-
Die
Erfindung betrifft ein akustisches Pianoforteinstrument mit einem
Spielwerk mit Tasten, mit Saiten, die über einen Mechanismus bei einer
Betätigung
der Tasten angeschlagen und in Schwingung versetzt werden, mit einem
Resonanzboden, auf dem die Schwingungen der Saiten übertragen
werden, und mit einer Einrichtung zur Einspeisung zusätzlicher
Schwingungsenergie in den Resonanzboden. Sie betrifft ferner ein
Verfahren zur Beeinflussung des Klanges eines Pianoforteinstrumentes,
mit einem Spielwerk mit Tasten, mit Saiten, die über einen Mechanismus bei einer
Betätigung
der Tasten angeschlagen und in Schwingung versetzt werden, mit einem
Resonanzboden, auf den die Schwingungen der Saiten übertragen
werden, und mit einer Einrichtung zur Einspeisung zusätzlicher
Schwingungsenergie in den Resonanzboden.
-
Pianoforteinstrumente
sind seit Jahrhunderten bekannt. Zu ihnen zählen in erster Linie Klaviere und
Flügel.
Das starke Interesse der musikalisch interessierten Öffentlichkeit
an qualitativ hochwertigen akustischen Pianoforteinstrumenten hat
seit dem Beginn der Entwicklung akustischer Pianoforteinstrumente
vor rund 300 Jahren im Rahmen handwerklicher Intuition und wissenschaftlich
untermauerter Entwicklungsprozesse zu ständig verbesserten Pianoforteinstrumenten
geführt.
Nach dem heutigen Stand der Technik lässt sich die erreichte Perfektion auf
akustisch-mechanischem Weg nicht mehr signifikant steigern.
-
Die
Pianoforteinstrumente besitzen eine größere Zahl an Tasten, die durch
mechanische Einwirkung Saiten zu Schwingungen anregen. Diese Saitenschwingungen
werden dann wiederum auf einen Resonanzboden übertragen. Die Schwingungen
dieses Resonanzbodens führen
dann zu dem Klang, den der Pianist beziehungsweise sein Publikum
zu hören
bekommt, unter Umständen
durch Eigenschaften des Raums beeinträchtigt, in dem das Pianoforteinstrument
steht, beispielsweise durch Nachhall oder Dämpfung.
-
Zusätzliche
Möglichkeiten
für die
Klangwiedergabe von Pianoforteinstrumenten werden beispielsweise
sehr erfolgreich durch die WO 90/03025 A1 der Anmelderin vorgeschlagen.
Hier wird eine zusätzliche
Energieeinspeisung in die Resonanzböden akustischer Pianoforteinstrumente
durch Treibersysteme eingesetzt. Diese Systeme führen dem Resonanzboden mit
Hilfe eines Systems aus Magneten und Spulen Schwingungsenergie zu.
-
Andere
Vorschläge
für sogenannte
Digitalpianos mit ähnlichen
Mechanismen sind aus der
EP
0 102 379 B1 , der WO 83/03022 A1, der
US 5,247,129 A und der WO
00/36586 A2 bekannt.
-
Derartige
Systeme dienen insbesondere dazu, den Resonanzboden des Klaviers
oder sonstigen Pianoforteinstruments zugleich als eine Art Lautsprechermembran
für die
Wiedergabe von Musik und Sprache zu verwenden. Zum einen kann dadurch auch
eine zeitversetzte Wiedergabe der auf dem Pianoforteinstrument gespielten
Musik erfolgen, zum anderen der Pianist auch während seines Spiels mit einer
künstlichen
Begleitung versehen werden.
-
Aus
der
US 5,262,586 A ist
eine weitere Anwendung extern erzeugter Schwingungsenergie beschrieben,
die in den Resonanzboden akustischer Pianoforteinstrumente zugeführt wird.
Als Tonquelle für die
Generierung der zu den gespielten Klangbildern hinzuzuspeisenden
Schwingungsenergie dienen hier die von dem Pianoforteinstrument
selbst akustisch erzeugten Töne.
Diese werden über
Klangaufnehmer am oder in der Nähe
des Resonanzbodens des Instrumentes aufgezeichnet, beispielsweise
akustisch oder induktiv. Sie werden dann in den Resonanzboden wiederum
als zusätzliche
Energie zurückgeführt. Es
entsteht eine Art künstlicher
Verstärkung
der durch die Tasten mechanisch erzeugten Töne in einem geschlossenen System.
Auf diese Weise kann eine unbefriedigende Lautstärke des Spiels beispielsweise
in sehr großen
Räumen
ausgeglichen werden.
-
Ein
gewisses Problem ist der Rückkopplungseffekt,
der sich bei einer zu hohen Energiezuführung herausstellen kann, da
der in zusätzliche
Resonanz versetzte Resonanzboden natürlich auch wieder auf die Klangaufnehmer
wirken kann.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, Pianoforteinstrumente
vorzuschlagen, die noch weitere Möglichkeiten besitzen. Eine
weitere Aufgabe besteht darin, Verfahren zur Beeinflussung des Klanges
eines Pianoforteinstrumentes mit zusätzlichen Möglichkeiten vorzuschlagen.
