DE102007054815B4

DE102007054815B4 - Vorrichtung zur Erzeugung von Tönen und Verfahren zum Erzeugen eines Tones

Info

Publication number: DE102007054815B4
Application number: DE102007054815.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schifferdecker; Gerhard Lammel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2027-11-17
Also published as: DE102007054815A1

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen mit wenigstens einem Sensor (16) zum Erfassen einer Bewegung und einer Elektronikeinheit (12) wobei die Elektronikeinheit (12) so ausgeführt ist, dass der vom Sensor (16) erfassten Bewegung, insbesondere der Beschleunigung, Geschwindigkeit, dem Ort für eine Translation oder Rotation, ein Ton zugeordnet werden kann und dass eine Toneinheit (14) zum Umsetzen des zugeordneten Tones in ein Klangsignal vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Beschleunigungssensor (22) sowie einen Drehratensensor aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Tönen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Tönen mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Ausgehend von bekannten klassischen Musikinstrumenten, wie Schlagzeugen, Gitarren, Klavieren, Geigen oder anderen haben sich in letzter Zeit auch elektronische Varianten dieser Instrumente etabliert. Dabei werden die durch die klassischen Musikinstrumente typischerweise wiedergegebenen Töne elektronisch erzeugt und beispielsweise über Lautsprecher oder Kopfhörer ausgegeben. Hierzu sind beispielsweise aus der DE 195 07 863 A1 auch elektronische Musikinstrumente bekannt, bei denen an den Tonklappen etwa einer Flöte ein elektrisches, magnetisches oder optisches Auslöseelement angeordnet sein kann, um die Bewegung der Klappe zu überwachen. Spricht das Auslöseelement an, so kann ein mechanischer Betätigungsvorgang in ein elektrisches Signal gewandelt werden.
Ferner offenbart die DE 197 41 689 A1 eine Vorrichtung zur Erzeugung akustischer Signale, umfassend mindestens die folgenden Komponenten, nämlich einen Drucksensor, eine Datensammel- und Datenverarbeitungseinrichtung und eine Ausgabevor richtung für akustische Signale.
Aus der DE 601 329 63 T2 ein Tonsignalerzeugungssystem bekannt, dass eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen von Tonsignalen in Reaktion auf Aktionen oder Bewegungen einer menschlichen Bedienperson oder eines Benutzers offenbart.
Die Druckschrift US20070017352A1 offenbart eine an einem elektronischen Blasinstrument angebrachte Tonsteuerungsvorrichtung, welche eine Oktavumschalt-Schlagtechnik verwirklicht, bei der dieselbe Note mit unterschiedlichen Oktaven unter Verwendung des gleichen Griffzustandes erzeugt wird.
In der Offenbarung US5661253A wird ein elektronisches Musikinstrument mit einer Steuervorrichtung als Spieloperationselement zum Steuern elektronischer Tonerzeugungsparameter beschrieben.
Die Druckschrift US20030230186A1 beschreibt eine Eingabe- und eine Ausgabeeinheit in einem Musiksystem, wobei die Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Musiktons als Reaktion auf das von der Eingabeeinheit gelieferte Signal vorgesehen ist.
Desweiteren wird in der US5170003A ein elektronisches Musikinstrument, das ein akustisches Blasinstrument und dergleichen simuliert, ist dafür ausgelegt, einen Musikton mit einer gewünschten Tonhöhe als Reaktion auf den von einem Performer darauf ausgeübten Atemdruck zu erzeugen.
Es sind auch Musikabspielgeräte wie MP3- oder CD-Spieler bekannt, die in Kombination mit einer Trainingsvorrichtung eingesetzt werden können. Hierzu wird in der DE 10 2005 016 275 A1 vorgeschlagen, zusätzlich zu der Musikabspielfunktion eine Komponente zum Erfassen der Trittfrequenz, beispielsweise durch einen Vibrationssensor oder eine Komponente zum Erfassen der Herzfrequenz vorzusehen. Damit ist es möglich, zusätzlich zur abgespielten Musik Trainingsdaten des Benutzers zu erfassen und zu verarbeiten. Außerdem ist bereits ein MP3-Spieler auf dem Markt, der mit einem zusätzlichen Schrittsensor kombiniert wird. Dadurch kann der Takt der abgespielten Musik dynamisch an die Schrittfrequenz des Läufers angepasst werden.
