DE10147710B4 - Measurements on a stringed instrument - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Betreiben eines Saiteninstruments (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass
für jede
Saite einzeln, unabhängig
von den anderen Saiten, festgestellt wird,
welche der Saiten
(20) des Saiteninstruments zu welchem Zeitpunkt angeschlagen oder
gestrichen wird und
ob es sich bei dem Anschlag oder Streichen
um einen Auf- oder
Abschlag handelt.Method for operating a stringed instrument (1),
characterized,
that for each string is determined individually, independently of the other strings,
which of the strings (20) of the stringed instrument is struck or deleted at what time, and
whether the attack or strike is an up or down.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zur Verbesserung des Klangs von Saiteninstrumenten.The The present invention relates to an electronic device for Improvement of the sound of stringed instruments.
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.For one Electric guitarists (electric guitarists) it is common to the guitar sound through Effect devices (such as Chorus, reverb, distortion or generally by means of functions in one Synthesizer) to vary or beautify. Not always with them To play effects these effects can be quickly switched on and off. This requirement also applies to sound enhancements on other stringed instruments.
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.Usually become electronic effect devices like digital guitar synthesizers via footswitch or footswitches switched on or off or the desired sound variations selected. One can z. B. beautify a guitar solo by effects by using a footswitch operated before and after the solo.
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.The Turning on and off effects units such as z. B. a synthesizer over footswitch works relatively slowly (not less than 50 ms). Impossible it, via footswitch Tones with targeted for different effects, e.g. fast consecutive, to sound.
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.task The invention is therefore to provide a method and a device, which allow sounds targeted with different effects, e.g. fast consecutive, to sound.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 16, 17, 18 und 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.These The object is achieved by the inventions according to the independent claims 1, 16, 17, 18 and 25 solved. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
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.Usually will the strings of a stringed instrument by means of a plectrum or other aids such as coins or struck with a hand or finger or painted with a bow.
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.The asked task is solved by the stop time and the direction of attack (up or down) Tee) of the string or the plectrum or other aids or hand or finger or bow as "stroke / direction information" on electronic Detected ways and both signals are used together to control effects units. This stop / direction information is then arbitrary Tax tasks available. To the Example can severed tones be provided with distortion effect and open tones the chorus effect get assigned. The guitarist chooses so on the direction of attack z. B. the Plektrons the effect of the sound to be played and can therefore even fast played, consecutive tones or Provide chords with different, individual effects, if the stop detects itself and its direction separately for each tone and processed electronically.
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.The Information which in the direction of movement of the string after a Include premium or discount as dynamic motor conditions are, can thus specifically used for sound improvement. This will be mechanical Switch as foot switch etc. make future unnecessary. modern Guitar Synthesizer do not currently offer the possibility, to give a tee with a different sound effect than one Surcharge.
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.The basic principle of the detection of the below described Stop / direction information is based on the combination of a simple electric switch and, in a first advantageous embodiment, a measuring device based on Faraday's law of induction. The switch is used to determine the timing of the string stop itself to recognize. The switch should be closed when the plectrum touched the string. To do this the plectrum and the string are electrically conductive. The measurement an induction voltage in the struck string is used to the Direction of the movement caused by the plectrum (deflection from the rest position) of the string. With this device the direction information is automatically and very quickly recorded, without it being a mechanical switch and its operation through the musician needs, as it currently still state of the art is.
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 a second advantageous embodiment, the direction detection by measuring the voltage induced in the magnetic field in the coil of a usual Pickup, which arranged laterally offset below the string is made.
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 a third, advantageous embodiment, the direction detection by means of a special design of an electromagnetic pickup with two oppositely wound coils connected in series under each string ensures being able to handle this special design like a standard pickup is. This has the advantage that musicians with the use of standard, electromagnetic Cartridges are already familiar. The timing of the attack can with the help of the signal of a conventional pickup or by means of the electrically conductive Plektrons be determined.
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 a fourth, advantageous embodiment, the direction of movement the string by ultrasonic or microwave radar on the hand determined by the musician or on the plectrum or other means become. This has the advantage that light, in particular miniaturized Components can be used.
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 further advantageous embodiments the direction of movement of the string through the analysis of video recordings or by means of photoelectric sensors or strain gauges in the plectrum or using piezo pressure sensors in the bridge or saddle of the stringed instrument or detected in the plectrum.
In vielen Ausführungsformen kann die Saite elektrisch leitend oder nichtleitend sein, wodurch sich der Anwendungsbereich der Erfindung von elektrischen auf akustische Saiteninstrumente erweitert.In many embodiments the string may be electrically conductive or non-conductive, causing the scope of the invention from electrical to acoustic Extended string instruments.
