DE2014302A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Musiktönen - Google Patents

Description

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anmeldeaname: The Wurlitzer Company trft^f'^^H^f^

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BBEMEH SANK 100«OT* ZEICHEN: W^; 117 POSTSCHECIt HAMHÜRQ 2S57«7

&ATUM: 24. März 19^70

THE WURLITZER COMPANY, eine Gesellschaft nach den Geset zen des Staates Delaware, ChIcaqo, Illinois 6Q603; (V

Vorriehtung zum Erzeugen von Musiktönen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von MüÄifctönen, die eine Impulseinrichtung sowie eine flngerbetitigt« Taste aufweist. .

Bislang sind schon viele Versuche gemacht worden, elek~ tronisehe Klaviere zu bauen, bei denen die Töne rein elektronisch unter Verwendung einer normalen Klaviatur erzeugt werden. Aus technischen öder finanziellen Gründen war es Mslang jedoch schwierig, öder sogar unmöglich, die erforderiiehe Tön-Hil!kurve so «ti erzeugen, daß echte Klavier- * töne simuliert werden können. Es sei daran erinnert, daß aim fcönventionetler* Klaviere, deren gespannte Saiten durch W*ff8«erÄehiäge mm Sehwingen gebracht werden, eine ihnen eifentamllche fön-HÜ-1 !kurve besitzen, die ai» Anfang einen M«Äi«räiwert fts* tiad; (iaarauf mit vorgegebener oder verinder-

G#SGii[wIrsdiifkeit bis zum Schwingungsende abnimmt, und entweder nä<sii einer iSiwgeren Zeitdauer oder nacti der flste der Klaviatur, so daß die saite von

Dämpfer beaufschlagt wird. ~ ~ _ -

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, diese bisher aufgetretenen Schwierigkeiten zu vermeiden und die Ton-Hü11kurve konventioneller Klaviere elektronisch mit einfachen Mitteln nachzubilden.

Ausgehend von einer Vorrichtung zum Erzeugen von Muaiktönen, die eine Impulseinrichtung sowie mindestens »in« finger-betätigte Taste aufweist,besteht die erfindungsgemäße Lösung in einem piezoelektrischen Wandler, der von der Impulseinrichtung impulsartig erregbar und an einen Potentialspeicher angeschlossen ist, der seiner- * seits auf ein, der von dem Wandler erzeugten Spannung entsprechendes Potential aufladbar und mittels einer Einrichtung mit vorgegebener Geschwindigkeit entladbar ist.

Durch diesen Grundgedanken der Erfindung, die Hüllkurve mit Hilfe eines elektromechanischen Wandlers zu erzeugen läßt sich die Aufgabe mit einfachsten Mitteln und sogar unter Verwendung einer mehr oder weniger konventionellen Pianomechanik lösen." Man erhält durch die vorgeschlagene Ausbildung ein Steuersignal, dessen Größe proportional der von den Fingern auf die Tasten ausgeübten Kräfte ist und das in einer elektrischen Schaltung dazu verwendet fe werden kann, auf elektronische Weise die Ton-Hüllkurve normaler Saitenklaviere zu simulieren.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung folgen aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind« Es zeigen:

Fig. 1 eine teilschematisehe Seitenansicht

einer Pianomechanik, in der ein piezoelektrischer Wandler angeordnet ist;

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Pig. 2 in etwas vergrößertem Maßstab einen -ΐ.·-; Axial schnitt durch den Wandler und dessen Befestigung;

Fig. 3 eine Perspektivdarstellung des Wandlers ; ·

Fig. 4 einen Axialschnitt durch den Wandler;

Fig. 5 eine der Flg. 2 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Befestigungsform für den Wandler; und

Fig. 6 ein kombiniertes Block- und Schaltbild zur Erläuterung der elektronischen Bestandteile der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine normale Klaviaturtaste 10vorgesehen, die in üblicher Welse an eine Pianomechanik 12 angeschlossen ist. Letztere besitzt den Üblichen Hammer 14 bestehend aus Hammerstiel und Hammerkopf 18, der mit einem Kopffilz überzogen ist. Es versteht sich, daß die gemäß der Erfindung aufgebauten Klaviere die Übliche Vielzahl von Tasten, Hammer und dergleichen hat.