-
Die
erste Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Pianoforteinstrument dadurch
gelöst,
dass Sensoren vorgesehen sind, die die Bewegung des Spielwerks bei
Betätigung
der Tastzen unmittelbar detektieren, dass eine Einrichtung zur Klangerweiterung
vorhanden ist, der die Messwerte der Sensoren zugeführt werden,
dass die Einrichtung zur Klangerweiterung mit Einrichtungen ausgerüstet ist,
die abhängig
von den Messwerten der Sensoren Daten zusammenstellen, die einem
gewünschten
Klangcharakteristikum entsprechen, und dass die Einrichtung zur
Klangerweiterung über
die Einrichtung zur Einspeisung zusätzliche Schwingungsenergie
entsprechend den ermittelten Daten dem Resonanzboden zuführt.
-
Die
zweite Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass
mittels Sensoren die Bewegung des Spielwerks bei Betätigung der
Tasten unmittelbar detektiert wird, dass einer Einrichtung zur Klangerweiterung
die Messwerte der Sensoren zugeführt
werden, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die abhängig von
den Messwerten der Sensoren Daten zusammenstellen, die einem gewünschten
Klangcharakteristikum entsprechen, und dass die Einrichtung zur
Klangerweiterung über
die Einrichtung zur Einspeisung zusätzliche Schwingungsenergie
entsprechend den ermittelten Daten dem Resonanzboden zuführt.
-
Die
erfindungsgemäße Ausstattung
von Tasteninstrumenten mit akustischer Klangerzeugung, insbesondere
von Pianoforteinstrumenten, ermöglicht
die Verlängerung
und/oder Verstärkung
der vorhandenen Klangspektren sowohl eines jeden einzelnen Tones
insgesamt als auch die Veränderung
einzelner oder einer Mehrzahl ausgewählter Teiltöne aus den Klangspektren der
einzelnen Töne
und ermöglicht
dadurch auch die Veränderung
der Klangphasen einzelner Töne.
Dies geht jeweils einher mit einem erweiterten Resonanzverhalten
der harmonisch mitschwingenden Töne/Teiltöne anderer
Tonbereiche des Instrumentes und außerdem mit verstärkten und/oder
verlängert
andauernden Eigenschwingungen der schwingenden Klangsaiten des betreffenden
Tones. Dadurch werden signifikante Veränderungen der Klangphasen einzelner
Töne, ei ner
Vielzahl oder aller Töne
und damit die Verlängerung,
Verstärkung,
Veränderung
und/oder Erweiterung der Klangbilder und des Klangcharakters des
Instrumentes ermöglicht,
und zwar sogar wahlweise bei einzelnen Tönen, komplexen Tonsequenzen,
in ausgewählten
Tonlagen oder über
den gesamten Tonumfang des erfindungsgemäß ausgestatteten Instrumentes.
-
Die
zusätzliche
Schwingungsenergie wird quasi in Echtzeit ohne Verzögerung zugeführt.
-
Die
Klangerweiterung wird bewirkt durch die zusätzliche Einspeisung von extern
erzeugter Schwingungsenergie, welche dem Resonanzboden vorzugsweise über Resonanzbodentreiber
zugeführt wird.
Die zusätzliche
Schwingungsenergie dient dazu, dem nach dem Stand der Technik in
dem membranartig schwingenden Resonanzboden üblichen Verzehr der von den
schwingenden Klangsaiten aufgenommenen Energie in frei bestimmbaren
Umfang entgegenzuwirken Die zusätzliche
Schwingungsenergie kumuliert also in dem membranartig schwingenden
Resonanzboden mit der von den vibrierenden Klangsaiten akustisch
erzeugten Schwingungsenergie und mischt sich im Resonanzboden zu
den auf diese Weise erweiterten Klangbildern (Klangspektren) der
einzelnen Töne
und in der Konsequenz zu erweiterten Klangbildern.
-
Anders
als etwa bei der
US
5,262,586 A wird nicht etwa der bereits erzeugte Klang
am schwingenden Resonanzboden durch die Sensoren abgegriffen, sondern
die "Ursache" des Klanges, nämlich die Betätigung der
Klaviertaste, etwa durch Beobachtung der Hammerkopfeinheit und ihres
Verhaltens. Damit aber kann bereits zeitlich viel früher eingegriffen
werden, nämlich
bei der Klangbildungsphase, dem Entstehen der Schwingungen des Resonanzbodens.
Systembedingt werden so unerwünschte Rückkopplungen
vermieden und natürlich
auch ganz andere Klangmodifikationen möglich. Erfindungsgemäß kann quasi
in "Echtzeit" gearbeitet werden.
