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Sehr oft werden heute Spieltische digitaler Orgelsysteme als Übungsinstrumente verwendet. Neben einer möglichst guten klanglichen Annäherung an Pfeifenorgeln wird zunehmend auch die Imitierung des haptischen Spielgefühls von Pfeifenorgeln mit mechanischer Spieltraktur gewünscht. Für die Imitierung des Spielgefühls beim Anschlagen und Loslassen einer Taste gibt es bereits einige gute Lösungen unter Verwendung von Dauermagneten, wie sie von den führenden Herstellern dieser Klaviaturen verwendet werden (z. B. die Firmen UHT, Otto Heuss, Syré) oder unter Verwendung von Gummihütchen (Firma Fatar).
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All diesen Realisierungen ist gemeinsam, dass während des Spielens keine unterschiedlichen Druckpunktkräfte, wie sie in stärkerem Maße bei Kopplung von Manualen oder in schwächerem Maße beim Zuziehen mehrerer Windladenregister entstehen, oder überhaupt unterschiedliche Kräfteverhältnisse von sich darin z. T. drastisch unterscheidenden mechanischen Orgeln, eingestellt werden können. Bei einer mechanischen Orgel oder auch zum Beispiel bei einem Cembalo, dessen Spieltisch aus mehreren Manualen besteht, ist oftmals die Möglichkeit vorhanden, diese Manuale mechanisch zu koppeln. Auf diese Weise kann man die Klangkombinationen der gekoppelten Manuale mitnutzen. Bei mechanischen Orgeltischen existieren Manualkoppeln in unterschiedlichen Varianten (Manualschiebekoppel, Wippenkonstruktionen etc.). Die Nutzung derartiger Koppeln ist mit einer sehr deutlich spürbaren Zunahme sowohl der Haltekraft als auch des Tastendruckpunktes verbunden. Da man manchmal nicht nur eine, sondern mehrere Manuale an das zu spielende Manual koppeln möchte, vervielfachen sich diese Kraftzunahmen. In schwächerem Maße erhöht sich auch die Druckpunktstärke bei einer mechanischen Orgel, wenn Tonkanzellenregister hinzugezogen werden. Weiterhin unterscheiden sich die Druckpunktstärken verschiedener Pfeifenorgeln zum Teil sehr drastisch.
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Da man sich beim Üben an einem Spieltisch digitaler Orgeln an das Spielgefühl von Pfeifenorgeln gewöhnen möchte, ist es wünschenswert, all diese unterschiedlichen Tastendruckkräfte imitieren zu können. Von daher ist eine stufenlose Einstellung des Druckpunkt- und Haltegewichts bei digitalen Übeorgeln sinnvoll. Allen mechanischen Orgelkoppeln gemeinsam ist jedoch eine sowohl mechanisch als auch kostenmäßig verhältnismäßig aufwändige Konstruktion mit entsprechendem Wartungsbedarf. Manche Konstruktionen benötigen weiterhin auch viel Platz. Aus diesem Grund verzichten Spieltische digitaler Orgelsysteme auf den Einsatz solcher mechanischer Koppeln, wodurch die Imitierung des Spielgefühls gekoppelter Manuale nicht gegeben ist. Bei digitalen Orgelsystemen ist es jedoch nicht unbedingt notwendig, die Manuale mechanisch zu koppeln, um die Klangkombinationen der angekoppelten Manuale mitnutzen zu können – dies leistet das digitale Orgelsystem bereits. Von Interesse ist daher nur, das haptische Spielgefühl unterschiedlicher Druckpunkt- und Haltekrafteinstellungen zu imitieren. Für den prinzipiellen Einsatz von Permanentmagneten für die Simulation des Tastengefühls von Tasteninstrumenten gibt es bereits Lösungen (siehe Patent
EP 0 567 024 A2 von UHT oder
DE 202013002462 U1 von Syre). Nachteil dieser Einrichtungen ist, dass im laufenden Betrieb keine unterschiedlichen Tastenkräfte eingestellt werden können. Es gibt auch bereits Lösungsansätze, die durch den Einsatz von Elektromagneten versuchen, unterschiedliche Tastenkräfte einzustellen (siehe Patente
WO 01/39169 A1 und
WO 01/39170 A1 von UHT). Nachteil dieser Einrichtung ist die kostenmäßig teure Realisierung, weil für jede Taste eine Vorrichtung mit Elektromagnet, elektronischem Kontaktsensor und elektronischer Steuerung nötig ist. In den Patenten
US 2004/0025673 A1 als auch
DE 37 28 841 A1 werden Apparaturen dargestellt, um mittels einer drehbaren Leiste unterschiedliche Federkräfte (also nicht unterschiedliche Magnetkräfte) einstellen zu können. Auch diese Vorrichtungen sind mechanisch verhältnismäßig aufwändig.
