DE69033167T2

DE69033167T2 - Mensch/maschine schnittstelle

Info

Publication number: DE69033167T2
Application number: DE69033167T
Authority: DE
Inventors: Guy Huffener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-13
Filing date: 1990-11-13
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2010-11-14
Also published as: WO1992009069A1; DE69033167D1; AU661651B2; US5382891A; EP0510001B1; AU6730690A; EP0510001A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und eine Methode für die Online- Steuerung von Taktdaten in einem Computer oder Mikroprozessor-basierenden System und im besonderen auf eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die für die Steuerung von Taktdaten konzipiert ist. Die Erfindung eignet sich optimal für die Verwendung mit Musiksynthesizern.[0001]
US-A 3,926,088 (Davis) offenbart ein Musikinstrument mit den Funktionen der in den Ansprüchen unter 1 und 3 beschriebenen Bestandteile. Dieses Instrument besteht aus einem Fußpedal (Schalter) zur Online-Steuerung des Rhythmus während der Leistung. In Spalte 2, Zeilen 10f. und Spalte 12, Zeile 15f. wird die Synchronisierung zwischen Mensch und Maschine beschrieben. Dabei handelt es sich um eine Methode zur Online-Steuerung von Taktdaten (während der Leistung).[0002]
GB-A 2,115,583 betrifft die Verwendung einer ausgewählten Frequenz, die die Benutzer steuert, d. h. eine taktile Erregung durch ein Gehäuse ähnlich einer Armbanduhr. Schaukelnde Pedalvorrichtungen werden unter DE-A 37 41 246 beschrieben, die eine Bremse in einem Fahrzeug mit Benzinmotor antreiben, jedoch auch oszillatorische Bewegungen über den Gummi des Pedals ausüben und dadurch dem bremsenden Benutzer das Durchdrehen eines Rades anzeigen und ihm somit vermitteln, die Bremse zu lösen.[0003]
Die Mehrzahl der anderen Mensch-Maschine-Schnittstellen wird nicht online bei Echtzeit betrieben. Der Grund hierfür liegt darin, daß die meisten Computersysteme keine komplexen Operationen mit der gleichen Geschwindigkeit wie das menschliche Gehirn ausführen können. In der letzten Hälfte dieses Jahrhunderts wurden jedoch erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der Operationsgeschwindigkeit von Mikroprozessoren und Computern erzielt. Dadurch können jetzt Computersysteme, einschließlich Roboter, entwickelt werden, die menschliche Funktionen mit einer Echtzeit-Geschwindigkeit ausführen. Beispielsweise kann ein Robotersystem konstruiert werden, in dem der Roboter in der gleichen Geschwindigkeit lesen und Musik spielen kann wie ein Mensch. Durch diese Robotersysteme wird eine ganze Reihe von Möglichkeiten zum Kombinieren von menschlichem und roboterhaftem Verhalten erschlossen. Die Roboter können aktiv, wie oben beschrieben, oder passiv eingesetzt werden. Ein Musiksynthesiser kann beispielsweise Musikklänge von vorprogrammierten und/oder bereits aufgezeichneten Digitaldaten reproduzieren. Unabhängig davon, ob es sich bei diesen Geräten um aktive oder passive Geräte handelt, wird die Operationsgeschwindigkeit des Systems von den Taktdaten bestimmt. Bedingt durch die maschinenähnliche Genauigkeit dieser Taktdaten können Probleme auftreten, wenn Personen eine computergesteuerte Maschine bedienen müssen.[0004]
Da gleichzeitig die Operationsgeschwindigkeit von Computern sowie der Bedarf an Anwendungen, bei denen die Echtzeit-Berechnung mit menschlichem Verhalten synchronisiert werden muß, weiter ansteigt, muß ein aktiver oder passiver Echtzeit- Roboter so gesteuert werden können, daß die Operationsgeschwindigkeit entsprechend der Anforderungen flexibel angepaßt werden kann.[0005]
Dieses Ziel wird entsprechend Anspruch 1, 2 oder 3 zumindest durch die Beibehaltung einer oszillatorischen Pedalbewegung durch ein Antriebselement erreicht.[0006]
Entsprechend der Beschreibung der Ausführungsbeispiele in bezug auf Musiksynthesiser und Multimedia-Systeme kann die vorliegende Erfindung jedoch als Mensch-Maschine-Schnittstelle mit einem beliebigen taktgesteuerten System eingesetzt werden.[0007]
Der einfachste Stand der Technik in der Form eines Musiksequenzsystems wird in Fig. 1 dargestellt, in der ein Musikinstrument oder Keyboard zum Einspeisen von Musikdaten in einen Sequenzer mit dem Sequenzer und mit einem Verstärker sowie einem Verstärker und einem Aufnahmegerät verbunden ist. Bei diesem Sequenzing- Gerätetyp müssen Daten für die einzelnen Musikinstrumente oder Musikteile separat eingespeist werden. Die Musikdaten können direkt von einem Musikinstrument, z. B. dem Keyboard eines elektronischen Gerätes, eingegeben werden. Die Daten können jedoch auch direkt über ein Computer-Terminal eingespeist werden. Dieses System ist allerdings mit einem äußert hohem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden, wenn mehrere unterschiedliche Bestandteile gleichzeitig wiedergegeben werden, wie das beispielsweise bei Orchestermusik der Fall ist. Dieses System (MIDI) wird in "MIDI in Therorie und Praxis", Elektor Verlag, 1990 beschrieben.[0008]
In Fig. 2 wird ein erweitertes und komplexes konventionelles System dargestellt, bei dem eine Reihe von Sequenzen 0, 1, 2, 3 oder elektronische Musikinstrumente sowie ein Zeittaktgeber 6 miteinander verbunden sind. Dieser Zeittaktgeber erzeugt Zeitimpulse, die die Operation der Sequenzen 0, 2, 3 steuern. Dadurch kann eine Vielzahl von Musikbestandteilen gleichzeitig wiedergegeben werden. Darüber hinaus kann die Musikzeit während des Playbacks durch die Programmierung des Zeittaktgebers verändert werden. Das System ist als lokales Netzwerk (LAN) strukturiert, in dem sich die Rahmen der Musikleistung entlang der Schleife bewegen, wobei jeder Rahmen digitale Informationen über die Musiknoten, Takt, Start und Ende der Note sowie Identifikationsdaten für das Empfangsgerät enthält. Knoten 6 sendet in der Regel Zeitklickdaten mit einer Taktrate einer 96te1-Note einer Notendauer. Das typische Tempo liegt bei 160 qpm (Viertelnoten pro Minute), d. h. die 96te1-Note einer Note ist 15.265 ms. Daher sendet Knoten 6 alle 15.625 ms. Taktrahmen. Knoten 6 ist der Master der Gesamtleistung, und das Tempo der einzelnen Sequenzer wird durch dem Empfang der Tempoklickdaten vom Master gesteuert. Dieses System wird in "TRONPROJECT 1987", K. Sakamura, Springer Verlag, beschrieben. Bei diesem System wird jedoch vorausgesetzt, daß alle Musik- und Tempodaten bereits aufgezeichnet oder vorprogrammiert sind. Dies bedeutet, daß die einzelnen Musiker oder Komponisten bestimmte Bestandteile separat aufzeichnen müssen. Dadurch geht allerdings ein Großteil der Spontaneität von Liveauftritten verloren. Um die Sequenzer korrekt zu programmieren, ist neben der musikalischen Kreativität auch ein fundiertes Wissen über die Software und die Programmierung von Computern erforderlich. Dies schränkt moderne Musiker und Komponisten allerdings erheblich ein.[0009]