Erfindungsgemäß wird nun eine Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen vorgeschlagen, bei der mit einem Sensor eine Bewegung erfasst wird und in Abhängigkeit von der vom Sensor erfassten Bewegung ein Ton erzeugt wird. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter dem Begriff Bewegung auch eine positive oder negative Beschleunigung oder Geschwindigkeit, eine Rotation oder ein, insbesondere durch Atemluft erzeugter Luftstrom verstanden. Die Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen umfasst daher einen Sensor zum Erfassen einer Bewegung, eine Elektronik, insbesondere einen Mirkoprozessor zum Zuordnen eines Tones zu der erfassten Bewegung und eine Toneinheit zum Umsetzen des zugeordneten Tones in ein Klangsignal. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Sensor ein Beschleunigungssensor, insbesondere einen zwei- oder dreidimensionalen Beschleunigungssensor eingesetzt wird, mit dem eine Bewegung im Raum ebenso erfasst werden kann, wie die Beschleunigung mit der diese ausgeführt wird. Ferner ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Drehratensensor zum Erfassen einer Drehbewegung aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Sensor ein Drucksensor eingesetzt, mit dem beispielsweise eine Druckänderung gemessen werden kann, die durch einen Luftstrom entsteht, wie sie beispielsweise durch den Ausstoß von Atemluft erzeugt wird. Damit kann beispielsweise ein Blasinstrument simuliert werden. Die Sensoren können mehrfach vorgesehen werden, wobei auch unterschiedliche Sensortypen miteinander verwendet werden können.
Der Sensor wird jeweils an einer geeigneten Stelle untergebracht. Beispielsweise kann der Sensor direkt am Körper des Benutzers, insbesondere an dessen Handgelenk angebracht werden. Darüber hinaus ist es auch möglich den Sensor auf einem separaten Sensorträger unterzubringen, wobei im Rahmen dieser Anmeldung unter einem Sensorträger eine Vorrichtung verstanden wird, auf der oder in der ein geeigneter Sensor aufgenommen werden kann. Der Sensorträger kann von dem Benutzer gehalten und bewegt werden. Die Bewegung und die Beschleunigung des Sensorträgers kann mit Hilfe des Sensors erfasst werden. Da die Elektronik und gegebenenfalls die Toneinheit in dieser Ausgestaltung der Erfindung auch auf einem eigenen Trägersystem untergebracht werden kann, werden diese Daten an die Elektronikeinheit drahtlos oder drahtgebunden übermittelt. Mit dieser Trennung kann auf vorteilhafte Weise erreicht werden, dass der eingesetzte Sensor im Hinblick auf seine Funktionalität optimal ausgestaltet oder auf einen für diesen Zweck hin optimierten Sensorträger aufgebracht wird. Beispielsweise ist es hier möglich, einen Beschleunigungssensor auf einem stabförmigen Sensorträger unterzubringen, um das Spielen eines Schlagzeugs zu simulieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch ein Komponenten-Trägersystem vorgesehen werden, das dann auch als Sensorenträgersystem dient wobei in ihm auch die Elektronikeinheit sowie die Toneinheit untergebracht sind. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass alle genannten Komponenten in einem Mobiltelefon untergebracht werden, so dass das Mobiltelefon auch als Sensorträger dient. Ebenso geeignet ist ein Musikabspielgerät, wie etwa ein MP3-Spieler, in dem der Sensor ebenfalls untergebracht werden kann. Dies hat den Vorteil, dass eine kompakte Einheit mit Elektronik und Lautsprecher oder Kopfhörer zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere kann damit auf einfache Weise ein kompaktes virtuelles Musikinstrument bereitgestellt werden. Mit der Erfindung wird damit die Funktionalität eines Mobiltelefons oder eines MP3-Spielers deutlich erweitert.
In der Vorrichtung kann zusätzlich eine Signaleingabemöglichkeit vorgesehen werden. Diese dient dazu, beispielsweise eine Tastatur mit zu integrieren. Damit können die Möglichkeiten eines virtuellen Instruments erweitert werden.
