DE1622884A1 - Schaltungsanordnung zur Nachbildung des Anschlags von Musikinstrumenten mit Perkussion - Google Patents

Description

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Anmeldung vom» K. MKI¹S 1968

"Schaltungsanordnung zur Nachbildung des Anachlaga von Muaikinstru-Biötfton mit Perkussion"* >

ßie Erfindung bezieht eich auf eine ilchaltungaanordnüng in

gy einem elektronischen Musikinstrument, in dew von Tongeneratoren

to erzeugte Schwingungen einem UebertragungEjglicjd zugeführt werden,

W* dao dieae Schwingungen^ nur dtfrphlSaat, wenn ihm eine Spannung _o überlagert, wird, die eInerö Kondenθator entnommen wird» der über O> einen Gleichrichter von einer Spannung aufgeladen-wird, der beim Anachlagen einer Taste durch einen mit ihrverbundenen Magneten zu einer Spule erzeugt wird» wobei die Höhgι der Bvmtinnß. von der Anaohlagatarke abhangig "ist, und die Spannung nach erfolgten Anaohlag nieder auf den ufert null abainkt*

Bei einem döraitl^ön Instrument iat eteiwQnaßhtf daws die

BinaolnvingZGit des Tonsa für unteraohledlich« AnohlagjttSrkeii ν >

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möglichot konstant gehalten wird umd aelbst bei einem aohsBohen § Änaohlog oinen bootimwt«« Wert nteht ö¥era.!hTeit®t₈ um:Mm.-.da* ζ

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Charakter des Inotruräqntes verloren geht. Bei eir.en Klavier int die Einschwingzeit z.S. nie grö."cor da 10 msek. Unter der L'iiicchwingzeit ict die kJcit zu verstehen, in dor die Amplitude dtts Tones von null auf ihren HOchstwer-t ansteigt. Bein bekannten Instrument entspricht diese; Einechwingseit der Zeit, während der dor Kondensator von einem Strom einer Spule aufgeladen wird, in der duroh den Ansahlag einer zugehörigen Taate mittels eines mit ihr verbundenen Magneten eine E.H.K. erzeugt wird.

Da die Anfangs- und Endlage dieses"Magneten einander gleich sind, ist die Flussänderung äfi -konstant» die Hohe der erzeugten Spannung der Zeitdauer T des Anschlage umgekehrt proportional und der Stärke des Anschlags proportional. Es ist aber erwönsoht, dass diese Einsohwirigzeit konstant- gehalten wird oder sich zumindest weniger ändert al3 die Seitdauer des Anschlages.

i.^raöh der Erfindung wird dies dadurch erzielt, dass der Gleichrichter derart vorgespannt 1st, dass nur ein Teil des Ansohlagimpulaes durchgelassen wird.

Bei dem schwächsten Anschlag, d.h. dem Anschlag, der Sohalleohwingungen erzeugt, die noch gerade hörbar sind, hat die Vorspannung einen viel grösaeren Einfluss als bein stärksten Anschlag, weil die Amplitude der durch den Anschlag erzeugten Upannungsimpulse der Geschwindigkeit, mit der sich das Magnetfeld in der Spule Ändert, proportional ist, während die Vorspannung konstant bleibt. Ti&a hat zur Folge, daso der vom Gleichrichter durfihgelasaene Teil des erzeugten Spannungsimpulses nur eine Zeitdauer beansprucht, die gleich einem Teil der Halbperiuciu dieaea Spannungsimpulsea ist. Dagegen wird beim stärksten Ansohla^ nahezu der ganze üpannungsimpuls durchgelassen, so daaa dena't^r'Zeitdauer-

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praktisch einer llalbperiöde entspricht.

Bei einem Klavier 2.Ι3Γ ist das Verhältnis zwischen der

JiindestanschlagBkraft, d.h.,der Anechlagakraft, bei der der Hämmer noch gerade die üaite erreicht, Und der Ilochstanechiagskraft in der Praxis nahezu 1 t 100. Das entspricht einem Verhältnis der Anschlagseiten von nahezu TO : 1 und der Amplituden der Saite Von nahezu 1 ι 10, womit das gewünschte Verhältnis der entsprechenden iCondenßatorßpanriungen auch nahezu 1 « 10 ist.