-
Anders
als beim Stand der Technik wird auch der einzige Ton beziehungsweise
die einzelne Taste berücksichtigt,
wobei jede einzelne differenziert behandelt werden kann. In der
US 5,262,586 A wird
ja der gesamte entstandene Klangeindruck insgesamt undifferenziert
nach der Entstehung als Grundlage für dann erst folgende Modifikationen
genommen.
-
Die
Intensität
des Aufpralls der Hammerköpfe
auf die Klangsaiten bestimmt das Maß der Energieübertragung
auf die Klangsaiten und ist somit bestimmend für das Schwingungsverhalten
der Klangsaiten.
-
Das
Maß der
Energieübertragung
ist in weiten Grenzen beeinflussbar durch die Art des Anschlages
der Tasten, die Abstimmung der Hebelsysteme aufeinander (Regulierung)
und die Charakteristika der Hammerköpfe (Gewicht, Größe, Form,
Material und Intonation). Das bedeutet:
Extremes Pianissimo
(ppp) ist eine Folge der minimal möglichen Beschleunigung der
Hammerköpfe
auf ihrem Weg zu den Klangsaiten, so dass die Hammerköpfe bei
ihrem Aufprall auf die Klangsaiten nur eine minimales Maß an Energie
auf die Klangsaiten übertragen.
Diese minimal mögliche
Energieübertragung führt dazu,
dass die Klangsaiten zu minimalen Schwingungen angeregt werden und
somit ein Minimum an Schwingungsenergie über die Klangstege in den Resonanzboden
gelangt, so dass dieser nur in minimaler Weise schwingt und somit
extrem leise Töne,
Tonfolgen bzw. Klangbilder hörbar
werden.
-
Extremes
Fortissimo (fff) ist eine Folge der maximal möglichen Beschleunigung der
Hammerköpfe
auf ihrem Weg zu den Klangsaiten, sodass die Hammerköpfe bei
ihrem Aufprall auf die Klangsaiten ein maximales Maß an Energie
auf die Klangsaiten übertragen.
Diese maximal mögliche
Energieübertragung
führt dazu,
dass die Klangsaiten zu ihren maximal möglichen Schwingungen angeregt
werden und somit ein Maximum an Schwingungsenergie über die Klangstege
in den Resonanzboden gelangt, so dass dieser in seiner maximal möglichen
Weise, schwingt und somit extrem laute Töne, Tonfolgen bzw. Klangbilder
hörbar
werden.
-
In
allen Lautstärkepegeln
sind die Form und das Gewicht der Hammerköpfe, die Qualität der Hammerkopffilze,
die Spannung innerhalb der Filzschichten und die Art der Intonation
von Bedeutung hinsichtlich des Teiltonaufbaus einzelner Töne, wobei sich
dieser Teiltonaufbau in den ersten Millisekunden unmittelbar nach
Aufprall des Hammerkopfes auf die Klangsaiten bildet und somit für die Klangbildungsphase
von entscheidender Bedeutung ist.
-
Also
ist eine Beobachtung der Bewegung der Hammerkopfeinheit durch die
Sensoren von erheblichem Vorteil.
-
Als
Quelle der zusätzlich
zugeführte
Energie dienen bevorzugt extern gespeicherte vorzugsweise digitale
Tonsamples, welche in beliebiger Mischung und in beliebiger Energie
dem Resonanzboden zugeführt
werden können,
so dass jeder einzelne Ton in seinem Teiltonspektrum und in seinen
einzelnen Klangphasen gestaltbar ist. Gleichzeitig wird durch den
Einsatz der Tonsamples als externe Energiequelle jeglicher Rückkopplungseffekt
vermieden, so dass das Maß an
in den Resonanzboden zuführbarer zusätzlicher
Schwingungsenergie nicht an die Grenzen eines Rückkopplungseffektes gebunden
ist, sondern seine Grenzen ausschließlich in der mechanischen Belastbarkeit
der vibrierenden Komponenten des Klangkörpers, insbesondere des Resonanzbodens
findet. Das Wort "Energiequelle" ist hier im übertragenen,
nicht im physikalischen Sinn zu verstehen: Der Speicher mit den
Tonsamples enthält
die Daten für
die Schwingungsenergie, nicht die Energie selbst, die beispielsweise über einen
Verstärker
eingekoppelt wird.
-
Für den Musiker,
speziell den Pianisten, wird es durch die Erfindung möglich, seine
Einflussnahme auf die von ihm gespielte Musik noch weiter zu erstrecken:
Neben dem Musikstück
und seiner Interpretation desselben kann er praktisch beliebig klanglich "festlegen", ob er in einem
großen
oder kleinen Raum spielt, welchen Klaviertyp er benutzt, nach welcher Fasson
dieser gestimmt ist und welche besonderen Akzente er setzen möchte, und
dass auch noch von Musikstück
zu Musikstück
unterschiedlich. Auch Lautstärke
und Geschwindigkeit werden nicht mehr vom Instrument unnötig begrenzt.
