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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung
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von Tonhöhenveränderungen, Tonänderungen u.dgl. in durch die Tastatur
gesteuerten Musikinstrumenten 12 Seiten Beschreibung 9 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Tonhöhenveränderungen, Tonänderungen und damit verbundenen Effekten in Musikinstrumenten
u. dgl., insbesondere in bezug auf ein Tasteninstrument, in dem der durch Niederdrücken
einer bestimmten sich längs erstreckenden Taste einer Tastatur erzeugte Klang durch
Rückwärts- und Vorwärtsbewegung in L§ngsrichtung in der Ebene der Taste verändert
werden kann, wodurch die ungedämpfte Tonhöhenveränderung ("gebogene" Töne, genau
intonierte Intervalle, Glissando, gleitende Tonhöhen usw.) und andere verändernde
Eigenschaften erzeugt werden.
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Der gegenwärtige Stand der Technik bei Tastenmusikinstrumenten reicht
von den Instrumenten, in denen durch jede einzelne Taste eine gleichbleibende Tonhöhe
erzeugt wird, bis zu solchen Instrumenten, bei denen durch ein waagerechtes Schwingen
von Tastenblocks ein Vibratoeffekt erzeugt werden kann (US-PS'en 1 853 630 und 1
914 831). Darüber hinaus sind einstimmige Instrumente vorgeschlagen worden, in denen
ein Glissandoeffekt zwischen Tonhöhenstufen erzeugt werden kann (US-PS 2 871 745)
und Instrumente, bei denen die Steuerung der Tonhöhe erzeugt wird, nachdem der ursprüngliche
Ton mittels eines Doppelgriff-Steuersystems angeschlagen wurde (US-PS 3 652 774)
und bei dem die Anwendung einer zusätzlichen zweiten Druckmenge auf die Taste nach
dem Anschlagen des ursprdnglichen Tons ein weiteres Mittel zur Steuerung des Tons
möglich macht; je stärker der zusätzliche zweite Druck ist, umso größer sind die
Veränderungen der Tonhöhe. Noch weitere Versuche betrafen Instrumente, bei denen
der Niederdruck der Taste eine Ausdruckssteuerung (d.h. Volumensteuerung oder Vibratoeffekt)
durch ein seitliches Schwenken der Tasten erzeugt (US-PS 3 715 447). Die Spannung
der klangerzeugenden
Saite kann auch mit Hilfe von Fußpedalen verändert
werden (US-PS 3 763 735). Solche früheren Vorschläge haben aber keine einfache und
fertige individuelle Steuerung jedes durch Taste erzeugten Tons oder den sich aufgrund
eines solchen Merkmals ergebenden Flexibilitätsgrad geschaffen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Erzeugung von Tonhöhenveränderungen und Tonänderungen u. dgl.
in durch die Tastatur gesteuerten Musikinstrumenten zu schaffen, die derartigen
Beschränkungen nicht unterliegen, sondern eine einfache individuelle Tastensteuerung
ermöglichen. Darüber hinaus soll ein neues, mit Saiten versehenes oder ähnliches
Musikinstrument mit einer Tastatur geschaffen werden, die eine individuelle Steuerung
jeder Taste ermöglicht, um Tonhöhenveränderungen, Tonänderungen und andere damit
verbundene Effekte zu ermöglichen, wie beispielsweise "gebogene" Töne, genau intonierte
Intervalle, gleitende Tonhöhen, Glissando usw. als unmittelbare Reaktion auf die
Rückwärts- und Vorwärtsbewegung einer jeden sich längs erstreckenden Taste in Längsrichtung.
Solche Rückwärts- und Vorwärtsbewegung hat bestimmte Vorteile gegenüber der seitlichen
waagerechten Bewegung des vorerwähnten bekannten Standes der Technik, da eine solche
Bewegung genau mit der einfachen Knochen- und Muskelbetätigung der menschlichen
Hand übereinstimmt, sich in der Ebene der Bewegung des die Taste niederdrückenden
Fingers abspielt und ermöglicht, daß jede Taste die Freiheit hat, sich unabhängig
zu bewegen.