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Gegenstand dieser Erfindung ist eine stufenlose Druckpunkt- und Haltekrafteinstellung – vorrangig für die Imitierung der Kraftverhältnisse von mechanischen Koppeln – welche auf Basis kostengünstiger Permanentmagnete funktioniert und sowohl mechanisch als auch platzmäßig einfacher, billiger und dazu noch wartungsärmer ist als alle bisher vorhandenen Varianten der Kopplung von Orgelmanualen. Darüber hinaus erlaubt sie eine stufenlose Einstellung des Tastendrucks. Da die Erhöhung des Tastenwiderstand bei Kopplung mechanischer Orgeln stark orgeltypabhängig ist, und auch mit der Anzahl angekoppelter Manuale variiert, ist diese stufenlose Einstellbarkeit von besonderem Vorteil. Gleichzeitig kann damit ein leicht erhöhter Druckpunkt, wie er durch Hinzuziehen von Tonkanzellenregistern entsteht, ebenso imitiert werden wie unterschiedliche Tastenschwere bei verschiedenen Orgeln. Überdies hinaus kann für vereinfachte Ausführungen ganz auf separate Druckpunktimitierung verzichtet werden; stattdessen wird diese stufenlose Einstellung dafür verwendet, in Kombination sowohl Druckpunkt und Haltekraft ohne Kopplung zu nutzen, als auch bei stärker eingestellter Anziehungskraft eine Koppel zu simulieren. Damit kann man zwar nicht mehr separat eine tastenweise Justage des Druckpunkts und der Haltekraft einerseits und der Koppelwirkung andererseits durchführen, es stellt aber eine preisgünstige Kombination beider Dinge für low-cost-Anwendungen dar. Außerdem könnte diese Konstruktion auch für eine preisgünstige Imitierung des Tastendrucks von Pedalklaviaturen verwendet werden, denn auch hier treten unterschiedliche Kräfteverhältnisse auf, wenn Manuale an das Pedal gekoppelt werden.