Ein weiteres Problem tritt auf, wenn Musiker bei einem Liveauftritt gleichzeitig mit elektronisch aufgezeichneter Musik spielen. In dieser Situation werden die Livekünstler durch die elektronische Genauigkeit des Zeittaktgebers 6 in Fig. 2 dazu gezwungen, die elektronischen Geräte zu begleiten, anstatt von den Geräten bei der Darbietung unterstützt zu werden.[0010]
Es bestand ein langfristiger Bedarf an einem System, bei dem Musiker und Sequenzer in einem flexiblen Modus interagieren können, so daß die Musiker nicht dazu gezwungen sind, das von dem elektronischen Gerät vorgegebene Tempo zu akzeptieren, sondern Tempoänderungen während des Liveauftritts selbst bestimmen können.[0011]
Fig. 3 zeigt ein weiteres konventionelles Gerät, das einen Bestandteil des Netzwerks oder der digitalen Schnittstelle des Musikinstruments bildet und das Tempo des Zeittaktgebers 6 in Fig. 2 steuert. Das in Fig. 3 dargestellte Gerät besteht aus einer programmierbaren Temposteuereinheit 11, die mit einer Reihe von Geräten 12-1 bis 12-5 verbunden ist. Diese Temposteuereinheit wurde früher von der Firma Roland verwendet und mit der Bezeichnung SBX-80, Sync Box vertrieben. Das Tempo für die Musikwiedergabe wird von einer internen Zeitschaltung bestimmt. Das Tempo kann jedoch auch von einer Pedalschaltung 10 oder einer externen Vorrichtung zum Generieren eines akustischen Signals 13 festgelegt werden. Mit dieser Vorrichtung zur Tempogenerierung 10, 13 können Interferenzen anhand von Taktstrichen anstatt von einer 96tel-Notendauer der Tempoklickdaten generiert werden, die für den Zeittaktgeber 6 von Fig. 2 erforderlich sind. Tempoänderungen können daher nur interferenzweise und nicht innerhalb einer Interferenzperiode ermittelt werden. Deshalb kann die Temposteuereinheit nachfolgenden Tempoänderungen nicht genau folgen. Besondere Probleme treten bei nachfolgenden Tempoänderungen innerhalb eines Taktstriches der Musik auf.[0012]
Die vorliegende Erfindung entsprechend Anspruch 1 bis 3 stellt ein Gerät für Personen zur Interaktion mit taktgesteuerten Systemen bereit. Dadurch kann die Operationsgeschwindigkeit des Systems kontinuierlich entsprechend der Anforderungen variiert werden.[0013]
Ein weiterer Aspekt entsprechend der Ansprüche ist es, eine Mensch-Maschine- Schnittstelle bereitzustellen, die genaue Daten an den Operator liefert, indem taktile Postionsdaten bereitgestellt werden.[0014]
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend der Ansprüche ist es, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle für den Betrieb mit einem taktgesteuerten System bereitzustellen, um die Aktivitäten des Systems zu sequentialisieren, wodurch die Mensch-Maschine-Schnittstelle Zeitdaten generiert, die vom System für die Zeitsteuerung benötigt werden.[0015]
Ein weiterer Aspekt der Erfindung entsprechend der Ansprüche ist es, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitzustellen, die Zeitimpulse in einer kontinuierlichen Weise generiert und dennoch weitere Zeitimpulse von anderen im System verwendeten Geräten empfangen kann.[0016]
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitzustellen, die bereits aufgezeichnete Zeitdaten online (in Echtzeit) aufbereiten kann.[0017]
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechend der Ansprüche ist es, ein Gerät bereitzustellen, mit dem Musiker über Pedalvorrichtungen mit Musiksequenzern in der Art und Weise interagieren können, daß das Tempo der Musik kontinuierlich variiert werden kann. Im besonderen wird ein Fußpedal in diesem System bereitgestellt. Dieses Pedal dient zum Sequentialisieren von Musik und zum Generieren von Tempoklickdaten mit der Taktrate, die von den Sequenzern für die Zeitsteuerung benötigt wird.[0018]
Ein weiterer Aspekt der Erfindung entsprechend der Ansprüche ist es, einen Zeittaktgeber für ein Netzwerk bereitzustellen, dessen Zeitsteuerung kontinuierlich variable ist und dennoch Eingangs-Temposignale von anderen Sequenzern oder anderen Zeittaktgebern empfangen kann, die in diesem Netzwerk verwendet werden, und der im Master- oder Slave-Modus betrieben werden kann.[0019]
Die vorliegende Erfindung wird detailliert in Bezug auf die folgenden Beispiele in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.[0020]
Fig. 1 zeigt ein konventionelles, einfaches Musiksequenzsystem nach dem Stand der Technik, wie bereits angeführt;
Fig. 2 zeigt die Schleifenkonfiguration eines typischen Musiksequenzsystems nach dem Stand der Technik, wie bereits angeführt;
Fig. 3 zeigt einen konventionellen Sequenzer mit einer externen Vorrichtung zum Generieren von Zeittakten, wie bereits angeführt,
Fig. 4 zeigt eine allgemeine Ansicht einer Schaltung entsprechend eines Beispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5a und 5b zeigen Details eines Ausführungsbeispiels der Schaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6a und 6b zeigen die Bewegung der Schaltung gemäß zweier Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7a zeigt eine Vergleichsschaltungsoperation zum Steuern des Antriebs der Schaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 zeigt eine Motorsteuervorrichtung zur Verwendung mit der vorliegenden ' Erfindung.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 zeigt einen Bestandteil eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Hierbei handelt es sich um ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt wird.
