DE2405882A1

DE2405882A1 - Elektronische musikinstrumente

Info

Publication number: DE2405882A1
Application number: DE19742405882
Authority: DE
Inventors: Roger David Covell; Warwick Harvey Holmes; Antoni Emil Karbowiak
Original assignee: Unisearch Ltd
Current assignee: Unisearch Ltd
Priority date: 1973-02-08
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1974-08-29
Also published as: GB1463560A; JPS5047610A; AU6541374A

Description

DR.-ING. G. RIEBLING

Γ Ί

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Rennerle 10 ■ Postfach 3160

Betreff: 7. Februar 1974

UNISEARCH LIMITED
221-227 Anzac Parade, Kensington, New South Wales, 2o33

Elektronische Musikinstrumente

Diese Erfindung betrifft eine neue Gattung von Musikinstrumenten, die im Folgenden Timbron genannt werden. Jedes Instrument unterscheidet sich von den bisher hergestellten elektronischen Instrumenten, in dem es ähnlich einem herkömmlichen Musikinstrument einen eigenen karakteristischen Bereich der Klangfarbe besitzt, dessen Qualität eine Funktion des Verfahrens des Angreifens des

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Spielers und seiner Geschicklichkeit ist.

Ferner ist die Klangfarbe unter der direkten unmittelbaren und unbegrenzt flexiblen Kontrolle des Spielers. Instrumente dieser Art kombinieren die Vorteile elektronischer Tonquellen mit den erwünschten Spieleigenschaften herkömmlicher Instrumente.

Ein Timbron umfasst in einer bevorzugten Form vier Grundbauteile:

(1) das Elektronikbauteil

(2) das Zwischenbauteil

(3) das Tastbetätigungsglied, und

(4) das Ausgangsbauteil

Diese Bauteile werden später ausführlicher beschrieben, aber ihre Hauptfunktionen sind wie folgt. Der Spieler erzeugt ( indirekt) die gewünschten Töne durch handhaben des Tastbetätigungsgliedes, welches seinerseits über das Zwischenbauteil dem Elektronikbauteil befiehlt- die'Töne zu erzeugen, welche durch das Ausgangsbauteil hergestellt werden.

Es soll eingesehen werden, dass obwohl einige der obigen Funktionen durch Bauteile ausgeführt werden, die bei einigen bestehenden Musikinstrumenten gefunden werden ( z.B. Elektronikorgeln) die vorliegende Erfindung eine anzigartige Kombination von Bauteilen ungewöhnlicher Eigenschaften darstellt, was eine Anlage ergibt,

die in der Lage ist einen weiten Bereich von Tönen herzustellen, deren Klangfarbe unter der unmittelbaren Kontrolle des Spielers ist.

Eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die belügenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Instrumentes;

Fig. 2 eine spezielle Ausführungsform eines Tastbetätigungsgliedes;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Tastbetätigungsgliedes von Fig. 2,und

Fig. 4 eine Ausführungsform eines Nachbildners, der als das oben erwähnte ElektronikbauteLl verwendet werden kann.

In Fig. 1 enthält ein reproduzierendes Tonbauteil ( 4) eine herkömmliche tonverstärkende und reproduzierende Ausrüstung.

Das Elektronikbauteil (1) ist eine Vorrichtung, welche eine Wellenform einer Ausgangsspannung herstellt, deren Parameter ( wie beispielsweise die Freguenzen und Amplituden ihrer Spectralkomponenten, von welchen alle im allgemeinen zeitvariierend sind) durch Signalspannungen gesteuert werden,

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die an ihre verschiedenen Steuereingänge angelegt werden. Es ist diese Eigenschaft, welche dem Instrument schliesslich ermöglicht, musikalische Töne herzustellen, deren Qualität (Klangfarbe) unter der unmittelbaren Kontrolle des Spielers ist.

Das Zwischenbauteil (2) übersetzt die elektrischen Signale, die aus dem Bauteil (3) kommen, in eine geeignete Form, um das Elektronikbauteil (1) zu betreiben. Die speziellen Eigenschaften der Instrumente sind nicht kritisch abhängig von den Eigenschaften des Zwischenbauteils (2), welches in einigen Fällen weggelassen werden könnte.

