DE2819269A1

DE2819269A1 - Schaltung zur verringerung der solenoid-halteenergie in elektronischen klavieren und aehnlichen, mittels einer tastatur betaetigten instrumenten

Info

Publication number: DE2819269A1
Application number: DE19782819269
Authority: DE
Inventors: Henry Victor Walker
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1978-11-16
Also published as: FR2389960A1; AU3561778A; DE2819269C2; CA1104387A; AU512885B2; GB1602696A; FR2389960B1; US4169401A; JPS5417011A

Description

Beschr.eib.ung

Schaltung zur Verringerung der Solenoid-Halteenergie in elektronischen Klavieren und ähnlichen, mittels einer Tastatur betätigten

Instrumenten .

Beim Spielen eines Klaviers mit Hilfe von elektronischen Einrichtungen ist ein starkes Solenoid erforderlich, um die "Dämpfungs-" und "Halte-" Spielmechanismen des Klaviers zu betätigen. Um von den Solenoiden die erforderliche Kraft zu erhalten, müssen hohe Ströme durch die Solenoide hindurchgeführt werden, woraus sich ein bedeutender Energieverlust ergibt. Während bestimmter Darbietungen müssen die Pedal -Solenoide für lange Zeitabschnitte aktiviert werden, was eine überhitzung und manchmal ein Verglühen der Solenoide verursacht. Es sind verschiedene Möglichkeiten untersucht worden, dieses Problem zu vermeiden. So hat man einen Schalter verwendet, welcher durch das Solenoid betätigt wurde, wenn sich das Solenoid dem Ende seiner Arbeitsbewegung näherte. Dieser Schalter fügte einen Widerstand ein, welcher die an das Solenoid angelegte Spannung und damit den Energieverlust verringerte, wobei das Solenoid weiter in Halte-Position gehalten wurde.Die Problematik dieser Anordnung besteht darin, daß die Einstellungen kritisch sind und der Schaltmechanismus nur kostspielig herzustellen und zu installieren ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einfach genügend Kühlblechmaterial

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um das Solenoid herum vorzusehen, um Wärme zu entfernen und das Solenoid auf einer vernünftigen Betriebstemperatur zu halten. Aber auch diese Lösung erwies sich als unzureichend, da es unpraktisch ist, ausreichendes Kühlblech innerhalb eines Klaviers vorzusehen, um das Solenoid auf einer vernünftigen Betriebstemperatur während äußerst langer Aktivierungsperioden zu halten. Darüber hinaus kann sich der Aufwärmungseffekt schädlich auf das Klavier selbst auswirken, indem dieses ausgetrocknet wird.

Die vorliegende Patentanmeldung steht in Beziehung zu den nachfolgende^ durch Verweis in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommenen US-Patentanmeldungen: US-Patentanmeldungen 681 093, 681 098 und 680 996 vom 28. April 1976.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Unzulänglichkeiten der bekannten Lösungsmöglichkeiten zur Vermeidung des Energieverlustes bei der Energieversorgung der Solenoide zu vermeiden und eine einfach aufgebaute und zuverlässig arbeitende Schaltung zu entwickeln, welche eine optimale Versorgung der Solenoide ohne schädliche Nebenwirkungen ermöglicht.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des Schutzbegehrens erreicht. Entsprechend der Erfindung wird die volle Spannung an das Solenoid für einen kurzen Zeitabschnitt angelegt, der mehr als ausreichend ist, um eine vollständige Arbeitsbewegung zu erlauben. Anschließend wird die angelegte Spannung reduziert. Dies wird durch Auslösung einer Zeitsteuereinrichtung erzielt, wenn das Solenoid angesteuert ist. Wenn die Zeitsteuereinrichtung ausgeschaltet wird, wird das Befehlssignal ein- und ausgeblendet mit einer Wellen- bzw. Schwingungsform, welche in einem Arbeitzyklus eingestellt werden kann, der das Solenoid in Halte-Position hält. Diese Lösung ist wirtschaftlich, da ein vorhandener Oszillator im elektronischen Teil des Systems zum Einblenden der Schvingungsforxn verwendet und die anderen Komponenten auf der elektronischen Logik-Tafel befestigt werden können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung

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von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines elektronischen Aufnahme- Und Wiedergabesystems für Musikinstrumente,

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan der Pedalantriebssöhaltungen für ein elektronisches Klavier, wie es in dem "ServiceManual" für Teledyne Piano Bscorder/Player Modell PP1, Asseiribly-No. 3288, ATL 3263 beschrieben ist,

Fig. 3 einen schematischen Schaltplan der Energieverringerungsschaltung gemäß der Erfindung,und

Fig. 4A bis 4D Darstellungen von Schwingungsformen,

welche das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern .

