung durch eine Ultraschall-Dopplereffekt- Messung an einem die Saiten anschlagenden Plektron (10) oder an einer die Saiten anschlagenden Hand gemessen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsrichtung mittels vom Plektron (10) oder der Hand reflektierter Mikrowellen-Intensität mit dem Doppler-Effekt gemessen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsrichtung mittels Aufnahme der Bewegung des Plektrons (10) oder der Hand mittels mindestens einer Videokamera gemessen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsrichtung mittels Aufnahme der Bewegung der Hand oder des Plektrons (10) oder der Saiten (20) mittels Lichtschranken gemessen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsrichtung mittels Dehnungsmessstreifen im Plektron (10) gemessen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsrichtung mittels Piezo-Drucksensoren in der Brücke oder dem Sattel des Saiteninstruments (1) oder im Plektron (10) ermittelt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festegestellte Anschlagsrichtung zur Steuerung eines Synthesizers verwendet wird. 16. Vorrichtung zur Messung des Zeitpunkts eines Saitenanschlags,
mit einer elektrisch leitenden Saite (20) eines Saiteninstruments (1),
mit einem elektrisch leitenden Plektron (10) zum Anschlagen der elektrisch leitenden Saite (20), und
mit Mitteln zum Festellen eines elektrischen Kontaktes zwischen der elektrisch leitenden Saite (20) und dem elektrisch leitenden Plektron (10).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Plektron (10) zwei durch eine elektrische Isolierung voneinander getrennten elektrisch leitende Schichten aufweist.

18. Plektron (10), in das mindestens ein Dehnungsmessstreifen integriert ist.

19. Plektron (10), in das mindestens ein Piezo-Druckelement integriert ist.

20. Vorrichtung zum Betreiben eines Saiteninstruments (1)
mit einem Tonabnehmer (60) mit mindestens einer Spule (61) und mindestens einem Magnet (62),
wobei die mindestens eine Spule (61) und der mindestens eine Magnet (62) derart angeordnet sind, dass sie die Bewegung einer Saite (20) des Saiteninstruments (1) parallel zur Oberfläche des Saiteninstruments (1) in ein elektrisches Signal umwandeln.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
dass der Tonabnehmer (60) seitlich versetzt unter der Saite (20) auf dem Körper des Saiteninstruments (1) positionierbar ist und
dass die Richtung der Achsen (66) der mindestens einen Spule (61) und des mindestens einen Magneten (62) so orientiert sind, dass entweder die Spulenachse (66) und die Achse vom Nord- zum Südpol des Magneten (62) parallel zur Oberfläche des Saiteninstruments (1) und senkrecht zu der Saite (20) orientiert sind, oder dass die Achse vom Nord- zum Südpol des Magneten (62) senkrecht zur Oberfläche des Saiteninstruments (1) und zur Richtung der Saite (20) und die Spulenachse (61) parallel zur Oberfläche des Saiteninstruments (1) und senkrecht zu der Saite (20) orientiert sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
dass der Tonabnehmer (60) unter der Saite (20) auf dem Körper des Saiteninstruments (1) positionierbar ist,
dass ein Magnet (62) vorgesehen ist, wobei die Achse vom Nord- zum Südpol des Magneten senkrecht auf der Oberfläche des Saiteninstruments orientiert ist,
dass zwei links und rechts der Saite (20) angeordnete Spulen (68, 69) vorgesehen sind, deren Achsen senkrecht zur Saite (20) und zur Oberfläche des Saiteninstruments (1) und parallel zueinander orientiert sind,
dass die Spulen elektrisch in Reihe geschaltet sind,
dass die Spule (68) zur Spule (69) im Gegensinn gewickelt ist oder die Polarität der Anschlüsse der beiden Spulen (68, 69) vertauscht ist.

23. Saiteninstrument (1)
mit mindestens zwei Lichtschranken, welche die Bewegung des Plektrons (10) oder der Saiten (20) detektieren,
wobei die Sender und Empfänger der Lichtschranken entweder auf dem Körper des Saiteninstruments (1) unter den Saiten (20) außerhalb des Bereichs (46) montiert werden, in dem der Saitenanschlag erfolgt, oder
wobei die Lichtschranken parallel zu den Saiten angebracht werden und die Sender auf dem Sattel und die Empfänger auf dem Steg des Saiteninstruments befestigt sind.

24. Saiteninstrument (1)
mit mindestens zwei Lichtschranken, welche die Bewegung einer Hand eines Spielers des Saiteninstruments detektieren,
wobei die Sender und Empfänger der Lichtschranken auf dem Körper des Saiteninstruments (1) im Bereich des Saitenanschlags montiert sind.

25. Saiteninstrument (1) mit einer Saite (20), gekennzeichnet durch Mittel zur Messung (a) des Anschlagszeitpunkts und (b) der Anschlagsrichtung der Saite (20).

26. Saiteninstrument nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Messung des Anschlagszeitpunkts eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19 ist.

27. Saiteninstrument nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
dass die Saiten (20) elektrisch leitend und gegeneinander elektrisch isoliert sind, und
dass der Steg des Saiteninstruments (1) aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist.

28. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Messung der Anschlagsrichtung eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22 ist.

29. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet,
dass das Mittel zur Messung der Anschlagsrichtung ein Ultraschall- oder Mikrowellen-Bauelement (70) mit Sender (71) und Empfänger (72) zur Doppler-Geschwindigkeitsmessung ist,
dass das Bauelement (70) auf dem Saiteninstrument (1) so positioniert ist, dass der Sender (71) in Richtung auf das Plektron (10) oder die Hand zeigt und die vom Plektron (10) oder von der Hand reflektierte Ultraschall- oder Mikrowellen- Intensität auf den Empfänger (72) des Bauelements (70) trifft.

30. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Messung der Anschlagsrichtung eine Videokamera ist, die auf das Plektron (10) oder die Hand gerichtet ist.

31. Saiteninstrument nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Messung der Anschlagsrichtung mindestens ein Piezo-Drucksensor ist, der in der Brücke, im Steg oder im Sattel des Saiteninstruments (1) oder im Plektron (10) angeordnet ist.

32. Anordnung
mit dem Saiteninstrumenten (1) nach einem der Ansprüche 25 bis 31 und
mit einem Synthesizer, der durch die festgestellte Anschlagsrichtung steuerbar ist.