Fig. 11a und 11b zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Fig. 5a und 5b,
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Fig. 13 zeigt ein schematisches Datenflussdiagramm in der Mensch-Maschine-Schnittstelle entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm der Operation der Mensch-Maschine-Schnittstelle entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig. 15 zeigt die schematische Anordnung von mehreren Mensch-Maschine- Schnittstellen und ein Netzwerk entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 17 zeigt ein schematisches, elektronisches Schaltdiagramm einer Steuerschaltung zur Verwendung mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 16.
[0021] In einem allgemeinen, von Taktdaten gesteuerten System liegen die Taktdaten entweder in einer kontinuierlichen und regelmäßigen (beispielsweise in einem aktiven Robotersystem) oder in einem bereits aufgezeichnetem und variablem Format (wie bei einem Musiksynthesizer) vor. Um eine nützliche Mensch-Maschine-Schnittstelle zu konzipieren, müssen die folgenden Funktionen ausgeführt werden können. Zunächst muss die vom Computersteuersystem generierte Zeitsteuerung geprüft werden können. Nachstehend wird dieser Betriebsmodus als Slave-Modus der Mensch-Maschine- Schnittstelle beschrieben. Zu einem anderen Zeitpunkt muss die Zeitsteuerung des computergesteuerten Systems festgelegt werden. In diesem Fall wird die Mensch- Maschine-Schnittstelle im Master-Modus betrieben. In anderen Fällen ist es notwendig, dass die von der Maschine generierte Zeitsteuerung geändert oder bearbeitet wird. Dieser Modus wird nachstehend als Editiermodus bezeichnet. Diese Funktionen können in einer separaten Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitgestellt oder in einer einzelnen Einheit kombiniert werden.

Slave-Modus

[0022] Das Ziel dieses Modus ist es, einem Operator (Person) Informationen zur Zeitsteuerung der Maschine bereitzustellen. Der Operator könnte natürlich die Bewegungen des Roboters überwachen oder die vom Synthesizer wiedergegebene Musik anhören und Änderungen in der Zeitsteuerung feststellen. Diese Methode erfordert jedoch zu viel Aufmerksamkeit für den Operator, der seine Aktivitäten über die Maschine koordinieren muss. Es ist von Vorteil, wenn Zeitinformationen vom Operator problemlos erkannt werden können. Nachstehend stellt ein Fußpedal die Lösung für dieses Problem dar. Dieses Fußpedal wird von einem Motor angetrieben, dessen Geschwindigkeit durch die von der Maschine generierten Zeitsteuerung bestimmt wird. Wenn sich die von der Maschine generierte Zeitsteuerung ändert, wird gleichzeitig die Motorgeschwindigkeit verändert und die Bewegung des Fußpedals wird erhöht bzw. herabgesetzt. Direkte taktile Informationen in bezug auf die Zeitsteuerung der Maschine können durch Ruhen des Fußes auf dem Fußpedals ermittelt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein Fußpedal beschränkt, sondern kann auch in der Form von Blinklichtern oder bewegbaren Armen ausgeführt werden, um kein taktiles Signal, sondern ein optisches Signal für den Operator auszugeben. Bei den beiden letzteren Methoden handelt es sich jedoch nicht um die bevorzugten Methoden, da Augen, Ohren, Finger und Arme für andere Aktivitäten verwendet werden als für die Ermittlung von Zeitinformationen der Maschine. In der Regel eignet sich ein Fußpedal am besten, da bei den meisten Aktivitäten Arme, Finger und Augen beteiligt sind, während die Füße zur freien Verfügung stehen.

Master-Modus

[0023] Entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird die Mensch-Maschine-Schnittstelle im Master-Mode mit einem Fußpedal bereitgestellt, das die Zeitsteuerung und die Daten in einer Form generiert, die von der Maschine verwendet werden kann. Die Erfindung ist nicht auf ein Fußpedal beschränkt. Es kann sich um ein beliebiges Gerät handeln, daß mit anderen Körperteilen, beispielsweise Fingern oder Armen, angetrieben werden kann. Der entscheidende Punkt beim Master-Modus- Fußpedal ist der, daß eine ausreichende Anzahl von Zeitsteuerungsdaten generiert wird, so daß die Maschine richtig reagiert. Bei den vorstehend angeführten Geräten nach dem Stand der Technik können Taktimpulse mit einem Fußpedal aus einer einzelnen Musiknote oder einem Musiktaktstrich generiert werden. Das System muß zwischen diesen einzelnen Ereignissen interpolieren. Es ist jedoch wesentlich vorteilhafter, über ein Fußpedal zu verfügen, das eine hohe Anzahl an Taktimpulsen generiert, so daß alle Taktabstufungen zwischen Noten oder innerhalb eines Taktstriches richtig ausgeführt werden.
[0024] Ein weiterer wichtiger Aspekt der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Master-Modus ist der, daß die Zeitsteuerungsdaten zuerst vom Operator festgelegt werden können und anschließend die Zeitsteuerung beibehalten werden kann, bis eine weitere Anpassung erforderlich ist. Bei einem Fußpedal kann der Operator die Zeitgeschwindigkeit mit Hilfe des Fußpedals festlegen. Nachdem der Fuß anschließend weggenommen wird, generiert das Fußpedal dann weiterhin Taktimpulse gemäß der festgelegten Geschwindigkeit.

