DE102010044842B4

DE102010044842B4 - Klaviatur eines elektronischen Tasteninstruments

Info

Publication number: DE102010044842B4
Application number: DE201010044842
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: DE102010044842A1

Abstract

Klaviatur eines elektronischen Tasteninstruments, bei der eine oder mehrere Tasten (1) der Klaviatur (2) jeweils mit mindestens einem Sensor (3) ausgestattet sind, mit dem bei Anschlag einer Taste (1) mindestens eine auf die Taste (1) ausgeübte Kraftkomponente (4), die von der bei Anschlag der Taste (1) in vertikaler Richtung ausgeübten Kraftkomponente (5) verschieden ist, detektierbar ist und in ein Steuersignal für ein Mittel zur Transponierung des Grundtons der Taste (1) nach Maßgabe einer voreingestellten Tonhöhenverschiebung und/oder in ein Steuersignal für ein Mittel zur Erzeugung einer periodischen Schwankung der Tonhöhe des Grundtons nach Maßgabe einer voreingestellten Frequenzmodulation und/oder in einen voreingestellten Ton- und/oder Soundeffekt und/oder in einen Steuerbefehl für das Tasteninstrument umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) ein Kraftaufnehmer (7) ist, wobei der Kraftaufnehmer (7) von vier, in Form eines rechtwinkligen Kreuzes angeordneten und in deren Längsachse beweglich federgelagerten Stößeln (8) umgeben ist, wobei der Kraftaufnehmer (7) mit den federgelagerten Stößeln unterhalb eines bodenseitig offenen Hohlraums (9) einer Taste (1) eingerichtet ist und wobei der Hohlraum (9) den Kraftaufnehmer (7) mit den federgelagerten Stößeln (8) passförmig umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klaviatur eines elektronischen Tasteninstruments, mit welcher Transpositionen, insbesondere Tonhöhenverschiebungen, Vibratos, Glissandi sowie verschiedene Toneffekte bzw. Soundeffekte erzeugt und/oder Steuerbefehle eingegeben werden können.
Unter Transposition versteht man in der Musik das proportionale Verändern der Höhe von Tönen um ein bestimmtes Intervall. Man kann diesen klanglichen Vorgang auch als Frequenzumsetzung oder Tonhöhenverschiebung bezeichnen. Vibrato, Glissando oder Pitchen, dem Beugen eines Tones, bezeichnen bestimmte Formen einer Tonhöhenverschiebung, abhängig vom Bereich, in dem die Tonhöhenverschiebung erfolgt.
Bei bekannten elektronischen Tasteninstrumenten ist eine Tonhöhenverschiebung über den Anschlag der Taste nicht möglich. Um den Effekt zu erzielen, sind moderne elektronische Tasteninstrumente wie Keyboards, e-Pianos, Synthesizer oder elektronische Orgeln hierzu mit einem Transposer ausgestattet. Dieser ist je nach Ausführung entweder in das Instrument integriert oder kann als eigenständiges Gerät an das Instrument angeschlossen werden, welches dann die veränderten MIDI-Daten weitergibt. In der Regel wird der Transposer vom Musiker manuell über eine separate Schalteinrichtung bedient, über die er das Intervall der Tonhöhenverschiebung vorgeben kann. Derartige Schalteinrichtungen sind als Pitch Bends in Form von Pitch Bend Wheels oder Pitch Bend Sticks bekannt.
Mit Hilfe einer derartigen elektronischen Transponierfunktion kann die Tonhöhe des Instruments oder auch nur eines einzelnen Grundtons einer Taste gebeugt, in Halbtonschritten oder gleitend bis hin zur Oktavierung erhöht oder erniedrigt werden, je nach Funktionsmerkmalen der Transponiereinrichtung.
Diese Einrichtungen werden eingesetzt, um während des Spiels einzelne Grundtöne zu transponieren.
Nachteilig an den bekannten Transponierfunktionen ist, dass einerseits nur die gesamte Klaviatur in dessen Tonhöhe transponiert werden kann oder bei einer Transponierung einzelner Grundtöne, wie dem Pitchen, eine Hand des Spielenden zur Bedienung der Pitch-Funktionen von der Klaviatur genommen werden muss. Während des Pitchvorganges kann das Musikstück somit nur mit einer Hand gespielt werden.
Aus der EP 2 073 194 A1 ist ein Keyboard bekannt, bei dem am Boden einer Tasten ein Belastungssensor eingerichtet ist und die Taste selbst aufgrund einer elastischen Verbindung mit dem Gehäuse in einer Vielzahl von Richtungen frei beweglich ist. Die ausgeführte Tastenbewegung wird mittels des Belastungssensors detektiert und in ein elektrisches Signal für die Wiedergabe eines definierten Sounds umgewandelt.
