DE3006400C2

DE3006400C2 - Elektronisches Tastenmusikinstrument mit vom Tastenanschlag anhängiger Lautstärke des angeschlagenen Tons

Info

Publication number: DE3006400C2
Application number: DE3006400A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 5401 Halsenbach Dittmar; Reinhard 5401 Emmelshausen Franz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1982-06-03
Also published as: GB2070312B; US4338845A; DE3006400A1; GB2070312A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Tastenmusikinstrument nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der elektronischen Nachbildung eines Pianos od. dgl. ist es bekannt (DE-OS 26 59 135), die von der Anschlagstärke abhängige Tastengeschwindigkeit in diejenige Zeit umzusetzen, die der Tastenkontakt vom Verlassen einer mit einem Ruhepotential belegten Ruhekontaktschiene bis zum Erreichen einer Massepotential führenden Arbeitskontaktschiene benötigt. Je langer diese Zeit, um so stärker die Entladung des vom Ruhepotential aufgeladenen Kondensators und um so geringer die Amplitude der erzeugten Hüllkurve und damit der Lautstärke des abgegebenen Tonsignals. Als Verstärker dient ein Transistor, der zum Durchschalten eine Mindestspannung von ca. 0,5 V benötigt Mit dem Entladewiderstand ist eine Diode in Reihe geschaltet. Diese bestimmt einen Schwellenwert, unter den sich der Kondensator nicht entladen kann. Hierdurch wird zwar die nutzbare Entladezeit des Kondensators, während der der Transistor durchgesteuert werden kann, vergrößert. Es kann aber nicht der gesamte Bereich der Ruhespannung des Kondensators für die Änderung der Hüllkurvenamplitude ausgenutzt werden. Dies begrenzt die Lautstärkedynamik.

Ähnliche Nachteile treten bei einer anderen bekannten Schaltung auf (DE-OS 22 19 800), bei der zur Aufladung des Querkondensators der Schwellenwert einer Diode statt der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors überschritten werden muß.

Während in den bekannten Fällen das Lautstärkesignal in diesem Schaltungsteil nur im Verhältnis von 20: 1 geändert werden kann, was einer maximal erreichbaren Anschlagdynamik von ca. 26 dB entspricht, ist der Dynamikumfang bei einem mechanischen Klavier oder bei einem Konzertflügel wesentlich größer; er liegt bei 40-6OdB, was Lautstärkeunterschieden von 100 : 1 bis 1000 : 1 entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen bei einem elektronischen Tastenmusikinstrument der eingangs beschriebenen Art die anschlagabhängige Lautstärkedynamik vergrößert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Bei diesem Aufbau der Schaltung folgt die Ladung des Querkondensators derjenigen des vom Tastenkontakt aufladbaren Kondensators, sobald der Tastenkontakt

seine Arbeitsstellung erreicht hat Wegen der Gegenkopplung vermag aber die am Querkondensator anliegende Spannung sofort einen der Restspannung am primären Kondensator entsprechenden Wert anzunehmen. Hierbei ist lediglich noch die Offs^t-Spannung des Verstärkers, die bei etwa 1,5 mV liegt, zu berücksichtigen. Darüber hinaus erlaubt die Gegenkopplung auch noch eine Spannungsübersetzung, ,,o daß die maximale Restspannung des über den Tastenkontakt aufgeladenenen Kondensators der maximalen Versorgungsspannung von beispielsweise 15 V entsprechen kann. Dies führt zu einem Spannungsverhältnis am Querkondensator von 10 000:1, was einem Dynamikbereich der Schaltung von ca. 80 dB entspricht

Mit Hilfe des Stromverstärkers ist es möglich, den Querkondensaior sehr rasch auf denjenigen Wert aufzuladen, der dem Restpotential des primär aufgeladenen Kondensators entspricht. Der Verstärker kann entsprechend schwach ausgelegt werden. Trotz Zwischenschaltung des Stromverstärkers bleiben die erwähnten Vorteile aufgrund der Gegenkopplung erhalten.

Durch die Dioden-Gegenkopplung des Anspruchs 2 wird der Verstärkereingang auf einem definierten Wert gehalten, bis der Tastenkontakt die Arbeitsstellung erreicht. Über diese Diode kann auch der Ladestrom des primären Kondensators fließen. Insbesondere kann der Eingang auf einem Bezugspotential Null gehalten werden.

Die Diode des Anspruchs 3 unterbindet eine ;o unkontrollierte Entladung des Kondensators.