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.The Problem of stop detection, d. H. the time of the attack alone, is already solved according to the current state of the art; without a stop detection would a digital guitar synthesizer do not know at what time played sound are converted into a digital control signal should. Except the more detailed below described new possibilities of Attack detection can always be on the known possibilities back be grasped.
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.at the known possibilities The striker will detect the movement of the string with a standard pickup converted into an electrical voltage signal. In one of these known design convert pickups the mechanical vibrations of struck strings by means of so-called Stratocaster in electrical alternating voltages around. Stratocaster consist of electrically conductive coils used on older models around bar magnets, in recent times wrapped around soft iron pins, with bar-shaped Ferrite magnets on the bottom. The field lines of the magnets flow through the Strings on a part of their length. In the rest position of the strings, the magnetic flux is constant. Emotional the string after a stop from the rest position, deforms because of the electrical conductivity the string of spatial Course of the field lines. This changes the magnetic flux through the coil. From one with one Therefore, certain frequency vibrating string will be in the coil one AC voltage of the same frequency induced. The amplitude of the voltage the known pickup hangs off the strength the stop (the amount of deflection from the rest position of the string), their electrical conductivity and the distance between string and magnetic pole. Known pickups, that work with this principle, generate voltages with amplitudes in the range of a few hundred millivolts. The signals are each reinforced separately and rectified and serve as inputs to one noninverting Schmitt trigger. Exceed the rectified ones Signals a predetermined amplitude, provides the output of the Triggers for each input signal is an associated one (High level) output signal, what the timing of each stop is detected individually. With hexaphonic pickups, this stop detection for every String to be made separately.
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.In another version from known pickups use these instead of coils and Magnets rather piezo elements, which are built into the bridge of the guitar are. The bridge is a vertical small board on the top of the stringed instrument, on which the strings rest.
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.For every string is a separate piezo element used in the respective web segment. Each piezo element is cabled separately. The connecting cables can either be connected together, or they will continue separately to to send the signal of each string to a guitar synthesizer. Furthermore, can Piezo elements also in the bridge or the saddle of the guitar. The saddle is the attached to the upper end of the fretboard of stringed instruments Cross bar on which the strings rest. In such piezo pickups can be electrically conductive or non-conductive strings are used.
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.In The present invention is compared to the known possibilities However, the detection of the stop time is a particularly simple Concept for detecting attacks described. Because the plectrum itself is electrically conductive and electrically connected to a voltage source is conductively connected, flows as soon as the plectrum contacts the electrically conductive string, via plectrum and string towards the mass a current pulse, which is the time of Clearly defined.
Zur anschließenden Messung der Bewegungsrichtung der Seite 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.For the subsequent measurement of the direction of movement of the page by means of the new, advantageous first embodiment using the induction principle, the string is, as in known embodiments of conventional pickups, in a magnetic field. Since the string is deflected by the stop from its rest position, it represents a magnetic field moving conductor, in which an induction current is caused. On the internal resistance of the string therefore produces an electrical voltage, the polarity of this voltage depends on the direction of movement of the string With the help of a simple evaluation, which detects this polarity, you can therefore the direction of movement of the string against the Resting position and thus determine the direction of impact of the Plectron. If you measure the direction of movement immediately after the timing of the string stops to the maximum deflection of the string, you get the desired, full stop / direction information. Each string stop is assigned exactly one direction of movement.
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.Compared to the known pickups, which only the attack time, the frequency and Amplitude detect, here is also the direction of attack by the Identification of the polarity of the induction voltage identified.
Zwar
ist in der Offenlegungsschrift
Weiter
ist aus der
Weiter
ist aus der
In
der
Ein
anderer eingeschlagener Weg führte
zu einer realtime Effektschaltung (
In der US 4 348 930 wurde der Tonabnehmer, das pick-up, variiert, das üblicherweise mit einem Magnetkern und einer Spule für jede Saite senkrecht zur Instrumentenoberfläche unter jeder Saite installiert ist und nur die Schwingungen einer Saite verwertet, die senkrecht zur Instrumentenoberfläche steht. Bei einer Anordnung von Magnetkern und Spule in einem pick-up werden zwei Schwingungsebenen der Saiten erfasst, die senkrecht aufeinander stehen, aber mit einem winkel von 45° zur Instrumentenoberfläche positioniert sind. Dadurch kommt es zu einer anderen Klangqualität. Eine Anschlagsrichtungserkennung von Auf- und Abschlag ist dabei nicht möglich.In No. 4,348,930, the pickup pickup was varied, usually with a magnetic core and a coil for each string perpendicular to instrument surface is installed under each string and only the vibrations of one Use string that is perpendicular to the instrument surface. In an arrangement of magnetic core and coil in a pick-up detects two vibration levels of the strings, which are perpendicular to each other, but with an angle of 45 ° to instrument surface are positioned. This results in a different sound quality. A Attack direction detection of up and down is not possible.