Als Toneinheiten können beispielsweise Kopfhörer und/oder aktive oder passive Lautsprecher verwendet werden. Mit deren Hilfe kann eine Klangwiedergabe auf einfache Weise erreicht werden.
Das virtuelle Musikinstrument, das mit der beschriebenen Vorrichtung verwirklicht wird, kann beispielsweise ein virtuelles Blasinstrument, ein virtuelles Tasteninstrument oder ein virtuelles Schlagzeug sein. In der zuletzt genannten Ausführungsform sind die Sensoren bevorzugt an stabförmigen Sensorträgern angebracht, deren Bewegung für den Benutzer das Gefühl des Schlagzeugspielens simuliert. Die Elektronikeinheit ist bevorzugt so ausgeführt, dass die vom Sensor erfassten unterschiedlichen Bewegungen unterschiedlichen Tönen zuordenbar sind, die auch in ihrer Klangfarbe, dem Tonumfang eines Musikinstruments angehören.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Tones wird also eine Bewegung mit einem Sensor erfasst, wobei als Sensor ein Beschleunigungssensor, insbesondere ein zwei- oder dreidimensionalen Beschleunigungssensor, sowie ein Drehratensensor verwendet wird, und wobei mit dem Drehratensensor eine Drehbewegung ermittelt wird, so dass auf Basis dieser ermittelten Drehbewegung die Geschwindigkeit und/oder die Klangfarbe der Tonfolge eines Musikstücks verändert werden kann. Dieser Bewegung wird mit einer Elektronikeinheit, insbesondere einer DSP (digitale Signalverarbeitung), ein Ton zugeordnet, der anschließend mit einer Toneinheit in ein hörbares Klangsignal umgewandelt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, durch eine Kombination mit aufgezeichnetem Tonmaterial, etwa einem Gesang, zu einem kompletten Musikstück zu gelangen. Hierzu kann beispielsweise mit einem ersten Gerät eine Melodie gespielt werden, zu der der Bediener eines zweiten Geräts einen geeigneten Text singt. Dies kann auch nach Vorgabe von Noten und/oder Liedtexten durch ein Mobiltelefon erfolgen. Damit lässt sich beispielsweise ein Mobiltelefon-Karaoke verwirklichen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Mehrzahl von Sensoren zum Erfassen der Bewegung verwendet wird. Denn der Einsatz mehrerer unterschiedliche Sensoren gewährleistet, dass eine Vielzahl von verschiedenen Bewegungsmustern erfasst werden kann, denen dann jeweils individuell Töne zugeordnet werden können. Damit erweitert sich der zuordenbare Tonraum erheblich. Insbesondere lassen sich mit Hilfe von Drehratensensoren Drehbewegung nachahmen, wobei auf Basis einer mit dem Sensor ermittelten Drehbewegung die Geschwindigkeit der Tonfolge eines Musikstücks verändert werden kann. Dieses Vorgehen entspricht dem so genannten Scratchen, das ein Discjockey zur Modifikation von Musik durchführt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:

1: schematisch eine integrierte Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen
2: schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen in mehreren Komponenten
3: schematisch die Bewegungsmöglichkeit für einen Sensorträger mit Beschleunigungssensor
4: schematisch ein typisches Beschleunigungssignal für ein virtuelles Schlagzeug
5: einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein virtuelles Schlagzeug
6: schematisch ein virtuelles Blasinstrument mit Sensor
7: einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein virtuelles Blasinstrument
8: schematisch ein typisches Beschleunigungssignal und eine daraus resultierende Klangsequenz für ein virtuelles Blasinstrument
9: den grundsätzlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen, die ein Komponenten-Trägersystem 10 aufweist. In dem Komponenten-Trägersystem 10 ist die Elektronikeinheit 12 und die Toneinheit 14 in Form eines Lautsprechers untergebracht. Somit dient das Komponenten-Trägersystem 10 auch als Sensorträger und nimmt damit den Sensor 16 auf. Das Komponenten-Trägersystem 10 kann beispielsweise als Mobiltelefon, MP3-Spieler oder als anderes geeignetes elektronisches Gerät wie beispielsweise als Spielekonsole ausgeführt sein. Diese Ausführungsform der Erfindung wird als integriertes System bezeichnet und bietet den Vorteil, dass die in den Geräten ursprünglich ohnehin vorhandenen Komponenten lediglich um den oder die Sensoren 16 erweitert werden müssen. Darüber hinaus bieten sie bereits ausreichend Platz zur Unterbringung des Sensors 16 und weisen eine Rechenleistung auf, die die Auswertung und Umsetzung der mit dem Sensor 16 gewonnenen Daten in ein Klangsignal zulässt.