Die US 3,818,114 A offenbart eine Taste einer Klaviatur, die neben dem üblichen Anschlag eine Vor- und Rückbewegung der Taste zulässt, um hierüber zusätzlich ein Tremolo des Tons zu erzeugen. Die Detektion einer Vor- oder Rückbewegung der Taste erfolgt mit einem photoelektrischen Sensor, dessen generierte elektronische Signale einem Amplifier zur Erzeugung der Tonvariation zugeleitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Klaviatur anzugeben, bei der die Transponierung der Tonhöhe der gesamten Klaviatur, aber auch einzelner Grundtöne über die Klaviatur direkt einstellbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird Klaviatur eines elektronischen Tasteninstruments angegeben, bei der eine oder mehrere Tasten der Klaviatur jeweils mit mindestens einem Sensor ausgestattet sind, mit dem bei Anschlag einer Taste mindestens eine auf die Taste ausgeübte Kraftkomponente, die von der bei Anschlag der Taste in vertikaler Richtung ausgeübten Kraftkomponente verschieden ist, detektierbar ist und in ein Steuersignal für ein Mittel zur Transponierung des Grundtons der Taste nach Maßgabe einer voreingestellten Tonhöhenverschiebung und/oder in ein Steuersignal für ein Mittel zur Erzeugung einer periodischen Schwankung der Tonhöhe des Grundtons nach Maßgabe einer voreingestellten Frequenzmodulation und/oder in einen voreingestellten Ton- und/oder Soundeffekt und/oder in einen Steuerbefehl für das Tasteninstrument umwandelbar ist. Die Klaviatur zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor ein Kraftaufnehmer ist, wobei der Kraftaufnehmer von vier, in Form eines rechtwinkligen Kreuzes angeordneten und in deren Längsache beweglich federgelagerten Stößeln umgeben ist, wobei der Kraftaufnehmer mit den federgelagerten Stößeln unterhalb eines bodenseitig offenen Hohlraum einer Taste eingerichtet ist und wobei der Hohlraum den Kraftaufnehmer mit den federgelagerten Stößeln passförmig umschließt.
Der normale Tastenanschlag einer Klaviaturtaste erfolgt von oben nach unten, so dass die durch den Anschlag auf die Taste erzeugte Kraft in im Wesentlichen vertikaler Richtung verläuft. Neben der vertikal gerichteten Kraft zur Überwindung der Spieltiefe der Taste, die alleinig der Grundtonerzeugung dient, können durch Variation des Tastenanschlags weitere Kraftkomponenten, die auf die Taste ausgeübt werden, als Signalgeber für eine Transponierung einzelner Tastentöne genutzt werden. Auch können durch weitere Kraftkomponenten Ton- bzw. Soundeffekte erzeugt und/oder verschiedene Steuerbefehle für das elektronische Tasteninstrument eingegeben werden.
Bei der erfinderischen Klaviatur wird durch Ausübung einer im Wesentlichen orthogonal zur Anschlagsrichtung der Taste gerichteten zweiten Kraft eine Kraftkomponente erzeugt, die durch einen Sensor detektierbar ist. Durch die Detektion dieser Kraftkomponente wird ein Signal erzeugt, welches in Form eines Steuersignals zu einem Mittel zur Transponierung des Grundtons der Taste, einem sogenannten Transposer, geleitet wird. Mittels des Transposers wird nach Maßgabe einer im Transposer voreingestellten Tonhöhenverschiebung, die manuell individuell eingeben worden oder geräteintern vorgegeben sein kann, eine Transponierung des Grundtons der Taste erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann das erzeugte Steuersignal genutzt werden, um mit einem Mittel zur Erzeugung einer periodischen Schwankung der Tonhöhe des Grundtons, insbesondere zur Erzeugung eines Vibratos des Grundtons, den Grundton der Taste nach Maßgabe einer voreingestellten Frequenzmodulation vibrieren zu lassen. Vorzugsweise vereint der Transposer die technischen Eigenschaften zur Tonhöhenverschiebung und zur Erzeugung eines Vibratos, Glissandos und/oder anderer Ton- bzw. Soundeffekte.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann jeder Richtung einer in orthogonaler Ebene zur Anschlagsrichtung der Taste ausgeführten Kraftkomponente eine definierte Tonhöhenverschiebung oder Tonhöhenschwankung zugeordnet sein, so dass mit einer definierten Richtung der ausgeübten Kraftkomponente eine bestimmte Form einer Transposition erzeugbar ist. Vorzugsweise ist die Form der einer Kraft komponentenrichtung zugeordneten Tonhöhenverschiebung oder -schwankung individuell am elektronischen Tasteninstrument einstellbar, um die gewünschte Tonhöhenverschiebung oder -schwankung der individuellen Spielart anpassen zu können.
In einer Ausführungsform kann die Taste seitlich nach rechts und nach links, d. h. parallel zur deren Längsachse der Lagerwelle, und im rechten Winkel zur Längsachse der Lagerwelle vor und zurück verschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Taste derart gelagert sein, dass eine Drehung der Taste um einen Drehpunkt, der sich auf der Längsachse der Lagerwelle befindet, ausgeübt werden kann.