-
Die
erfindungsgemäße Konzeption
lässt sich darüber hinaus
auch bei existierenden Pianoforteinstrumenten nachrüsten – ein wesentlicher
Vorteil gerade bei wertvollen Exemplaren.
-
Im
Folgenden werden anhand der Zeichnung die Grundlagen der Erfindung
sowie einige Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 ein
typisches Schwingungsbild eines auf akustischem Weg erzeugten Grundtones
eines Musikinstrumentes;
-
2 ein
Schwingungsbild mit Details der Klangbildungsphase und der Abklingphase
eines Tones;
-
3 die
Phasen aus 2 in schematischer Darstellung
mit vier der hörbaren
Teiltöne;
-
4 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
Verstärkung
der Klangbildungsphase;
-
5 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
Verstärkung
und Verlängerung
der Klangbildungsphase;
-
6 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
Verlängerung
und Verstärkung
der Abklingphase;
-
7 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
Verlängerung
und Verstärkung
sowohl der Klangbildungs- als auch der Abklingphase;
-
8 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
gezielten Verstärkung
der Klangbildungsphase nur bei ausgewählten Teiltönen;
-
9 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
gezielten Verlängerung
und Verstärkung
der Abklingphase nur bei ausgewählten
Teiltönen;
-
10 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
Verlängerung
und Verstärkung
der Klangbildungs- und Abklingphasen bei nur ausgewählten Teiltönen;
-
11 die
schematische Darstellung aus 3 mit einer
unterschiedlichen Verlängerung
und Verstärkung
der Klangbildungs- und Abklingphasen unterschiedlicher Teiltöne; und
-
12 eine
schematische Darstellung des technischen Aufbaues einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung.
-
1 zeigt
das typische Schwingungsbild eines auf akustischem Weg erzeugten
Grundtones H eines Flügels
(oben) oder eines Pianos (unten). Der Grundton H besitzt eine Vielzahl
von sogenannten harmonischen oder Teiltönen. Diese harmonischen beziehungsweise
Teiltöne
eines jeden Grundtones bilden das jeweilige Klangspektrum beziehungsweise
Teiltonspektrum des entsprechenden Tones.
-
Dabei
können
die Töne
von guten akustischen Pianoforteinstrumenten eine Vielzahl von Teiltönen aufweisen.
Man geht davon aus, dass für
das menschliche Ohr bei guten akustischen Pianoforteinstrumenten
bis zu etwa 13 hörbare
Teiltöne
aufgebaut werden.
-
In 1 sind
hiervon nun 8 Teiltöne
mit ihrem Schwingungsbild dargestellt, und zwar in angedeuteter
dreidimensionaler Form in ihrem zeitlichen Verlauf.
-
Das
Spektrogramm zeigt von links nach rechts die für diese Darstellung gewählte Anzahl
der Teiltöne
mit ihrer Frequenz f in Hertz und von oben nach unten den Verlauf
der Abklingphasen der dargestellten Teiltöne, also die Zeitachse t in
Sekunden. Nach oben von der Zeitachse aufragend ist der relative
Schalldruckpegel in dB aufgetragen. Die Klangbildungsphase ist hier
zur Übersichtlichkeit
weggelassen. Der Schwingungsverlauf der einzelnen Teiltöne ist dabei
ständigen
Variationen unterworfen. Er ändert
sich fortlaufend in seiner Zusammensetzung und Intensität der einzelnen
Teiltöne
zueinander, so dass daraus der typische Klavierklang entsteht. Bei anderen
Musikinstrumenten hört
sich der gleiche Grundton H aus diesem Grund für das menschliche Ohr anders
an, so dass der Hörer
problemlos einen Grundton H von einem Klavier von einem Grundton
H einer Gitarre unterscheiden kann. Das geschulte Ohr eines Musikers,
Musikliebhabers und Fachmanns kann auch den typischen Klang ein
und desselben Grundtones gespielt auf verschiedenen Klaviermodellen
unterscheiden, da auch von Klavier zu Klavier der typische zeitliche
Ablauf der einzelnen Teiltöne voneinander
mehr oder weniger abweicht.
-
Der
Teiltonaufbau mit seinen Schwingungsbildern verändert sich fortlaufend in variierenden
Formen während
der Klangbildungsphase und der Abklingphase. Er ist auch abhängig von
der Spielweise des Pianisten (laut, leise, Staccato, Legato, mit/ohne Dämpferpedal,
mit/ohne Tonhaltung, etc.).
-
Die
erwähnten
Veränderungen
im zeitlichen Verlauf der einzelnen Teiltöne und der dadurch entstehende
unterschiedliche Klang der Zusammensetzung erstrecken sich über die
gesamte Zeitperiode vom Moment des Aufpralls eines Hammerkopfes
auf die Klangsaiten während
der in dem Spektrogramm nicht dargestellten Klangbildungsphase und
während der
im Spektrogramm gezeigten Dauer der gesamten Abklingphase bis zum
endgültigen
Ausschwingen der Klangseiten. Die Veränderungen stehen außerdem in
sich ständig
verändernder
Interaktion mit den anderen Teiltönen des gleichen Grundtones
und auch in Interaktion mit den Grund- und Teiltönen anderer Töne innerhalb
des gesamten Tonumfanges des Instrumentes, welche in harmonischer
Verwandtschaft mit dem angeschlagenen Ton und dessen Teiltönen stehen.
