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Gebiet der Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf Musikanlagen und betrifft insbesondere die Wirkungsweise und den Aufbau der Vorrichtung, die Anschläge durch den Musiker beim Spielen der Bassdrum erkennt und elektrische Audiofrequenzsignale erzeugt.
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Bisheriger Stand der Technik
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Im Unterschied zum Mikrofon überträgt die Vorrichtung keine Töne der Akustic Drum, sondern ersetzt sie durch vorgefertigte Audiosignale, die aus der Datenbank abgespielt werden. Professionelle Musiker nennen diese Vorrichtung Drum-Trigger.
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Seit den fünfziger Jahren des 20. Jahrhunderts lässt sich die Entwicklung von elektrischen Musikinstrumenten und elektroakustischer Verfahren der Soundübertragung der Interpreten beobachten. Die Zahl der unterschiedlichen Musikstils und -richtungen, bei denen elektrische Musikinstrumente verwendet werden, wächst ständig. Nebenher zu dieser Entwicklung lasst sich eine veränderte subjektive Vorstellung der Zuhörer von einem ausgewogenen Klang und Timbre der Instrumente feststellen. Im Sound der modernen Popmusik wird der Rhythmusgruppe eine herausragende Stelle eingeräumt, die auf einer Bassdrum und Bassgitarre (bzw. einem anderen Bassinstrument) basiert. Professionelle Musiker entscheiden sich in den meisten Fällen für Schlagzeuge. Das ist vor allem der Tatsache geschuldet, dass die Drummer in ihrer musikalischen Laufbahn über Jahre hinweg eine für Akustic Drums spezifische Soundextraktionstechnik entwickelt haben und es gewohnt sind, beim Spielen den natürlichen Sound der Akustic Drums zu hören. Dabei erfordern zahlreiche moderne Live-Musik-Stile, dass die Bassdrum satt klingt und der Konzertsound der Band dem Sound eines im Studio aufgenommenen Albums, wo komplizierte Tonverarbeitungsgeräte zum Einsatz kommen, höchstmöglich nahekommt. Bei der Studiobearbeitung erfährt der mit einem Mikrofon aufgenommene Sound der Akustic Drum eine signifikante Veränderung, so dass der Klang der Bassdrum sich gut in die Gesamtsoundbalance einfügt, gut lesbar ist und dabei keine Überlastung verursacht. Sofern es der Musikstil erfordert, wird der Klang der Bassdrum oftmals synthetisiert und in eine elektronische Form gebracht. Bei Live-Konzerten ist es sehr schwierig, das Signal derart zu bearbeiten, in manchen Fällen auch gänzlich unmöglich. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei Live-Konzerten der reale Klang der Drum durch einen vorgefertigten Mustersound ersetzt (das sogenannte „Sample“), der zum Zeitpunkt des Anschlags aus dem Speicher einer speziellen Vorrichtung, des sogenannten „Soundmoduls“, wiedergegeben wird.
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Derzeit gibt es eine patentierte technische Lösung (
W0 2009/140368 A1 ,
US 7642448 B2 ,
US 7491880 B2 ) für die Anwendung bei Tasteninstrumenten, die es ermöglicht, unabhängig von der äußeren Umgebung und den Tönen der umgebenden Musiktechnik den Klang des Instruments in eine digitale Form zur elektronischen Bearbeitung und Übermittlung auf einen akustischen Sender umzuwandeln. Diese Vorrichtung schließt eine Lichtquelle (Leuchtdiode), ein Modul zur Signalerkennung, einen Speicher für Wellenformen der Audiosignale, ein Modul zur Wiedergabe von Audiosignalen, Steuerelemente und eine Stromquelle ein. Mit Hilfe von Sendern und Empfängern von Lichtstrahlen, die die Bewegungsbahn der beweglichen Teile reflektieren bzw. kreuzen, werden diese Teile (Beater, Taste) verfolgt. In der
US 8013233 B2 ist der Aufbau einer Vorrichtung mit einem optischen Tonabnehmer für Tasteninstrumente beschrieben, der einen optischen Sender und einen Sensor sowie eine reflektierende Platte enthält. Dabei kann auf die Platte ein Muster in Form eines Graustufenverlaufs bzw. eines Wechsels unterschiedlicher Schattierungen aufgebracht werden. Diese Lösungen ermöglichen es, jedwede Bewegung einer Taste in eine entsprechende Sounddatei umzuwandeln, die anschließend über den akustischen Sender an die Umgebung übertragen wird.