In 2 ist schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Tönen dargestellt, bei der das Komponenten-Trägersystem 10 den Sensor 16 nicht zum Bestandteil hat. Der Sensor 16 ist auf einem separaten Sensorträger 18 untergebracht. Dieser kann beispielsweise stabförmig ausgestaltet sein, so dass er gut zur Simulation eines Trommelschlages geeignet ist. Der Sensor 16 kommuniziert mit der Elektronikeinheit 12 über eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung D. Damit kann erreicht werden, dass in dem Komponenten-Trägersystem 10 Elektronik- und Lautsprecherkomponenten von an sich beliebiger Größe und Qualität untergebracht werden können. Auf diese Weise kann die vom Sensor 16 erfasste Bewegung in ein qualitativ hochwertiges Klangsignal umgewandelt werden. Gleichzeitig kann der Sensorträger 18 leicht in unterschiedliche Raumrichtungen bewegt werden.
In 3 ist in die Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Tönen in ein virtuelles Musikinstrument am Beispiel eines Schlagzeugs schematisch dargestellt. Ein Benutzer 20 hält in seiner Hand einen stabförmigen Sensorträger 18, auf den ein Beschleunigungssensor 22 vorgesehen ist. Der Beschleunigungssensor 22 ist in der Lage, die Bewegung sowie die Beschleunigung zu erfassen. Damit kann der Benutzer 20 einen Schlag simulieren, der beispielsweise in eine der Richtungen 24, 26, 28 oder 30 ausgeführt wird. Da gleichzeitig auch die Beschleunigung erfasst werden kann, ist es möglich einen schwachen Schlag von einem starken Schlag zu unterscheiden. Denn bei einem schwachen Schlag erfolgte das Abbremsen langsamer als bei einem starken Schlag, so dass bei einem schwachen Schlag der Betrag der Beschleunigung kleiner ist als bei einem starken Schlag. In der Elektronikeinheit 12 (2) wird jeder der vom Sensor ermittelten Schlagrichtung 24, 26, 28 oder 30 jeweils ein unterschiedlicher Ton eines Schlagzeugs zugeordnet. Die Lautstärke für den jeweils ermittelten Ton ergibt sich aus dem Betrag der vom Bewegungssensor 22 ermittelten Beschleunigung. Beispielsweise kann der Bewegung in Richtung 24 ein heller Ton einer Trommel zugeordnet werden, einer Bewegung in Richtung 26 ein dunkler oder tiefer Ton einer Trommel, einer Bewegung in Richtung 28 der Ton eines Schlages auf ein großes Becken und einer Bewegung in Richtung 30 der Ton eines Schlages auf ein kleines Becken.
Wird also vom Benutzer zunächst eine schwache Bewegung in Richtung 24 und anschließend eine starke Bewegung in Richtung 28 ausgeführt, so wird mit dem Bewegungssensor 22 ein Beschleunigungssignal ermittelt, das beispielsweise dem in 4 dargestellten entspricht. Dieses Signal wird in der Elektronikeinheit 12 ausgewertet. Die schwache Bewegung in Richtung 24 erzeugt ein erstes Bewegungssignal 32 dem ein heller Ton einer Trommel zugeordnet wird. Die starke Bewegung in Richtung 28 erzeugt ein zweites Bewegungssignal 34, dem ein dunkler Ton einer Trommel zugeordnet wird. Die Lautstärke ergibt sich jeweils aus der ermittelten Stärke, das heißt dem Betrag der Beschleunigung des Bewegungssignals. Weitere Töne können entsprechend für andere Bewegungsrichtungen zugeordnet werden. Die jeweils zugeordneten Töne können mit Hilfe der Toneinheit 14, beispielsweise einem Lautsprecher, ausgegeben werden. Mit dem in den 3 und 4 dargestellten Beispiel ist es also ohne weiteres möglich, vier oder mehr unterschiedliche Töne eines Schlagzeugs und damit ein virtuelles Schlagzeug zu simulieren. Dabei lässt sich auch die Anordnung der virtuellen Trommeln und Becken des Schlagzeugs individuell an die Bedürfnisse des Benutzers anpassen. Dies erfolgt durch die Zuordnung der entsprechenden Töne zu einer Bewegung in eine bestimmte Raumrichtung.