Gegenüber den Hammerköpfen 18 ist eine metallische Kontaktschiene 20 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht der Hammerstiel in der.bei normalen Klavieren üblichen Welse im wesent1ichen vertikal. Die Erfindung ist jedoch In gleicher Weise anwendbar auf Flügeln und die dort benutzten Mechaniken. Auf der Kontaktschiene 20 ist ein piezo-elektrischer Wandler 22 mit Hilfe eines Stehbolzens bzw. Stiftes 24 direkt gegenüber dem Hammer 18 befestigt, so daß er schlagartig von dem Hammer beaufschlagbar ist. Weiterhin ist eine an Masse liegende Dampferplatte 26 vorgesehen, die entweder ein integraler Bestandteil der Schiene 20 oder aber an dieser befestigt sein kann, und die durch einen elektrischleitfähigen Dampfer 28 beaufschlagbar

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ist, der seinerseits in konventioneller Weise von der Pianomechanik betätigt wird.

Der piezo-elektrische Wandler 22 besteht bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Ring eines keramischen Materials, das bei der Einwirkung von Kräften ein elektrisches Potential abgibt. Bei dem Material handelt es sich beispielsweise um Bariumtitanat. Der erwähnte Ring 30 ist im wesentlichen zylindrisch auegebildet und hat sich gegenüberliegende Stirnflächen 32, 34 auf die leitfähige, beispielsweise aus Silber bestehende Schichten 36, 38 beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht sind. Diese Schichten dienen dem Anschluß von Elektroden. Im übrigen wird der Ring 30 von einer Mittelbohrung 40 durchsetzt.

Gemäß Fig. 2 ist der Wandler 22 auf der Kontaktschiene 20 mit Hilfe des bereits erwähnten Stehbolzens bzw. Stiftes 24 befestigt. Der Bolzen ist aus Kunststoff hergestellt und besitzt einen Schaft 42, der durch die Axialbohrung 40 hindurch verläuft, weiterhin besitzt er einen Kopf 40, der als Amboß für den aufschlagenden Hammer dient. Weiterhin wird von dem Kopf 44 ein elektrischer Leiter, in Form eines Drahtes 46 od.dgl. fest gegen die vorderseitige Elektrode 36 gedrückt, um die elektrische Verbindung zu . dem Wandler herzustellen. Entsprechend hält der Bolzen auch die rückwärtig· Elektrode 38 fest an der aus Metall bestehenden Kontaktschiene 20. Das rückwärtige, über die Schiene 20 hinausstehende Ende des Schaftes 42 wird mit Hilfe einer an sich bekannten, in sich nachgiebigen Froschklemme 48 od.dgl. festgelegt, wodurch eine gewisse Federspannung im Bolzen aufrecht und alle Einzelteile feststehend gehalten werden. Immer wenn der Hammer 18 gegen den als Amboß dienenden Kopf 44 des Bolzens trifft, wird der Wand-.

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ler 22 axial zusammengedrückt, wodurch er einen Gleich— spannungsimpuls abgibt. Bei offenem Stromkreis entstehen etwa 70 Volt, die bei einer Belastung von etwa eOOKohm auf etwa 7 Volt reduziert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist eine abweichende Befest igungsf arm gewählt. Da die weisten der verwendeten feile den bereits beschriebenen Teilen entsprechen, sind sie durch ähnliche Bezugszeichen identifiziert. Per Unterschied gegenüber dem vorbeschriebenen Beispiel besteht darin, daß anstelle eines aus Kunststoff bestehenden Bolzens und der Froschklemme od.dgI. für die Zusammen- ι haltung der Teile ein aus Gummi bestehender Bolzen 24a verwendet wird, dessen Schaft 42a durch den Anschlußdraht 46, den Wandler 22 und die Kontaktschiene 20 hindurchverläuft« Ein mit dem Bolzen integraler Guromikopf 44a hält den elektrischen Anschlußdraht odVdgl. sowie den Wandler fest, während eine Vergrößerung 48a des Gummibolzens am gegenüberliegenden Ende die Steile der Froschklemme od.dgl, einnimmt und den Schaft 42a des Bolzens unter Spannung hält· Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß ein Anschlagen am Kopf 44a nicht nur zum Entstehen einer Axialkraft am Wandler führt, sondern außerdem eine radiale Kraft ausübt, weil sich das Gummi unter dem Ein« fluß des Schlages yerformt· Hierdurch wird erreicht, daß | fin grcJUere Spannung vom Wandler abgegeben wird.

in Fig» 6 sind der Hammer 18 sowie der Wandler 22 nur schematisch dargestellt* Die Kontaktschiene 20 und deren Dämpferplatte 2δ sind an Masse gelegt, und der nach Art eines Kontaktes ausgebildete Dämpfer 28ist aufgrund seiner Anlage an der Dämpferplatte 26 ebenfalls mit Masse yerbuBden· Die Ansghlußi#itung 46 ist *» einem Verteilerpunkt §0 geführt, 4er eeinfrseits üb#r einen Wideretand