In
der
In
mehreren ausführbaren
Beispielen sollen im Folgenden die Einzelheiten der Anschlag-/Richtungserkennung
und einer dazugehörigen
digitalen Schaltung für
Steuerungsaufgaben anhand der schematischen
Im einzelnen zeigt:in the single shows:
Erkennung des Anschlagszeitpunktsrecognition of the moment of impact
Im
Folgenden wird auf
In
der bevorzugten, einfachsten Ausführungsform ist das Plektron
Berührt das
elektrisch leitende Plektron mit seiner Spitze
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.The The goal is to get a stop detection for each string separately. For the e-, a-, d-, g-, h-strings and the high e-string of the guitar should be added a separate voltage pulse U (t) can be obtained. Because at one Electric guitar usually the land grounded and conductive with all 6 Strings is connected, receives it is easy to separate no separately evaluable voltage signals per String. The strings have to So be electrically isolated from the bridge. The jetty is going to do this made of an electrical non-conductor.
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.So that a stretched string does not slip through the bridge, the string is threaded through a hole in the bridge when stringing, with a so-called ball end at the end of the string. This ball end is bigger than the hole; In this way, the slippage of the string end is prevented. This ball end is electrically connected to the string. In a first embodiment may be at the ball end of the string, a resistance z. B. brazed and the other side of this resistor are connected via a power cable to the ground terminal of the electric guitar. Alternatively, you can solder the resistor to the saddle, where on the one hand the saddle rider is isolated from the bridge, on the other hand there is a conductive connection at the contact point of the string on the saddle. This applies to all 6 strings of the guitar.
Im
Folgenden wird auf
Um
die Schaltung in
Damit
die kurzzeitigen Signale Ue,t(t) oder Ue,h(t) aus
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 Normierer32 normiert. Anschließend wird der normierte Puls durch die Hintereinanderschaltung von zwei Invertierern32 ,33 verzögert. Da der mechanische Schalter, bestehend aus dem leitenden Plektron und der leitenden Saite, beim Saitenanschlag prellt, wird ein nicht-nachtriggerbares Monoflop30 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 Inverter32 und33 realisiert, wobei jeder Inverter32 und33 durch seine Signallaufzeit zur Zeitverzögerung beiträgt.
- 1. A monoflop
30 generates from each stop signal, here as example Ue, t (t), a pulse with a defined pulse duration. For this purpose, the pulse Ue, t (t) is first by a normalizer32 normalized. Subsequently, the normalized pulse by the series connection of two inverters32 .33 delayed. Since the mechanical switch, consisting of the conductive plectrum and the conductive string, bounces off the string stop, becomes a non-retriggerable monoflop30 used. Therefore, at each stop at the output of the monoflop, exactly one pulse with a defined pulse duration is obtained. The pulse duration is chosen so that it is much longer than the very short contact time between the pick and the string. However, the pulse duration must be much shorter than the time interval between two string strikes of the musician on the same string. - 2. The pulse at the output of the monoflop
30 is forwarded with a time delay to the final output of the stop detection. The direction of movement of the string must be correlated with the preceding string stop and only with this, so that both signals can be further processed in coincidence, even with fast tone sequence. For this purpose, the time delay by an even number of consecutively-connected inverter32 and33 realized, each inverter32 and33 contributes to the time delay by its signal propagation time.
Diese
Bearbeitung der Signale zur endgültigen
Anschlagerkennung nach
Erkennung der Bewegungsrichtung der Saiterecognition the direction of movement of the string
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.swings according to the above First mentioned, advantageous embodiment of the direction detection an electrically conductive string in the magnetic field, then becomes after the Faraday Induction law in the string induced an alternating electrical voltage UP0 (t). This depends the polarity of the electrical AC voltage from the current direction of movement the string off.