In 5 ist schematisch der Ablauf des Verfahrens zur Umrechnung der gemessenen Beschleunigungsdaten und deren Zuordnung zu Tönen in einem virtuellen Schlagzeug dargestellt. Der Ablauf des Verfahrens beginnt mit dem Start 36. Daran schließt sich eine Beschleunigungsmessung 38 mit dem Beschleunigungssensor 22 in die drei Raumrichtungen x, y und z an. Im Schritt 40 wird überprüft, ob die z-Komponente a_z des gemessenen Beschleunigungswerts kleiner ist, als ein vorgegebener Wert W1. ist dies der Fall, so wird im Schritt 48 der Ton 1 abgespielt. Nach dem Durchlaufen einer Warteschleife 56, die beispielsweise 200 ms beträgt, werden im Schritt 38 wieder die Beschleunigungswerte erfasst. Wird im Schritt 40 erkannt, dass die z-Komponente a_z des Beschleunigungswerts größer ist als der vorgegebene Wert W1, so wird im Schritt 42 überprüft, ob z-Komponente a_z größer ist als ein vorgegebener Wert W2. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 50 der Ton 2 abgespielt. Anschließend wird wieder nach dem Durchlaufen der Warteschleife 56 im Schritt 38 der neue Beschleunigungswert erfasst. Entsprechend wird auch im Schritt 44 und 46 für die y-Komponente a_y des Beschleunigungswertes und die vorgegebenen Werte W3 und W4 verfahren. Gegebenenfalls wird im Schritt 52 der Ton 3 beziehungsweise im Schritt 54 der Ton 4 abgespielt. Ist keine der angegebenen Bedingungen erfüllt, so wird kein Ton abgespielt und die Warteschleife 56 durchlaufen, bevor wieder im Schritt 38 mit der Beschleunigungsmessung die Prüfung erneut beginnt, ob und welcher Ton zu spielen ist. Typische Werte, die für die vorgegebenen Werte W1, W2, W3 und W4 gewählt werden können, liegen zwischen -10g und +10g (mit g = Erdbeschleunigung), insbesondere zwischen -6g und +6g. Beispielsweise kann für den Wert W1 = -2g, für W2 = 6g, W3 = -2,5g und W4 = +2,5g festgelegt werden.
Immer dann, wenn also einer der vorgegebenen Werte W1, W2, W3 oder W4 in einer bestimmten Richtung über- beziehungsweise unterschritten wird, wird ein entsprechend zugeordneter Ton gespielt. Für eine kurze Zeitspanne kann dann kein weiterer Ton ausgegeben werden, was durch die Warteschleife 56 gewährleistet wird. Die Warteschleife 56 ist erforderlich, um bei einer Rückwärtsbewegung des Sensorträgers 18 in die Ausgangslage kein unerwünschtes Signal auszulösen.
Der in 5 dargestellte Ablauf zeigt, dass bereits mit diesem einfachen System vier unterschiedliche Bewegungsmuster verlässlich unterschieden und in unterschiedliche Töne umgesetzt werden können. Eine Erweiterung auf mehr als vier Töne durch die Erfassung von Bewegungen in andere Raumrichtungen, insbesondere in Richtungen, die aus einer Linearkombination der drei Raumrichtungen hervorgehen, ist entsprechend einfach möglich. Darüber hinaus kann mit dem Einsatz einer aufwändigeren Signalverarbeitung eine Erweiterung der Messsignale erzielt werden. Zum Beispiel kann durch eine Einbeziehung der zeitlichen Integrale die Geschwindigkeit und der Doppelintegrale der Weg berücksichtigt werden.