Das Bauteil (3) des Tastbetatigungsglxedes ist die Vorrichtung, welche durch den Spieler betätigt wird. Es ist ein wesentlicher Teil der Erfindung und enthält elektromechanische Wandler, deren elektrische Ausgangssignale an die Eingänge des Zwischenbatfeils (2) angelegt werden. Diese Ausgangssignale enthalten Information über die Art, auf welche der Spieler auf das Tastbetätigungsglied einwirkt (z.B. Stellungs-, Kraft-, Biege- oder Verwindungsinformation). Viele verschiedene Formen von Tastbetätigungsglxeder sind ins Auge gefasst, sodass verschiedene Spielhandlungen verwertet werden können. Z.B. werden verschiedene Formen von Betätigungsgliedern verwendet und die Spielhandlungen umfassen solche verschiedene Aktivitäten wie blasen mit den Lippen, zupfen mit den Fingern,

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schlagen mit der Hand oder mit verschiedenen Werkzeugen etc. Die Kräfte, Biegebewegungen, Drehmomente, Verschiebungen, Stellungen, bei welchen Kräfte ausgeübt werden etc., welche durch den Betätiger erfahren werden, können dann durch Verwendung verschiedener elektromechanischer Wandler abgetastet werden, wie beispielsweise Dehnungsines streif en, Piezoelektrische Vorrichtungen, Fototransistoren, variable Kapazitätsoder Induktivitätsvorrichtungen, Schichtwiederstands- oder Drahtwiederstandspotentiometer etc.

Fig. 2 stellt eine spezielle Ausfuhrungsform des Tastbetätigungsgliedes (3) in der Gestalt eines langen, flachen Stabes dar. Dieser Stab kann entweder zwischen den Beinen und Armen in der Art eines " Cello " umfangen oder vor dem Körper in der Art und Weise verschiedener Arten von Gitarren gehalten werden. Ausserdem kann er horizontal auf einen Tisch oder anderer Unterlage gelegt werden. Seine Abmessungen basieren auf Überlegungen der Leichtigkeit des Spielens in diesen Stellungen, wobei sie bestimmt sind, durch die Erfordernisse nach klarer Tastdifferenzierung der Tonhöhe des Angriffes der Lautstärke Klangfarbe etc. Eine oder mehrere Abmessungen der Klangfarbensteuerungen können verwendet werden. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist 2.1 der Körper des Timbrons und 2.2 seine aktive Oberfläche. Die aktive Oberfläche, welche aus einem Wiederstandsmaterial hergestellt ist, wie beispielsweise leitender Gummi oder leitendes Papier, wird durch Signale von dem Bauteil 2 über das Kab-els 2.3 erregt. Unter

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der aktiven Oberfläche sind vier piezoelektronische Wandler (2.4a,b,c,d ) befestigt die angeordnet sind, wie in Fig. 2 angegeben. Fig. 3 stellt Stellungen der piezoelektrischen Warrller in einer Querschnitts zei chnung dar. Diese Ausführungsform des Tastbetätigungsgliedes wird gespielt durch die Berührung der aktiven Oberfläche durch den Spieler mit einem Finger oder einem anderen Hilfsmittel. Mittels Schalten eines Stromes durch die leitende Oberfläche,abwechselnd in der x- und y-Richtung ist es möglich durch,bekannte Anordnungen elektrische Ausgangssignale zu erhalten, welche den χ und y Koordinaten an dem Punkt proportional sind, an welchem das Papier berührt wird. Die Ausgänge von den piezoelektrischen Wandlern können gleichermassen Information über die Kraft liefern, welche verwendet wird, um das Betätigungsglied zu berühren. Diese Ausgangssignale werden auf verschiedene Weise verwendet, um den schliesslichen Tonausgang von dem Timron ( über die Bauteile (2) (1) (4) in Fig. 1) zu steuern. Z.B. kann das Instrument einen Klang erzeugen, dessen Tonhöhe durch die Längskoordinate χ bestimmt wird und dessen Qualität (Klangfarbe ) teilweise durch die Koordinate y bestimmt wird. Insbesondere kann die Tonhöhe des Klanges hoch sein, wenn der Finger nahe dem Ende A angebracht wird, und niedrig, wenn der Finger nahe dem Ende B angebracht wird. Auf gleiche Weise kann das Anbringen des Fingers nahe der Kante C einen reinen sinusförmigen Ton erzeugen, während das Bewegen des Fingers dichter an die Kante D eine Anreicherung der Teileinheiten ergeben, die die Grund-