Editiermodus

[0025] Der Editiermodus der Mensch-Maschine-Schnittstelle entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist auch auf einem Fußpedal aufgebaut, das von bereits aufgezeichneten Taktimpulsen angetrieben wird. Das Fußpedal oder das mit dem Fußpedal verbundene Gerät enthält einen Taktsequenzer, der jedes Bit der Zeitdaten entsprechend der Fußpedalposition bearbeitet. Das Fußpedal wird in der Regel von den Zeitdaten der Maschine angetrieben. Wenn der Operator jedoch die Operationsgeschwindigkeit herauf bzw. herabsetzen möchte, kann er dazu mehr Druck oder Verlustdruck auf das Fußpedal ausüben, um es zu verlangsamen oder zu beschleunigen. Die dadurch erhöhte oder herabgesetzte Operationsgeschwindigkeit des Fußpedals wird an den Taktsequenzer ausgegeben. Jede einzelne Bitlänge der Zeitdaten wird anschließend entsprechend der vom Fußpedal gesendeten Informationen erhöht oder verringert. Diese Bearbeitung erfolgt auf einer Echtzeit-Basis. Die bearbeiteten Daten können gegebenenfalls wiederhergestellt werden, so daß die bearbeiteten Daten beim nächsten Betrieb der Maschine verwendet werden. Die bearbeiteten Zeitdaten können jedoch auch nicht gespeichert und die Originaldaten beibehalten werden.
[0026] Die Erfindung wird jetzt in der Form eines Fußpedals zum Sequentialisieren von Musik und Multimedia-Daten und im besonderen wird ein Fußpedal beschrieben, das eine Vorrichtung zum Generieren eines Taktimpulses enthält. Besonders wird auf "MIDI" in Theorie und Praxis" Elector Verlag, 1990 verwiesen. In diesem Buch werden Details in bezug auf den technologischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung erläutert.
[0027] Fig. 4 zeigt eine generelle Sicht eines Fußpedals gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Fußpedal beschränkt, sondern bezieht sich auf jede Form von Vorrichtungen zum Generieren von Tempotakten.
[0028] In Fig. 4 ist der Fuß des Musikers auf der Oberfläche (21) des beweglichen Fußpedals (34) positioniert. Durch die Bewegung des bewegbaren Fußpedals (34) rotiert die Kurbelscheibe (24) in einer kreisförmigen Bewegung. Die Kurbelscheibe ist an der Welle (33) befestigt, an der auch ein Antriebsrad (18) montiert ist. Durch die Rotation des Antriebrads (18) wird der Rotations-Encoder (29) angetrieben, der funktionell an die Welle (33) angeschlossen ist. Der Rotations-Encoder (29) gibt Tempoklickdaten als elektronische Impulse aus. Die Ausgabe des Encoders (29) wird beispielsweise an ein Multimedia-Netzwerk (nicht detailliert dargestellt) übergeben. Durch die Verwendung des Encoders (29) kann das Fußpedal im Einklang mit dem Musiktakt betrieben werden.
Außerdem können dadurch im Master-Modus große Mengen an erforderlichen Tempoklickimpulsen generiert werden. Wenn die Klickimpulse beispielsweise bei einem 96tel einer Notendauer generiert werden, sollte der Rotations-Encoder 96 Impulse bei jeder Rotation liefern. Diese Rotations-Encoder, beispielsweise optische Encoder, sind dem Fachmann bekannt.
[0029] Im vorstehend beschriebenen Master-Modus wird das Fußpedal als Master für das Tempo im Netzwerk eingesetzt. Das Fußpedal kann jedoch auch im Slave-Modus betrieben werden. Das Fußpedal enthält einen Motor (14), der von einem Netzteil (23) angetrieben wird. Die Drehgeschwindigkeit des Motors kann (Slave-Modus) anhand der Ausgabe der Tempoklickdaten des Netzwerks festgelegt werden. Bei dem Motor kann es sich um einen Synchronmotor mit einem Motorsteuerungsystem, z. B. HD 63140, einen universalen Impulsprozessor von Hitachi (siehe Fig. 8) oder um einen anderen Motor handeln, dessen Drehgeschwindigkeit relativ genau eingestellt werden kann. Der Motor treibt ein Antriebsrad (15) an, das auf einer Welle (32) mittels eines Antriebsriemens (16) oder eines vergleichbaren Übertragungselements befestigt ist. Ein zweiter Rotations- Encoder (28) kann optional mit der Welle (32) verbunden sein, so daß bei jeder Drehung der Welle (32) eine Reihe von elektronischen Impulsen an den Rotations-Encoder ausgegeben wird. Diese Impulse liegen in einer Form vor, die mit den konventionellen Tempoklickdatenimpulsen vergleichbar sind.
[0030] In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Ausgabe des Rotations-Encoders (28) in einen Entscheidungsschaltkreis (nicht abgebildet) in der Form einer Rückkopplungsschleife eingespeist werden, so daß die Ist- Drehgeschwindigkeit des Motors mit der eingestellten Geschwindigkeit des Motors verglichen werden kann und jede ermittelte Differenz entweder durch das Netzwerk oder durch die Verwendung von logischen Schaltkreisen im Fußpedal korrigiert werden kann. Dieses Fußpedal kann die Ausgabe der Encoder (28) und (29) vergleichen und wird nachstehend beschrieben. Ein Antriebsrad (17) ist am anderen Ende der Welle (32) des Antriebsrads (15) montiert, und das Antriebsrad (17) ist funktionell an das mechanische Schnittstellen-Antriebsrad (18) über einen Antriebsriemen (31) oder ein anderes Übertragungselement angeschlossen.