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Ein weiterer deutlicher Vorteil der Rückwärts- und Vorwärtsbewegung
des Tastenmechanismus in Längsrichtung, der unmittelbar mit der Tonhöhenveränderung
verbunden ist, besteht darin, daß jeder einzelne Tastenmechanismus die Tonhöhenintonation
als Reaktion auf die Rückwärts- oder Vorwärtsbewegung der
Taste
höher oder tiefer verschieben kann. Die Fähigkeit, die Tonhöhe entweder in eine
höhere oder in eine tiefere Richtung zu verändern, ist von eindeutigem Vorteil im
Vergleich zu den vorerwähnten früheren Vorschlägen von beispielsweise Doppelgriff-Tastenmechanismen,
insbesondere deshalb, weil sie eine Bewegung nur in einer Richtung vom ursprünglichen
Tonhöhenanschlag erlauben.
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Grob gesagt, umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einleiten
von Tonänderungen gegenüber dem erzeugten Klang mit Hilfe von nach unten niedergedrückten
Tastenmechanismen in Musikinstrumenten u.dgl.
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Hierfür wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jeder sich längs erstreckende
Tastenmechanismus mit individueller Freiheit zur Längsbewegung in der Rückwärts-
und Vorwärtsrichtung in Tastenebene bewegt wird, daß Rückwärts- und Vorwärtsbewegungen
innerhalb vorbestinunter Grenzen beschränkt sind, daß die Reaktion auf diese Rückwärts-
und Vorwärtsbewegungen der nach unten niedergedrückten Tastenmechanismen, um entsprechende
Tonhöhenverknderungen, Tonänderungen und damit verbundene Effekte hervorzurufen,
entsprechend dem Grad seiner Rückwärts-und Vorwärtsbewegung für jeden derartigen
Tastenmechanismus getrennt und unterschiedlich erzeugt werden.
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Weiterausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere Einzelheiten1 Anwendungen und Vorteile der Erfindung werden
nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Auführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines .astemmechanimus
eines Saitenmusikinstruments entsprechend der vorliegenden Erfindung teilweise im
Schnitt; Fig. 2A eine entsprechende Ansicht eines Teils der Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab, die den Tastenzentrier-und -einstellmechanismus darstellt; Fig. 2B ebenfalls
eine perspektivische Ansicht von Einrictungen zum Vermeiden von Störungen zwischen
nebeneinanderliegenden Tasten bei der Ruckwärts- und Vorwärtsbewegung; Fig. 2C eine
auseinandergezogene Anordnung eines Saitcspanners; Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende
Ansicht eines acänderten Tastenmechanismus eines Saitenmusikinstruments entsprechend
der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 einen Seitenaufriß einer auf einen elektronischen
Tastenmechanismus angewandten Ausführungsform teilweise im Schnitt; Fig. 5a-c graphische
Darstellungen der Beziehungen zwischen der Strecke; und Fig. 6a-c der Tastenbewegung
und der Tonhöhenveränderung und der Beziehungen zwischen der Strecke der Tastenbewegung
und der auf die Tasten angewandten Kraft entsprechend der vorliegenden Erfindung.
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In der Ausführungsform der Fig. 1 ist der Rahmen 1 des Tastenmechanismus
eines Saitenmusikinstruments dargestellt, der eine einer vorgesehenen Vielzahl von
planaren, sich längs erstreckenden Tasten 2 aufweist, die auf Niederdrücken von
Hand durch Anschlagen von Saiten 19 in bekannter Weise Klänge erzeugen. Die Spielfläche
der Tasten 2 ist vorzugsweise mit Querriffelungen 3 oder mit Oberflächenwellungen
oder anderen Anrauh- oder Reibungamitteln wie Faserbeschichtungen o. dgl.
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versehen, um eine nicht rutschende Rückwärts- oder Vorwärts-Längsbewegung
der Taste im wesentlichen in ihrer Ebene und gleichzeitig eine ungestörte seitliche
Bewegung der Finger des Spielers über die Flächen der Tasten zu ermöglichen. Die
Taste 2 können in zwei Gruppen angeordnet sein; die Spielflächen der ersten Gruppe
2a, Fig. 2B, erstrecken sich weiter von der Außenkante des Instruments nach außen
vor und sind nach innen hin dort mit Ausnehmungen versehen oder verengt, wo sie
unter den Spielflächen der Tasten der anderen Gruppe 2b liegen. Die überhängenden
inneren Tasten der anderen Gruppe 2b ermöglichen eine relativ zu der der Tasten
der ersten Gruppe 2a verlaufende Bewegung in einer zu den Spielflächen beider Gruppen
parallelen Ebene, jedoch ohne, daß die Tasten der beiden Gruppen sich berühren,
und ohne, daß LEcken in der gesamten Quertastatürfläche he entstehen, die den Spieler
behindern könnten.