So kann beispielsweise mit einer auf die Taste ausgeübten Kraftkomponente nach rechts, wobei die Taste parallel zur Längsachse der Lagerwelle auf der Lagerwelle verschoben wird, eine Tonhöhenverschiebung in eine höhere Tonlage als der Grundton der Taste und mit einer nach links gerichteten Kraftkomponente eine Tonhöhenverschiebung in eine niedrigere Tonlage als der Grundton der Taste erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann mit einer auf die Taste ausgeübten Kraftkomponente nach vorn eine periodische Schwankung der Tonhöhe erzeugt werden und mit einer Kraftkomponente nach hinten ein beliebiger Toneffekt.
Die beiden vorgenannten Ausführungsformen stehen nur beispielhaft für alle denkbaren Kombinationsmöglichkeiten von Kraftkomponentenrichtung und damit erzeugter Tonhöhenverschiebung oder -schwankung und begrenzen nicht die möglichen Ausgestaltungsformen der Erfindung.
In einer weiteren Ausführungsform können die Intensität und/oder der Umfang der Tonhöhenverschiebung oder -schwankung oder anderer Toneffekte beim Anspielen der Taste durch die Stärke der ausgeübten Kraftkomponente und/oder deren Dauer bestimmt werden.
Die Detektion dieser Kraftkomponenten kann einerseits über eine zusätzlich zur Anschlagsrichtung herbeigeführte räumliche Lageverschiebung der Taste, anderseits auch über die Bestimmung einer auf der Oberfläche der Taste ausgeführte Bewegungsrichtung erfolgen. Um die räumliche Lagerverschiebung der Taste auslösen zu können, kann das Lager der Taste mit Spiel ausgestaltet sein. Dies kann vorzugsweise durch eine im Querschnitt ovale Lagerschale in der eine im Querschnitt kreisförmige Lagerwelle geführt ist, erreicht werden.
Um beim Tastenanschlag die in orthogonaler Ebene zur vertikalen Anschlagsrichtung zu erzeugende Kraftkomponente besser aufbringen zu können, weist die Taste in einer besonderen Ausführungsform auf deren Oberseite im Anschlagbereich eine Hohlkehlung auf, die vorzugsweise kreisförmig ist oder in Längsrichtung der Taste verläuft, so dass durch Druck der Fingerkuppe auf die Innenwand der Hohlkehlung eine Kraft in Querrichtung leichter aufgebracht werden kann. Hierdurch wird das Risiko vermindert, beim Anspielen der Taste auf die benachbarten Tasten abzugleiten und diese ungewollt anzuspielen.
Alternativ oder zusätzlich zur vorgenannten Hohlkehlung kann die Oberfläche der Taste zur Verhinderung des ungewollten Abrutschens der Finger von der Taste aufgeraut oder mit einer Antirutschbeschichtung, beispielsweise einer Gummierung, beschichtet sein.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Sensor, mit dem Richtung, Intensität und/oder Dauer der aufgebrachten Kraftkomponente detektiert wird, ein Kraftaufnehmer, insbesondere ein Piezo-Kraftaufnehmer oder ein Kraftaufnehmer mit elektromagnetischer Kompensation.
Der Sensor in Form eines Kraftaufnehmers kann im Spielwerk direkt an, unter oder in der Taste, vorzugsweise in der Mechanik der Hebelwaage der Taste, aber auch in oder an dem das Spielwerk fixierenden Rahmen des Instruments der Klaviatur eingerichtet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind um den Kraftaufnehmer herum vier, in einer Ebene in Form eines rechtwinkligen Kreuzes angeordneten und in deren Längsache beweglich federgelagerten Stößeln eingerichtet. Vorzugsweise ist der Kraftaufnehmer mit den federgelagerten Stößeln unterhalb der Taste montiert. Kraftaufnehmer und Stößel können von einem Gehäuse eingefasst sein, wobei bei dieser Ausgestaltungsform die außenseitigen Stößelenden der Stößel aus dem Gehäuse herausragen. Die Taste weist bodenseitig einen vorzugsweise quaderförmigen Hohlraum auf, der den Kraftaufnehmer mit den Stößeln passförmig umschließen kann. Die außenseitigen Stößelenden können in direkter Berührung mit der Wandung des Hohlraums oder leicht beabstandet dazu ausgerichtet sein.
Das allgemeine Funktionsprinzip dieses Kraftaufnehmers ist wie folgt: Der Kraftaufnehmer mit Stößeln und der Hohlraum in der Tastenunterseite sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei normalem Anschlag der Taste in nur im Wesentlichen vertikaler Richtung die außenseitigen Stößelenden an den Wandungen entlang geführt sind, ohne dass die Stößel des Kraftaufnehmers in deren Federlager in Richtung des Kraftaufnehmer bewegt werden. Vorzugsweise besteht das Federlager aus einer Spiralfeder oder Druckfeder, in der die Stößel beweglich gelagert sind. Damit über die Stößel auf die Feder Druck ausgeübt werden kann, weisen die Stößel außenseitig einen ringförmigen Kragen auf, der auf der Feder aufliegt. Erst bei einer auf die Taste ausgeübten Kraftkomponente, die von der bei Anschlag der Taste in vertikaler Richtung ausgeübten Kraftkomponente verschieden ist, werden ein oder mehrere Stößel in deren Federlagerung gegen den Kraftaufnehmer gedrückt und ein Kontakt zwischen innenseitigem Ende der Stößel mit dem Kraftaufnehmer erzeugt, wodurch ein Signal generiert wird, welches einer definierten Tonhöhenverschiebung, einem anderen Toneffekt und/oder einem Steuerbefehl zugeordnet ist. Bei einer solchen Konstruktion des Kraftaufnehmers können auch Kreisbewegungen erfasst werden, welche z. B. bei Verwendung in einem Synthesizer vorteilhaft sind.
