DE2511199A1

DE2511199A1 - Elektronisches musikinstrument

Info

Publication number: DE2511199A1
Application number: DE19752511199
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Niinomi
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1974-03-15
Filing date: 1975-03-14
Publication date: 1975-09-18
Also published as: US3948137A; DE2511199B2; DE2511199C3; JPS50123454A

Description

35 96 19 Telex 07256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

NIPPON GAKKI SEIZO KABUSHIKI KAISHA, 10-1, Nakazawa-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken (Japan)

Elektronisches Musikinstrument

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit einer Tastaturschaltung zur Erzeugung eines die jeweilige Tonhöhe bestimmenden Spannungssignals, dessen Spannungswert der Note der jeweils betätigten Taste entspricht und mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der in Abhängigkeit von dem die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignal der Tastaturschaltung ein Tonsignal erzeugt, dessen Tonhöhe durch das die Tonhöhe bestimmende Spannungssignal bestimmt ist, wobei die Tastaturschaltung ein Spannung st ei Ie met ζ werk mit gleichen in Reihe geschalteten ersten Widerständen aufweist, deren Verbindungspunkte jeweils über dritte Widerstände gleichen Wertes an einem Bezugspotential liegen und denen tastenbetätigte Tastenschalter, sowie eine Gleichspannungsquelle zugeordnet sind.

Bei elektronischen Musikinstrumenten ist es üblich, einen spannungsgesteuerten Oszillator (im folgenden VCO genannt) als Tongenerator zu verwenden. Die Verwendung eines VCO ergibt eine wesentliche Vereinfachung der Tonerzeugungsschaltung eines monophonen elektronischen Musikinstrumentes. Ein derartiges elektronisches Musikinstrument ist in der Regel entsprechend Fig. 1 so aufgebaut, daß ein eine Tonhöhe

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bestimmendes Spannungssignal mit einem der Note einer betätigten Taste der Tastatur entsprechenden Spannungswert von einer Tastaturschaltung 1 abgeleitet und dann dem VCO eingekoppelt wird. Der VCO 2 erzeugt ein Tonsignal, dessen Tonhöhe durch das die Tonhöhe bestimmende Spannungssignal bestimmt ist. Das Tonsignal wird einem Tonfarbfilter 3 zugeführt, in dem dem Tonsignal die jeweils gewünschte Tonfarbe verliehen v/ird. Das Ausgangssignal des Tonfarbfilters 3 wird durch, ein nicht weiter dargestelltes Reproduktionssystem wiedergegeben.

Es wurde auch schon ein elektronisches Musikinstrument entsprechend Fig. 2 entwickelt. Hierbei sind ein spannungsgesteuertes Tiefpassfilter 12 (im weiteren VCF genannt) und ein spannungsgesteuerter Verstärker 13 (im weiteren VCA genannt) in Reihe an den Ausgang des VCO 11 angeschlossen. Der VCO 11 erzeugt ein Tonsignal in Abhängigkeit von dem die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignal der Tastaturschaltung 14; das Tonsignal wird dann dem VCF 12 eingespeist. Das VCF 12 ist außerdem an die Tastaturschaltung 13 derart angekoppelt, daß seine Grenzfrequenz sich jeweils entsprechend dem Spannungswert des die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignals ändert.

Die Tastaturschaltung 14 erzeugt zusätzlich zu dem die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignal ein £uslösesignal, das von der Betätigung einer Taste der Tastatur herrührt. Das Auslösesignal steuert Wellenformgeneratoren 15, 16, 17. Die einzelnen Wellenformgeneratoren erzeugen in Abhängigkeit von dem Auslösesignal ein . Wellenformsignal, dessen Spannungswert als Funktion der Zeit sich ändert. Die Ausgangsspannungen der Wellenformgeneratoren 15, 16, 17 werden dem VCO 11, dem VCF 12 und dem VCA 13 eingekoppelt. Die Schwingungsfrequenz des VCO 11, die Grenzfrequenz des VCF 12 und die Verstärkung des VCA 13 werden vorübergehend entsprechend

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den Wellenformen der Steuerspannungen beeinflußt, wodurch sich spezielle Toneffekte ergeben. Einzelne Parameter steuernde Spannungsgeneratoren oder Potentiometer 18, die von dem Spieler betätigt werden, sind dazu vorgesehen, um die einzelnen Parameter der Steuer-Wellenformsignale der Wellenformgeneratoren 15, 16, 17 derart zu beeinflussen, daß die Wellenformen der Signale verändert werden. Auf diese Weise können Toneffekte von dem Spieler wunschgemäß frei hervorgerufen werden.