-
In 2 ist
der hörbare
Klangverlauf eines ausgewählten
Tones ohne die Einspeisung zusätzlicher
Schwingungsenergie dargestellt, also der Verlauf ohne Anwendung
der Erfindung. Wiedergegeben ist der Ton insgesamt ohne eine Darstellung
des darin enthaltenen Teiltonspektrums. Nach rechts ist die Zeit
auf getragen, nach oben wiederum die Intensität beziehungsweise der Schalldruckpegel.
-
Wie
in 2 gut zu erkennen ist, beginnt die Klangbildungsphase
B mit dem Moment A des Aufpralls eines Hammerkopfes auf die Klangsaiten
und den damit einsetzenden Schwingungen der Klangsaiten und endet
zu dem Zeitpunkt C, an dem die Klangsaiten die Aufprallenergie in
das Maximum der Schwingungsenergie umgewandelt haben und die Abklingphase
D beginnt.
-
Während der
Klangbildungsphase – auch Einschwingperiode
genannt – beginnt
jede einzelne Klangsaite in ihrem Grundton und den dazugehörigen Teiltönen zu schwingen.
Die Abklingphase schließt
sich fließend
an das Ende der Klangbildungsphase an und endet mit dem Moment E,
da die Schwingungsenergie in den Klangsaiten aufgezehrt ist.
-
Die
Darstellung zeigt unter anderem auch, dass auch die Abklingphase
keineswegs nur einen rein abfallenden Verlauf nimmt, sondern dass
der hörbare
Klangverlauf durchaus Wendepunkte und Maxima aufweist. Gerade diese
Effekte beeinflussen ja auch den Klangeindruck, den ein bestimmter
Ton bei einem bestimmten Musikinstrument hervorruft. Die dargestellten
Verläufe
sind hier rein beispielhaft gewählt,
also bei verschiedenen Tönen
durchaus unterschiedlich.
-
In
der 3 sind nun die Klangbildungsphasen und Abklingphasen
in schematischer Darstellung wesentlich vereinfacht am Beispiel
von nur vier gezeigten der oben erwähnten bis zu 13 hörbaren Teiltöne dargestellt. 3 gilt
im Folgenden als Referenzabbildung für die Veränderungen, die sich bei entsprechender
Einflussnahme darstellen.
-
Die
folgenden Figuren zeigen nun, dass verschiedene Formen der Veränderung
und Beeinflussung des Klanges durch die erfinderische Konzeption möglich werden.
Die Darstellungen sind in einer quasi dreidimensionalen Form erfolgt.
Von links nach rechts ist aber jeweils die Zeit aufgetragen, von
unten nach oben die Intensität
eines bestimmten Teiltones und von vorne nach hinten sind nachein ander
vier ausgewählte
Teiltöne
aufgetragen. Es entsteht also eine vereinfachte Darstellung des
Teiltonspektrums eines Tones. Abgebildet ist jeweils der hörbare Klangverlauf
der Vierteiltöne.
Mit der durchgezogenen Linie L wird der von den schwingenden Klangsaiten
eines Pianoforteinstrumentes ohne Einspeisung zusätzlicher
Schwingungsenergie erzeugte Klang dargestellt. Mit der stark gepunkteten
Linie M ergibt sich der Klangverlauf der gleichen Teiltöne, wenn
zusätzlich
zu dem von den schwingenden Klangsaiten generierten Klangverlauf
noch eine Einspeisung zusätzlicher
Schwingungsenergie erfolgt, wobei die Art und Form dieser Einspeisung
in den folgenden Beschreibungen noch näher erläutert wird.
-
Die
dünn gepunktete
Linie N berücksichtigt, dass
nun auch ein verstärktes
Mitschwingen der Klangsaiten selbst erfolgt.
-
4 zeigt,
wie in der Klangbildungsphase Schwingungsenergie zusätzlich eingespeist
wird und so eine Verstärkung
des gesamten Tones über
sämtliche
Teiltöne
hinweg eintritt. Wenn diese Veränderung
vorgenommen wird, ändert
sich in erster Linie für
den Hörer
der Eindruck hinsichtlich Härte
und Lautstärke
des Anschlages.
-
5 zeigt
in ähnlicher
Form, dass die Klangbildungsphase sowohl verstärkt als auch verlängert wird,
in dem hier Schwingungsenergie eingespeist wird.
-
6 zeigt
eine unveränderte
Klangbildungsphase, dafür
wird die Abklingphase verlängert und
verstärkt,
und zwar wiederum für
den gesamten Ton. Die Tondauer wird erhöht.