[0031] Die Operation des Fußpedals wird jetzt beschrieben. Im Slave-Modus ruht der Fuß des Musikers auf dem Fußpedal. Der Motor (14) empfängt die Tempoklickimpulse vom Netzwerk und wird mit einer Frequenz betrieben, die diesen Impulsen entspricht. Das bewegliche Fußpedal (34) wird über den Antriebsriemen (16) und (31) sowie die Antriebsräder (15,17,18) zum Takt der Musik angetrieben, wie vom Tempogenerierungstaktgeber des Netzwerks festgelegt wurde. In diesem Modus empfängt der Musiker über seinen Fuß eine taktile dynamische Tempoanzeige der zu spielenden Musik. Dadurch kann er gleichzeitig mit der vom Sequenzer erzeugten Musik auch ein Instrument spielen. Darüber hinaus werden keine optischen oder akustischen Tempoinformationen (Metronom) für die Anzeige des Musiktempos verwendet. Daher kann sich der Musiker voll darauf konzentrieren, die Noten zu lesen, den anderen Spielern oder der Netzwerkausgabe zuzuhören oder einen Video-Clip zu beobachten, an den die Musik angepaßt werden soll.
[0032] Um die Operation im Slave-Modus zu optimieren, wird die Ausgabe des Encoders (28) mit den empfangenen externen Tempotaktdaten in einer Vergleichsoperation (nicht abgebildet) verglichen und die Motorgeschwindigkeit als Ergebnis dieses Vergleichs gesteuert.
[0033] Wenn der Musiker das Tempo der gespielten Musik ändern möchte, kann er dazu in den Master-Modus wechseln und mit seinem Fuß Druck auf das Fußpedal ausüben, um die Drehgeschwindigkeit zu erhöhen oder die Drehgeschwindigkeit des mechanischen Schnittstellen-Antriebrades (18) herabzusetzen. Dadurch wird der Motor außer Kraft gesetzt, und die Operationsgeschwindigkeit des Fußpedals wird dann vom Musiker bestimmt. Die Ausgaben der Rotations-Encoder (28, 29) werden in einem Vergleichs-/ Entscheidungs-Schaltkreis (nachstehend beschrieben) verglichen. Tritt eine Diskrepanz zwischen der Geschwindigkeit der Encoder (28, 29) auf, wird das Geräts so gesteuert, daß die Tempotaktfrequenz (siehe Fig. 7A) herauf oder herabgesetzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können Slave- oder Master-Modi über die Funktionstasten (35) ausgewählt werden. Im Master-Modus bestimmt das Fußpedal die Zeitsteuerung, und das Netzwerk reagiert entsprechend auf den Tempobefehl des Fußpedals. Im Master-Modus muß sich der Fuß des Musiker nicht ständig auf dem Pedal befinden. Wie in Fig. 7A dargestellt, bestimmt der Musiker eine bestimmte Geschwindigkeit mechanisch. Jede Geschwindigkeitsdifferenz kann durch den Vergleich der Encoder-Ausgaben ermittelt werden. Das Netzwerk sendet geeignete Signale, um den Motor im Fußpedal zu verzögern oder zu beschleunigen. Nachdem das Fußpedal ein bestimmtes Tempo erreicht hat, bleibt die Zeitsteuerung solange konstant, bis der Musiker eine weitere Änderung vornimmt.
[0034] Im vorstehend angeführten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Fußpedal durch eine einfache Pedalbewegung bewegt, wie in Fig. 5b dargestellt.
Durch eine geeignete mechanische Anordnung kann jedoch eine geeignetere Bewegung bereitgestellt werden, wie die in Fig. 5a dargestellte verschiebliche Bewegung. Wie in Fig. 4 dargestellt, können Adapter (25, 26) bereitgestellt werden, um die Pedalbewegung in eine verschiebliche Bewegung umzuwandeln, wie vorstehend angegeben.
[0035] Die exakte Bewegung des Fußpedals kann bei der Beibehaltung der richtigen Zeitsteuerung einen wichtigen Faktor darstellen. Bei einer einfachen Tippbewegung wird der Fuß schnell bewegt und anschließend vom Pedal genommen. Wird diese Bewegung in kontinuierliche Taktimpulse konvertiert, werden nichtgleichmäßige Impulsfrequenzen erzeugt. Mit einer verschieblichen Bewegung kann die Frequenz der generierten Taktimpulse jederzeit besser gesteuert werden. Dies führt zu einer verbesserten Sequenzsalisierung in einem Musiktakt.
[0036] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 5 dargestellt, in der zwei Zwischenräder (19) und (20) an Achsen befestigt sind, die von elastischen Elementen gehalten werden, so daß die Räder (19) und (20) auseinandergehalten werden und dabei den Antriebsriemen (31) spannen. Wie in Fig. 6a dargestellt, erhöht sich die Spannung im oberen Teil des Antriebsriemen und drückt dabei das Rad (19) zusammen, sobald der Musiker versucht, das Fußpedal schneller zu betätigen als die gegebene Geschwindigkeit des Motors ist. Deshalb läuft das Antriebsrad (16) durch einen Winkel α, bevor die erhöhte Geschwindigkeit des Antriebsrades (18) an das Antriebsrad (17) übertragen wird. Eine andere Möglichkeit wird in Fig. 6b dargestellt. Hier versucht der Musiker, das Fußpedal mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die über der eigentlichen Motorgeschwindigkeit liegt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Musiker versucht, das Fußpedal zu verlangsamen. Dadurch erhöht sich die Spannung im unteren Teil des Riemens (31), und das Rad (21) bewegt sich nach oben gegen die Federkraft. In diesem Fall läuft das Antriebsrad (17) durch den β-Winkel, bevor sich die Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Antriebsrad (17) und Antriebsrad (18) aufheben. Der Unterschied im Winkel zwischen den Antriebsrädern (17, 18) wird ersichtlich, wenn die Ausgangsleistungen der Encoder (28, 29) verglichen wird. Als weitere Möglichkeit kann ein mechanisches Verbindungssystem eingesetzt werden, das den Unterschied zwischen den Winkeln direkt mißt und ein entsprechendes Signal abgibt. Das abgegebene Signal dient zur Steuerung des Netzwerks am Motor (14)
[0037] In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Wechsel von Master zu Slave in einem Zyklus des Gerätes ausgeführt. Auf diese Weise dient das Fußpedal beim Niederdrücken als Steuerelement und übergibt die Taktdaten an das Netzwerk. Wenn sich das Fußpedal nach oben bewegt, wird die Steuerung an den Slave-Modus übertragen, so daß das Fußpedal in der Aufwärtsbewegung durch Antriebselemente gemäß der Taktimpulse des Netzwerkes angetrieben wird.
