-
Berührungsempfindlicher Tastkreis für elektronische Musikinstrumente
Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Musikinstrumente und bezieht sich
insbesondere auf einen berührungsempfindlichen Tastkreis zur Verwendung in elektronischen
Musikinstrumenten.
-
Herkömmliche terührungsempfindliche Tastkreise für elektronische Musikinstrumente
besitzen den in Fig. 1 gezeigten Aufbau, der einen Tastknopf 1 mit den festen Kontakten
b und m und einem beweglichen Kontakt ö enthält. Der bewegliche Kontakt c ist mit
einem ersten Lade-Entladekreis 2, der aus einem Ladekondensator C1 und einem Entladewiderstand
R1 besteht, und der feste Ruhekontakt b mit einer Gleichstromquelle 3 verbunden.
-
Der Arbeitskontakt m ist über eine für den Strom in Sperrichtung undurchlässige
Diode 4 mit einem zweiten Lade-Entladekreis 5 verbunden, der aus einem Ladekondensator
C2 und einem Entladewiderstand R2 besteht. An dem zweiten Lade-Entladekreis 5 entsteht
ein Ausgangssignal W für die Tastung eines Tastkreises 6.
-
In diesem herkömmlichen berührungsempfindlichen Tastkreis 7 bleibt
der Kontakt c mit dem Kontakt b verbunden, solange kein (nicht dargestellter) Tastknopf
gedrückt ist, und daher wird der Kondensator 1 über diese Kontakte aus der Gleichstromquelle
3 aufgeladen. Unter diesen Bedingungen wird der Kondensator C1, wenn durch Drücken
eines Tastknopfes der Kontakt c zu einem Zeitpunkt t1 von dem Kontakt b gelöst und
zu einem späteren Zeitpunkt t2, wie in Fig. 2 dargestellt ist, mit dem Kontakt m
in Verbindung gebracht wird, über den Widerstand R1 während der Zeit dieses Drückens
(von t1 bis t2) entladen.
-
In diesem Zusammenhang ist die Entladungsgröße im Falle eines kurzen
Drückvorganges geringer als im Falle eines langen Drückvorganges. Daher besitzt
die Spannung der Kondensators C2 oder die Ausgangstastspannung W im Falle eines
kurz andauernden Drückvorganges (Kurve I) einen höheren Maximalwert als im Falle
des lang andauernden Drückvorganges (Kurven II und III). Dementsprechend ist es
offensichtlich, daß das akustische Volumen eines elektronischen Musikinstruments
entsprechend der Geschwindigkeit, mit der der Tastknopf gedrückt wird, gesteuert
werden kann, wenn diese Geschwindigkeit während des Spielens des elektronischen
Musikinstrumentes nach Wunsch verändert wird.
-
In einer derartigen, oben beschriebenen Schaltkreisanordnung fließt
jedoch, wenn der bewegliche Kontakt c des Schalters mit dem Kontakt m in Kontakt
gebracht wird, ein relativ hoher elektrischer Strom durch die Kontakte c und m und
die Diode 4, und daher können die Kontakte des Schalters 1 beschädigt werden.
-
Die Beschädigung der Kontakte wäre schwerwiegend, wenn die Bewegungszeit
der Kontakte des Schalters 1 extrem kurz wäre, da dann die verbleibende Spannung
sehr hoch wäre.
-
Weiterhin ist es aus Gründen des Leistungseffektes im'allgemeinen
notwendig, die Zeitkonstanten (C1R1 ( C2R2) del Ladeentladekreise so zu wählen,
daß die Zeitdauer h1 (Fig. 2) vou einem Zeitpunkt t1 an, bei dem der Kontakt c des
Schalters 1
von dem Kontakt b als Ergebnis eines Tastkopfdrücens
getrennt wird, bis -zu einem Zeitpunkt t2, bei dem der Kontakt c mit dem Kontakt
m während des gleichen. Drückvorgangs in Kontakt kommt, von der Größenordnung 5-10
ms bis 30 ms ist und daß die Zeitdauer h2 von dem Zeitpunkt t2 an, bei dem der Kontakt
c mit dem Kontakt m in Kontakt kommt, bis zu einem Zeitpunkt t3, bei dem der Kontakt
c durch Freilassen des Tastknopfe-s von dem Kontakt m getrennt wird, von der Größenordnung
1p5 s ist.