-
7 zeigt
eine Verlängerung
und Verstärkung
sowohl von Klangbildungs- und Abklingphasen, wodurch sich nun die
beiden Effekte ergänzen.
-
8 und
die daran anschließenden
Darstellungen zeigen nun, dass der Klangcharakter einzelner Töne oder
ganzer Tonlagen gezielt verändert und
bereichert wird. Dies geschieht durch eine gezielte Zuführung von
Schwingungs energie bezogen auf einzelne oder auch eine Mehrzahl
von ausgewählten
Teiltönen
des klingenden Tones.
-
Bei 8 geschieht
dies durch eine gezielte Verstärkung
von zwei Teiltönen
in der Klangbildungsphase.
-
In 9 erfolgt
dies durch eine gezielte Verlängerung
und Verstärkung
einzelner Teiltöne
in der Abklingphase.
-
In 10 erfolgt
dies durch eine Verlängerung
und Verstärkung
einzelner Teiltöne
sowohl in den Klangbildungs- und Abklingphasen.
-
11 schließlich zeigt
eine Verlängerung und
Verstärkung
unterschiedlicher Teiltöne
in unterschiedlicher Form sowohl in den Klangbildungs- als auch
in den Abklingphasen.
-
Das
Ergebnis der in den 4 bis 11 dargestellten
und entsprechend beschriebenen Möglichkeiten
zur Beeinflussung der hörbaren
Klangphasen können
somit wahlweise die Klangbilder einzelner Töne oder auch wahlweise ausgewählte Teiltöne einzelner
Töne in
jeweils variablen Formen verlängert
und/oder verstärkt
und insgesamt verändert
werden.
-
Dadurch
wird es möglich,
den gesamten Klang des Instrumentes oder aber auch nur die Klangbilder
und die Klangcharakteristiker einzelner Töne, von Tonfolgen oder ausgewählten Tonlagen wahlweise
gezielt zu verändern
und zu beeinflussen. Es ergeben sich daraus bisher nicht gekannte
Möglichkeiten
zum Klangdesign. Die folgenden Beispiele der klangbildenden Wirkungsweise
der Instrumente sind keineswegs abschließend, es gibt auch noch weitere
Anpassungsmöglichkeiten:
- a) es ist eine Anpassung an verschiedene Formen der
musikalischen Ausdrucksweise möglich,
die beispielsweise aus unterschiedlichen musikalischen Perioden
stammen.
- b) es ist eine Anpassung an unterschiedliche akustische Raumverhältnisse
möglich,
in denen das Pianoforteinstrument steht. So können nach Wahl und Wunsch des
Pianisten kleine und große,
leere und volle Hallen berücksichtigt
und die dadurch entstehenden Klangdefizite oder Klangveränderungen
kompensiert werden. Auch Nachhallzeiten oder akustische Eigenschaften
bestimmter Räume
können
ausgeglichen oder aber wunschgemäß auch andernorts
simuliert werden.
- c) die besonderen Erwartungen und Ansprüche von Pianisten und Klavierspielen
an das Klangverhalten des Instrumentes oder dessen Klangwirkung
im Raum können
individuell eingestellt werden.
- d) musikalisch differenzierte Ansprüche und auch Anforderungen
an das Instrument können
wesentlich besser berücksichtigt
werden als bisher. So können
Pianoforteinstrumente ja zu ganz unterschiedlichen Zwecken eingesetzt
werden, etwa zur Liedbegleitung, zur Kammermusik oder auch als Soloinstrument,
während
andererseits eine Heraushebung oder vielleicht auch Reduzierung des
Pianoforteinstrumentes bei bestimmten Orchestersituationen sehr
gewünscht
ist und dies bei bestimmten Tönen
auch sehr unterschiedlich sein kann.
-
In 12 sind
die Komponenten dargestellt, die in einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung für
ein Pianoforteinstrument enthalten sind.
-
Ein
Pianoforteinstrument 10 besitzt dabei ein Spielwerk 11 mit
einer Reihe von Tasten (in 12 nicht
im Einzelnen dargestellt). Die Tasten des Spielwerkes 11 wirken
auf Saiten mittels einer Hebelkonstruktion und einer Hammerkopfeinheit
ein und die Saiten bringen wiederum einen Resonanzboden 20 zum
Schwingen. Der Resonanzboden 20 ist eine membranartig gespannte
Fläche,
welche ringsum stabil am oder im Pianoforteinstrument 10 gelagert ist.
-
Erfindungsgemäß sind nun
die Tasten des Spielwerkes 11 mit Sensoren 15 ausgerüstet. Diese Sensoren
müssen
nicht notwendig an der Taste selbst angeordnet sein. Es können auch
die Bewegungen einzelner Hebelelemente in dem Spielwerk 11 des
Pianoforteinstrumentes aufgezeichnet werden. Die Sensoren 15 können unter, über oder
hinter den Tasten, innerhalb, vor oder hinter dem Hebelsystem des
Spielwerkes 11, über,
unter oder hinter der Hammerkopfeinheit oder an anderen Stellen
angeordnet sein. Als Sensoren 15 kommen mechanische, optische,
induktive, magnetisch oder in anderer Form wirkende Sensorsysteme
zur Aufzeichnung der entsprechenden Bewegungen innerhalb des Spielwerkes 11 in
Betracht.