Die Ausgangsgröße des VCA 13 wird einem Wiedergabesystem zugeführt, das einen Kraftverstärker 19 und einen Lautsprecher 20 enthält.

Bei Verwendung eines VCO gemäß den Fig. 1, 2 ist es notwendig, daß die Spannungswerte der die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignale der Tastaturschaltung sich exponentiell in der Reihenfolge der Tonhöhen im Falle der temperierten Tonleiter (gleichschwebende Temperatur) ändern. Da bei der gleichschwebend temperierten Tonleiter das Frequenz-

1/12 verhältnis zweier benachbarter Töne 2 ist, ist es notwendig, Spannungssignale entsprechend dem Frequenzverhältnis der gleichschwebend temperierten Tonleiter zu erzeugen; d.h., daß Spannungsverhältnis der die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignale, welche zwei benachbarten Ta-

1 /12 sten der Tastatur entsprechen, muß 2 ' sein.

Fig. 3 zeigt eine bekannte Tastaturschaltung, wie sie in der Praxis bekannt ist. In dieser Fig. sind einpolige

Zweiwegeschalter S₁, S₀, S, S - und S in der Rei-

henfolge der Tonhöhe bezüglich ihrer normalerweise geschlossenen feststehenden Kontakte und ihrer beweglichen Kontakte in Reihe geschaltet. Die normalerweise offenen feststehenden Kontakte der Tastenschalter S-, S- bis S₁ und S sind jeweils an einen Verbindungs- oder Spannungsteilerpunkt einer Anzahl mit einer Gleichspannungsquelle E

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in Reihe geschalteter Widerstände RO jeweils gleichen Wertes verbunden. Das die Tonhöhe bestimmende Spannungssignal wird von dem beweglichen Kontakt des an der äußersten rechten Seite der Tastenschalteranordnung befindlichen Tastenschalters S , der von der dem höchsten Ton der Tastatur zugeordneten Taste betätigt wird, abgeleitet. Das bedeutet, daß die Tastenschalteranordnung nach Fig. 3 derart aufgebaut ist, daß sie einen höheren Ton bevorzugt bzw. diesem Ton den Vorrang gibt. Andererseits ändert sich bei dieser Tastaturschaltung die Spannung des die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignals lediglich in linearer Abhängigkeit bezüglich der Noten der Tasten. Demgemäß ist es notwendig einen Exponentialverstärker 30 am Ausgang des Tastenschalters S vorzusehen, um die lineare Spannungsänderung in die exponentielle Spannungsänderung umzusetzen.

Da bei der Schaltung nach Fig. 3 das die Tonhöhe bestimmende , Spannungssignal über die in Reihe geschalteten Tastenschalter abgeleitet wird, ist es notwendig, sehr betriebssichere Tastenschalter zu benutzen, andernfalls würden sich Beeinträchtigungen der Tastenschalterkontakte, beispielsweise Kontaktwiderstände, aufsummieren und die Höhe eines die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignales beeinflussen. Ein einpoliger Zweiwegetastenschalter ist aber wegen seines komplizierten Aufbaus hinsichtlich der Zuverlässigkeit unerwünscht.

Fig. 4 veranschaulicht eine weitere in der Praxis bekannte Tastaturschaltung. Tastenschalter S.., S₂ .... S _₁ und S , die den gleichen Kontaktaufbau, wie die Schalter nach Fig. 3 haben, sind in ähnlicher Weise miteinander verbunden. In einem Spannungsteilernetzwerk sind eine Anzahl erster Widerstände r, die jeweils einen gleichen Wert aufweisen, miteinander in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung der ersten Widerstände r an einem Ende, d.h. auf der Seite des höchsten Tones an eine Gleichstromquelle E und an dem anderen Ende, d.h. auf der Seite des niedrigsten Tones über einen

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zweiten Widerstand R₁ an Erde gelegt ist. Eine Anzahl dritter Widerstände R gleichen Wertes liegen zwischen den.Verbindungspunkten von jeweils zwei ersten Widerständen r und Erde. Jeder Verbindungspunkt ist außerdem an einen normalerweise offenen feststehenden Kontakt des zugeordneten Tastenschalters angeschlossen.