Die quer zur Längsachse der Taste verlaufenden Wandungen des Hohlraums können dergestalt sein, dass die zur Anschlagseite der Taste weisende Wandung eine teilkugelförmige Wölbung und die gegenüberliegende Wandung eine teilkugelförmige Kehlung aufweist, deren fiktive Kugelmittelpunkte sich vorzugsweise auf der Lagerwelle der Taste befinden. In einer alternativen Ausgestaltungsform, bei welcher die Taste parallel zur Längsachse der Lagerwelle verschoben wird, sind Kehlung und Wölbung teilzylinderförmig, deren fiktive Längsachsen ebenfalls vorzugsweise in der Lagerachse der Taste verlaufen. Durch diese beiden Ausgestaltungsformen wird erreicht, dass die Stößel bei Normalanschlag der Taste nicht gegen den Kraftaufnehmer gedrückt werden, da die Krümmungen der Kehlung und Wölbung dem Verlauf der Bewegung der Taste bei Normalanschlag in den entsprechenden Ebenen dieser Wandungen entspricht.
Alternativ kann der Sensor ein opto-mechanischer oder ein berührungsloser Bewegungssensor sein. Ein opto-mechanischer Bewegungssensor besteht vorzugsweise aus einer Rollkugel, zwei Lochscheiben und einer zugehörigen Lichtschranken. Hiermit kann die Bewegungsrichtung der auf die Taste ausgeübten Kraftkomponente über die Rollkugel in elektrische Signale umgewandelt werden. Ein opto-mechanischer Sensor ist vorzugsweise an der Unterseite der Taste eingerichtet.
Ein berührungsloser Sensor kann insbesondere eine Lichtschranke, vorzugsweise eine Reflexlichtschranke, und vorzugsweise in oder an dem das Spielwerk fixierenden Rahmen des Instruments der Klaviatur eingerichtet sein, wobei im Falle einer Reflexlichtschranke, die Lichtgeber am Rahmen des Spielwerks und die Reflektoren an der der Anschlagsseite der Taste gegenüberliegendem Bereich eingerichtet sein können.
Um die Taste in verschiedenste Richtungen bewegen zu können, ist die Lagerwelle der Taste in einer im Querschnitt ovalen Lagerschale gelagert. Vorzugsweise ist die Aufhängung der Taste auf der Lagerwelle federgelagert, um die Taste nach Beendigung des Anschlags durch Entlastung der Federn in die Ausgangsposition der Taste zurückzuschieben. Die Ausgangsposition bezeichnet die Lage der Taste, in der sich die Taste im unbespielten Zustand befindet. Das erfindungsgemäße Federlager wird genutzt, um nach der Verschiebung oder Drehung der Taste über das Maß des normalen Anschlags hinaus die Taste wieder in die Grundposition in der Klaviatur zu bringen und diese gegenüber den benachbarten Tasten auszurichten.
Insbesondere kann die Taste mit einem rückstellenden Federlager zur Rückstellung der Taste in die Ausgangsposition ausgestattet sein.
Das rückstellende Federlager weist mindestens zwei in einer Aufnahmeführung gelagerte Gestängen, welche mit der Lagerwelle über eine Schelle form- und/oder kraftschlüssig verbunden sind, und jeweils in einer Druckfeder gelagerte Stößel zur Ausrichtung der Gestänge auf, mit welchen auf die Gestänge ein in die Ausgangsposition rückstellendes Kraftmoment ausübbar ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Schelle auf der Lagerwelle federgelagert eingerichtet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann jeweils ein Sensor an einem Ende eines in einer Druckfeder gelagerten Stößels eingerichtet sein. Durch diese Ausgestaltung kann auf die Einrichtung eines separaten Sensors in einem anderen Bereich der Taste verzichtet werden. Der Sensor oder die Sensoren können auch in die Federlagerung der Schelle integriert sein, um die Verschiebung der Taste zu detektieren.