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Darüber hinaus sind eine Reihe von Einzelheiten bekannt bei Triggern bekannt.
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Die
US 2013/0194030 A1 beschreibt einen optischen Schalter, bei dem durch die Erfassung von Reflexionen Signale zur weiteren Verarbeitung erzeugt werden.
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Aus der
US 2012/0174734 A1 ist ein Fußpedal für eine Basstrommel mit einem optischen Sensor bekannt und aus der
US 7435888 B2 ein Fußpedal mit mechanischen Sensoren zur Erzeugung von Triggersignalen.
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Die bekannten, in der Vergangenheit patentierten Lösungen sind nicht so gut geeignet, die Aufgabe, und zwar die Akustic Drum in Sound zu setzen, zu lösen (d. h. in das Musikinstrument Tonabnehmer einzubauen), da das Musikinstrument bei Musikfestivals, in Clubs bzw. bei Tourneen speziell umgerüstet werden muss, wenn auf der Bühne nur ein reguläres Schlagzeug steht und keine Zeit ist, dieses umzurüsten (Auswechselung der Zarge, Montage von Bügeln/Gelenken und weitere manuelle Handlungen), was extrem schwierig, mitunter sogar unmöglich ist. Bei einem solchen Musikinstrument, wie es die Trommel ist, kann deren veränderter Aufbau ein ernstes Problem darstellen, da an sich der Aufbau überhaupt nicht für eine Veränderung gedacht ist. Ähnliche, in der Vergangenheit patentierte Lösungen erfordern einen Sensor unmittelbar in der Fußmaschine (bzw. Tastenmechanismus). Der Einbau eines zusätzlichen Sensors in die Fußmaschine ist immer mit ziemlich komplizierten mechanischen Arbeiten verbunden. Bei ähnlichen Lösungen ist die umgebaute Fußmaschine definitiv dann nicht mehr der Originalmechanismus und wird von der Herstellergarantie ausgenommen.
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Alle Drums verwenden einen mechanischen Impuls, um diesen in Sound umzuwandeln. Dieser Impuls kommt vom Anschlag des Drumsticks oder dem Beater des Fußpedals auf eine spezielle Fläche. Bei Akustic Drums ist dies eine Kunststofffläche, die durch den Anschlag in Schwingung versetzt wird und Audiowellen erzeugt, die von einem Resonator verstärkt werden. Um Töne einer Akustic Drum durch Töne aus dem Soundmodul zu ersetzen, wird bisher ein Modell verwendet, das die Drum selbst, den Trigger, Verbindungskabel und das Soundmodul umfasst, das ein Generator für vorgefertigte elektrische Audiofrequenzsignale ist. In dieser Kette kommt dem Trigger selbst die entscheidende Rolle zu, und zwar Daten über den Anschlag/Schlag zu gewinnen.
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Der moderne Drumtrigger für die Akustic Drums ist in den meisten Fällen ein piezoelektrisches Element, das sich in einem Gehäuse befindet, das wiederum an der Drumzarge montiert ist (siehe
US 6794569 B2 , veröffentlicht am 21.09.2004). Vibration und Deformation des Trommelkunststoffs erzeugen beim Ertönen der Drum ein elektrisches Signal mittels piezoelektrischen Effekts.
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Dieses Signal wird vom Trigger über ein Kabel abgeleitet und an eine spezielle elektronische Vorrichtung übermittelt, die erkennt, ob und wie stark der Anschlag entsprechend diesen Signalparametern ist. Sobald ein Anschlag erkannt und seine Stärke bewertet ist, wird der Befehl zum Abspielen des „Samples“ des fertigen Sounds des Musikinstruments, der vorher aufgezeichnet und in der Datenbank des Soundmoduls abgelegt wurde, erzeugt. Diese Lösung wurde als Prototyp für das beanspruchte Objekt angenommen.