-
Die
Sensoren 15 zeichnen beispielsweise die Beschleunigung
der zur Messung ausgewählten Hebelelemente
des Spielwerkes 11 auf. Aus den gemessenen Beschleunigungen
kann dann in noch im Folgenden erörterten weiteren Einrichtungen
die Anschlagsintensität
beziehungsweise der Impuls der Hammerköpfe auf die Klangsaiten und
somit die Klangstärke
ermittelt werden, also, ob der Spieler derzeit Pianissimo oder Fortissimo
beziehungsweise welche Klangstärke
dazwischen spielt. In anderen Ausführungsformen können auch
Sensoren 15 für die
Position, die Geschwindigkeit oder andere Daten eingesetzt werden.
-
Die
Sensoren 15 können
individuell einzeln für
jeden einzelnen Ton die mechanischen Bewegungen eines oder mehrerer
ausgewählter
Teile innerhalb des Spielwerkes 11 registrieren. Sie liefern
dann Informationen, die bevorzugt im MIDI-Format (musical instrument
digital interface) vorliegen. Diese Informationen enthalten Angaben
beispielsweise über den
Beginn der Abwärtsbewegung
einer Taste und über
das Ende der Abwärtsbewegung
einer Taste. Auch die Tonhaltedauer kann als Information weiter gegeben
werden, also der Zeitraum, über
den die Taste vom Pianisten unten gehalten wird und/oder über die
das Dämpfungspedal
getreten oder das Tonhaltepedal getreten wird. Auch Informationen über die
Aufwärtsbewegung
der Taste be ziehungsweise eine wieder in Ruheposition befindliche
Taste können übermittelt
werden.
-
Diese
von den Sensoren 15 ermittelten und in einem entsprechenden
Format generierten MIDI-Daten werden nun weiter übermittelt zu einer Einrichtung 30.
In dieser Einrichtung 30 befindet sich unter anderem eine
Einrichtung 33 zur Tonsteuerung. Diese Einrichtung kann
außerdem
aus einem Speicher für
Tonsamples Daten abgreifen. Abhängig
von den übermittelten
Daten der Sensoren 15 werden aus einem Speicher 31 jeweils
jene Töne
beziehungsweise Teiltöne
eines Tones entnommen, welche in ihrer Tonlage dem jeweils gespielten
Ton entsprechen. Dieser Speicher 31 dient mithin als externe Quelle
für Daten,
die Grundlage für
die Zuführung
zusätzlicher
Schwingungsenergie in den Resonanzboden 20 werden wird.
-
Diese
Daten können
individuell für
jeden Ton gespeicherte Frequenzen, Teiltoncharakteristiker sowie
Parameter der Klangbildungs- und Abklingphasen enthalten.
-
Die
Einrichtung 33 zur Tonsteuerung stellt nun aus den Daten
der Sensoren 15 und diesen zugehörig aus dem Speicher 31 entnommenen
Daten zur Lautstärke
und zur Tonlänge
des jeweils gespielten Tones Ausgangswerte an eine weitere Einrichtung 34 zur
Tonmodifizierung zur Verfügung.
-
Diese
Einrichtung 34 zur Tonmodifizierung kann nun wahlweise
die Struktur, den Aufbau, die Zusammensetzung des Teiltonspektrums
jeden einzelnen Tones gezielt verstärken, erhöhen oder verlängern. Dazu
werden die von der Einrichtung 33 zur Tonsteuerung übernommenen
Daten entsprechend verlängert,
ergänzt,
verstärkt
und sonst verändert. Dadurch
kann Ton für
Ton entsprechend den 4 bis 11 und
den zugehörigen
Beschreibungen individuell gestaltet, erweitert und geformt werden.
-
Die
entsprechend selektiv ausgewählten
Tonergänzungsparameter
lassen also für
jeden einzelnen Ton jeweils hinsichtlich seines gesamten Teilton spektrums
oder daraus ausgewählter
Teiltöne
in beliebiger Zusammensetzung während
der Klangbildungsphase, während
der Abklingphase und/oder während
beider Phasen durch Hinzufügen,
Verstärken
und Verlängern
wesentliche Beeinflussungen und Bereicherungen der im Resonanzboden 20 stattfindenden
Klangbildung zu.