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an Masse liegt. Dieser Widerstand hat - im Falle des gewählten AusfUhrungsbeispieles - eine Größe von 820Kohm, der in der vorstehend schon angedeuteten Weise den Ausgang des Wandlers auf etwa 7 Volt verringert. Der Verteiler punkt 50 ist weiterhin mit der Basis eine« Transistors 54 verbunden, der seinerseits Teil eines aus zwei Transistoren ausgebauten Darlington-Verstärkers ist. Bekanntlich liegt in der Darlington-Schaltung der Emitter des ersten Transistors an der Basis des zweiten Transistors, und beide Transistoren sind über ihre Kollektoren an eine*Leitung 58 mit positivem Potential angeschlossen.

ψ Der Emitter des zweiten Transistors 56 liegt an einem Verteilerpunkt 59, der seinerseits über einen Widerstand 60 an Masse liegt. Parallel zu diesem Widerstand 60 liegt ein Kondensator 62; außerdem ist ein weiterer Widerstand 64 vorgesehen, der den Verteilerpunkt 59 mit dem Dämpfer ' 28 verbindet.

Vom Verteilerpunkt 59 verläuft weiterhin eine Leitung zu einem Modulator 66, an den darüber hinaus ein (Ton) Generator 68 angeschlossen ist. Der Ausgang des Modulators ist - gegebenenfalls über ein Formungs-Netzwerk 70 - an den Eingang eines Verstärkers 72 gelegt; es sei darauf ^ hingewiesen, daß das Netzwerk auch fehlen kann. Der Ver-™ stärker 72 enthält einen üblichen Lautstärkeregler, mit dem die Gesamtlautstarke des Instrumentes veränderbar ist; der Verstärkerausgang wiederum liegt an einem Lautsprecher 74 oder einem anderen elektro-akustischen Wandler, der die verstärkten Tonschwingungen in hörbare Töne umsetzt.

Immer wenn eine Taste 10 gedrückt wird,schwingt der H 14 nach vorn, so daß der Hammerkopf 18 auf den mit de*

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Wandler 22 verbundenen Amboß 24 aufschlägt. Die vpm Wandler daraufhin abgegebene Spannung ist der kinetischen Energie des Hammer· direkt proportional; die Spannung entsteht nur während einer kurzen Zeitspanne und hat die Form eines Impulses 76 mit der Amplitude V. Die Amplitudengröße ist V **Kmv ; in dieser Gleichung 1st K eine Konstante, m die Masse des Hammers und ν die Auftrittsgeschwindigkeit des Hammers..

Die Einstellung des Darlington-Verstärkers mit den Tran? sistoren 54, 56 ist so gewählt, daß der Transistor 56 normalerweise sperrt und der Kondensator 62 entladen ist· Der Impuls 76 steuert den Transistor 56 jedoch über den Transistor 54 für eine sehr kurze Zeitspannung auf einen Wert auf, der proportional der Impulsamplitude ist, und die Zeitdauer entspricht der Impulslänge. Auf diese Weise wird der Kondensator 62 aufgeladen, wobei nicht zu übersehen ist, daß der Dämpfer 28 während des Vorwärtsschwingens des Hammers von der Pianomechanik zurückgezogen worden ist. Demzufolge lädt sich der Kondensator 62· entsprechend der über_: ihm angedeuteten Kurvenform 78 auf ein Potential 80 auf· Unmittelbar nach dem Durchlauf des Impulses 76 sperrt der Transistor 56 wieder, worauf die Ladung des Kondensators entsprechend dem Kurvenabschnitt 82 abzunehmen beginnt. Der Entladungsvorgang kann entsprechend de« weiteren Kurvenabschnitt 84 verlaufen, d.h. bis die Ladung sich -weitgehend dem Wert 0 genähert hat· Wenn jedoch die Taste 10 losgelassen wird, und der Dämpfer 28 an Masse gelangt, wird der Widerstand 64 in den Entladestrompfad, d.h. parallel zum widerstand 60 geschaltet, worauf sich.der Kondensator 62 entlang dem kurvftnabichnitt 86 entlädt* Es versteht sich, daß der

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lauf der Kurvenbereich· 82,86 von den Größen der Widerstände 60, 64 abhängt, und diese wiederum unterscheiden sich von anderen entsprechend der jeweils ausgewählten Klaviatur und der von dieser normalerweise erwarteten Abklingzeit. Der Abklingverlauf wird darüber hinaus in gewissem Maße auch von der Art eines Pianos beeinflußt, das simuliert werden soll.