Diese Lösung hat eine Reihe von Nachteilen, da im elektrischen Signal vom piezoelektrischen Element außer Daten über den Anschlag eine Vielzahl unnötiger Daten enthalten ist, die durch das lange Ausklingen der Akustic Drum (dem sogenannten „Sustain“) und durch akustische Störungen der Trommel von den benachbarten Tonquellen hervorgerufen werden. Für eine ideale Funktion des Triggers benötigt dieser bei jedem Anschlag einen einzelnen und ziemlich kurzen Impuls, der Daten darüber enthält, ob ein Anschlag erfolgte und wie seine Stärke ist. In der Realität geht ein kompliziertes anhaltendes Signal mit einer Vielzahl unnötiger Daten vom piezoelektrischen Element ein. Die Aufgabe besteht nun darin, die Daten über diesen Anschlag aus dem Signal zu filtern. Zur Lösung dieser Aufgabe kommen mehrere Verfahren zur Erkennung des Anschlags zur Anwendung. Eines davon ist der Schwellenwertdetektor, der nur dann anspricht, wenn der Signalpegel vom piezoelektrischen Element den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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Dieses Verfahren hat Nachteile. Es erfordert eine individuelle Einstellung des Schwellenwertes und ist unempfindlich gegenüber den Anschlägen, bei denen der Signalpegel vom piezoelektrischen Element nicht den Schwellenwert erreicht. Demgegenüber erfolgt bei einem zu niedrigen Schwellenwert eine Fehlauslösung, sollte der Schwellenwert nicht nur den ursprünglichen Impuls beim Anschlag erreichen, sondern auch bei sonstigen Schwingungen des Trommelkunststoffs, die durch das Ausklingen des Instruments und die Umgebungsgeräusche verursacht werden.
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Das zweite Verfahren ist die Analyse des Signals vom piezoelektrischen Element durch digitale Signalverarbeitung. Es ist effizienter als das Schwellenwertverfahren, hat aber ebenfalls Nachteile: Es stellt Ansprüche an die Rechnerleistung des Prozessors, indem das Ausgangssignal in Echtzeit kontinuierlich verarbeitet wird. Der Hauptnachteil dieser Methode ist jedoch darin zu sehen, dass es eine erhebliche Verzögerung gibt, d. h. das Zeitintervall vom Anschlag des Musikers bis zur Erkennung dieses Anschlags durch den Prozessor. Professionelle Musiker spüren diese Verzögerungsintervalle und fühlen sich beim Spielen unwohl.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf die Erzielung eines technischen Ergebnisses gerichtet, das sicherstellt, dass die vom Musiker an der Bassdrum mittels Fußpedal ausgeführten Anschläge zuverlässig erfasst werden, ohne die oben genannten Nachteile (Nichtansprechen bei schwachen Anschlägen, Fehlauslösungen und Verzögerungen).
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Das genannte technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass der Lasertrigger für die Bassdrum eine Gehäuse einschließt, das an der Trommelzarge befestigt wird und im unteren Teil zumindest einen Leser für die mit dem Beater des Fußpedals ausgelösten Anschläge trägt. Der Anschlagleser, der über einen Laserstrahler und eine Fotozelle verfügt, ist dem Beater zugewandt. Am Beaterkopf des Pedals ist eine retroreflektierende Beschichtung aufgebracht, um den Laserstrahl im Moment des Anschlags in Richtung Fotozelle zu reflektieren. Im Hohlraum des Gehäuses ist das Anschlagerkennungsmodul entsprechend den Parametern des elektrischen Signals von der Fotozelle untergebracht. Das Modul ist mit dem Verarbeitungsmodul verbunden, das den Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals einschließt, der mit der Ausgangsbuchse für den Kabelanschluss verbunden ist, um diese Signale zur weiteren Verarbeitung und Verstärkung auszugeben.