-
Daher ist es notwendig, Rondensatoren mit beträchtlich hohen Kapazitätswerten
für diese Lade-Entladekreise auszuwählen.
-
Hinzu kommt noch, daß, wenn die Zeitdauer h1, während der der Tastknopf
1 gedrückt wird, extrem lang gemacht wird, die gesamte in dem Kondensator C1 enthaltene
Ladungsmenge über den Widerstand R1 entladenwird mit dem Ergebnis, daß am Ausgang
keine Leistung mehr vorhanden ist.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen berührungsempfindlichen
Tastkreis für ein elektronisches Musikinstrument zu schaffen, in dem Kondensatoren
mit geringen Kapazitåtswerten in den Lade-Entladekreisen verwendet werden können,
wodurch die Kontakte eines Tastknopfes gegen Beschädigung durch elektrischen Strom
geschützt sind, wobei die oben beschriebenen Schwierigkeiten, die mit den herkömmlichen
berührungsempfindlichen Schaltkreisen verbunden sind, in Betracht gezogen worden
sind.
-
Dabei soll mit Sicherheit eine Ausgangsleistung erhalten werden, auch
wenn die Schaltzeit des Tastknopfschalters durch eine weiche Tastung verlängert
wird.
-
Gemäß der Erfindung ist eine Schaltung der oben beschriebenen Art
derart ausgebildet, daß weiterhin ein Transistor vorgesehen ist, dessen Basis mit
dem Arbeitskontakt, dessen Kollektor mit der Stromquelle und dessen Emitter mit
dem zweiten Lade-Entladekreis verbunden ist. Die Erfindung hat den Vorteil, daß
wie Erzeugung einer Tast-Ausgangsleistung gewährleistet wird, die genau der Geschwindigkeit
des Tastknopfdrückens entspricht, wobei das Ausgangsleistungsniveau während des
Drückvorganges irn wesentlichen gleichgehalten wird.
-
Bei der Erfindung kann ferner wahlweise entweder eine berührungsempfindliche
Tastspannung mit einem Niveau, das von der Knopfdrückgeschwindigkeit abhängig ist,
oder eine berührungsunabhängige Tastspannung mit einem Niveau, das von der Knopfdrückgeschwindigkeit
unabhängig ist, an den Tontastkreis abgegeben werden.
-
Die Erfindung soll sicherstellen, daß mit Sicherheit eine Ausgangsleistung
erhalten wird, wenn ein Tastknopf ganz langsam gedrückt wird, selbst wenn ein erster
Lade- und Entladekreis entladen worden ist, wodurch ein Pianissimoleistungseffekt
leicht und stabil erreicht werden kann, wenn es gewünscht wird.
-
Zur Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden
Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
-
Fig. 1 ist ein elektrisches Verbindungsschema, das einen herkömmlichen
berührungsempfindlichen Tastkreis in Verbindung mit einem Tontastkreis zeigt; Fig.
2 ist ein Diagramm, das Spannungskurven der Tastspannungen zum Zwecke der Beschreibung
der Arbeitsweise eines Schaltkreises nach Fig. 1 zeigt; Fig. 3 ist ein elektrisches
Verbindungsschema, das ein Beispiel eines berührungsempfindlichen Tastkreises gemäß
der Erfindung in Verbindung mit einem Tontastkreis zeigt; Fig. 4 und 5 sind Spannungsdiagramme
zur Beschreibung der Arbeitsweise eines Schaltkreises nach Fig. 3; Fig. 6 ist ein
äquivalentes Schaltkreisschema eines besonderen Teiles des in Fig. 3 gezeigten Schaltkreises
und Fig. 7 ist ein elektrisches Verbindungsschema, das ein anderes Beispiel der
vorliegenden Erfindung zusatnmen mit einem Tontastkreis zeigt.