Anspruch 4 entspricht einer Nachbildung des Dämpfer-Pedals eines Pianos. Denn der primäre Kondensator wird vom Ruhepotential auf einen geringeren Wert aufgeladen, so daß auch die später für ü die Lautstärke wirksame Restspannung geringer ist.

Die Verwendung eines Feldeffekttransistors als Analogschalter nach Anspruch 5 sorgt dafür, daß auch im nachfolgenden Tonsignal-Steuerteil die Schleusenspannung eines Transistors als Schalter entfällt. Denn w mit Hilfe eines Feldeffekttransistors läßt sich der lineare Ansteuerbereich bis in einen Bereich von 60 —8OdB erweitern.

Mit den Maßnahmen des Anspruchs 6 wird ein klavierähnliches Sustain erzielt, weil jedesmal wenn nach Tastenrückkehr das Ruhepotential am elektronischen Schalter anliegt, der Parallelwiderstand zugeschaltet wird, so daß sich der gewünschte kurze Sustain ergibt. Hierbei verhindert die sehr hochohmige Treiberstufe Rückwirkungen auf die Kondensatorspan- ~m nung.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 hat der Ton auch beim Loslassen der Taste eine lange Abklingzeit. Dies entspricht dem üblichen Sustain-Pedal bei einem Piano.

Gemäß Anspruch 8 wird der kurze Sustain dauernd eingeschaltet. Er ergibt sich daher jeweils unmittelbar nach dem Tastenanschlag, wodurch man einen Banjo-Effekt erzielt.

Mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 9 ist t>o sichergestellt, daß der elektronische Schalter und die Treiberstufe auch beim verminderten Ruhepotential zwischen den beiden Tastenstellungen unterscheiden können.

Mit Hilfe der Merkmale nach Anspruch 10 können mit der gleichen Kontaktanordnung auch Baugruppen angesteuert werden, die normalerweise nur von einem einfachen Ein-Aus-Signa! betätigt werden, beispielsweise bei der elektronischen Tastung einer elektronischen OrgeL An dieser Ausgangsleitung können auch Spannungen für mitlaufende Format-Filter sowie Triggerspannungen für Effekt-Auslösungen rückwirkungsfrei entnommen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung für ein elektronisches Tastenmusikinstrument

Eine Vielzahl von Tasten 1 weist je einen Tastenkontakt 2 auf, der in der veranschaulichten Ruhestellung an einer Ruhekontaktschiene 3 anliegt, welche ein positives Ruhepotential Ur führt Nach Durchlaufen eines vorgegebenen Weges erreicht der Tastenkontakt 2 eine Arbeitskontaktschiene 4, welche Massepotential führt. Der Tastenkontakt 2 ist über einen Ladewiderstand R 1 mit der Parallelschaltung eines Kondensators Ci und eines Entladewiderstandes R 2 verbunden. Der Ausgang dieser parallelen Schaltung ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers A verbunden, dessen anderer Eingang an Masse liegt. Eine erste Diode Di verbindet den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A mit seinem Ausgang. Der Ausgang ist über eine zweite Diode D 2 mit der Basis eines als Stromverstärker dienenden Transistors Π verbunden. Dessen Kollektor liegt an der Versorgungsspannung + Ub, der Emitter ist mit einem Punkt 5 verbunden. Zwischen diesem und Masse liegt ein Querkondensator C2. Außerdem ist der Punkt 5 über einen Gegenkopplungszweig 6 mit einem ohmschen Widerstand Λ 3 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A angeschlossen. An der Buchse 7 steht daher eine Hüllkurvenspannung H zur Verfügung.

Diese wird dem Steuereingang eines Analog-Schalters in der Form eines Feldeffekt-Transistors 8 zugeführt, dem von einem Tongenerator 9 Tonsignale zugeleitet werden, welche am Ausgang 10 mit der Amplitude der Hüllkurvenspannung H an eine Verarbeitungseinheit 11 abgegeben werden, welche zumindest einen Verstärker und eine Widergabeeinrichtung aufweist. Gestrichelt ist ein Widerstand Ri dargestellt, welcher den Innenwiderstand der an die Buchse 7 angeschlossenen Schaltung darstellen soll.