Das virtuelle Schlagzeug wurde anhand eines Sensorträgers 18 erläutert, in der die Elektronikeinheit und die Toneinheit getrennt vorliegen. Selbst verständlich ist es auch möglich, ein virtuelles Instrument und insbesondere das beschriebene virtuelle Schlagzeug in Form eines bereits beschriebenen integrierten Systems zu verwirklichen. Damit besteht die Möglichkeit, beispielsweise mit einem Mobiltelefon oder einem MP3-Spieler das virtuelle Instrument auf einfache Weise zur Verfügung zu stellen, wenn die Geräte mit einem geeigneten Beschleunigungssensor 22 und der jeweils erforderlichen Software ausgestattet sind. Somit kann der Lautsprecher des Mobiltelefons auch dazu genutzt werden, die durch die Bewegung des Mobiltelefons erzeugten Töne ausgegeben.
Wie im Zusammenhang mit dem virtuellen Schlagzeug beschrieben, ist es auch möglich, in ähnlicher Weise andere Instrumente nachzuahmen. Beispielsweise kann der Klang einer Gitarre dadurch erzeugt werden, dass unterschiedliche Handbewegungen in Klänge umgesetzt werden. Weiterhin können auch Griffe beispielsweise auf der Tastatur eines Mobiltelefons in Töne umgesetzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die mit dem Sensor erfassten Bewegungen in der Elektronikeinheit eine anderen Funktionalität zuzuordnen. Diese kann darin bestehen das Zu- und Abschalten von Musikschleifen zu steuern. Diese werden dann entsprechend dem erfassten Bewegungsmuster abgespielt. Beispielsweise können so die erfassten Handbewegungen umgesetzt und in Echtzeit zu einem Musikstück gemischt und zusammengefasst werden.
In 6 ist schematisch ein virtuelles Blasinstrument dargestellt. Ein Luftstrom 60 durchströmt hierbei ein Rohr 58. Im Inneren des Rohres 58 ist ein Drucksensor 62 angeordnet. Der Luftstrom 60 kann beispielsweise durch Blasen in das Rohr 58 erzeugt und seine Stärke durch den Druckluftsensor 62 erfasst werden. Damit kann die Druckänderung, die sich aus einer Änderung der Stärke des in das Rohr geblasenen Luftstroms ergibt, erfasst werden. Die vom Druckluftsensor erfassten Werte können wiederum an eine Elektronikeinheit weitergegeben werden. Hier kann eine Zuordnung der Druckänderung zu einer Lautstärke und/oder einer Tonhöhe eines Instrumentes erfolgen. Der sich daraus ergebende Ton kann, wie bereits beschrieben, über eine Toneinheit, insbesondere einen Lautsprecher ausgegeben werden. Beispielsweise kann die vom Drucksensor 62 erfasste Druckänderung in die Änderung der Lautstärke eines nachgeahmten Saxophon-Tons umgesetzt werden. Mit Hilfe der Elektronikeinheit ist es auch möglich, die Dynamik der Druckänderung dazu zu nutzen, eine Anpassung an die Klangfarbe oder die Tonhöhe durchzuführen. Dies kann insbesondere durch die Implementierung einer geeigneten Auswerte-Software erfolgen. Weitere Möglichkeiten ergeben sich daraus, verschließbare Bohrungen oder andere Möglichkeiten zur Veränderung des Luftstromes in dem Rohr 58 vorzusehen.