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Fig. 1 und 2A zeigen im einzelnen, wie jede Taste 2 von einem Stift
4 nach vorn geführt wird, der Gleitkontakt mit der Innenseite eines Spalts 5 herstellt,
dessen lange Achse parallel zur Lingsachse der Taste verläuft. Oben auf der Taste
2 ist in ihren mittleren Schw nkborcich ein Lager 6 befestigt und an seiner Unterseite
mit einer zylindrischen Lagerfläche 7 versehen, die ein Loch aufweist, um das obere
Ende eines senkrecht stehenden Stiftes 8 aufzunehmen, der in einer bSngsnut 9 in
der Taste 2 angeordnet ist0 Die Ausdöhnung des Spalts 9
parallel
zur Längsachse der Taste 2 ermöglicht eine gewisse Drehung des Stiftes 8 um die
Achse des Zylinders 7 herum, außerdem verhindert der Stift 8 auch axiale Drehung
und seitliche Verschiebung der Taste 2. Mit seinem unteren Ende ist der Stift 8
an einer Lagerfläche lo befestigt, die auf sich quer zu den Tasten 2 erstreckenden
und unter diesen angeordneten Schienen 11 ruht. Zwischen der Unterseite der Tasten
2 und den Schienen 11 ist eine Platte 12 angeordnet und in Längsrichtung mit einem
Spalt versehen, um den unteren Teil des Stiftes 8 aufzunehmen, wobei eine Feder
13 zwischen der Platte 12 und der Lagerfläche lo angeordnet ist. Eine an der Lagerfläche
lo befestigte Scheibe 14 und eine Kerbe 15 in der Unterseite der Platte 12 halten
die Einstellung der Feder 13. Die seitliche Bewegung der Lagerfläche lo entlang
den Schienen 11 wird durch die angrenzenden Lagerflächen 10 der (nicht dargestellten)
angrenzenden Tastenmechanismen und durch Blocks an jedem Ende der Schienen 11 verhindert.
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Bei Anwendung von Druck mit einer Komponente in der Längsrichtung
der Taste 2 dreht sich der Stift 8 entweder rückwärts oder vorwärts, abhängig von
der sich daraus ergebenden Gleitbewegung der Taste nach rückwärts oder vorwärts,
wobei er entweder die hintere oder die vordere Schiene 11 verschiebt und ermöglicht,
daß die Taste 2 sich in Längsrichtung unter Steuerung durch den vorderen Stift 4
in seinem Spalt 5 und der Schwenkstift 8 sich in seinem Spalt 9 bewegt. Auf diese
Weise kann die Taste aus ihrer Mittel-, Null- oder Ruhestellung heraus in Längsrichtung
rückwärts und vorwärts im wesentlichen in der eigenen Ebene bewegt werden. Die Lagerfläche
lo bildet eine gesteuerte Gegenkraft zu einer solchen Bewegung, und die vorbestimmten
Grenzen der Rückwärts- und Vorwärtsbewegung werden vom Stift 4 in seinem vorderen
Spalt 5
begrenzt. Für den Stift 4 kann eine Nachstellung vorgenommen
werden, wodurch Veränderungen in den vorbestimmten Grenzen der Bewegung möglich
werden.