Bei einer AuöführunijGform einee Musikinstruments nach der Erfindung ist die Vorspannung grosser als das Of5-f^aoue des Spitzenwertes des beim schwächsten.Anschlag■ erzeugten Öpannungsimpulses. In diesem Falle ist das' Verhältnis zwischen den Einßchwingzeiten mindestens 1,5 ms-1 günstiger und^; bei einem dreieckförffllgen Span- nungsimpuls, der in der Praxis üblich ist, sogar zweimal günstiger als ohne Vorspannung*" . ·

Es dürfte einleuchten, dass diese Vorspannung auf jede bekannte .eise erhalten werden kann, wobei es in bestimmten Fällen vorteilhaft ist die innere Schwellwertspannung des Gleichrichters auszunutzen» Der Gleichrichter kann aber auch durch die Reihenschaltung mit einer Cleichspannungsquelle und einem Wideretand, der zum Gleichrichter parallel geschaltet ist, vorgespannt werden. Die Gleichspannungsquelle kann aber auch in den Schaltungszug des ganzen Aufladekreises in Reihe eingefügt werden.

Wenn nach einer weiteren Ausführungsforra in dien "Kreis in Reihe mit den Gleichrichtc-r ein Widerstand geschaltet wfrä, wird damit erreicht, dasebeimschwächsten Anschlag der Kondensator in einer Zeit t. aufgeladen wird,, die einen geringeren. Teil der Zeitdauer ¹X. . des kleintjtcns ÄnBchlagimpulBes als die Aufladezeit

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t„ bein atärksten Anschlag von der ,^eitdauer T?~ des grb'ssten An-Dchlagijnpuleeü beansprucht, bo dass das Verhältnis der Einschviing-· zeiten des Tones, die t,. und t„ entsprechen, noch günstiger, wird. Dabei wird' der Widerstand derart bemessen dass er bezogen auf den Wideretand der Diode hoch ist. ■

Die Zwischenanschältung des Widerstandes wirkt sich auch in der Weise vorteilhaft aus, dass das Verhältnis der entsprechenden Kondensatorspannungen, das durch das Anlegen der Vorspannung zu gross geworden war, und damit eine au grosse Dynamik zur Folge hat, in -geringerem Masse vom günstigsten ..ort abweicht.

Beieiner Weiterbildung eines Musikinstruments naoh der

-Erfindung ist in Reihe mit dem Gleichrichter ein elektronisches Bauelement geschaltet» dessen Widerstand in Anlasstrombereich des erwähnten" Gleichrichters mit dem Strom zunimmt.

• Dies ist in den FSllen günstig, in denen der Widerstand des Kreises bezogen auf den V/lderstaiid der Diode niedrig ist und auöserdem -der-.Gleichrichter bei einem schwachen Anschlag nur in .seinem Anlasstrombereich wirksam ist. Durch die obenerwähnte Massnahme bleibt der Widers-tand des Kreises konstanter, wodurch dip Phasenverschiebung, zwischen den Ladeströmen des Kondensators und der iupulafärmigen Spannung gering bleibt.

Wenn das Verhältnis'der Kondensatorspannungen, drs durch das Anlegen der Vorspannung zu gross geworden ivf.r, noch nicht oder in ungenügendem Masse durch die ob crib e sehrieb er;« Massnahrae auf dan günstigsten -ert herabgesetzt worden ist, kann dies bei -einer .,eiterbildung eines Musikinstruments nach der riarfindupg- dadurch erfolgen, dass zu -der. iäpule eine vorgespannte lieber lauf diode parallel geschaltet wrrci. - ^

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Die Erfindung wild nachstehend an Hand .der Belohnungen näher erläutert. Ea zeilen» « ". . ' Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nachder Erfindung!

Pig. 2 den Verlauf der Kondensatorspannung und der in der Spule erzeugten EMK bei -verschiedenen Stärken dea Anschlaga,

Pig. 3 eine Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Bauelement dessen V/iderstand mit dem Strom zunimmt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der r.irkung dieses elektronischen Bauelementes,

Pig. 5 eine Uchaltüngsanordnung mit einer tJeberlauf diode, und . ..-;"". -

Fig. 6 den Spannungsνerlauf V der Spule als Funktion der \ftnschlagskraft ft»

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Flg. 1 zeigt, wie ein mit der Taste 1 gekuppelter Magnet 2 des-Magnetfeld in der Induktivität L ändert, wenn die Taate eingedrückt wird» Die in der Induktivität L induzierte Spannung lS&t über einen Wideretand R unddie als Gleichrichter wirkende Diode D einen Kondensator C auf, Die Diode D ist mit einer SpannuhgE einer Gleichspannungaquelle B vorgespannt.