Die Enveloppe bzw. Ton-Hüllkurve 78 gelangt in den Modulator, wo sie die von dem Tongenerator 68 kommenden Schwingungen, die jeweils einem Klavierton entsprechen, so moduliert, daß anfänglich eine große Lautstärke und anschließend mit abnehmender Amplitude ein Tonverlauf entsteht, der einem konventionellen Saitenklavier entspricht. Die modulierten Schwingungen werden dann im Verstärker 72 verstärkt und anschließend vom Lautsprecher 74 in hörbare Schwingungen umgesetzt, wodurch der konventionelle Klavierklang nachgebildet wird.

Die vorstehende Erläuterung macht deutlich, daß die Erfindung mit recht einfachen Mitteln und unter Aufwendung minimaler Kosten eine Ton-HÜllkurve liefert, wodurch der Klang konventioneller Klaviere nachgebildet werden kann. Die maximale Amplitude der Hüllkurve hängt von der Anschlagstärke des Spielers ab, wie es auch bei konventionellen Klavieren üblich ist, und die Abklingzeit der Hüllkurve entspricht vorgegebenen Konstanten und ist - in ebenfalls üblicher Weise - durch den Dämpfer beeinflußbar.

Zusammengefaßt besteht die Erfindung also darin, daß eine mehr oder weniger konventionelle Klaviermechanik mit einem mit Filz verkleideten Hammer und einem von dem Hammer beaufschlagbaren piezo-elektrischen Generator verwendet wird,

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der ein Gleichspannungspotential abgibt, welches proportional zur Größe der Aufschlagkraft des Hammers ist. Das auf diese Weise erzeugte Potential steuert kurzfristig einen Transistor, auf, der seinerseits einen Kondensator lädt· Dieser Kondensator wird anschließend über einen Widerstand entladen, wodurch eine Tön-Hüllfcurve entsteht, mit der der Klang konventioneller Klaviere simuliert werden kann.

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Claims (10)

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   Ansprüche

   Vm Vorrichtung zum Erzeugen von Musiktönen, die eine Impulseinrichtung sowie eine finger-betätigte Taste aufweist, gekennzeichnet durch einen piezo-elektrischen Wandler (22), der von der Impulseinrichtung (12-18) impulsartig erregbar und an einen Potentialspeicher (62) angeschlossen ist, der seinerseits auf ein, der von dem Wandler {22) erzeugten Spannung entsprechendes Potential aufladbar und mittels einer Einrichtung (60,64) mit vorgegebener Geschwindigkeit entladbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum beschleunigten Entladen des Potentialspeichers, die mit der Taste (10) verbunden und beim Loslassen dieser Taste zuschaltbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum schnelleren Entladen des Potentialspeichers aus einem zusätzlichen Entladestrompfad (64,28, 26) besteht.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialspeicher ein Kondensator (62) ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladestrompfad des Potentialspeichers (62) ein elektrisches Ventil (56) liegt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialspeicher (62) an einen Modulator (66) angeschlossen ist, der außerdem

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   mit einem Oszillator (68) verbunden ist und dessen Schwingungen in Abhängigkeit vom Pegel der im Potentialspeicher gespeicherten Spannung moduliert; daß der modulierte Ausgang an einen Verstärker (72) angeschlossen ist, dessen Ausgang wiederum mit einem elektroakustischen Wandler, beispielsweise einem Lautsprecher (74) in Verbindung steht.
7. 7. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (22) einen piezoelektrischen Ring (30), eine Kontaktschiene (20) sowie für die Befestigung des Ringes an der Schiene einen Halter umfaßt, der einen Bolzen (24) od.dgl. umfaßt, welcher einen als Amboß für den auftreffenden Hammer (18) dienenden und. den Ring überlappenden Kopf (44) sowie einen Schaft (42) aufweist, der durch den Ring (30) und die Schiene (20) hindurchverlauft und federnd in Richtung von dem Kopf (44) weg vorgespannt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (24) od.dgl. aus Kunststoff besteht und daß zur Erzeugung der Federvorspannung im Schaft (42) eine Einrichtung vorgesehen ist, die an der dem Kopf (44) gegenüberliegenden Seite der Schiene (20) am Schaft (42) angreift und in diesem eine Zugspannung erzeugt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (24) od.dgl. aus Gummi besteht, das beim schlagartigen Auftreffen des Hammers auf dem Amboß sowohl eine radiale als auch eine axiale Kraft an den Ring (30) abgibt.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (24a) od. dgl. an dem dem Amboß, Kopf (44a) od«dgl. gegenüberliegenden Ende des Schaftes (42a) eine aus Gummi bestehende integrale Vergrößerung (48a) besitzt.

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