-
Unter Bezugsnahme auf Fig. 3 enthält das in dieser Figur dargestellte
Ausführungsbeispiel der Erfindung einen berührungsempfindlichen Tastkreis 11 und
einen Tontastkreis 12, dessen Tastung durch ein Ausgangssignal W des berührungsempfindlichen
Tastkreises 11 gesteuert wird. Der Tontastkreis 12 ist selbst ein in der Technik
an sich bekannter Schaltkreis und umfaßt: einen Transistor 13 zur Aufnahme des Ausgangssignals
W des beruhrungsempfindlichen Tastkreises 11; einen Transistor 15 zur Aufnahme eines
musikalischen Tonsignals I, das an eine Eingangselektrode 14 für ein musikalisches
Tonsignal gegeben werden kann, und einen Transistor 16 zur Verstärkung eines Tastausgangssignals,
das durch die Transistoren 13 und 15 erzeugt worden ist, wobei ein musikalisches
Tonausgangssignal, dessen Kurvenverlauf durch die Form des Ausgangssignals W von
dem beruhrungsempfindlichen Tastkreis 11 definiert ist, an einer Ausgangselektrode
17 des Tastkreises 12 erzeugt wird.
-
Obgleich nur eine Kombination von Transistoren 13, 15 und 16 für ein
musikalisches Tonsignal I in Fig. 3 dargestellt ist, schließt dieses Beispiel in
der Praxis andere Kombinationen derselben Transistoren für andere musikalische Tonsignale
zusätzlich zu dem musikalischen Tonsignal I ein. Das Vorhandensein derartiger Kombinationen
ist durch das Bezugszeichen 18 in Fig. 3 angedeutet.
-
Der bewegliche Kontakt c eines Tastknopfes 21 in dem berührungsempfindlichen
Tastkreis 11 ist über einen Widerstand R7 miteinem ersten Lade-Entladekreis 22 verbunden,
der einen Ladekondensator C3 und einen Entladewiderstand R3 enthält, und ein Ende
des Kreises 22 liegt an einer Erdleitung-E. Weiterhin ist ein Ruhekontakt b des
Tastknopfschalters 21 mit einer Stromquelle +B (12 V) verbunden, und ein Arbeitskontakt
m ist mit der Basis eines Schalttransistors 23 verbunden. Der Kollektor des Transistors
23 ist mit der Stromquelle +B verbunden. Der Emitter des Transistors 2.3 ist mit
einem Ladekondensator C4 über einen Ladewiderstand R4 verbunden. Eine Elektrode
des Kondensators C4 ist geerdet, und seine andere Elektrode liegt ebenfalls über
den Widerstand R4, einen Entladewiderstand
fl und die Kontakte
b und c eines Schalters 27, der normalerweise geschlossen ist und gekuppelt mit
dem Tastknopf 21 bedient wird, an Erde. Auf diese Weise entsteht ein zweiter Lade-Entladekreis
28 mit dem Kondensator C4 und den Widerständen R4 und R5.
-
Das andere Ende des ersten Lade-Entladekreises 22 ist über einen Widerstand
R6 mit der Stromquelle +B verbunden. Der Widerstand R7 ist ein Begrenzungswiderstand,
der dazu dient, den elektrischen Strom zu begrenzen, der den Kondensator C3 auflädt.
-
In dem oben beschriebenen Schaltkreis stehen die Kontakte c der Tastknopfschalter
21 und 27 mit ihren entsprechenden Ruhekontakten b in Kontakt, und der Kondensator
C3 wird über die Kontakte b und c des Schalters 21 und den Widerstand R7 aus der
Stromquelle +B aufgeladen, solange der zugehörige Tastknopf nicht gedrückt ist.
In diesem Falle wird die durch Laden in dem Kondensator erzielte Spannung im wesentlichen
gleich der Spannung (12 V) der Stromquelle +B, wenn die Widerstandwerte der Widerstände
R3, R6 und R7 vorher so bestimmt werden, daß sie in der Beziehung stehen: R6 9 R7
und R3 t R7 Zur gleichen Zeit wird der Kondensator C4 über die Kontakte b und c
des Schalters 27 und die Widerstände R4 und R entladen. Daher befindet sich der
Transistor 23 im Zustand "Aus", und von dem Schaltkreis 11 wird kein Ausgangssignal
W abgegeben. Daher fließt in dem Tastkreis 12 kein Strom, und an der Elektrode 17
entsteht kein Tonausgangssignal.