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Die genannten Merkmale sind erfindungswesentlich und stehen im Zusammenhang mit der Bildung einer stabilen Gesamtheit wesentlicher Merkmale, die ausreichend ist, um das erforderliche technische Ergebnis zu erzielen.
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Die vorliegende Erfindung wird an einem konkreten Ausführungsbeispiel erläutert, das allerdings nicht das einzig mögliche ist, sondern anschaulich demonstriert, dass das gewünschte technische Ergebnis erzielt werden kann.
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Figurenliste
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- In 1 ist das Schaltbild des Lasertriggers für die Bassdrum dargestellt.
- 2: Schematischer Aufbau des Lasertriggers
- 3: Anordnung der Vorrichtung an der Bassdrum
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Die besten Möglichkeiten der Umsetzung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Aufbau einer Lasertrigger-Vorrichtung betrachtet, die für das Hörbarmachen der Bassdrum auf elektrischen Konzerten und in Studios vorgesehen ist. Die Vorrichtung kann anstelle eines herkömmlichen Mikrofons bzw. zusammen mit einem Mikrofon verwendet werden. Unter Bassdrum ist eine Trommel zu verstehen, bei der der Anschlag durch Kippen des Fußpedals, das den Beater trägt, erfolgt. Bei Betätigen des Pedals schwenkt der mit einem Scharnier befestigte Beater in Richtung akustischer Trommelmembran und schlägt auf diese. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Beaters unmittelbar vor seiner Berührung mit der Membran bestimmt die Stärke und die Lautstärke der Audiowelle, die die Trommel an die Umgebung aussendet.
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Der Lasertrigger ist ein an der Zarge der Bassdrum befestigtes Gehäuse, das im unteren Teil, der dem Beaterkopf zugewandt ist, mindestens einen Leserkopf trägt, der einen Laserstrahler und eine Fotozelle einschließt, die im Austrittsbereich dieses Strahls angeordnet ist. Am Beaterkopf ist ein Aufkleber aus retroreflektierendem Material befestigt, um den Laserstrahl in Richtung Fotozelle zum Zeitpunkt des Anschlags des Beaters auf die Akustik-Membran zu reflektieren. Im Hohlraum des Gehäuses ist ein Modul zur Erkennung des Anschlags entsprechend einem elektrischen Signal von der Fotozelle angeordnet, das mit dem Impulsverarbeitungsmodul verbunden ist, das einen Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals einschließt, der mit der Buchse für den Kabelanschluss elektrisch verbunden ist, um das Signal an die externen akustischen Systeme weiterzuleiten, die zur Audiowiedergabe verwendet werden.
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Der Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals kann ein Wave-Synthesizer oder ein physikalischer SimulationsSynthesizer sein.
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Der Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals nach dem Prinzip eines Wave-Synthesizers ist in Form eines Softwaremoduls ausgeführt, das in eine Mikrosteuereinheit implementiert ist. Der Moduleingang empfängt einen Befehl vom Modul für die Erkennung des Anschlags. Während des Betriebs greift der Wave-Synthesizer auf den Speicherchip zu, in dem eine digitalisierte Datenbank von Wellenformen abgelegt ist. Bei der Wiedergabe erfolgen eine serielle Abtastung der digitalen Werte, deren Skalierung entsprechend der Anschlagstärke und die serielle Ausgabe an den Chip des Digital-Analog-Umsetzers, an dessen Ausgang ein kontinuierliches elektrisches Audiofrequenzsignal erzeugt wird.
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Der Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals, der auf dem Prinzip eines physikalischen Simulationssynthesizers basiert, ist als Softwaremodul ausgeführt, das in eine Mikrosteuereinheit implementiert ist. Am Moduleingang gehen Befehle vom Modul der Erkennung des Anschlags ein. Während des Betriebs greift der physikalische Simulationssynthesizer auf das mathematische Modell des Musikinstruments zu. Bei der Wiedergabe werden sequentiell digitale Werte im Ergebnis der zyklischen Berechnung einer diskreten Gleichung empfangen, die den Anschlag selbst und dessen Stärke sowie den variablen Wertevorrat aufnimmt, die durch die Benutzereinstellung vorgegeben sind. Die gewonnenen Ergebnisse der Berechnungen werden sequentiell an den Mikrochip des Digital-Analog-Umsetzers ausgegeben, an dessen Ausgang ein kontinuierliches elektrisches Audiofrequenzsignal erzeugt wird.