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Die stufenlose Druckpunkt- und Haltekrafteinstellung funktioniert dergestalt, dass an jeder Taste (bei einer zweiarmigen Taste z. B. an der Unterseite des hinteren Arms) ein Neodym-Magnet befestigt wird (z. B. 20 × 4 mm, 2 mm dick, Neodym-Güte N45), wobei die Magnetisierungsrichtung aller Tasten gleichsinnig ausgerichtet ist, siehe 1. Auf einer stabilen Schiene oder z. B. L-Profil (z. B. aus Messing, oder noch einfacher aus Eisen – weil die Magnete bereits durch die Anzugskraft an das Eisen halten) wird gegenüber jeder Taste ebenfalls ein Neodym-Magnet befestigt (z. B. 20 × 10 mm, 3 mm dick, Neodym-Güte N45). Es können auch mehrere Tasten zusammengefasst werden mit entsprechend breiteren Magnetquadern (siehe 2, hier quadratische Magnete, um 2 Tasten zusammenzufassen). Es sollte ein ausreichender Spalt zwischen den Magneten bleiben, da diese sich gegenseitig abstoßen. Diese Magnete sind von der Magnetisierungsrichtung so ausgerichtet, dass eine Anzugskraft zu den Tasten vorhanden ist. Wichtig ist hierbei, dass sich sowohl der Druckpunkt als auch die Haltkraft ändert, wie es bei mechanischen Orgelkoppeln auch der Fall ist. Wenn die Magnetdimensionierung dergestalt ist, dass bei einem Abstand von z. B. 3 mm zwischen den Magneten eine Anziehungskraft von 120 g und bei einem Abstand von z. B. 9 mm noch eine Anziehungskraft von 60 g herrscht, hat man damit sowohl einen zusätzlichen Druckpunkt als auch die Haltekraft eines zusätzlichen Manuals mit diesen entsprechenden Tastenkräfteverhältnissen erreicht. Die Platzierung des Magneten auf der Taste sollte in dem gewählten Beispiel an der Stelle sein, wo bei gedrückter Taste ein zusätzlicher Abstand der Magnete von etwa 6 mm entsteht (je nach Tastenlänge der Tasten, welche in diesem Bespiel zweiarmig ausgeführt sind, und je nach gewünschtem Verhältnis Druckpunkt/Haltekraft). Bei einarmigen Tasten würden dann die Tastenmagnete und die Wippenkonstruktion oberhalb statt unterhalb der Tasten realisiert. Die Schiene oder das z. B. L-Profil, auf welchem die den Tasten gegenüber angeordneten Magnete platziert sind, kann z. B. gekippt/gedreht werden mit Hilfe kugelgelagerter Bolzen auf jeder Seite des Profils. Je nach Schwenkgrad kann damit eine stufenlose Höhe des Koppelwiderstands erreicht werden. Seitlich am Orgeltisch könnte ein Hebel an dem Bolzen auf dieser Seite angebracht werden, womit dieses Einschwenken bedient wird. Es ist auch möglich, diese Schiene horizontal oder ggfs. auch vertikal über Führungsschienen an die Tasten anzunähern. Bei sehr engen Platzverhältnissen zwischen den Manualen könnte die horizontale Führung der Schiene vorteilhaft sein gegenüber der Variante des Einschwenkens. Statt mechanischem Hebel könnte ein Servomotor angeschlossen werden, wie er z. B. durch preiswerte Heizungsmischermotoren gegeben ist. Mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Steuerung unter Nutzung eines Rückführgebers (z. B. analoger Hall-Sensor) erlaubt diese Lösung, voreingespeicherte Druckpunkt- und Haltekräfte präzise einzustellen.
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Die beschriebene stufenlose Druckpunkt- und Haltekrafteinstellung zur Imitierung der Tastenkräfte bei Manualkoppeln hat mehrere Vorteile gegenüber allen mechanischen Tastaturkoppeln von Pfeifenorgeln:
- – einfachere und billigere mechanische Konstruktion
- – nahezu wartungsfrei
- – geringerer Platzbedarf gegenüber z. B. Wippenkoppeln
- – stufenlose Einstellung des Koppelgrades, so kann die Stärke eingestellt werden, um nicht nur die Kopplung eines, sondern mehrerer Manuale zu simulieren
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Zusätzlicher Vorteil gegenüber allen bekannten Druckpunktsimulationen mit Dauermagneten:
- – flexible Einstellung des Druckpunktes, wie er bei mechanischen Orgeln je nach Anzahl gezogener Tonkanzellenregister entsteht
- – einfache Druckpunktänderung für die Simulation verschiedener mechanischer Orgeln mit entsprechend unterschiedlichen Tastenniederdruckverhältnissen
- – statt separater Druckpunktsimulation und Koppelsimulation ist als Vereinfachung die alleinige Verwendung der stufenlosen Koppelsimulation als Kombination für beides machbar für low-cost-Anwendungen, oder auch für stufenlose Druckpunktsimulation bei Pedalklaviaturen