In 7 ist schematisch ein möglicher Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein virtuelles Blasinstrument dargestellt. Der Ablauf des Verfahrens beginnt mit dem Start 64. Daran schließt sich eine Grunddruckmessung 66 an, also eine Messung des vorliegenden Grunddrucks p₀ ohne anliegenden Luftstrom mit dem Drucksensor 62. Auf diese Weise kann eine Initialisierung erfolgen, so dass die im Weiteren durchgeführten Druckmessungen auf den Grunddruck p₀ bezogen werden können. Im Schritt 67 wird dann der gegebenenfalls unter dem Einfluss eines Luftstroms am Drucksensor 62 anliegende Druck p₁ gemessen und an die Elektronikeinheit (nicht gezeigt) übermittelt. Aus den gemessenen Drucksignalen p₀ und p₁ kann dann ein normiertes Signal $S_{n} = (\frac{p_{1}}{p_{0}} - 1)$
als Verhältnis zwischen dem aktuell anliegenden Druck p₁ und dem Grunddruck p₀ ermittelt werden.
Im Vergleich 68 wird geprüft, ob der Wert von S_n größer ist als ein vorgegebener oberer Schwellwert. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 72 ein erster Ton zugeordnet und abgespielt. Liegt der Wert von S_n unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts, so wird im Vergleich 70 geprüft, ob der Wert von S_n größer ist als ein vorgegebener unterer Schwellwert. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 74 ein zweiter Ton zugeordnet und abgespielt. Wird der untere Schwellwert nicht überschritten, so wird kein Ton abgespielt. Im Schritt 67 wird der gegebenenfalls unter dem Einfluss eines Luftstroms am Drucksensor 62 anliegende Druck p₁ erneut gemessen. Als oberer Schwellwert kann beispielsweise ein Wert aus dem Intervall von 0,6 bis 1 und als unterer Schwellwert z. B. ein Wert aus dem Intervall von 0,1 bis 0,5 gewählt werden. Die Lautstärken mit denen der erste und der zweite Ton gespielt werden, kann an den gemessenen Druckverlauf beziehungsweise das daraus resultierende normierte Signal S_n angepasst werden. Dabei kann im Schritt 76 die Lautstärke L beispielsweise durch die Zuordnung Z=c·100%·S_n definiert werden, wobei c eine Kalibirierungskonstante ist. Über dieses einfache Beispiel hinaus kann die Tonerzeugung dadurch weiter verbessert werden, dass auch nichtlineare Abhängigkeiten zwischen L und S_n einbezogen werden. Weiterhin können auch zeitliche Integral- und Differentialsignale des Messsignals berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann natürlicherer Spielerlebnis erreicht werden.
In 8 ist die Tonerzeugung mit einem virtuellen Blasinstrument grafisch dargestellt. Der obere Schwellwert wurde mit 0,8 gewählt und der untere Schwellwert mit 0,3. Mit dem Drucksensor 22 wird für alle Zeiten t ein normiertes Signal S_n ermittelt. Zum Zeitpunkt t₁ ist der Wert von S_n erstmals größer als 0,3 jedoch noch kleiner als 0,8. Damit wird ab diesem Zeitpunkt der Ton 2 gespielt. Die schwankende Lautstärke L, mit der der Ton 2 gespielt wird ergibt sich aus den schwankenden Werten für S_n im Zeitintervall zwischen t₁ und t₂ und kann wie oben beschrieben berechnet werden. Zum Zeitpunkt t₂ überschreitet der Wert von S_n den oberen Schwellwert von 0,8. Damit wird ab diesem Zeitpunkt der Ton 1 gespielt wird. Die jeweils zu spielende Lautstärke ergibt sich wiederum aus den aus schwankenden Werten für S_n oberhalb des oberen Schwellwerts von 0,8. Zum Zeitpunkt t₃ wird der untere Schwellwert von 0,3 wieder unterschritten. Damit wird ab diesem Zeitpunkt kein Ton erzeugt.
Die Töne, die auf diese Weise zugeordnet und abgespielt werden, müssen nicht zwingend den Tönen eines realen Blasinstruments entsprechen. Denn es können an sich beliebige Töne und Klangfarben zugeordnet werden. So kann dem virtuellen Blasinstrument als Ton 1 auch das E einer Konzertgitarre und als Ton 2 ein Trommelschlag zugeordnet werden. Damit zeigt sich, dass mit dem virtuellen Blasinstrument eine große Freiheit in Bezug auf die damit erzeugten Töne besteht. Somit können nicht nur beliebige Musikinstrumente sondern auch Kombinationen aus diesen Instrumenten simuliert werden.