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einheit begleiten. Gleichermassen kann die von den druckempfindlichen piezoelektrischen Wandlern erhaltene Kraftinformation dazu verwendet werden, die anderen Parameter der Klangfarbe zu steuern; z.B. kann sie verwendet werden Töne zu erzeugen die gedämpft sind, wenn die ausgeübte Fingerkraft niedrig ist und laut,wen-i die ausgeübte Kraft gross ist. Ferner kann das Muster der Kraftverteilung unter den vier piezaa.ektrisch.en Wandlern verwendet werden, andere Parameter der Klangfarbe zu steuern ( z.B. die Amplituden der speziellen Teileinheiten oder die verschiedenen Parameter , die die Envelope des erzeugten Tones beschreiben). Darüber hinaus können, wenn gewünscht alle diese Effekte kombiniert werden, um . Kreuzkopplungseffekte zwischen den verschiedenen Funktionen zu erzeugen. Z.B. ist es möglich, die Signale von der aktiven Oberfläche und den piezoelektrischen Wandlern dieser Art zu kombinieren, das wenn die Intensität des Spielens des Instrumentes erhöht wird, die Proportionen der Teileinheiten als auch die Envelope des erzeugten Tones in einem Ausmass modifiziert werden, das durch die " Abstimmung " des Instrumentes bestimmt ist. Der Künstler stellt die Abstimmung nach seinen Wünschen vorher ein.

Das Elektronikbauteil (1) kann betrachtet werden als ein Nachbildner oder Spezialzweck-Compiuter. Wie oben beschrieben besteht seine Aufgabe darin, eine zeitvariierende Spannung herzustellen, die dann durch das Ausgangsbauteil (4) in Ausgangstonwellen umgesetzt wird. Das Bauteil (1) wird durch Signale gesteuert, die ihren Ursprung im Bauteil (3) haben und durch

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das Bauteil (2) modifiziert werden. Um den erforderlichen Grad der Steuerung über die vielen akustischen Parameter der Ausgangstonwelle "zu erhalten, ist es erwünscht, dass das Bauteil (1) ein sehr flexibles Bauteil ist, das diesen vielen akustischen Parametern erlaubt individuell durch den Spieler gesteuert zu werden.

Eine Ausführungsform des Elektronikbauteils (1) ist der in Fig. 4 in Form eines Blockschaltbildes dargestellte additive Nachbildner. Alle Steuersignale (4.1, 4.5, 4.9, 4.14, 4.18) werden von dem Zwischenbauteil (2) erhalten und werden selbst Iet2ten Endes durch Spieler gesteuert. Der Nachbildner ist in dieser Ausführungsform von additiver Art, welches bedeutet, dass einzelne Komponenten des Ausgangssignals s(t) (4.15) separat hergestellt und einzeln modifiziert werden vor der endgültigen Addition um s (t) herzustellen. Diese Form des Nachbildners erlaubt grosse Flexibilität der Steuerung der Parameter des Ausgangssignals s(t). Obwohl er im prinzip für mehr in der Lage ist, wird der Ausgang eines solchen Nachbildners gewöhnlich als eben eine " Note " angesehen, sodass diese Ausführungsform des Nachbildners eine Monophone (eine Note auf einmal ) Version des Timbrons ergibt. Mit einem zusätzlichen Bauteil würde es möglich sein, mehrere solcher Nachbildner ( welche zusammen das Elektronikbauteil (1) bilden würden ), von einem Einzigen Zwischenbauteil (2) zu steuern ; wir würden dann ein polyphones ( viele Noten auf einmal) Timbron haben. Die

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— Q —

in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform des Nachbildners fungiert wie folgt. ( Alle Signale in der folgenden Beschreibung sind Spannungen, die im Allgemeinen Funktionen der Zeit sind ). Das Steuersignal 4.1 der Tonhöhe steuert die Freguenz'f des Steueroscillators 4.2. Der Ausgang dieses Oscillators sieht ein Bezugssignal 4.3 bei der Freguenz f für den Verzerrer 4.4 vor. Bei der Abwesenheit der freguenzversetzten Steuersignale · 4.5 besteht die Funktion dieses Verzerrers darin, periodische Signale x,, X₉,...... χ (4.6 ) bei harmonisch bezogenen Fre-

guenzen f, 2f,3f , nf, herzustellen, wo die Grundfreguenz f

proportional f ist.Wenn Signale an die freguenzversetzten Steuerleitungen 4.5 angelegt werden, sind die Signale χ ....X_n