In Fig. 1 ist die Tastatur eines Klaviers als Tastatur-Datenquelle 10 bezeichnet. Dies könnte irgendein musikalisches Tastatur-Instrument wie z.B. ein Cembalo, ein Glockenspiel, eine Orgel, ein Piano usw. sein. Jede: Ausgang oder jede Schalterbetätigung wird auf Leitungen 11-1 bis 11-N angezeigt, wobei die Anzahl solcher Ausgangsleitungen der Anzahl der abzufühlenden oder abzutastenden oder zu registrierenden Tastschalterbetätigungen, z.B. 80 Tasten, entspricht. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die "Halte-" und "Dämpfungs-" Pedale oder deren Äquivalente eines Klaviers mit 88 Tasten abgefühlt. Ein Multiplexer 12 tastet jede einzelne Leitung 11-1 .. 11-N in einer Zeitfolge ab, welche die Datenrahmen bildet und auch die Daten enthält, welche anzeigen, ob das Dämpfungs- oder Haltepedal betätigt werden soll oder nicht. Die Einzelheiten eines solchen Wortformats sind für die vorliegende Erfindung nicht relevant und werden daher hier nicht im einzelnen beschrieben. Sie können in dem oben erwähnten "ServiceManual" nachgeschlagen werden, welches eine vorveröffentlichte Publikation darstellt und durch diesen Verweis in die vorliegende Anmeldung einverleibt wird. Die Tastschalter, die Ausdrucksinformationen und die Betätigungen des Halte- und Dämpfungspedals werden durch den digitalen Multiplexer 12 einzeln zu einem bestimmten Zeitpunkt und generell aufeinanderfolgend abgetastet. Wenn jedoch keine Vertauschungen in Betracht gezogen werden,

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ist es nicht erforderlich, daß sie aufeinanderfolgend geprüft werden. Sie können in Gruppen in irgendeiner Weise oder Ordnung abgefragt oder abgetastet werden, wobei das einzige Kriterium darin besteht, daß die Position des besonderen Schalters und seine Abtastzeit in dem gesamten System aufrechterhalten werden. Der Multiplexer 12 wandelt daher die Paralleldaten der Tastschalterbetätigungen in einen Seriendatenstrom auf seiner Ausgangsleitung 13 um. Dieser Seriendatenstrom besteht aus Datenrahmen mit einer Länge von 128 bits und enthält die oben identifizierten Daten gemeinsam mit Synchronisierungsdaten, die von einer Synchronisierungseinrichtung 1OS erzeugt und auf Leitungen 11S zugeführt werden. Diese Daten werden dann in einem Phasenkodierer 14 kodiert und in einer Bandaufnahme-Wiedergabeeinheit 15 auf einem Magnetband aufgezeichnet. Da die vorliegende Erfindung nur die Solenoide der Dämpfungs- und Haltepedale betrifft, werden nur diese im nachfolgenden im einzelnen beschrieben. Die Solenoide zur Betätigung einer jeden einzelnen Taste haben die ihnen zugeführte und derart gesteuerte Energie, daß die Intensitäts- oder Ausdruckseffekte bei der Wiedergabe des Klaviers gesteuert werden. Darüber hinaus kann das Band ein Umschnitt von gelochten Papierrollen usw. sein, auf welchen das Ausdruckssignal und die Informationen des Dämpfungspedals und Haltepedals aufgezeichnet sind.

Bei der Wiedergabe wird das Ausgangssignal eines Lesekopfes (nicht gezeigt) über Korrektur- bzw. Ausgleichsnetzwerke und Verstärker geführt, um die digitalen Daten wiederzugewinnen. Diese Daten schließen die Taktdaten ein, welche bei der demultiplexmäßigen Verteilung wiedergewonnen und verwendet werden. Eine Dekodierschaltung 17 dekodiert die auf der Leitung 16 ankommenden Zwei-Phasen-Impuls- oder Pause-Daten und führt diese einem Demultiplexer 18 zu, welcher die Daten auf geeignete Verriegelungssteuerkanäle in den Speicherverriegelungsschaltungen 18L und dann auf die Solenoidbetätigungsschaltungen 19 verteilt. Diese Daten schließen die Dämpfungspedal- und Haltepedaldaten zur Steuerung der Pedalschaltungen 19P ein. Die Zeitwiedergewinnungsschaltungen usw. arbeiten so, wie es in den oben angeführten Patentanmeldungen beschrieben worden ist. Zum Zwecke der Offenbarung dieser US-Patentanmeldungen in der vorliegenden Anmel-