In 9 ist der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Tönen dargestellt. Im Schritt 78 wird dabei zunächst mit einem Sensor, insbesondere einem Beschleunigungs-, Druck- oder Drehwinkelsensor eine Bewegung erfasst. Dabei kann eine Bewegung des Sensors selbst oder die Bewegung der Umgebung, wie etwa ein Luftstrom erfasst werden. Auch können mehrere auch unterschiedliche Sensoren hierzu eingesetzt werden. Außerdem ist es möglich, Messdaten einfacher Sensoren, wie etwa die Daten eines Tasters, eines Druckschalters oder eines Widerstandsgebers als so genannte modifizierende und damit ergänzende Signale mit einzubeziehen. Dem Sensorsignal wird dann im Schritt 80 ein Ton zugeordnet, wobei das Sensorsignal insbesondere an eine Elektronikeinheit weitergegeben werden kann, wo dann die Zuordnung eines Tones erfolgt. Der auf diese Weise zugeordnete Ton wird dann im Schritt 82 ausgegeben, wobei insbesondere eine Toneinheit, wie ein Kopfhörer oder ein Lautsprecher eingesetzt werden können.
Die Vorrichtung zur Erzeugung von Tönen kann als integriertes System verwirklicht werden, wobei der Sensor, die Elektronikeinheit und die Toneinheit in einem Gerät vereint sind. Insbesondere können hierzu bereits bekannte Geräte wie etwa Mobiltelefone, Spielekonsolen oder MP3-Spieler um den erforderlichen Sensor und die Software zur Tonerzeugung erweitert werden. Damit lassen sich kompakte Geräte schaffen, die auch als virtuelle Musikinstrumente verwendet werden können. Der Sensor kann auch separat auf einem Sensorträger untergebracht werden und an eine externe Elektronikeinheit und eine externe Toneinheit insbesondere kabellos gekoppelt werden.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen von Tönen mit wenigstens einem Sensor (16) zum Erfassen einer Bewegung und einer Elektronikeinheit (12) wobei die Elektronikeinheit (12) so ausgeführt ist, dass der vom Sensor (16) erfassten Bewegung, insbesondere der Beschleunigung, Geschwindigkeit, dem Ort für eine Translation oder Rotation, ein Ton zugeordnet werden kann und dass eine Toneinheit (14) zum Umsetzen des zugeordneten Tones in ein Klangsignal vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Beschleunigungssensor (22) sowie einen Drehratensensor aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Drucksensor (62) zum Umsetzen der durch einen Luftstrom an einer Querschnittsverengung erzeugten Druckdifferenz in elektrisch weiterverarbeitbare Signale aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) auf einem Sensorträger (18) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) auf einem Komponenten-Trägersystem (10) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (12) auf dem Komponenten-Trägersystem (10) untergebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Komponenten-Trägersystem (10) ein elektronisches Gerät ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) auf einem Sensorträger (18) und die Toneinheit (14) auf einem Komponenten-Trägersystem (10) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (18) stabförmig ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Signaleingabemöglichkeit aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Toneinheit (14) einen Kopfhörer und/oder aktive oder passive Lautsprecher umfasst.
Verfahren zur Erzeugung eines Tones d a dur c h gekennzeichnet , dass - mit einem Sensor (16) eine Bewegung erfasst wird, wobei als Sensor (16) ein Beschleunigungssensor (22), sowie ein Drehratensensor verwendet wird, - das Bewegungssignal an eine Elektronikeinheit (12) übermittelt wird, - mit der Elektronikeinheit (12) der erfassten Bewegung ein Ton zugeordnet wird - der zugeordnete Ton mit einer Toneinheit (14) in ein Klangsignal umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass - mit einem Drucksensor (62) ein Drucksignal eines Luftstroms erfasst wird, - das gemessene Signal normiert wird, - geprüft wird, ob der Wert des normierten Signals einen ersten Schwellwert übersteigt, - ein erster Ton erzeugt wird, wenn Wert des normierten Signals den ersten Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der ermittelten Drehbewegung die Geschwindigkeit und/oder die Klangfarbe der Tonfolge eines Musikstücks verändert wird.