[0038] Eine vereinfachte Version des Fußpedals, die für Operationen im Master-Modus geeignet ist, wird in Fig. 9 dargestellt. Die gleichen Referenznummern beziehen sich in Fig. 9 auf Komponenten, die in Fig. 4 abgebildet und im Begleittext beschrieben sind. Im Gerät von Fig. 9 treibt die Kurbelscheibe (24) die Spindel (40) an, wenn das Fußpedal betätigt wird. Die Drehung der Spindel (40) treibt die Zahnradanordnung (41) an, die mit einem Encoder-Schwungrad (43) über ein Antriebsband (42) verbunden ist. Das Encoder- Schwungrad besitzt die typischen Eigenschaften eines Schwungrads: Es kann das Momentum des Winkels speichern und weist auch eine Folge von Unregelmäßigkeiten (43a) auf, die von einem Detektor (44) erfaßt werden. Die Unregelmäßigkeiten können in Form von Verzahnung vorliegen, wie in Fig. 9 dargestellt, die von einem Hall-Abtastgerät im Innern des Detektors erfaßt werden (44). Es können auch optische Abtastgeräte eingesetzt werden, um die Rotation des Schwungrad-Encoders (43) in eine Reihe von Taktimpulsen umzuwandeln. Die Trägheit des Schwungrad-Encoders (43) ist so konzipiert, daß eine kontinuierlich abnehmende Geschwindigkeit beibehalten wird, wenn das Fußpedal durch den Musiker betätigt wird. Diese Anordnung stellt eine einfache Form eines Fußpedals zur Verwendung im Master-Mode dar, in dem Taktimpulse durch Trägheitsvorrichtungen aufrechterhalten werden.
[0039] Das Gerät von Fig. 10 ist eine kompaktere Ausführungsbeispiel des Gerätes von Fig. 4. Das Gerät von Fig. 10 besitzt zwei Encoder (50) und (54), die mit den Encodern (28) und (29) identisch sind. Die Encoder (50)und (54) sind an zwei Wellen (51) und (55) befestigt, die mechanisch durch einen elastischen Riemen (57) und ein Getriebe (53) verbunden sind. Das Fußpedal ist durch ein Kurbelsystem (keine Abbildung) an eine Welle (55) montiert. Diese Anordnung liefert den elastischen Schlupfmechanismus durch die Dehnung des elastischen Riemens, wie in Fig. 5a und 5b beschrieben. Ein besonderer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, daß Motor, Schwungrad und Encoder komplett in einem einfachen Rad (50) untergebracht sind. In der Radeinfassung können Magneten (59) angebracht werden, die von einem Hall-Sensor abgetastet werden und die Taktimpulse für das Gerät generieren. Die Spannung im elastischen Riemen (57) kann durch eine Schraube(53) justiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Wellen für die Antriebsräder (19) und (20) der Fig. 4 nicht erforderlich sind.
[0040] Eine weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 11a und 11b dargestellt. Dabei handelt es sich um eine verbesserte Version des Gerätes der Fig. 5a und 5b. Der Motorantrieb (57) ist über die Räder (61, 62, 63 & 64) und einem elastischen Riemen (65, 66 & 70) mit einem Encoder verbunden. Das Fußpedal ist mit den die Welle treibenden Rädern (61) und (69) verknüpft. Diese Anordnung ermöglicht einen elastischen Schlupf zwischen dem Encoder (60) und dem Motor (67). Es ist auch möglich, das System gemäß der Fig. 11a zu konstruieren, so daß die Wellen (62 & 63) auf elastischen Lagern montiert sind und das System somit über einen zusätzlicher Schlupf verfügt. In dieser Figur wird ein optischer Encoder dargestellt.
[0041] In Fig. 11b ist eine kompaktere Version der Anordnung von 11a dargestellt. Die Referenznummern sind jedoch gleichbedeutend mit Fig. 11a.
[0042] In den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen mit einem oder zwei Encodern und einem Motor ist eine Steuereinheit erforderlich, um den Motor anzutreiben. Wenn das Fußpedal beispielsweise im Master-Modus betrieben wird, ist es vorteilhaft, die Geschwindigkeit des Motors einzustellen und anschließend das Gerät ohne weiteres Nachregeln laufenzulassen. Das bedeutet, daß der Musiker die Geschwindigkeit mit einer Anfangsbewegung des Fußpedals bestimmt und im Anschluß seinen Fuß vom Fußpedal nehmen kann, um andere Funktionen auszuführen. Das Regeln der Motorgeschwindigkeit unter Verwendung eines Steuerungsystems für die Motorgeschwindigkeit ist nach dem Stand der Technik z. B. aus GB-A-2,017,975 bekannt. In diesen Systemen wird die Geschwindigkeit des Motors durch die Erzeugung einer Referenzspannung geregelt, die proportional zu der festgelegten Geschwindigkeit ist. Diese Referenzspannung wird dann mit einer Spannung verglichen, die von einem Encoder auf der Motor-Antriebsspindel zurückgeführt wird. Wird ein Unterschied ermittelt, erfolgt sofort die Erhöhung oder Verlangsamung des Motors. Diese Geschwindigkeitssteuerung kann auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Fußpedals eingesetzt werden. Dabei handelt es sich jedoch nicht um eine optimale Lösung. Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine dynamisch taktile Zeitsteuerung zwischen Mensch und einem aktiven (oder passiven), roboterhaften Gerät zu erreichen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Steuerungssystem, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Motors dadurch erreicht wird, daß das Fußpedal auf die übliche Weise bewegt wird. Nach einer kurzen "Lernphase" wird dann die Zeitsteuerung, die der Musiker bestimmt, fortgeführt, bis eine weitere Änderung vorgenommen wird. Um die festgelegte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, kann ein Rückkopplungs-Differential- Schaltkreis eingesetzt werden, der die Geschwindigkeit zur Generierung der Taktimpulse differenziert und ein Ausgabesignal an die Motorsteuerungseinheit sendet. Vorausgesetzt, die Taktimpulse bleiben konstant, ist das Ausgabesignal des Rückkopplungs- Schaltkreises Null. Daher erfolgt keine Änderung der Motorgeschwindigkeit. Wenn sich dagegen die Taktimpulsrate ändert, generiert der Differenzierungsschaltkreis einen geeigneten Impuls proportional zur Abweichungsrate der Taktimpulse. Dieses Signal kann dann zur Anpassung der Motorgeschwindigkeit übergeben werden, um die Anzahl der Taktimpulse konstant zu halten. Um eine weitere Tempoeinstellung vorzunehmen, ist es notwendig, den Differenzierungs-Rückkopplungskreis über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu entkoppeln, damit das Gerät die neue Geschwindigkeit "lernen" kann. Die Entkopplung des Differenzierelements kann bei entsprechender Programmierung über den Funktionsschalter (35) erfolgen und dann vom Musiker per Fuß getätigt werden. Eine weitere Möglichkeit liegt in einem programmierbaren System: Wenn der Musiker den Motor außer Kraft setzt, indem er seinen Fuß auf das Pedal stellt, und das Fußpedal dazu zwingt, einer anderen Zeitdauer zu folgen, wird das Differenzierelement automatisch getrennt und der neue Zeitimpulsrahmen ist "gelernt". Der Grund: Eine bestimmte Zeitperiode ist verstrichen, in der eine Differenz zwischen der festgelegten und der vorhandenen Geschwindigkeit besteht.