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dung werden diese hierin einverleibt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Pedalantriebsschaltplan Eingänge E5 und E6 von den Verriegelungsschaltungen 18L auf. Der Anschlußpunkt E5 ist der Haltepedaleingang und der Anschlußpunkt E6 der Dämpfungspedaleingang. Diese werden mit ihren jeweiligen Trenntran— sistoren QT und Q3 verbunden und deren Ausgänge werden über Widerstände R3 und R4 jeweils mit Transistorschaltern Q2 und Q4 verbunden. Die Solenoidspule für das Haltepedal-Solenoid wird mit Betriebsstrom über den Transistor Q2 versorgt, wohingegen das Dämpfungspedal-Solenoid über den Transistor Q4 versorgt wird. Die herkömmlich aufgebauten Dioden CRT und CR2 sind Dioden zur Begrenzung von induktiven Äbschaltspannungsspitzen.

Der in Fig. 3 gezeigte Oszillator 25 kann ein getrennter Oszillator sein oder vorzugsweise innerhalb des elektronischen Teils* des elektrischen Klaviers selbst enthalten sein. Die von dem Oszillator 25 erzeugte Oszillationsenergie wird über einen Trennverstärker 26 der Schaltung zur Verwendung in einer Art und Weise zugeführt, die im nachfolgenden im einzelnen beschrieben wird.

Die Schwingungsformen - sind in Fig. 4A bis 4D gezeigt

und illustrieren die grundsätzlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungsform 4A ist die Steuer- bzw. Elnblendschwingungsform vom Oszillator. Ein 50-prozentiger Arbeitszyklus ist bei dieser Schwingungsform gezeigt, was bei der vorliegenden Erfindung bedeutet, daß die Schwingungsform für 50 Prozent der Zeit eine Amplitude aufweist. Die Schwingungsform 4B ist das Solenoidsteuersignal von den Pedalverriegelungsschaltern 18L und stellt das "Dämpfungs-" oder "Halte-¹¹ Solenoid-Befehlssignal oder Solenoid-Ein/Aus-Befehlssignal dar. Die Schwingungsform 4C ist das Ausgangssignal der Zeitsteuereinrichtung und die Schwingungsform 4D ist das SoIenoid-Aitriebssignal, welches deutlich macht, daß der Anfangsabschnitt des Antriebssignals zu dem Solenoid das Solenoid mit voller Energie versorgt, wohingegen der letzte Teil des Signals deutlich macht, daß die dem Solenoid zugeführte Energie um 50 Prozent reduziert wird aufgrund des 50-prozentigen Arbeitszyklus der Schwingungsform 4A.

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!fie in Fig» 3 gezeigt ist, sind die Schaltungen für den Däsjpfungspedal-Ein/Aus-Befehlskanal und den Haltepedal-Ein/Aus-Befehlskanal identisch, wobei jeder seine eigene unabhängige Zeitsteuerschaltung hat. Der Oszillator 25 ist jedoch beiden Schaltungen geeeinsaa zugeordnet. Es können jedoch auch gesonderte Oszillatoren oder O^iellenperiodischer Impulse, falls erwünscht* verwendet werden, ©as Ausgangssignal des Oszillators 25 hat die Schwingungsform 4Ά, welche auf der Ausgangsleitung markiert ist. Dieses Ausgangssignal wird über einen Trenninverter 26 jeweils zu den NAND-Gliedern 41 und 42 des Dämpfungspedal- und Haltepedalkanals geführt, wobei dem zweiten Eingang der NAND-Glieder 4T und 42 das Dämpfungspedal-Ein/Aus-Befehlssignal auf Leitung 4B und das Haltepedal-Ein/Aus-Befehlssignal auf Leitung 4B¹ zugeführt wird (diese Bezeichnungen entsprechen den in Fig. 4B dargestellten Schwingungsformenj»