-
Wenn die Kontakte c der Schalter 21 und 27 unter diesen Bedingungen
von ihren entsprechenden Ruhekontakten b bei einer Tastung zum Zeitpunkt t1 getrennt
werden, beginnt der Kondensator C3, sich über den Widerstand R3 zu entladen. Als
Ergebnis fällt eine Spannung Vc3, die über dem Kondensator C3 anliegt, von ungefähr
12 V mit der Zeitdauer ab und zwar mit einer Zeitkonstanden T1, die durch die Werte
des Kondensators C3 des Widerstandes R3 bestimmt ist, wie es in Fig. 4 dargestellt
ist.
-
Wenn dann unter diesen Bedingungen nach dem Absinken der Spannung
über dem Kondensator C3 der Kontakt c des Schalters 2'1 mit dessen Arbeitskontakt
m durch eine schnelle Tastung zum Zeitpunkt t2 in Kontakt gebracht wird, wird eine
relativ hohe Spannung V1, die in dem Kondensator C3 verblieben ist, an die Basis
des Transistors 23 über die Kontakte c und m des Schalters 21 angelegt. Wenn aber
der Kontakt c des Schalters 21 mit dessen Kontakt m zu einem anderen Zeitpunkt t3,
der nach dem Zeitpunkt t2 liegt, durch eine langsame Tastung in Kontakt gebracht
wird, wird eine Spannung V2 an den Transistor 23 angelegt, die geringerist als die
Spannung V1.
-
Wenn weiterhin der Kontakt c des Schalters 21 mit dessen Kontakt m
zu einem anderen Zeitpunkt t4, der'viel später als der Zeitpunkt t3 liegt, durch
eine außerordentlich langsame Ta-, stung in Kontakt gebracht wird, wäre der Kondensator
C3 längst innerhalb der Zeitdauer entladen worden, die während der -sehr langen
Tastung vergangen ist. Da jedoch über dem Kondensator C3 eine durch die Widerstände
R3 und R6 geteilte Spannung anliegt, wird die Spannung des Kondensators C3 gegen
diese Spannung entladen, und dementsprechend wird die resultierende Spannung an
dem Kondensator C3 niemals niedriger als diese geteilte Spannung werden.
-
Dieser Sachverhalt wird im folgenden näher erläutert. Wie in Fig.
6 dargestellt ist, besitzt der Lade-Entladekreis .22 eine Gleichstromquelle Ve,
deren Spannung gleich ist R3 Vc = R3 R 12 V, d.h. gleich einer Spannung, wie sie
über dem Widerstand R3 abfällt. Die Gleichspannungsquelle Ve ist mit einem äquivalenten
Widerstand r, der sich aus einer parallelen Kombination der Widerstände R3 und R6
zusammensetzt, in Reihe geschaltet, wodurch. eine Serienschaltung von r und Ve entsteht.-Diese
Serienschaltung ist einer Anordnung der Parallelschaltung mit dem Kondensator C)
äquivalent.
-
Wenn daher der Zeitpunkt t4 außerordentlich viel später liegt, wird
der Kondensator C3 entladen, bis die Spannung, die über
ihm abfällt,
gleich der Spannung Ve wird, woraufhin der Kondensator C3 aufhört, sich zu entladen
und die Spannung Vc beibehält.
-
Wenn also die Spannung V1, V2 oder Vc dem Transistor 23 zugeführt
wird, öffnet der Transistor 23, d.h. er wird leitend zum Zeitpunkt t2, t3 oder t4
in dem entsprechenden Maße, wie es durch die Spannung V1, V2 oder Vc gegeben ist.
Als Ergebnis wird der Kondensator C4 durch den auf diese Weise leitend gewordenen
Transistor 23 auf eine Spannung aufgeladen, die aufgrund eines Basis-Emitter-Spannungsabfalles
VBE geringer als die Spannung V1, Vz oder Vc ist, und die auf diese Weise erhaltene
Spannung des Kondensators C4 wird als Ausgangs spannung W des berührungsempfindlichen
Tastkreises 11 dem Tastkreis 12 zugeführt. Weil die Spannung Vc durch den Kondensator
C4 im wesentlichen konstant gehalten wird, ist in dieser Beziehung eine Ausgangsspannung
W mit mindestens einem Maximalwert, der der Spannung Vc entspricht, auch für eine
lange Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t7 sichergestellt.