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Nachstehend wird ein Beispiel der konkreten Umsetzung der beanspruchten Erfindung betrachtet.
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Die Vorrichtung besteht aus folgenden Teilen: Leserkopf 1 (bzw. mehrere Leserköpfe), der eine Fotozelle 2 und einen Laserstrahler 3 einschließt, Modul zur Erkennung des Anschlags 4, Datenspeicher für die Wellenformen der Audiosignale 5, Verarbeitungsmodul 7, das einen Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals sowie Steuer- und Anzeigeelemente einschließt, Stromversorgungsmodul 8 in Form eines Impulsspannungswandlers, elektrische Batterie 9, Verbindungsmodul 10 und Gehäuse 11.
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Alle Bestandteile der Vorrichtung sind im Gehäuse 11 montiert, das eine Baueinheit 12 zu dessen Befestigung an der Zarge der Bassdrum hat (2 und 3). Diese Baueinheit kann in Form einer Klemme ausgeführt sein, die an den Rand der Zarge aufgezogen und mit einer Schraube 13 mit Mutter 14 befestigt wird. Die elektronischen Bauteile (Modul für die Erkennung des Anschlags 4, Datenspeicher 5, Verarbeitungsmodul 7, das den Generator des elektrischen Audiofrequenzsignals u. a. einschließt) sind auf einer gemeinsamen Platine montiert und bilden eine Standardeinheit 15.
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Das Gehäuse des Gerätes stellt eine Reihe von Funktionen sicher. Im Innern des Gehäuses sind eine elektronische Platine und eine Stromquelle (Batterie) angeordnet. An der Frontplatte des Gehäuses kann der Benutzer Funktion und Einstellung der Betriebsparameter ablesen (da die Steuer- und Anzeigeelemente außen angebracht sind). Auf der Rückseite des Gehäuses ist eine XLR-Buchse/Stecker 16 zum Anschluss des Signalkabels angeordnet. An der Unterseite 17 des Gehäuses, wo sich der Befestigungsmechanismus befindet, befindet sich eine Klemme zum Anbau der Vorrichtung an die Zarge der Bassdrum. Es existiert eine untere Sektion 18, um zwei Gelenke anzuordnen, von denen jedes einen Leserkopf 1 aufnimmt, der den Laserstrahler und die Fotozelle trägt. Das Gelenk ist durch eine Ringdichtung 19 gefedert, was es beim Spielen starr macht, doch zulässt, durch Fingerdruck den Leserkopf 1 und zusammen mit ihm auch den Laserstrahl 20 in zwei Stufen (Freiheitsgraden) abzulenken und auf den erforderlichen Punkt zu richten (in diesem Fall auf den retroreflektierenden Aufkleber 21, der an der oberen Fläche des Kopfes des Beaters 22 bei seinem Kontakt mit der Kunststofffläche 25 der Bassdrum) angeordnet ist. Der Beater ist mit einem Ende über das Scharnier 23 mit dem Fußpedal 24 verbunden. Seitlich am Gehäuse 11 existiert ein Handloch für den Batteriewechsel, ohne dass das Gerät von der Trommel abgenommen werden muss.