Wenn die nachfolgend genannten Beziehungen zwischen den Widerständen r, R^ und R eingehalten werden, ergeben sich an der Ausgangsklemme 0 ohne Benutzung eines Exponentialverstärkers die Tonhöhe bestimmende Spannungssignale, die sich exponentiell bezüglich der Noten ändern:

~ 1/12 _Λ ,
= 2 ' - 1 und

r _ ₀ 1/12 „ -1/12

Die Merkmale der Tastaturschaltung nach Fig. 4 bestehen im wesentlichen darin, daß das Spannungsteilernetzwerk unmittelbar an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und daß bei einer Tastenbetätigung das die Tonhöhe bestimmende Spannungssignal über einen oder mehrere der in Reihe geschalteten Tastenschalter von dem jeweiligen Spannungsteilerpunkt abgeleitet wird. Der Grund, warum die Tastenschalter mit kompliziertem Kontaktaufbau bei der Schaltung nach Fig. 4 benutzt werden, liegt darin, daß sichergestellt werden muß, daß von der Ausgangsklemme ein die Tonhöhe bestimmendes Spannungssignal abgeleitet wird, das exakt dem höchsten oder niedersten Ton der betätigten Tasten entspricht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem spannungsgesteuerten elektro-

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nischen Musikinstrument eine Tastaturschaltung zu schaffen, die es gestattet, entsprechend der gleichschwebend temperierten Tonleiter die Tonhöhe bestimmende Spannungssignale zu erzeugen, deren Spannungswerte sich bezüglich der Noten jeweils exponentiell ändern, und zwar ohne Verwendung eines Exponentialverstärkers, oder von Tastenschaltern, die einen komplizierten Kontaktaufbau aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte elektronische Musikinstrument erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der ersten Widerstände einenends an eine Ausgangsklemme angeschlossen ist, die über einen zweiten Widerstand mit dem Bezugspotential verbunden ist und daß die einzelnen Tastenschalter jeweils zwischen der Gleichspannungsquelle und einem Verbindungspunkt benachbarter erster Widerstände sowie den Endpunkten der Reihenschaltung der ersten Widerstände liegen.

Um entsprechend der gleichschwebend temperierten Tonleiter die Tonhöhe bestimmende Spannungssignale zu erzeugen, die bezüglich der Noten sich exponentiell unterscheiden, ist es vorteilhaft, die Widerstandswerte der ersten, zweiten und dritten Widerstände r, R₁ und R entsprechend den nachfolgenden Beziehungen zu wählen:

£ = 2 V12 . , _und

r _ ο 1/12 -1/12

R " ^{Δ Δ} "

Da bei der erfindungsgemäßen Tastaturschaltung die Gleichspannungsquelle von dem Spannungsteilernetzwerk getrennt und über einen entsprechenden Tastenschalter mit jeweils einer Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten, der in Reihe geschalteten ersten Widerstände verbunden ist, ist es

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möglich, auch dann wenn eine oder mehrere der ersten Widerstände bei der gleichzeitigen Betätigung mehrerer Tasten überbrückt sind, sicher an der Ausgangsklemme ein die Tonhöhe bestimmendes Spannungssignal zu erzeugen, dessen Größe dem höchsten oder niedrigsten Ton der betätigten Tasten entspricht. Dies gestattet es, Tastenschalter einfacheren Aufbaus zu verwenden.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild eines bekannten spannungsgesteuerten elektronischen Musikinstrumentes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines anderen bekannten spannungsgesteuerten elektronischen Musikinstrumentes,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer bekannten Tastaturschaltung,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer anderen bekannten Tastaturschaltung,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Tastaturschaltung eines elektronischen Musikinstrumentes gemäß der Erfindung und

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ausgangsspannungscharakteristik der Tastaturschaltung nach Fig. 4, 5 in Abhängigkeit von den einzelnen Tastenbezeichnungen.