[0043] Ein Steuerungskreis, der in jedem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann, wird in Fig. 12 dargestellt. Die Ausgaben für die beiden Encodern A und B werden mittels der Schnittstellen (94) und (95) eingegeben und in den 8-Bit-Ein- Chip-Mikrocomputer (85) eingespeist. Der 8-Bit-Ein-Chip-Mikrocomputer umfaßt einen Mikroprozessor und zwei serielle Schnittstellen für bidirektionale 8-Bit-Anschlüsse sowie einen 256-Byte-RAM-Baustein. Die Ausgabe oder Eingabe an das Hauptnetzwerk erfolgt über die Schnittstellen (83) und (84). Zwischen der Eingabeschnittstelle (83) und dem 8- Bit-Ein-Chip-Mikrocomputer (85) kann ein optischer Koppler (93) angeschlossen werden, um den Fußpedalsteuerungskreis elektronisch vom Netzwerk zu trennen. Die Software für den 8-Bit-Ein-Chip-Mikrocomputer wird in einem EPROM (87) gespeichert. Zwischen dem EPROM (87) und dem 8 Bit-Ein-Chip-Mikrocomputer (85) kann ein 8-Bit Register (86) als Pufferspeicher zwischen geschaltet werden, um Adressen zu speichern, bis der multiplexe Adreßdatenbus des 8-Bit-Ein-Chip-Mikrocomputers (95) nicht mehr belegt ist.
[0044] Die Dateneingabe in das System erfolgt entweder mittels Funktionstasten (81) oder mittels eines Dateneingabegerätes (80), wie beispielsweise einer Tastatur. Die Funktionstasten (81) können entweder auf dem Fußpedal oder außerhalb des Fußpedals angebracht sein. Der 8-Bit-Bus-Transceiver (82) wird eingesetzt, um die Eingabe der Daten, die über die Funktionstasten (81) oder das Dateneingabegerät (80) erfolgt, an den 8-Bit-Ein-Chip-Mikrocomputer (85) zu steuern.
[0045] Das im EPROM (87) gespeicherte Softwareprogramm wird durch den 8-Bit-Ein- Chip-Computer (85) ausgeführt. Es werden beispielsweise Taktfrequenzen von Encoder A und B verglichen und ein Signal generiert, das proportional zu der Differenz ist. Eine andere Möglichkeit im Master-Modus besteht darin, daß die Ausgabe von einem Encoder A oder B differenziert wird und daß ein Signal generiert wird, das proportional zu den differenzierten Werten ist. Die Ausgabe des 8-Bit-Ein-Chip-Computers (85) wird an den Motor über eine Motorsteuerungsschnittstelle (91) übergeben. Die 8-Bit-Verriegelung (88) verriegelt die 8 logischen Ebenen, die vom 8-Bit-Ein-Chip-Computer (85) an die Eingabe übergeben werden. Der 8-Bit-Digital-Analog-Konverter (89) konvertiert das 8-Bit-Signal in eine Spannung, die sich auf den 8-Bit-Binärwert bezieht. Mit dieser Spannung wird die Motorgeschwindigkeit gesteuert. Um den Analog-Digital-Konverter zu kalibrieren, wird der A/D-Konverter (89) an eine Referenz-Spannungsquelle angeschlossen.
[0046] Optional kann eine LCD-Anzeige (92) an den 8-Bit-Ein-Chip-Computer (85) angeschlossen werden, um die verschiedenen Ausgaben und den jeweiligen Status des Gerätes anzuzeigen.
[0047] In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können mehrere Musiker - unabhängig voneinander - einen Fußpedalschalter gemäß der vorliegenden Erfindung bedienen. Die Tempoklickdatenimpulse aus der Vielzahl der Encoder werden dann über eine Mehrheit an die Encoder-Schnittstellen (94) und (95) an den 8-Bit-Ein-Chip-Computer weitergeleitet. Das im EPROM (87) gespeicherte Softwareprogramm enthält dann bevorzugte Information für Operationen mit einer Mehrheit von Encoder-Eingaben. Das Softwareprogramm kann auch die durchschnittliche Geschwindigkeit jedes Fußpedals beinhalten, wobei die Priorität der Zeitdaten aus der Mehrheit der Fußpedale gemäß eines vorher festgelegten hierarchischen Plans bestimmt wird. Die Priorität der verschiedenen Fußpedale kann auch mittels des Dateneingabegerätes (80) oder der Funktionsschalter (81) eingegeben werden
[0048] Die Schaltung von Fig. 12 kann auch als geschlossener Kreis in einem Netzwerk eingesetzt werden. Beim Netzwerk kann es sich um ein handelsübliches Netzwerk, wie das MIDI-System, handeln. Wenn es als geschlossener Kreis verwendet wird, werden die Daten vom Netzwerk über die Schnittstelle (83) und den optischen Koppler (93) an den 8- Bit-Ein-Chip-Computer (85) eingegeben. Die Dateneingabe enthält Informationen, die sich auf die Charakteristiken jeder Note, z. B. Frequenz, Dauer und Taktimpulse beziehen, die die gesamte Sequentialisierung der verschiedenen Geräte im Netzwerk bestimmen. Diese Informationen sind in Rahmen enthalten, in dem die Information in einer Reihe vorliegen. Um die Grundtaktimpulsrate zu ändern, ist es zuerst notwendig, die Taktimpulsdaten aus den anderen Daten im Rahmen zu extrahieren. Danach kann die Taktimpulsrate geändert werden. Dieser Vorgang hängt jedoch von der Ausgabe der Encoder ab. Um diese Änderung auszuführen, muß eine Beziehung zwischen dem internen Timing des Fußpedals und dem Netzwerk hergestellt werden. Dies kann mit geeigneter Programmierung oder mit einem separaten Frequenzskalierungskreis erzielt werden. Anschließend müssen die extrahierten Daten mit den modifizierten Taktimpulsdaten gemischt werden. Die modifizierten Informationen werden dann über die Netzwerkausgabe (84) an das System zurückgegeben. Diese Modifikation sollte möglichst in Echtzeit erfolgen, damit im Netzwerk keine Verzögerungen entstehen.