Die Befehlssignale auf den Leitungen 4B und 4B¹ werden ebenfalls den Trijgereingängen der monostabilen Kippgliedschaltungen 43 und 44 zugeführt, welche Zeitsteuerschaltungen Rl, C1 aufweisen, welche die Zeitabschnitte festsetzen. Ein Kondensator C2 gemeinsam mit einer Diode D1 und einem Widerstand R2 sorgen für eine Spannungsspitze an der Vorderflanke des Därapfungspedal-Ein/Aus-Befehlssignals auf der Leitung 4B. Dies löst die ZeitSteuereinrichtung aus, die mit dem Ausgang operiert, der ein niedriges Potential L aufweist, wodurch ein L an einem der Eingänge des NAND-Gliedes 27 ansteht. Der andere Eingang des NAND-Gliedes 27 ist der Zeitsteueieingang. Dieser ist jedoch durch die Anwesenheit des L am Hindurchgehen durch die Glieder gehindert durch das L am Ausgang der Zeitsteuereinrichtung 43. Sobald der Zeitabschnitt, der durch die Elemente Rl, C1 festgesetzt ist, verstrichen ist, welcher im vorliegenden Fall ungefähr 140 msec, beträgt, wird der Ausgang der Zeitsteuereinrichtung 43 auf ein hohes Potential H geschaltet, wodurch die Steuerschwingungsform 4A mit dem NAND-Glied 41 verknüpft wird. Hierdurch wird die Schwingungsform 4D am Ausgang des NAND-Gliedes 41 erzeugt.

Durch Veränderung der Zeitabschnitte der Zeitsteuereinrichtungen 43, 44 kann der Zeitabschnitt für die volle Energie leicht eingestellt werden. Die Frequenz der Schwingungsform des Oszillators 25 ist hoch

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genug, um ein Pulsieren des Solenoides zu verhindern, z.B. größer als 30 bis 40 Hz. im vorliegenden Fall werden 200 Impulse pro Sekunde verwendet. Der Arbeitszyklus der Steuer- bzw. Einblendschwingungsfarm kann so ^eingestellt werden, daß dem Solenoid zwischen 0 und tOO Prozent Energie zugeführt wird, wobei die Zeit der vollen Energiezufuhr durch die wirksam geschalteten Zeitsteuer elemente, d.h. den Widerstand Rl und den Kondensator C1 mit der Beziehung T = 0,28 χ El χ CI festgelegt ist. Die Zeit der vollen Energiezufuhr ist lang genug, um das Solenoid ^vollständig hineinzuziehen und beträgt, wie oben angedeutet worden ist,für Halte- und DämpfungspedalrSolenoide, wie sie in herkömmlichen elektrischen Klavieren verwendet werden, ungefähr 140 msec.

Es ist klar, daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen vom Durchschnittsfachmann durchgeführt werden können, ohne vom erfindungsgemäßen Konzept, wie es in den Ansprüchen festgelegt ist, abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

/1. Elektronisches, eine Tastatur aufweisendes Musikinstrument mit ^v solenoidbetätigten Dämpfungs- und Haltepedalen, Transistorschalteinrichtungen zur Steuerung der Spannung,"mit welcher die SoIenoide versorgt werden, und mit einer Quelle von "Ein-" und "Aus-" Signalen für jedes Pedal, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Verringerung der den Solenoiden zugeführten Halteenergien nach Auftreten eines "Ein-" Signals, wobei für jedes Pedal

eine Logik-Schaltungseinrichtung (27, 41; 28, 42) zum Zuführen des "Ein-" Signals (4B, 4B') zu der Transistorschalteinrichtung (E5, E6), um diese einzuschalten,

eine Zeitsteuerschaltung (43, 44),

eine Quelle (25) von oszillierenden Impulsen (4A) mit einer vorbestimmten Impulsfrequenz und Impulsdauer und

eine von der Logik-Schaltungseinrichtung gesteuerte Einrichtung

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zum Zuführen der oszillierenden Impulse zu der Transistorschalteinrichtung nach einem vorbestimmten Zeitabschnitt, der durch die Zeitsteuerschaltung bestimmt wird, solange das "Ein-" Signal ansteht,

vorhanden ist.
2. Musikinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einstellen des Arbeitszyklus der oszillierenden Impulse, wodurch die mittlere Energie verändert wird, welche dem Solenoid nach dem vorbestimmten Zeitabschnitt zugeführt wird.
3. Musikinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (R1, C1) zur Einstellung der Zeitsteuerschaltung, wodurch der vorbestimmte Zeitabschnitt festgelegt wird.
4. Verfahren zur Verringerung des Energieverbrauchs in Solenoiden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Solenoid für einen vorbestimmten Zeitabschnitt eine Anfangsenergie zugeführt wird, um das Solenoid vollständig zu betätigen, und das dem Solenoid dann eine periodische Folge von Impulsenergie zugeführt wird, wobei diese Impulsfolge einen solchen Arbeitszyklus bzw. eine solche relative Einschal tdauer hat, daß die mittlere dem Solenoid nach dem vorbestimmten Zeitabschnitt zugeführt Energie wesentlich kleiner ist als vorher.

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