Fig. 2 veranschaulicht den Verlauf der Kohdensatorspannung als Funktion der Zeit bei zwei verschiedenen StSrken des Anschlaga. Dem achwachen Ansohlag entspricht die induzierte Spannung E*, deren ßinuHfb'rmige Ilalbperiode einer Zeitdauer f. zugehörig, ist. Ohne Vorspannung würde die Kondensatoropannung den durch die Kurve V... dargestellten Verlauf aufweisen. Daraus ergibt arioh,· dass die EiriBchwingzeit t^ etwas grösöer als -^f₁ ist. Dabei ist angenommen, dass der V.iderstand des Kreiseo bezogen auf die Impedanz des Kondtneatoru bei dieser Frequenz niedrig lot. Bei einem drei ^ma^ stärkeren

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Anschlag, dessen zugehöriger Spannungsimpuls mit E- dargestellt ist, wird die Kondensator spannung den rait V „ bezeichneten Verlauf annehmen. Wie ausder Figur ersichtlich ist, ist das Verhältnis der Zeit TT₁ au T₂ nahezu gleich dem der Zeit t« zu t_. Wenn nun die . Diode D nach der. Erfindung mit einer Spannung E vorgespannt wird, die voraugsv/eiae- grosaer als daa 0>5 fache des Spitzenwertes von E₁ und beitt dargestellten halbBinuai'örriigGri Iripuls des 0*7 fache dieses Wertes Beträgt, wird die Zeitdauer "ti des Spannungsimpulaes E. auf TT, und die Zeitdauer ¹ET ₀ ..des Spanr.ungs impulses .B₀ auf f. herabgesetat» ImFaXIe eines dreieckigen upannungaimpulses ergibt eine Vor Spannung deren Ilohe daa 0,5 fache des Spitzenwertes beträgt eine Verkürzung der Einsohwingzeit um den Faktor 0,5» ^s ist einleuchtend daas diese Seiten in dem !!aase kürzer werden, wie der erzeugte öpannungsinpüls durch die Vorspannung E verkleinert wird."Die Einschwingzeiten t- und t, der Spannungen V ? und V'Jt am Kondensator nehmen auch ab, aber diese abnähme ist für t,grosser als für t., so dass das Verhältnis der Einechwingzeiten, das ohne Vorspannung nahezu den v,ert 3 annabm, nun nur noch 1,5 oder kleiner, ist. Dag Verhältnis von V ,/zu V 2*ist jedoch grosser als 5 gewordon, was unerwuneoht sein kann. Dieser Kachteil kann dadurch herabgesetzt werden> dass mit dem gleichrichtenden Clement ein Ί id erstand in Eeihe gesibhaltet wird» Dabei nimmt bei honeren Frequenzen und somit bei stärkeren Ansohlägön die rhasenverschiebung zwischen der Kondensatorspaniiung und dem in der 'Spule induzierten Spannungsimpuls zu, wobei bei ata,rken AnschlSgen eine in boaug auf die induzierten Spannungen, niedrige Kondonsatorspannung V auftritt, so dass die, VerhaLtniase · der Kondensetorepannungen den_ VerhältniBsen der ^nsohlagokriif te näher kommen. Ausserdem wird dadurch bei einem atärkeron /Ynsohlag

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die Einnchuingzeit tg der neuen Kondensatorspannung V „" grosser ale t., während die .kinschwingseit t,- der Ivondensatoivapannung V i" "" die dem schwachen Anschlag angehört, sich bei geeigneter Bemessung des Widerstandes R und des Kondennators 0 kaum äVdertvwodurch das Verhältniß 2v;i;-chen den fJi.nschyrijigaeiten' t,- mrti ty noch kleiner . wird. '■■' _ ^: ;. ■ _"'■" " ; ; . ;■■-'. ■,■·'■■

Wenn der Spitaenwert der beim schwächßten /.nschlag induziei'tsn Spannung H. die VoäJßpannung¹ ^¹ so -sjcnig überschreitet, dasß die 3^XO(Ie I) nur in ihrem AnlaGGtronbarGich wirkßam ist, Und wenn der Widerstand der -Uiode in beäug auf don Widerstand R wesentlich ■hoh'Gr ist, ändert sich der.WIderstand der -Diode bei einer.! schwachen und e-ine/n starken Anschl&g erheblich, in der Weise» dass ihr Wlderstand bei einen."cohwachexi. Anschlag waxiinal ist, wodurch die günstige .-irkxuig des . iderstandes R wieder yerloran geht, wie in ^ig, 4 mit der -rjestrichelten Linie dargestGllt ist. Sieser Effekt wird dadurch ausgeglichen, dass in Heihe ttit· der Diode ein elektronisches Bauülcnert Xgcßchaltet ist (siehe ί'Ίβ. 3), desiren Widerstand bei ZU-nehinenple¹'¹ Strom in? Anlasstronbereich der Jiiode V zunimmt, Bö daas der Genaintwiderstand des Kreisea,aicjj vfc-niger ändert« Ein derartiges BauoleüifiJvt kann aus einem V.iderotand mit einem positiven Temperaturkooffisiönten, einer Tunnoldiode,. von der der Teil mit negativem Widerstand benutzt wird, einqr-iJiode, deren Strom in einem groeaen SpaiinungöborRD ch konstant bleibt, üs#., bestehen. Das Ergebnis ist durch die gestrichelte---.Linie·' in Fig. 4 dargestellt.