Die Taste kann auf deren Oberfläche auch mit einem bewegungssensorischen Touchpad ausgestattet sein, wie es beispielsweise bei Notebooks zur Bewegung des Mauszeigers verwendet wird. Mittels eines Touchpads ist es möglich, die Bewegungsrichtung der ausgeübten Kraftkomponenten zu detektieren und in einer zweidimensionalen Ebene zu erfassen. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass in die Mechanik der Taste nicht eingegriffen werden muss.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1: Klaviatur mit Tasten mit Hohlkehlung auf der Tastenoberseite,
2: Taste mit Touchpad,
3: Seitenansicht des Tastenlagers,
4: Unteransicht der Taste mit Hohlraum,
5: Detailansicht des Kraftaufnehmers mit federgelagerten Stößeln,
6: Detailzeichnung der Unterseite der Taste mit Hohlraum und federgelagerter Lagerwelle
7: Detailzeichnung der Unterseite der Taste mit vom Hohlraum umschlossenen Kraftaufnehmer und mehrfach federgelagerter Lagerwelle (Ausführungsform der diagonal verschiebbaren Aufhängung der Taste),
8: Detailzeichnung der Unterseite der Taste mit vom Hohlraum umschlossenen Kraftaufnehmer und mehrfach federgelagerter Lagerwelle (Ausführungsform der diagonal verschiebbaren Aufhängung der Taste),
9: Unteransicht der Taste mit Kraftaufnehmer und federgelagerter Lagerwelle (Alternative Ausführungsform der Aufhängung der Taste zum axialen Verschieben),
10: Detailzeichnung der Lagerwelle zur 9
11: Detailzeichnung der Federlagerung zur 9
12: bewegungsüberlagerte Detailzeichnungen eines Tastenanschlags
13: Integration von Sensor und Federlagerung
Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Klaviatur eines elektronischen Tasteninstruments mit Tasten 1. Die Tasten 1 weisen auf deren Oberseite im Anschlagsbereich eine kreisförmige Hohlkehlung 6 auf, die dem Musizierenden eine sichere Ausübung der Kraftkomponente 4, die von der bei Anschlag der Taste 1 in vertikaler Richtung ausgeübten Kraftkomponente 5 verschieden ist, erlaubt. Die Tasten 1 weisen zudem eine Lagerschale 10 auf, durch die die Lagerwelle 11 geführt ist. Durch den ellipsoiden Querschnitt der Lagerschale 10 ist die Taste 1 auf der Lagerwelle 11 mit Lagerspiel gelagert, wodurch die Taste 1 nicht nur in Richtung der Anschlagsrichtung 5, sondern auch in Quer- und Längsrichtung zur Tastenlängsrichtung verschoben werden kann.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die Taste 1 mit einem bewegungssensorischen Touchpad 13 auf der Oberseite der Taste 1 ausgestattet ist. Die Einrichtung eines Touchpads erlaubt die Detektion der Bewegungsrichtung der auf die Taste ausgeübten Kraftkomponente, ohne dass die Taste räumlich verschiebbar gelagert sein muss.
Die 3 zeigt eine Detailansicht der Taste 1 von der Längsseite, bei der die ovale Querschnittsform der Lagerschale 10, in der die Lagerwelle 11 mit sichtbarem Lagerspiel gelagert ist, deutlich erkennbar ist.
Die 4 zeigt die Taste 1 von der Unterseite. Wieder deutlich dargestellt ist die ovale Querschnittsform der Lagerschale 10. Die Taste 1 weist unterseitig mehrere bodenseitig offene und quaderförmig ausgestaltete Hohlräume auf. Der Hohlraum 9 ist zur Aufnahme eines Kraftaufnehmers (nicht gezeigt) hergerichtet. Die quer zur Längsachse der Taste 1 verlaufende Wandung des Hohlraums 9, die auf der von der Anschlagseite der Taste 1 abgewandten Seite des Hohlraums 9 liegt, weist eine teilkugelförmige Kehlung auf.
In der 5 ist ein sensorischer Kraftaufnehmer 7 dargestellt. Der Kraftaufnehmer 7 ist von vier, in einer Ebene in Form eines rechtwinkligen Kreuzes angeordneten und in deren Längsache beweglich federgelagerten Stößeln 8 ¹, 8 ², 8 ³, 8 ⁴ umgeben. Die Stößel 8 ¹²³⁴ und der Kraftaufnehmer 7 sind in einem Gehäuse eingerichtet, wobei bei dieser Ausgestaltungsform nur die außenseitigen Stößelenden der Stößel 8 ¹²³⁴ aus dem Gehäuse herausragen. Jedes einzelne Federlager besteht vorzugsweise aus einer Druckfeder, in der ein Stößel 8 ¹ beweglich gelagert ist. Damit über den Stößel 8 auf die Feder Druck ausgeübt werden kann, weist der Stößel 8 ¹ außenseitig einen ringförmigen Kragen auf, der auf der Feder aufliegt. Durch den Kragen wird außerdem bestimmt, wie weit die Stößel 8 aus dem Gehäuse maximal herausragen können. So kann zwischen den Wandungen der Taste und den Stößeln ein geringer Abstand vorgesehen werden, damit es beim Normalspiel zu keinerlei Reibungsverhältnissen kommen kann.