-
Solange der Tastknopf gedrückt ist und der bewegliche Kontakt c des
Schalters 27 mit dem Arbeitskontakt m im Kontakt gehalten wird, wird die Ausgangsspannung
W im wesentlichen konstant gehalten und fällt nur sehr langsam durch ein Entladen
über den Transistor 23 ab.
-
Wenn unter diesen Bedingungen, bei denen ein berührungsempfindliches
Ausgangssignal W durch den Schaltkreis 11 erzeugt wird, die Kontakte c der Schalter
21 und 27 wieder mit dessen entsprechenden Kontakten b in Kontakt gebracht werden,
indem der Tastknopf losgelassen wird, liegt an dem Transistor 23 nicht mehr die
Ladespannung des Kondensators C) an. Zur gleichen Zeit wird der Kondensator C3 über
die Widerstände Rb und R7 aus der Stromquelle +B aufgeladen, während der Kondensator
C4 über die Widerstände R4 und R5 und den Schalter 27 entladen wird. Als Ergebnis
wird weiterhin keine Ausgangs spannung W des Schaltkreises 11 erzeugt, und der Schaltkreis
11 wird in seinen ursprünglichen
Zustand, in dem kein Tastknopf
gedrückt war, zurückgeführt. Folglich kommt kein Tonsignal mehr aus der Elektrode
17 heraus.
-
Auf diese Weise wird ein Arbeitszyklus des Schaltkreises 11, der durch
das Drücken eines Tastknopfes in Gang gesetzt wird, durchgeführt. In diesem einen
Arbeitszyklus haben die Ausgangssignale W des Schaltkreises den in Fig. 5 dargestellten
Verlauf. Die Kurven W1, W2 und W3 steigen mit einer Zeitkonstanten an, die hauptsächlich
durch die Kapazitätswerte des Kondensators C4 und den Widerstandswert des Widerstandes
R4 bei den entsprechenden Zeitpunkten t2, t3 und t4 bestimmt ist und besitzen weiterhin
einen Abfall zu einem Zeitpunkt t mit einer Zeitkonstanten,' die hauptsächlich durch
den Kapazitätswert des Kondensators C4 und die Widerstandswerte der Widerstände
R4 und R5 bestimmt ist. Die Maximalwerte dieser Kurven entsprechen den Zeitdauern,
die zum Schalten der Tastknopfschalter ?1 und 27 erforderlich sind, d.h., den Geschwindigkeiten,
mit denen die Tastknöpfe gedrückt werden.
-
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung-, wie es in Fig.7 dargestellt
ist, besitzt einen berührungsempfindlichen Tastkreis 11, der zusätzlich einen Umschalter
25 enthält, der mit Schaltkontakten j und k ausgestattet ist. Der Kontakt j ist
mit dem Kontakt b eines Tastknopfschalters 21 verbunden, während der Kontakt k mit
dem Kontakten des Tastknopfschalters 21 über einen Widerstand 26 und, wenn erforderlich,
eine Diode 27 verbunden ist. Weiterhin ist ein beweglicher Kontakt 1 mit einer Stromquelle
+B verbunden. Die Diode 27 dient zum Abblocken eines Stromes in Sperrichtung in
dem Fall, wenn eine Mehrzahl von berührungsempfindlichen Tastkreisen bei Verwendung
eines gemeinsamen Umschalters 25 umgeschaltet werden. Die anderen Bauteile und ihre
Anordnungen sind dieselben wie die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen.
-
In dem oben beschriebenen Schaltkreis kann ein berührungsempfindliches
Ausgangssignal des Schaltkreises 11 durch Verbinden
des beweglichen
Kontaktes 1 mit dem Kontakt j erhalten werden.
-
Die anderen allgemeinen Arbeitsweisen des Schaltkreises sind dieselben
wie die in Verbindung mit Fig. 3 oben beschriebenen.