Der Deutlichkeit halber ist in den Figuren 2 und 4 nur der Fäll dargestellt, in den die Stärke des Anschlags sich nur um einen Faktor 5 lindert, aber es ..ist oiii leuchtend, das dasjenige, was für den 'Fall-'erwähnt wurde, dasQ dor Anschlag drei mal stärker als der · V 00985r/0a62

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schwächste Anschlag, ißt, in noch gröseerem Masse für ein AnschlagatäckenverhSltnie von 1 t 10 zutrifft,

Die Anschlagstärke ist ,hier.stets auf die Geschwindigkeit bezogen,, mit der der Magnet in die Spule gedruckt wird j die Amplitude dee Gpannuiigsisnpulaee ist dann- dieser Anschlagstärke proportional.

Wie aus den Figuren 2 und 4 hervorgeht.» ist das AusgangsapannungsverliEltnis gröqgor als 1 . ι 3·

Dies kann dadurch ausgeglichen werden, dass, wie in Fig. 5 dargestellt ist, eine nit der Spannung E« vorgespannte Ueberlaufdiodo parallel zur Spule geschaltet wird. Die Wirkung dieser Diode ist in Fig". 6 dargestellt, in der die Spannung V als Ordinate und die Anschlagstärke y* als Abszisse aufgetragen ist. V gibt hier den Verlauf der Spannung über der Spule an* Dieser Verlauf ist linear. Durch die angelegte Vorspannung E nimmt die lCondensatorspannung bei jeder Anschlagstärke un den Betrag dieser Vorspannung ^a^t ^B0 dass das Verhältnis zwisohen den Kondensator spannuntren bei einem Anschlagetarkenverhältnis von a«B. 1* 3 öun. i«B. 1 ι J *ird# Wie dies aus dem dargestellten lineairen Verlauf der Kondensatorepännung V . hervorgeht. Durch das Anbringen der vorgespannten Ueberlaufdiode D-» deren Väderetand nit EUnehaiender Spannung abnimmt, kann dieses Verhältnis und sorait die Dynanik tiieder auf den richtigen Wert gebracht v.erden,mie auo der Kurve von V_q2 ersichtlich ist·

Dabei ist die Vorspannung <j_er /»ufladediode J) mit E^ und die Vorspannung der üeberlaufiliod· nit Eg bäBeiehfttt·

Mit dies beim bek&Jjnten Inetrument auch der Fall ist, wird die KonderiEatorspinnung einem Uibereangeglied Bufeführt, da· dl« Schwingungen nur durohlSeet, tolane* 4«? KondtniAtor geladtn

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Auoh kann, der Kondensator aus einer EeihenBctialtuntf Kondensatoren bestehen_f wobei~äu einent dieser Kondensatoren ein *« id er stand parallel gesohaltei sein kann. Auoaerdeni kann auoh au dem Kondeiioötor ein Entladekrsis_:.parallel {jeschaltet werden, der dafür sorgt, dasa der Ton anf die richtige ' aioe abklingt·

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Claims (4)

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1. \ . Schaltungsanordnung in einem elektronischen Musikinstrument, .in dem von Tongeneratoren erzeugte Schwingungen rinem üebertragungsglied zugeführt -«.orden,- das diooe Schwingungen nur durchlässt, v;enn ihn oino ^üpanrung überlagert v/ird, die einem Kondensator entnommen wird, der fiber einen Gleichrichter von einer Spannung aufgeladen wird, die beim Anschlagen einer Taste durch einen mitihr verbundenen Jtagnoten in einer Spule erzeugt viird, wobei die Höhe der Spannung von der Anschlagstärke abhängig ist, und die Spannung nach erfolgtem Anschlag wieder auf den ..ert null absinkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleioh-riohter derart vorgespannt ist, dass nur ein Teil des Ansohlaginpulses durchgelassen wird.

2. Schaltungsanordnung in einen elektronischen Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung vorzugsweise grosser ale das 0,5 Äaohe des Bpitzenwertes des beim schwächsten Anschlag erzeugten Spannungsimpulses ißt.

3» Schaltungsanordnung.in einem elektronischen Musikinstrument nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gleichrichter ein Widerstand in Reihe geschaltet ist.

4. Elektronisches Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daas mit dem gleichrichtenden ".'Blement. ein elektronisches Bauelement in Reihe geschaltet ist, dessen Widerstand im Anlasstrombereioh des erwähnten Gleichrichters mit dem Ström zunimmt.

5* Elektronisches Musikinstrument naoh einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Spule eine vorgespannte Ueberlauf diode parallolgeeohaltet iat.

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