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Ein Puffer 16 aus Gummi o.ä. ist als am oberen hinteren Teil der Taste
2 in Fig. 1 befestigt dargestellt. Beim Niederdrükken der Taste 2 schafft der Puffer
16 Kontakt mit einem Spannhebel 201, der nach oben gedruckt wird, bis er eine waagerechte,
mit schall- und aufschlagdämpfendem Er*aterial beschichtete und mit ihren Enden
im Rahmen 1 befestigte Schiene 18 berührt. Die Ton erzeugende Saite 19 ist zwischendurch
um zwei Scheibensegmente 20 geschlungen, die nahe dem oberen Ende des Spannhebels
201 liegen, und ist zwischen diesen Segmenten derart festgeklemmt, daß eine Rückwärts-
und Vorwärtsbewegung des unteren Endes des Spannhebels 201, wenn die Taste durch
den Finger in Längsrichtung nach hinten oder vorn bewegt wird, die Spannung der
Saite 19 schwach oder verstärkt. Eine auf den Spannhebel 201 ausgeübte Drehkraft,
die durch den Unterschied der durch die Spannung auf die Segmente der Saite 19 vor
und hinter dem Rebel hervorgerufenen Kraftvektoren der Ursprungspunkte auf dem Spannhebel
erzeugt wird, wird durch eine zugfeder 21 ausgeglichen, die am unteren Ende des
Spannungshebels 201 mit Umlauffreiheit in einer Ebene parallel zur Längsachse der
Taste 2 befestigt ist. Die Zugfeder 21 ist mit ihrem vorderen Ende an einem Einstellring
22 befestigt, der auf einen Zuganker 23 aufgeschraubt ist, der an einem mit seinen
Enden im Rahmen 1 befestigten Stirnrastock 24 befestigt ist. Mit ihrem vorderen
Ende ist die Saite 19 über eine quer verlaufende Stange 26 und unter einer höhenverstellbaren
Stange 27 hindurch an einem Stimmwirbel 25 befestigt.
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Wenn der Spannhebel 201 durch Niederdrücken der Taste 2 nach oben
getrieben wird, berührt die Saite 19, kurz bevor er gegen die Schiene 18 in Ruhelage
kommt, einen Steg 28. Der Teil der Saite 19 zwischen dem Steg 28 und dem hinteren,
im Rahmen 1 befestigten Befestigungsstift 29 wird dann durch seine plötzliche Bremsung
am Steg 28 in Vibration versetzt.
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Wenn die Taste 2 auf diese Weise nach dem Niederdrücken in Längsrichtung
nach hinten und vorn bewegt wird, verändert der Spannhebel 201 die Spannung der
Saite 19 entsprechend und ändert dadurch seine musikalische Tonhöhe. Die mehr im
einzelnen in Fig. 2C dargestellte Blattfeder 32 ist durch einen Schieber 33 an dieser
Saite 19 befestigt und ermöglicht die Veränderung der Länge der Saite 19, wie sie
zum Bewirken einer gegebenen Spannungsveränderung erforderlich. ist. Wenn die Taste
2 losgelassen wird, senkt der Spannhebel 201 die Spannung der Saite 19, bringt sie
auf ihren Baiancewert zurück und dämpft die Schwingung mit Hilfe eines Dämpferstreifens
34, Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt beispielsweise verschiedene Beziehungen zwischen der
Entfernung, die die Taste in Längsrichtung durchläuft, und der Rückstellkraft, die
einer solchen Bewegung entgegensteht. In der graphischen Darstellung a) ist eine
lineare Beziehung zwischen der Rückstellkraft weg vom und auf den Spieler zu als
Funktion der Längsverschiebung D dargestellt. Um die gewünschte Ton-"biege"-Information,
gleitende Tonhöhe, Glissando und andere Effekte durch geeignete Einstellung und
Formung des Mechanismus zu erzeugen, können natürlich auch andere Beziehungen eingeführt
werden. In einem weiteren Beispiel zeigt die graphische Darstellung b) der Fig.
5 eine nicht lineare Beziehung, bei der der Grad des Anwachsens der
Rückstellkraft
so eingestellt ist, daß der Grad des Anwachsens der Rückstellkraft über eine vorbestimmte
begrenzte Bewegungsentfernung unmittelbar über und unter der Nullstellung am größten
ist, wobei der Grad des Anwachsens der Kroftgröße auf einer Seite mehr stufenförmig
verläuft. In der abgeänderten, nicht linearen Beziehung der graphischen Darstellung
(C) der Fig. 5 hat der Grad des Anwachsens,der Rückstellkraft drei steile Durchgänge,
zwei auf jeder Seite der Nullstellung mit zwischenliegendem stufenweisem Rückstellkrart-Verschiebungsgefälle.