Das Potential des Tastenkontakts 2 wird über eine Leitung 12 einer Treiberstufe 13 zugeführt, die eine' extrem hochohmigen Eingang (z. B. mehr als 10¹² Ohm) hat. Der Ausgang ist einerseits über eine Leitung 14 zu einer Buchse 15 geführt. Nach Schließen eines Schalters 16 kann beispielsweise ein elektronischer Schalter 17 angesteuert werden, über den ein Tonsignal vom Tongenerator 9 über eine Ausgangsleitung 18 an die Verarbeitungseinheit 11 geliefert wird. Andererseits ist der Ausgang der Treiberstufe 13 über einen Trennwiderstand R 4 mit dem Eingang 19 eines elektronischen Schalters verbunden, der mit einem Entlade-Widerstand Λ 5 in Reihenschaltung liegt, die ihrerseits parallel zum Querwiderstand C2 geschaltet ist. Der Eingang 19 kann ferner über eine Diode D 3 und einen Betätigungsschalter 21 mit Massepotential und über eine gegensinnig geschaltete Diode D 4 und einen Betätigungsschalter 22 mit dem Ruhepotential Ur. verbunden werden. Diese beiden Schalter sind gleichzeitig für alle Tasten wirksam, weshalb Sammelleitungen Sl und S 2 vorgesehen sind, welche zu den entsprechenden Dioden D 3 und D 4 führen.

Das Ruhepotential Ur entspricht normalerweise der

Versoigungsspannung + Ub. Mit Hilfe eines Spannungsteilers aus den Widerständen R 6 und R 7 kann jedoch durch öffnen eines Schalters 23 das Ruhepotential Ur auf den halben Wert herabgesetzt werden. Über eine Leitung 24 wird dieses Ruhepotential auch der Treiberstufe 13 und dem elektronischen Schalter 20 als Versorgungsspannung zugeführt.

Hiermit ergibt sich folgende Betriebsweise:
In der veranschaulichten Ruhelage des Tastenkontakts 2 lädt sich der Kondensator C1 auf eine Spannung

= U„

Rl

R\ +Rl

auf. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A wird über die Diode D 1 auf Nullpotential (ca. +1 mV) gehalten. Bei Tastenbestätigung entlädt sich der Kondensator Cl in der Zeit, die der Tastenkontakt von dem Verlassen der Ruhekontaktschiene 3 bis zum Erreichen der Arbeitskontaktschiene 4 benötigt, über den Widerstand R 2. Dies geschieht nach einer e-Funktion mit der Zeitkonstante Cl R2. Wenn der Tastenkontakt 2 mit dem Massepotential der Schiene 4 verbunden ist, wird der Querkondensator C2 über den Operationsverstärker A auf den Wert

U_n = -

RZ R\

aufgeladen. Das Aufladen erfolgt sehr rasch, da der Stromverstärker Tl relativ große Ströme führen kann. Nutzt man den zur Verfügung stehenden Arbeitsbereich vollständig aus, läßt sich für die Hüllkurve ein Dynamikbereich von etwa 80 dB erzielen.

Das Entladen des Querkondensators C 2 erfolgt über den Innenwiderstand Ri verhältnismäßig langsam, so daß der über den Analog-Schalter 8 durchgesteuerte Ton allmählich abklingt. Wenn die Taste losgelassen wird, ergibt sich über die Leitung 12, die Treiberstufe 13 und den Widerstand A4 arn Eingang 19 des elektronischen Schalters 20 ein Einschaltsignal, so daß der Entladewiderstand R 5 dem Widerstand Ri parallel

geschaltet wird. Entsprechend schnell klingt nunmehr der Ton ab, wie dies bei einem Piano der Fall ist.

Durch Betätigen des Schalters 21 wird der Steuereingang 19 dauernd an Massepotential gelegt. Der elektronische Schalter 20 bleibt dauernd gesperrt. Dies ergibt einen langen Sustain unabhängig vom Loslassen der Taste 1 und entspricht dem Betätigen des Sustain-Pedals bei einem Klavier. Der Schalter 21 kann daher direkt oder indirekt von einem Pedal betätigbar sein.

Durch Betätigen des Schalters 22 wird der Eingang 19 dauernd an das Ruhepotential gelegt. Der Schalter 20 ist dauernd geschlossen. Dies hat ein rasches Abklingen sofort nach Beginn der Hüllkurve H zur Folge. Dies ergibt Effekte, wie sie bei einem Banjo auftreten.

Durch öffnen des Schalters 23 wird das Ruhepotential Ur halbiert. Hierdurch wird die Lautstärke entsprechend herabgesetzt. Das öffnen des Schalters 23 entspricht daher der Betätigung des Dämpfer-Pedals bei einem normalen Piano. Dieser Schalter kann daher direkt oder indirekt ebenfalls von einem Pedal betätigt werden.