Die 6, 7 und 8 zeigen Detailzeichnungen der Unterseite der Taste 1 mit Hohlraum 9 und der Federlagerung 12 der Lagerwelle 11. Das Gehäuse für die Federlagerung 12 ist in der Ausschnittsdarstellung A der 6 in einer Vergrößerung von 15:1 wiedergegeben. Es ist mit einem Deckel verschließbar (8). Der Hohlraum 9 ist in der Ausschnittsdarstellung B der 6 in einer Vergrößerung von 25:1 wiedergegeben. Die quer zur Längsachse der Taste 1 verlaufenden Wandungen des Hohlraums 9 sind dergestalt, dass die zur Anschlagseite der Taste 1 weisende Wandung eine teilkugelförmige Wölbung und die gegenüberliegende Wandung eine teilkugelförmige Kehlung aufweist, deren fiktive Kugelmittelpunkte sich auf der Lagerwelle 11 der Taste 1 befinden.
Weitere Details zur Ausführung eines Federlagers 12 sowie eines Kraftaufnehmers 7 sind in den 7 und 8 dargestellt.
Die 7 zeigt ebenfalls den Hohlraum 9, der den Kraftaufnehmer 7 mit den federgelagerten Stößeln 8 umschließt. Der Kraftaufnehmer 7 sowie die Stößel 8 sind in einem Gehäuse eingerichtet, aus dem nur die Stößelenden der Stößel 8 herausragen. Durch die Verschiebung der Taste 1 in Richtung der Kraftkomponente 4 drückt die nach innen gewölbte Wandung sowie eine der seitlichen Wandungen gegen die dort eingerichteten Stößel 8, wodurch diese gegen den Kraftaufnehmer 7 geschoben werden. Der Kontakt zwischen den betreffenden Stößeln 8 und dem Kraftaufnehmer 7 wird vom Kraftaufnehmer 7 detektiert und in ein Signal zur Erzeugung einer definierten Tonhöhenverschiebung oder -schwankung umgewandelt.
In der 8 ist die Taste 1 mit einem Kraftaufnehmer 7 mit Stößeln 8, einer Lagerwelle 11, die in der Lagerschale 10 geführt ist, und einem Federlager 12 gezeigt. Der Kraftaufnehmer 7 mit den federgelagerten Stößeln 8 ist vom Hohlraum 9 passförmig umschlossen. Die Stößel 8 stehen mit den Wandungen des Hohlraums 9 in Berührung oder sind zu ihnen leicht beanstandet. Die Lagerwelle 11 ist mit einer auf ihrer Achse drehbar gelagerten Schelle 14 mit dem rückstellenden Federlager 12 formschlüssig verbunden. Die Schelle 14 kann jedoch nicht in Längsache der Lagerwelle 11 verschoben werden. Diese ist hierzu vorzugsweise in einer Nut der Lagerwelle 11 eingerichtet. Durch die drehbare Lagerung wird die Lagerwelle 11 bei einem normalen Spiel auf der Tastatur nicht beeinträchtigt. Ausgehend von der Schelle 14 erstrecken sich kreuzartig in Längsebene der Taste 1 vier Gestänge 15, welche orthogonal zur Lagerwelle 11 ausgerichtet sind. Am jeweiligen Ende beider in Längsrichtung der Taste 1 liegenden Gestänge 15 ¹, 15 ² sind drei in einer Druckfeder gelagerte Stößel 16 mit abgerundetem Kopf eingerichtet, die mit den Gestängen in Berührung stehen oder leicht beabstandet dazu eingerichtet sein können. Jeweils zwei von den drei Stößeln 16 sind symmetrisch zueinander und vorzugsweise parallel zur Lagerwelle 11 angeordnet, da diese mit einer beim Drehen der Taste 1 entstehenden Hebelwirkung betätigt werden, was mehr Federkraft erfordert, als die Längsbewegung der Taste 1. Die Stößel 16, welche in Verlängerung der Längsachse der Gestänge 15 ¹, 15 ² eingerichtet sind, werden bei der Längsbewegung der Taste 1 betätigt. Die Gestänge 15 ¹, 15 ² sind mit deutlichem Spiel in der Aufnahmeführung 19 gelagert, um die erfindungsgemäße Tastenverschiebung ausüben zu können.
Die Gestänge 15 ³, 15 ⁴ sind rechtwinkelig zu den Gestängen 15 ¹, 15 ² angeordnet und fassen bei geschlossenem Federlagergehäuse in die Aufnahmeführungen 13. Dadurch wird verhindert, dass die Taste 1 auf der Lagerwelle 11 verschoben werden kann. Der Querschnitt der Lagerschale 10 ist in Form einer im Querschnitt ovalen Bohrung ausgebildet und weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Besonderheit auf: Zum Zweck der besseren Führungseigenschaft beim Drehen der Taste verjüngt sich die Lagerschale 10 von beiden Außenseiten bis hin zur Mitte unter Beibehaltung des Bohrungsradius.