Eine
vorteilhafte Anordnung des Magneten auf der Gitarre ist in
Vorteilhafterweise
wird die Saite
Zur
Messung der Induktionsspannung können
die Klemmen eines geeigneten Messwertaufnehmers (nicht dargestellt)
mit der Saite
Um
eine digitale Information zu gewinnen, ob sich die Saite in Abschlagrichtung
Ist
das Eingangssignal negativ, so liefert der Komparator
Diese
Information hinsichtlich Richtungserkennung (Aufschlag- oder Abschlagrichtung)
kann nicht aus dem elektrischen Signal eines herkömmlichen
elektromagnetischen Tonabnehmers (
Der
herkömmliche
Tonabnehmer
Nach
einem Anschlag schwingt die Saite
Unter
diesen beiden transversalen Bewegungsrichtungen dominiert der Einfluss
der Auslenkung parallel zur Spulenachse
Dagegen ändert sich
der Abstand
Der
herkömmliche
Tonabnehmer kann somit weder die Richtung noch die Orientierung
einer Saitenbewegung parallel zur Oberfläche des Gitarrenkörpers
Eine
realisierbare, vorteilhafte Ausführung der
Richtungserkennung mittels eines herkömmlichen Tonabnehmers
Unter
den Spannungen, die von den beiden transversalen Bewegungsrichtungen
in der Spule
Der
herkömmliche
Tonabnehmer
In
der dritten bevorzugten Ausführungsform wird
die Bewegungsrichtung der Saite durch eine Sonderbauform eines elektromagnetischen
Tonabnehmers, wie in
Dieser
Tonabnehmer lässt
sich wie ein herkömmlicher
Tonabnehmer
Die
Sonderbauform besteht gemäss
Bewegt
sich die Saite
Spule
Die
angeschlagene Saite
Erweitert
man die Sonderbauform aus
Die
beschriebene Ausführung
der Sonderbauform eines elektromagnetischen Tonabnehmers nach
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
Zunächst wird
das Ultraschall-Bauelement
Die
vom Ultraschallsender
Die
Bewegungsrichtung der Hand, die gleichzeitig die Anschlagsrichtung
des Plektrons
Bewegt sich die Hand oder das Plektron
If the hand or the plectrum moves
Wandelt
man die ausgesendeten und die empfangenen Ultraschallwellen in Gleichspannungen
um, die proportional zur empfangenen Frequenz sind und legt diese
beiden Gleichspannungen an die Eingänge eines Komparators oder
Schmitt-Triggers (nicht dargestellt in
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.A Variant of this device to determine the direction of impact is, instead of ultrasonic waves, a measurement by means of microwave radar which also uses the Doppler effect. For this Must have the ultrasonic measuring device (Transmitter and receiver) corresponding microwave transmitters and receivers are replaced.
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).That one uses the Doppler effect very exactly and also very much can measure small distances (in the millimeter range) is from literature it can be seen which z. B. the measurement of the flow direction of the blood and describe its flow rate (ELV Journal "Fachmagazin for applied Electronics "edition 1/2001, page 16). Allow sensors with separate transmitting and receiving membrane to record measured values in the near range from approx. 20 mm (ELV Journal 1/2001, page 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.Further could one extra Stroke direction detection integrate into the system by turning the pick of two electric forming conductive layers separated from each other by an insulator are separated when the layers have different electrical resistances, this leads to different voltage drops across the ladder cable / Plektron / string. These can additionally for the Control of effects are used.
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.In another executable Training will be the hand or Plectron movements through the use of retro-reflective sensors recognized, which are under the string and the hand or reflected light from the plectrum or string and thus the current string position and hereby the hand or Plectron movements measure up. Also can Photoelectric sensors are mounted parallel to the strings: for example be the transmitter on the saddle and the receiver on the bridge of the guitar attached to the current position of the plectrum and its movement to recognize.
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.Finally, in a further embodiment Strain gauges are glued to a flexible plectrum to make the stop timing and direction detection. there introduces Surcharge z. B. to an extension and an increase in resistance during a Tee z. B. for compression and thus resistance reduction of the strain gauge leads. Therefore, you can by the resistance change a premium of to distinguish a tee. Next can with strain gauges on the plectrum also the time of the attack itself can be detected. In this case, you can the strings and the plectrum also made of electrically non-conductive material become.
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.All the embodiments mentioned to the deadline time and Direction detection allows it, not just the timing of the attack to determine a string and its direction of movement, but it can also the number and individuality all simultaneously or sequentially struck strings and their Plays and forms of movement are determined to z. B. to provide a chord with a different effect than individually played sounds or sound sequences.
Dazugehörige digitale Schaltung für SteuerungsaufgabenAssociated digital Circuit for control tasks
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
Zur
Erläuterung
zeigt
Wird
die tiefe e-Saite mit einem Aufschlag angeschlagen, so soll z. B.
der Verzerrer-Effekt
Nach
jeder Anschlagzeitpunkts- und Richtungs-Erkennung in den Schaltelementen
Während die
digitale Schaltung in
Wenn
die e-Saite (nicht dargestellt in
Wenn
die a-Saiten (nicht dargestellt in
Wenn
beide Saiten (nicht dargestellt in
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.For the extension on more than two strings can be the basic principle of this circuit to be kept. Only the O-DER function and the multiplexer need more inputs feature, and the control logic at the control inputs of the multiplexer becomes extensive.
Stets
ist es natürlich
möglich,
für jede
Saite eine eigene, unabhängige
Schaltung gemäß
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.Next the stop detection by means of a conductive pickle, the described circuit with minor changes in combination used with other known methods for detecting attacks become.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Kombinationen der Anschlagszeitpunkt- und der Anschlagsrichtungserkennung aus den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich.in the Under the invention are different combinations of the stop time and the stop direction detection from the various described embodiments possible.
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