Am Ausgang der Treiberstufe 13 treten Rechteck-Signale in Abhängigkeit von der Tastenbetätigung auf. Die Rechteck-Signale auf der Leitung 14 entsprechen dem bei einer üblichen elektronischen Orgel verwendeten Tastsignalen und können daher zur Lautstärke unabhängigen Durchsteuerung von Tonsignalen benutzt werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurden für zahlreiche Komponenten integrierte Schaltungen handelsüblicher Form benutzt, beispielsweise

Operationsverstärker A	TL 074
Tongenerator 9	Mo 82
Analog-Schalter 8	4016
Treiberstufe 13	4050
elektronischer Schalter 20	6020

Das Widerstandsverhältnis R 3 : R 1 betrug 3 :2. Dies . führte bei einer Versorgungsspannung Ub= +15 V zu dem erstrebten Dynamikbereich von 60 — 80 dB.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Tastenmusikinstrument mit vom Tastenanschlag abhängiger Lautstärke des angeschlagenen Tones, bei dem zur Erzeugung einer Hüllkurvenspannung ein Kondensator mit einem Eingang eines Verstärkers verbunden ist, in der Ruhestellung auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen und während der anschlagabhängigen Übergangszeit über einen parallel liegenden Widerstand entladen wird sowie mit seiner bei Erreichen der Arbeitsstellung vorhandenen Restspannung den Verstärker steuert, wobei der Verstärkereingang bis zum Erreichen der Arbeitsstellung auf Bezugspotential gehalten wird und dem Ausgang des Verstärkers ein Querkondensator nachgeschaltet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) Der Eingang des Verstärkers (A) wird mittels einer Diode (D 1) auf Bezugspotential gehalten,

b) der Ausgang des Verstärkers (A) ist mit dem Eingang eines Stromverstärkers (TX) verbunden,

c) der Querkondensator (C2) liegt im Ausgangskreis des Stromverstärkers (Ti), >■>

d) der Querkondensator (C2) ist über einen den Stromverstärker (TX) überbrückenden ohmschen Gegenkopplungszweig (6) mit dem Eingang des Verstärkers ^verbunden.

2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ω zeichnet, daß die den Verstärkereingang auf Bezugspotential haltende Diode (DX) diesen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers (A) verbindet.

3. Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch r> gekennzeichnet, daß zwischen Verstärkerausgang und Querkondensator (C 2) eine sein Entladen über den Verstärker (A) verhindernde Diode (D 2) geschaltet ist.

4. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruhepotential (Ur)mittels eines Betätigungsschalters (23) auf einen kleineren Wert umschaltbar ist.

5. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (H) des 4"> Querkondensators (C 2) dem Steuereingang eines ein Tonsignal durchsteuernden Analogschalters (8) in der Form eines Feldeffekt-Transistors zugeführt wird.

6. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ■> <> bei dem dem Querkondensator eine Entlade-Widerstandsanordnung parallel geschaltet ist, die mindestens zwei parallele Zweige aufweist, von denen einer aus der Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Schalters besteht, der in Abhängigkeit von >5 der Ruhestellung des Tastkontakts in den leitenden Zustand geht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (20) elektronisch aufgebaut ist und sein Steuereingang unter Zwischenschaltung einer eingangsseitig sehr hochohmigen Treiberstufe (13) mit ω dem dem Kondensator (CV) zugewandten Anschluß des Tastkontaktes (2) verbunden ist, so daß der Schalter in Abhängigkeit vom Ruhepotential (Un)\n den leitenden Zustand gesteuert wird.

7. Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekenn- t>i zeichnet, daß der Steuereingang (19) des elektronischen Schalters (20) außerdem mittels eines Betätigungsschalters (22) über eine Diode (D4) an das

Ruhepotential (Ur) legbar ist

8. Instrument nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (19) des elektronischen Schalters (20) außerdem mittels eines Betätigungsschalters (21) über eine entgegengesetzte gepolte Diode (D 3) an ein das Sperren bewirkendes Potential legbar ist

9. Instrument nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsspannungs-Eingang des elektronischen Schalters (20) und der Treiberstufe (13) an das Ruhepotential (Ur) angeschlossen ist

10. Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang der Treiberstufe (13) und einem Trennwiderstand (R 4) eine Ausgangsleitung (14) für Tastungssignale abzweigt