Wenn die Taste 1 in Richtung einer Kraftkomponente 4 aus der Ausgangsposition verschoben wird, drücken die in Längsrichtung der Taste 1 liegenden Gestänge 15 ¹, 15 ² je nach Richtung der Kraftkomponente 4, ein oder mehrere der federgelagerten Stößel 16 des Federlagers 12 gegen deren Federn, wodurch die Federn zusammengedrückt werden. Wird die Taste 1 losgelassen, entspannen sich die Federn, und die Taste 1 wird über die rückfedernden Stößel 16, welche auf die Gestänge 15, und damit auch auf die Lagerwelle 11, die mit den Gestängen 15 über Schelle 14 verbunden ist, einwirken, in die Ausgangsposition überführt.
Die 9 zeigt eine alternative Form der Taste 1, welche seitlich ausschließlich durch das axiale Verschieben entlang der Lagerwelle 11 in beide Richtungen bewegt werden kann, wobei die Taste 1 hier immer senkrecht zu der Lagerwelle 11 ausgerichtet bleibt. Diese Aufhängung der Taste 1 ist platzsparend, da die Tasten stets parallel zueinander ausgerichtet sind und beim seitlichen Verschieben bei gleicher Effizienz weniger Raum benötigen.
Die Schelle 14, welche auf der Lagerwelle 11 formschlüssig verbunden und drehbar gelagert ist, kann in dieser Ausführungsform in der hierfür vorgesehenen Nut axial verschoben werden. Ausgehend von der Schelle 14 erstreckt sich beidseitig in Längsrichtung der Taste 1 jeweils ein Gestänge 15 ¹, 15 ², das orthogonal zur Lagerwelle 11 ausgerichtet ist. Am jeweiligen Ende eines Gestänges 15 ¹, 15 ² sind in einer Druckfeder gelagerte Stößel 16 mit abgerundetem Kopf eingerichtet, die beim Bewegen der Taste 1 in Längsrichtung (radial von der Lagerwelle 11, nach vorn und hinten) von den Gestängen 15 ¹, 15 ² eingedrückt werden. Die beiden Gestänge 15 ¹, 15 ² verlaufen formschlüssig in einer im Körper der Taste 1 dafür eingerichteten Aufnahmeführung 19. Somit wird verhindert, dass die Taste 1 bezüglich der Lagerwelle 11 verdreht wird, da die Gestänge 15 ¹, 15 ² fest mit der Schelle 14 verbunden sind, welche wiederum auf der Lagerwelle 11 zwar axial verschoben oder aufgrund ihrer festen Drehachse auf der Lagerwelle 11 um deren Achse gedreht, jedoch nicht verschwenkt werden kann. Beim axialen Verschieben der Taste wird die Schelle 14 über die in der Aufnahmeführung 19 geführten Gestänge 15 ¹, 15 ² auf der Lagerwelle 11 ebenfalls seitwärts (axial zur Längsachse der Lagerwelle) verschoben und drückt dabei über die in der tieferen Nut geführte Scheibe 18 auf das vorgespannte Federlager 12. Nach Beendigung des Anschlags entspannen sich alle Federn, und die Taste 1 wird wieder in die Ausgangsposition zurückgestellt. Die Wandung des Hohlraums 9 für den Kraftaufnehmer 7 der Taste 1 ist funktionsbedingt teilzylinderförmig ausgebildet.
Die 10 und 11 zeigen Detailzeichnungen der in der 6 dargestellten Lagerwelle 11. Die Lagerwelle 11 weist für die beiden auf ihr symmetrisch angeordneten Federlager 12 und für die zwischen den Federlagern befindliche Schelle 14 eine Führungsnut 17 auf. Ferner sind in der Führungsnut 17 zwei etwas tiefere Führungsnuten 20 für zwei in ihnen geführte Scheiben 18 vorgesehen, welche beidseitig zwischen den Federlagern 12 und der Schelle 14 positionieret sind. Durch die Länge der Führungsnuten 20 wird das Ausmaß der axialen Lagerverschiebung der Taste 1 bestimmt. Der Mindestabstand zwischen den Führungsnuten 20 wird dabei vorzugsweise etwas größer als die Breite der Schelle 14 gewählt, da hiermit die zwischen den federgelagerten Scheiben 18 und der mit der Taste auf der Lagerwelle 11 sich drehenden Schelle 14 entstehenden Reibungskräfte beim Normalspiel minimiert werden können.
Die 12 zeigt eine Seitenansicht der Taste 1, in der die Ausgangsposition sowie eine Anschlagsposition der Taste 1 überlagernd dargestellt sind. Aus der 12 wird ersichtlich, dass sich die Position des Kraftaufnehmers 7 mit den federgelagerten Stößeln 8 während des Anschlags der Taste 1 nicht verändert. Der bodenseitig offene Hohlraum 9 gleitet hingegen während eines Tastenanschlags über den Kraftaufnehmer 7, so dass dieser weiter in den Hohlraum 9 hineingreift. Die Taste 1 ist mit einem rückstellenden Federlager 12, welches in mechanischer Verbindung mit der in der Lagerschale 10 geführten Lagerwelle 11 steht, ausgestattet. Das Federlager 12 bedingt, dass die Taste 1 nach Beendigung des Tastenanschlags in die Ausgangsposition zurückgeschoben wird.