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Fig. 6 zeigt anhand eines ähnlichen Beispieis verschiedene Beziehungen
zwischen der Entfernung D, über die sich die Taste in Längsrichtung bewegt, und
der entsprechenden Veränderung in der musikalischen Tonhöhe oder einer anderen steuerbaren
Variablen. In der graphischen Darstellung (a) verändert sich die Tonhöhe oder vergleichbare
steuerbare Variable linear mit der Längsbewegung der Taste; dagegen ändert sich
in der graphischen Darstellung (b) die Tonhöhe nicht linear mit ihren Veränderungen
pro Einheit der Längsbewegung D der Taste, sondern ist unmittelbar neben der Ruhestellung
der Taste am geringsten, In der graphischen Darstellung (C) dagegen erscheinen ähnliche
Bereiche mit geringer Veränderung symmetrisch auf beiden Seiten der Null- oder Ruhestellung.
Natürlich sind auch andere Veränderungen für den Fachmann naheliegend.
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Während die Saiten, wie beispielsweise Saite 19, in der Ausführungsform
der Fig. 1 zwischen Stiften 25 und 29 und verbundenen Elementen 26, 27 usw. angeordnet
dargestellt sind, wobei der Spannhebel 201 und die die Spannung verändernden Mechanismen
oberhalb der Tasten 2 liegen, sind die Tasten 2 in der Ausführungsform der Fig.
3 mit ihren längsgleitenden
Steuerungen 4-5, 7-8 usw. als oberhalb
der Saiten 19 liegend dargestellt. In beiden Ausführungsformen können darüber hinaus
die Saiten entweder durch einen geeigneten Resonanzkörper hörbar überwacht und/oder
elektronisch beispielsweise durch einen Umwandler 30 reproduziert werden, der mittels
elektrisch isolierter Dämpfer 31 angebracht ist, um als Antwort auf die annähernden
Vibrationen der entsprechenden Saiten 19 ein elektrisches Signal zu erzeugen.
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Ein weiteres abgeändertes System, das besonders zur a'ektronischen
Klangerzeugung geeignet ist, ist in Fig. 4 dargestellt, wobei die Tasten 2 ganz
oben, versehen mit ihrer vorn längs verlaufenden Führungsstift-und-Spalt-Struktur
4-5, gezeigt, aber nach hinten bei 35 schwenkbar sind. Klangerzeugende oszillatoren
u.dgl. sind nicht dargestellt; die Figur zeigt nur die Teile zum Abtasten des Niederdrückens
der Taste, um den Klanggenerator und das Abtasten der Längsbewegung für die Veränderung
zu aktivieren.
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Eine C-förmige Blattfeder 36 ist zwischen dem Rahmen 1 und der Taste
2 eingesetzt, wodurch nach oben eine Rückstellkraft zur Taste hin erzeugt wird,
während die Taste längs frei in einer Rückwärts- und Vorwärtsrichtung laufen kann,
wobei weitere Federn 37 und 38 zwischen dem Schwenkgelenk 35 und dem Rahmen 1 bzw.
zwischen der Unterseite der Taste 2 und einer unteren Platte eingesetzt sind, die
sich von dem unteren Arm der Feder 36 erstreckt.
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Wenn die Taste 2 niedergedrückt wird, schafft die Feder 38 Kontakt
mit biegsamen Tastkontakten 39 und mit einem druckempfindlichen Widerstandsblock
40 aus Kohle oder piezoelektrischem oder anderem Material. Wenn die Taste nach dem
Niederdrücken
nach hinten oder vorn längs geschoben wird, nehmen die Federn 36, 37 und 38 diese
Bewegung auf, und druckempfindliche Abtast-Widerstandselemente 41, die auf beiden
Seiten der festgelegten Feder 37 angeordnet sind, überwachen die Vorschubbewegung
der Feder 37 differential. Wenn die Taste 2 losgelassen wird, ist ihre Aufwärtsbewegung
durch einen Anschlag 42 begrenzt, der in einen Vorsprung 43 am Rahmen vorn gegenüber
der Vorderseite der Taste eingreift.
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Natürlich können auch andere Arten von Tastelementen bekannter Art
verwendet werden.
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Weitere Abwandlungen können vom Fachmann vorgenommen werden und fallen
in den Rahmen und Bereich der vorliegenden Erfindung.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e