In Fig. 5 ist eine Tastaturschaltung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Wie aus der Fig. zu ersehen, sind eine Reihe ersterWiderstände r - bei Verwendung von η-Tasten, beispielsweise n-1-Widerstände in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung der ersten Widerstände r an einem Ende an eine Ausgangsklemme 0 der Tastaturschaltung angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme 0 ist über einen zweiten Widerstand R.. geerdet. Jede Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten Widerständen r ist jeweils über einen dritten Widerstand R geerdet, wobei alle

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Widerstände R gleichen Wert aufweisen. Das andere Ende der Serienschaltung der ersten Widerstände r, die Verbindungsstellen zwischen zwei in Reihe geschalteten ersten Widerständen r und die Ausgangsklemme O sind an bewegliche Kontakte von Tastenschaltern S₁, S₂ ....S_n-1 und S angeschlossen, welche ihrerseits jeweils durch die zugehörigen Tasten betätigt werden. Zwischen Erde und einer gemeinsamen festen Klemme T der Tastenschalter S₁ bis S liegt eine Gleichspannungsquelle E (von z. B. 4 Volt).

In Fig. 5 sind die Tastenschalter S₁ und S , die jweils an der äußersten rechten und linken Seite der Tastaturschaltung vorhanden sind, durch Tasten betätigt, die den niedrigsten und höchsten Noten, z. B. C₂ bzw. C^ innerhalb einer Tonfolge der Tastatur entsprechen. Die Tastaturschaltung nach Fig. 5 ist deshalb so aufgebaut, daß sie als eine den höheren Ton bevorzugende Schaltung wirkt.

Im folgenden soll der Zusammenhang zwischen den ersten, zweiten und dritten Widerständen erläutert werden, wie er notwendiq ist, um die Tonhöhe bestimmende Spannungssignale zu erzeugen, deren Spannungswerte sich aufeinanderfolgend in dem Verhält-

1/12 nis von 2 ' ändern.

Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß an der Ausgangsklemme 0 bei getrennter Betätigung der Tastenschalter S , S- und S₂ erscheinende Ausgangsspannungen V-, V₂, V₃ wie folgt bestimmt sind:

V₁ = E (1)

^R1 „

Ί *

R₁

3 \i 1 r + R₁ R r + R₁

	+	r	1	1

1
R

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Wird eine temperierte Tonleiter (gleichschwebende Temperatur) betrachtet, so müssen die folgenden Beziehungen gelten:

V₂ χ 2 ^1/12 = V₁ (4)

V χ 2 ^1/12 = V

^V3 ^{x 2 V}2 (5)

Aus den Gleichungen (4) und (5) ergeben sich die folgenden Beziehungen:

2 ^1/12 - 1 φ 0.0594630 — ϊ

Ίο.οι /Ib

(6)

τ 1/19 —1/19 " 1 1

i. = 9 ' ' + O ' - 2 5= O 00^13740 £ -= ' 4= '

R^ ⁺ ^ ^ ^ ^u-«^t)JJJ/4U - 299.6338 ^T

(7)

Wenn somit die Widerstandswerte der ersten, zweiten und dritten Widerstände so gewählt werden, daß sie diesen Beziehungen genügen, ist es möglich, Ausgangsspannungen zu erhalten, deren Werte aufeinanderfolgend sich in dem Verhältnis 2 ^1/12 ändern.

Es ist jedoch unerwünscht, Widerstände zu verwenden, deren Werte entweder zu groß oder zu klein sind. Wenn der Widerstandswert zu klein ist, schließt ein erheblicher elektrischer Strom über den Kontakt, des Tastenschalters, was zu einem raschen Kontaktverschleiß und zur Funkenbildung führt. Ist auf der anderen Seite der Widerstandswert zu groß, so

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wird eine sich mit einer Eingangskapazität einer nachfolgenden Schaltungsstufe ergebende Zeitkonstante nicht mehr vernachläßigbar/ so daß der entsprechende Spannungswert, d.h. die Tonhöhe, von einem vorbestimmten Wert abweichen werden.