-
Wenn ein berührungsunempfindliches Ausgangs signal von dem Schaltkreis
11 erzeugt werden soll, wird der bewegliche Kontakt 1 mit dem Kontakt k in Kontakt
gebracht. Wenn unter diesen Bedingungen die Kontakte c der Schalter 21 und 27 mit
ihren entsprechenden Kontakten m durch eine Tastung, d.h.
-
durch ein Drücken eines Tastknopfes, in Kontakt gebracht werden, wird
durch die Stromquelle +B eine vorherbestimmte Spannung an die Basis des Transistors
23 über den beweglichen Kontakt 1, den Kontakt k, den Widerstand 26, die Diode 27
und die Kontakte c und m des Schalters 21 angelegt.
-
Als Ergebnis wird der Kondensator C4 auf eine Spannung aufgeladen,
die der vorherbestimmten Spannung entspricht, und die auf diese Weise erhaltene
Spannung des Kondensators C4 wird ein berührungsunempfindliches Ausgangssignal W
des Tastkreises.
-
In dieser Beziehung ist die vorherbestimmte Spannung durch die Widerstände
26, R7 und R3, die Diode 27 und die Stromquelle +B bestimmt.
-
Auf diese Weise erzeugt der Tastkreis 12 ein musikalisches Tonsignal,
das eine Gestalt mit einem bestimmten Niveau besitzt, welches durch das konstante
Ausgangssignal W getastet ist.
-
biese Arbeitsweise des Schaltkreises 12 ist die gleiche wie die normale
Arbeitsweise eines herkömmlichen Tontastkreises für ein elektronisches Musikinstrument,
der keinen berührungsempfindlichen Schaltkreis besitzt.
-
Wie oben beschrieben, können gemäß der Erfindung sowohl das berührungsempfindliche
Ausgangssignal, das in dem Tastkreis ein musikalisches Tonsignal mit einer Signalform
erzeugt, die ein durch die Tastgeschwindigkeit bestimmtes Niveau besitzt, als auch
das berührungsunempfindliches Ausgangssignal, das in dem Tastkreis ein musikalisches
Tonsignal erzeugt, welches
eine Signalform mit einem vorherbestimmten
Niveau unabhängig von der Tastungsgeschwindigkeit besitzt, wahlweise sofort durch
bloßes Umschalten des Schalters 25 ohne weitere mühsame Operationen erhalten werden;
Zusätzlich kann die Erzeugung des berührungsempfindlichen Ausgangssignals in dem
Fall, wenn die Tastung nach Wunsch schnell oder langsam ausgeführt wird, um ein
berührungsempfindliches Ausgangs signal zu erhalten, auch sichergestellt werden;
Zu diesem Zweck können die Werte der Kapazitäten der Lade-Entladekreise beträchtlich
kleingehalten werden, weil die Anstiegs-und Abfallszeiten des berührungsempfindlichen
Ausgangssignals einen geringen Wert von der Größenordnung 50 ms besitzen.
-
Obgleich ein Beispiel beschrieben worden ist, bei dem der bewegliche
Kontakt 1 des Umschalters 25 mit einer normalen und festen Stromquelle +B verbunden
ist, ist es auch weiterhin möglich, den beweglichen Kontakt l mit einer Stromquelle
zu verbinden, deren Spannung verstellbar ist und die getrennt angeordnet werden
kann, und dann das Niveau des berünrungsempfindlichen oder des berührungsunempfindlichen
Ausgangssignals W durch Einstellen der Spannung an der verstellbaren Stromquelle
nach Wahl einzustellen.
-
In den'beigefügten Zeichnungen ist nur ein berührungsempfindlicher
Tastkreis 11 dargestellt, aber in der Praxis ist eine Vielzahl von berührungsempfindlichen
Tastkreisen vorgesehen.
-
In diesem Fall kann ein Umschalter 25 zusammen für diese Vielzahl
von berührungsempfindlichen Tastkreisen vorgesehen werden, so daß die Kontakte j-und
k des Schalters 25 mit dem Kontakt b des Schalters 21 rund dem Widerstand 26 in
jedem einzelnen berührungsempfindlichen Tastkreis verbunden sind.