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Das Funktionsprinzip der Vorrichtung, die als Gerät ausgeführt ist, beruht auf der Verfolgung der Position des Beaters des Pedals der Bassdrum mit Hilfe eines Laserstrahls. Der Beater ist mit einem retroreflektierendem Material beschichtet. Der Leserkopf verfügt über einen Laserstrahler und eine Fotozelle. Der Laserstrahl wird so ausgerichtet, dass der Strahl im Moment des Anschlags auf das retroreflektierende Material trifft. Aufgrund der Eigenschaften des retroreflektierenden Materials wird der Laserstrahl reflektiert und zurück zum Leserkopf gelenkt, wo er auf die Fotozelle trifft, die sich so nahe wie möglich an der Austrittsöffnung des Strahlers befindet. Die elektronische Schaltung erkennt den Anschlag entsprechend dem Signal von der Fotozelle. Dieses Signal wird verarbeitet, woraufhin ein Befehl an den Wave-Synthesizer generiert wird, das vorgefertigte Audiosignal abzuspielen.
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Es gibt zwei Betriebsarten:
- - Ist es beim Auftritt nicht erforderlich, die Anschlagstärke zu übertragen und sämtliche Töne gleich laut sein müssen, ist ein jedes Mal, wenn der Beater mit der retroreflektierenden Beschichtung in den Laserstrahl tritt, dies der Befehl, den Sound abzuspielen.
- - Für die Aufführung von Musikstücken, bei der eine Übertragung der Dynamik erforderlich ist, wenn der Befehl zum Abspielen des Sounds unterschiedlich und von der Stärke des Anschlags abhängig ist, wird eine andere Betriebsart des Gerätes umgesetzt: Auf die retroreflektierende Fläche wird ein Muster (zum Beispiel Streifen) aufgebracht. Während des Anschlags erscheint das retroreflektierende Material im Strahl nicht nur einmal, sondern intermittierend als Muster getarnt. Dies bewirkt keine einmalige elektrische Signalfront mit Fotozelle, sondern eine Impulsfolge entsprechend dem Muster. Die elektronische Schaltung erkennt bei der Verarbeitung des Signals von der Fotozelle die Impulsfolge und bewertet deren Geschwindigkeit. Anhand dieser Geschwindigkeit wird die Anschlagstärke erkannt und der Befehl zur Soundwiedergabe erzeugt. Je größer die Geschwindigkeit einer Impulsfolge, desto stärker der Anschlag.
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Der Aufbau sieht ein oder zwei Leserköpfe in der Vorrichtung vor. Dadurch ist es möglich, sowohl ein herkömmliches Pedal als auch ein Stereo-Pedal zu verwenden.
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Das Gehäuse des Gerätes verfügt über ein integriertes Verbindungsmodul 10 zur Steuerung und Wartung unter Verwendung eines externen Geräts, das ein Computer, ein Tablet oder ein Smartphone sein kann. Werden diese an die Vorrichtung angeschlossen, kann der Nutzer das Gerät aus der Ferne kontrollieren, ebenso dessen Funktion, die grundlegenden Parameter regeln, Dateien mit Audiowellenform herunterladen und auch auf die Konfigurationsparameter zugreifen. Es besteht die Möglichkeit, die interne Mikrosoftware des Geräts zu aktualisieren.
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Einer der Vorteile der beanspruchten Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung keine Umrüstung des Musikinstruments erfordert, da sie auf einer typischen Zarge der Bassdrum montiert wird. Dadurch lässt sich die Vorrichtung schnell, buchstäblich innerhalb einer Minute, installieren. Die Vorrichtung ist eine Ergänzung zum Musikinstrument und beeinflusst weder Funktion noch Klang des Instruments. In die Fußmaschine muss nicht eingegriffen bzw. irgendwelche Teile der Drum ausgewechselt werden. So wird ein Musiker, der daran gewöhnt ist, sein Instrument mit seinem Pedal zu spielen, kein Unbehagen verspüren, weil es für ihn ungewohnt ist. Die Vorrichtung in Form eines Geräts ist ein funktional komplettes Produkt und sofort nach seiner Anbringung an der Zarge der regulären Trommel betriebsbereit. Die kombinierte All-in-One-Lösung macht die Montage einer Schaltung aus separaten Bauteilen und Verbindungskabeln überflüssig, was viel Zeit spart und die Zuverlässigkeit erhöht. Der Batteriebetrieb sorgt für eine autonome Funktion, es muss nicht erst eine „Steckdose“ gesucht werden.