Ein Beispiel für den numerischen Wert der einzelnen Widerstände ist im folgenden gegeben:

r =100 Ohm

R₁ = 1.681 Kiloohm und

R =30 Kiloohm.

Es sollen nun die Ausgangsspannungen betrachtet werden, die sich bei gleichzeitiger Betätigung einer Anzahl von Tasten ergeben. Wenn z. B. die Tastenschalter S- ^unc* ^s _n_i gleichzeitig betätigt werden, so wird ein erster Widerstand r, der zwischen den beweglichen Kontakten der Tastenschalter S₂ ^un<^ ^Sn-1 l^^» überbrückt. Die über S- ^un<^ ^Sn-1 an das Verteilernetzwerk angeschlossene Gleichspannungsquelle E wird aber durch den am weitesten rechts liegenden ersten Widerstand R und den zweiten Widerstand R^ unterteilt. Demgemäß ist der an der Ausgangsklemme 0 bei gleichzeitiger Betätigung der Tastenschalter S₂ ^{und S}n-1 ^er~ scheinende Spannungswert identisch mit einem Ausgangsspannungswert, der auftritt, wenn lediglich der Tastenschalter ^Sn-1 k^etätigt wird. Trotz der Verwendung von Tastenschaltern mit einem derart einfachen Kontaktaufbau, wie er in Fig. 5 veranschaulicht ist, kann somit die erfindungsgemäß Tastaturschaltung auch bei gleichzeitiger Betätigung einer Anzahl von Tastenschaltern an der Ausgangsklemme der Tastaturschaltung eine Spannung erzeugen, die gleich groß ist, wie eine Ausgangsspannung, die sich ergibt, wenn lediglich eine der höchsten Note der betätigten Tasten entsprechende Taste gedrückt wird. Dies bedeutet, daß die neue Tastatur-

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Schaltung die Bevorzugung des höheren Tons einwandfrei zuwege bringen kann. Selbstverständlich könnte auch eine Tasturschaltung angegeben werden, die einen niedrigen Ton bevorzugt. In diesem Falle sind bei der Schaltung nach Fig. 5 die Ausgangsklemme 0 und der zweite Widerstand R. an den beweglichen Kontakt des Tastenschalters S₁ angeschlossen. Wenn auch in Fig. 5 die Tastenschalter S₁ bis S mit einem gemeinsamen festen Anschluß T dargestellt sind, so können sie doch auch derart aufgebaut sein, daß sie jeweils eigene feste Anschlußklemmen aufweisen.

~ Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

ι 1. .> Elektronisches Musikinstrument mit einer Tastaturschaltung zur Erzeugung eines die jeweilige' Tonhöhe bestimmenden Spannungssignals, dessen Spannungswert der Note der jeweils betätigten Taste entspricht und mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der in Abhängigkeit von dem die Tonhöhe bestimmenden Spannungssignals der Tastaturschaltung ein Tonsignal erzeugt, dessen Tonhöhe durch das die Tonhöhe bestimmende Spannungssignal bestimmt ist, wobei die Tastaturschaltung ein Spannungsteilernetzwerk mit gleichen, in Reihe geschalteten ersten Widerständen aufweist, deren Verbindungspunkte jeweils über dritte Widerstände gleichen Wertes an einem Bezugspotential liegen und denen tastenbetätigte Tastenschalter sowie eine Gleichspannungsquelle zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der ersten Widerstände (r) einenends an eine Ausgangsklemme (0) angeschlossen ist, die über einen zweiten Widerstand (R₁) mit dem Bezugspotential verbunden ist und daß die einzelnen Tastenschalter (S...... S) jeweils zwischen der Gleichspannungsquelle

(E) und einem Verbindungspunkt benachbarter erster Widerstände (r) sowie den Endpunkten der Reihenschaltung der ersten Widerstände (r) liegen.
2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der ersten, zweiten, und dritten Widerstände (r, R+, R) im wesentlichen den nachfolgenden Beziehungen entsprechen: .

± = 2 " "- 1 und | = 2 "^1Ä + 2 ^ι"^Α- 2.

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