( 4.6 ) bei Freguenzen f,2f + f_ 3f + f₃ nf + f

wo die Versetzungen f„, f., f von den freguenzversetzten

Steuersignalen 4.5 abhängen. Diese Signale 4.5 werden dann an ein Additionsnetzwerk 4.7 angelegt. Die Ausgangssignale y , y-....

y (4.8) dieses Netzwerkes sind lineare Kombinationen der Eingagnssignale 4.6 (d.h. y. = a..,, x, + a.~/ X₂ ^{+ a}in' ^xn^f

j = 1,2 m) wo die Gewichte a._fc (j = l— m;k=l— n)

Funktionen der Signale auf den AdditionsSteuerleitungen 4.9 sind. Die Ausgangssignale y , y_o....y_ von diesem Netzwerk werden in den Modulationsnetzwerk 4.Io individuell Amplituden moduliert . und erzeugen Signale Z₁, Z₀ ζ (4.11) wo z. = k., y. (j = 1 m)

Λ. /. ILL ■ JJJ

Die Modulationssignale ^₁ ,k₂ k_m (4.12 ) werden durch die

Envelopegeneratoren 4.13 hergestellt, welche selbst durch Signale

409835/070 7- ίο -

- Io -

auf den Envelopesteuerleitungen 4.14 gesteuert werden. ( die Signale 4.14 beeinträchtigen verschiedene Eigenschaften der Signale 4.12 einschliesslich ihrer. Amplituden). Das schliessliche Ausgangssignal s (t) (4.15) wird dann hergestellt durch addieren der Signale Z₁, Z₉ ζ in dem

, J- ^* ILL

Additionskreis 4.16 und modiieren des erhaltenen Signals in der Multiplizierschaltung 4.17 . Dies ergibt eine Ausgangsspannung, gegeben durch s (t) = a(t) (z + z„+ + ζ ),

wo a {t) das Signal auf der Steuerleitung 4.18 der Lautstärke ist.

Die verschiedenen Schaltkreise in der Ausführungsform des Nachbildners in Fig. 5 könnten alle verwirklich werden, durch Verwenden von monolitisehern integrierten Transistorschaltkreis. Entweder digitaler oder analoger ( einschl. linearer ) intregrierter Schaltkreis könnte für die meisten der Schaltkreise verwendet werden, obwohl einige Funktionen ( einschl. einige der Steuerfunktionen und der Verzerrung) leichter mit digitalem Schaltkreis verwirklicht werden können; gleichermassen können einige Funktionen ( z.B. die Modulatoren ) zweckmässiger Weise verwirklicht werden unter Verwendung von analoger Schaltung. Die Signale ( wie beispielsweise 4.3 und 4.6 ) , welchen Freguenzen zugewiesen werden, könnten eine periodische Wellenform sein (z.B. Sinuswellen oder Recheckwellen ); eine spezielle Wahl der Wellenformen kann zu günstigen,ausführliehen

4 0 9 8 3 5 /Ό¥θ7

Schaltungsausführungsformen dieses Nachbildners führen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Eine Tombron benannte Klasse von elektronischen Musikinstrumenten, welche die Eigenschaft aufweisen, dass die Qualität oder die Klangfarbe der durch sie hergestellten Töne durch den Spieler für virtuose Leistung gesteuert, bestimmt und verwertet werden kann, wobei dies augenblicklich und mit grosser Genauigkeit und Wiederholbarkeit geschieht, dadurch gekennzeichnet, dass die Töne durch Elektronikbauteile (1) , Zwischenbauteile (2), Betätigungsbauteile und Ausgangsbauteile (4) gesteuert werden.

2. Musikinstrument nach Anspruch 1,dadurch geken nz e i chnet, dass ein Zwischenbauteil (2) und ein dem Ton reproduzierendes Bauteil (4) vorhanden ist, welches ansprechend auf die spezielle Art des Angriffes durch den Spieler Töne erzeugen kann.

3. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Tätigkeiten des Spielers in elektrische Signale umwandelt, die in der Lage sind im Zusammenhang mit den Tonbauteilen (4) Töne zu erzeugen.

4. Musikinstrument nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Tastbetätigungsglied ein Stab ist, der

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ein gekrümmtes Wandlerbauteil aufweist.

5. Musikinstrument nach Anspruch 1,dadurch gekenn ζ ei chnet, dass das Elektronikbauteil die Form eines additiven Nachbildners aufweist.

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