Die 13 zeigt ein Federlager 12, in welchem die Sensoren 3 am Ende der druckfedergelagerten Stößeln 16 eingerichtet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Verschiebung der Stößel 16 in deren Federlagerung genutzt, um die ausgeübte Richtung und Stärke der auf die Taste 1 ausgeübten Kraftkomponente zu detektieren. Bei dieser Ausführungsform kann auf die Einrichtung weiterer Sensoren, insbesondere des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers 7 verzichtet werden.

Claims

Klaviatur eines elektronischen Tasteninstruments, bei der eine oder mehrere Tasten (1) der Klaviatur (2) jeweils mit mindestens einem Sensor (3) ausgestattet sind, mit dem bei Anschlag einer Taste (1) mindestens eine auf die Taste (1) ausgeübte Kraftkomponente (4), die von der bei Anschlag der Taste (1) in vertikaler Richtung ausgeübten Kraftkomponente (5) verschieden ist, detektierbar ist und in ein Steuersignal für ein Mittel zur Transponierung des Grundtons der Taste (1) nach Maßgabe einer voreingestellten Tonhöhenverschiebung und/oder in ein Steuersignal für ein Mittel zur Erzeugung einer periodischen Schwankung der Tonhöhe des Grundtons nach Maßgabe einer voreingestellten Frequenzmodulation und/oder in einen voreingestellten Ton- und/oder Soundeffekt und/oder in einen Steuerbefehl für das Tasteninstrument umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) ein Kraftaufnehmer (7) ist, wobei der Kraftaufnehmer (7) von vier, in Form eines rechtwinkligen Kreuzes angeordneten und in deren Längsachse beweglich federgelagerten Stößeln (8) umgeben ist, wobei der Kraftaufnehmer (7) mit den federgelagerten Stößeln unterhalb eines bodenseitig offenen Hohlraums (9) einer Taste (1) eingerichtet ist und wobei der Hohlraum (9) den Kraftaufnehmer (7) mit den federgelagerten Stößeln (8) passförmig umschließt.
Klaviatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (1) eine Hohlkehlung (6) aufweist.
Klaviatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Taste (1) zur Verhinderung des ungewollten Abrutschens der Finger von der Taste (1) aufgeraut ist oder mit einer Antirutschbeschichtung beschichtet ist.
Klaviatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antirutschbeschichtung eine Gummierung ist.
Klaviatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftaufnehmer (7) ein Piezo-Kraftaufnehmer oder ein Kraftaufnehmer mit elektromagnetischer Kompensation ist.
Klaviatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerschale (10) zur Führung der Lagerwelle (11) der Taste (1) eingerichtet ist, wobei die Lagerschale (10) einen ovalen Querschnitt aufweist.
Klaviatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (1) mit einem rückstellenden Federlager (12) zur Rückstellung der Taste (1) in die Ausgangsposition ausgestattet ist.
Klaviatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rückstellende Federlager (12) mindestens zwei in einer Aufnahmeführung gelagerte Gestängen (15), welche mit der Lagerwelle (11) über eine Schelle (14) form- und/oder kraftschlüssig verbunden sind, und jeweils in einer Druckfeder gelagerte Stößel (16) zur Ausrichtung der Gestänge (15) aufweist, mit welchen auf die Gestänge (15) ein in die Ausgangsposition rückstellendes Kraftmoment ausübbar ist.
Klaviatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schelle (14) auf der Lagerwelle (11) federgelagert eingerichtet ist.
Klaviatur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Sensor (3) an einem Ende eines in einer Druckfeder gelagerten Stößels (16) und/oder in der Federlagerung der Schelle (14) eingerichtet ist.
Klaviatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Längsachse der Taste (1) verlaufenden Wandungen des Hohlraums (9) dergestalt sind, dass die zur Anschlagsseite der Taste weisende Wandung eine teilkugelförmige Wölbung und die gegenüberliegende Wandung eine teilkugelförmige Kehlung aufweist, wobei sich die fiktiven Kugelmittelpunkte der teilkugelförmigen Wölbung und der teilkugelförmigen Kehlung auf der Lagerwelle (11) der Taste (1) befinden.
Klaviatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Längsachse der Taste (1) verlaufenden Wandungen des Hohlraums (9) dergestalt sind, dass die zur Anschlagsseite der Taste (1) weisende Wandung eine teilzylinderförmige Wölbung und die gegenüberliegende Wandung eine teilzylinderförmige Kehlung aufweist, wobei die fiktiven Längsachsen der teilzylinderförmigen Wölbung und der teilzylinderförmigen Kehlung in der Lagerachse (11) der Taste (1) verlaufen.
Klaviatur nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungen der Kehlung und Wölbung dem Verlauf der Bewegung der Taste (1) bei Normalanschlag in den entsprechenden Ebenen dieser Wandungen entsprechen.
Klaviatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taste (1) mit einem bewegungssensorischen Touchpad (13) ausgestattet ist.