-
Zusätzlich ist
in der dargestellten Ausführungsform
ein Steuermodul 35 vorgesehen. Dieses Steuermodul 35 kann
Vorgabeschaltungen, Presets, Regler und/oder bildschirmgesteuerte
Software aufweisen, die während
des Spielens von dem Pianisten oder auch weiteren an der Darbietung
beteiligten Personen bedient oder beeinflusst werden können. Es
ist also möglich,
während
einer Musikdarbietung beispielsweise ein bestimmtes Stück in einer
Weise zu beeinflussen, ein später
folgendes jedoch ganz anders. Dadurch kann völlig unterschiedlichen Charakteristika
der einzelnen Musikstücke
Rechnung getragen werden. So können
beispielsweise Kompositionen aus dem Barock in einer völlig anderen
Teiltonkomposition dargeboten werden, also mit einem ganz anderen
Klangbild, als beispielsweise Stücke, die
mit anderen Klangvorstellungen im 20. Jahrhundert komponiert wurden.
-
Sofern
gewünscht,
können
auch während des
einzelnen Musikstückes Änderungen
vorgenommen werden, um beispielsweise verschiedene Passagen eines
Musikstückes
anders zu beeinflussen. So kann beispielsweise für bestimmte Momente innerhalb
eines Musikstückes
der Eindruck erzeugt werden, die Vorführung fände in einer Kathedrale statt,
in dem beispielsweise entsprechende Nachhalleffekte durch Teiltonverlängerungen
künstlich
hervorgerufen werden, während
dieses für
den Rest des Musikstückes
nicht geschieht.
-
Eine
Verstärkereinheit 36 verstärkt dann
die von der Einrichtung 34 zur Tonmodifizierung und dem Steuermodul 35 übernommenen
Signale. Der Umfang der Verstärkung
der Signale kann auch über
das Steuermodul 35 wahlweise über Vorgabeschaltungen, Presets,
Regler und/oder bildschirmorientierte Steuersoftware bestimmt werden.
-
Die
Verstärkereinheit 36 stellt
letztlich die erforderliche Energie zur Verfügung, damit die modifizierten
Daten aus den vorhergehenden Einrichtungen auch energetisch wirksam
in den Resonanzboden 20 eingespeist werden können.
-
Diese
Einspeisung der zusätzlichen
Schwingungsenergie in den Resonanzboden 20 erfolgt über elektromagnetisch
wirkende Treibersysteme 25, 26. In Abhängigkeit
von der Größe der Musikinstrumente und
dem Volumen an zusätzlich
einzuspeisender Energie werden wahlweise eines oder mehrere solcher Treibersysteme 25, 26 an
einem Musikinstrument beziehungsweise an seinem Resonanzboden 20 installiert.
-
Die
Treibersysteme 25, 26 weisen am Resonanzboden 20 befestigte
Spulen auf, ferner in drei Dimensionen frei im Raum justierbare
spezielle Magnetsysteme sowie Treibermagneten. Von Vorteil ist es,
wenn die Treibersysteme 25, 26 Spulen mit einem minimalen
Gewicht aufweisen, bei gleichzeitig möglichst hohem Wirkungsgrad
in den klavierspezifischen Frequenzbereichen. Die zum Antrieb der
Spulen verwendeten justierbaren Magnetsysteme sollten qualitativ
hochwertig sein und die Treibermagneten eine möglichst schwere Montagebasis
zur Minimierung von Energieverlusten aufweisen.
-
Zusammengefasst
zeichnen die Sensoren 15 die Bewegungen der Tasten oder
der Hammerköpfe
oder anderer beweglicher Teile in dem Spielwerk 11 des
Pianoforteinstrumentes 10 auf. Daraus werden Mididaten
generiert. Diese dienen dazu, die in dem Speicher 31 für die Tonsamples
aufgezeichneten dazugehörigen
Tonsamples abzurufen, mit deren Hilfe dann ausgewählte zusätzliche
Klangenergie in den Resonanzboden 20 eingespeist wird.
Diese zusätzliche
Klangenergie ergänzt
die jeweils durch die schwingenden Klangseiten in den Resonanzboden 20 eingetragene
Schwingungsenergie und erweitert sie im Detail.
-
- 10
- Pianoforteinstrument
- 11
- Spielwerk
- 15
- Sensor
- 20
- Resonanzboden
- 25
- Resonanzbodentreibersystem
- 26
- Resonanzbodentreibersystem
- 30
- Einrichtung
zur Klangerweiterung
- 31
- Speicher
für Ton
Samples
- 33
- Einrichtung
zur Tonsteuerung
- 34
- Einrichtung
zur Tonmodifizierung
- 35
- Steuermodul
- 36
- Verstärkereinheit
- f
- Frequenz
in Hertz (Hz)
- t
- Zeit
in Sekunden (s)
- rS
- relativer
Schalldruckpegel in Dezibel (dB)
- A
- Aufprallmoment
des Hammerkopfes
- B
- Klangbildungsphase
- C
- Ende
der Klangbildungsphase
- D
- Abklingphase
- E
- Ende
der Abklingphase
- L
- durchgezogene
Linie
- M
- stark
gepunktete Linie
- N
- dünn gepunktete
Linie