[0049] Fig. 13 zeigt ein schematisches Diagramm des Fußpedals von Fig. 4 mit dem elektronischen Kreis von Fig. 12. Die Daten aus dem Netzwerk werden über die Eingangsbuchse (108) eingespeist und anschließend in Taktimpulsdaten und anderen Daten im Sortierungskreis (103) sortiert. Die Taktimpulsdaten und andere Daten werden dann vom Takt-/-Datenkreis (104) ausgegeben. Bedingt durch eine geringe Verzögerung bei der Datenverarbeitung kann ein Pufferspeicher in den Takt-/-Datenkreis einbezogen werden, um andere Daten temporär zu speichern, bevor sie an das Mischelement (102) übergeben werden. Die Taktimpulsdaten werden mit den Daten der Encoder (1) und (2) im Vergleichskreis (101) verglichen, nachdem geeignete Frequenzskalierungen in einem Frequenzskalierungkreis und modifizierte Taktimpulsdaten an den Mischkreis (102) übergeben werden, in dem sie erneut mit den anderen Daten (1) kombiniert und an die Netzwerkausgangsbuchse (107) ausgegeben werden. Der Vergleichskreis (101) kann auch ein Motorsteuerungssignal (K) ausgegeben, das an den Motorsteuerungskreis (109) zur Steuerung des Motors (110) übergeben wird. Die Verbindungen des Takt-/- Datenkreises und der Encoder zum Vergleichskreis (101) werden durch einen Schaltkreis (105) gesteuert.
[0050] Fig. 14 zeigt ein schematisches Diagramm der verschiedenen Operationsmodi des Fußpedals entsprechend der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Das Fußpedal in Fig. 12 kann in drei unterschiedlichen Modi betrieben werden: Master, Slave und Taktsequenzer. Im Master-Modus wird die Taktimpulsrate durch das Fußpedal bestimmt. Im Slave-Modus wird die Taktimpulsrate durch ein anderes Gerät im Netzwerk festgelegt, und das Fußpedal wird gemäß dieses externen Taktimpulses angetrieben. Der Taktsequenzer-Modus wird verwendet, wenn eine Reihe von Fußpedalen eingesetzt wird und die Ausgaben der verschiedenen Fußpedale einbezogen werden müssen, um die geeignete Taktimpulsrate zu ermitteln. (Fig. 15)
[0051] In bezug auf die Fig. 13 und 14 werden die anderen Daten (I) vom Takt/Datenkreis (104) an den Mischkreis (102) übertragen. Das Signal von Encoder (1) wird über den Schaltkreis (105) von Knoten (B) zum Knoten (H) übertragen. Diese beiden Signale werden dann an den Vergleichskreis (101) übertragen. Der Vergleichskreis (101) vergleicht die Signale der Encoder (1) und (2). Tritt eine Diskrepanz auf, wird ein entsprechendes Steuerungssignal (K) an den Motorsteuerungskreis (109) übergeben, um die Motorgeschwindigkeit zu regeln. Der Vergleichskreis übergibt auch ein Taktsignal, das auf Signalen der Encoder (1) und (2) basiert, an den Mischkreis (102). Dort werden Daten des TaktlDatenkreises (104) mit den Taktimpulsdaten des Vergleichskreises (101) gemischt und dann über die Netzwerkausgangsbuchse (107) an den Kreis übergeben.
[0052] Im Slave-Modus werden die Taktimpulsdaten, die vom Sortierkreis (103) sortiert und vom Takt-/Datenkreis (104) ausgegeben wurden, direkt an den Motorsteuerungskreis (109) über den Knoten (E), den Steuerungskreis (105) und den Vergleichskreis (101) übergeben.
[0053] Der Taktsequenzer-Modus wird detaillierter in Fig. 15 dargestellt. Eine Reihe von Fußpedalen (100) ist an einen Taktsequenzer (110) angeschlossen. Dabei handelt es sich entweder um ein externes Gerät an den Fußpedalen oder um ein im Fußpedal integriertes Gerät. Dieses Gerät wird dann als Master-Fußpedal bezeichnet. Der Taktsequenzer kann die verschiedenen Signale der Fußpedale (100) erfassen und sie gemäß einer vorher festgelegten Hierarchie verarbeiten, um ein Zeitsteuerungssignal zu erzeugen. Dieses wird dann an ein Netzwerk übergeben, bei dem es sich entweder ein MIDI-LAN-Netzwerk oder um einen anderen Netzwerktyp handeln kann. Für die Fußpedale, die nicht zum Master-Fußpedal gehören, gibt der Takt-/Datenkreis (104) keine anderen Daten (1) an den Mischkreis aus. Der Knoten (E) ist mit Knoten (K) über den Steuerungskreis (105) und dem Vergleichskreis (101) verbunden. Die Ausgabe des Encoders (1) wird vom Knoten (A) an die Netzwerkausgangsbuchse (J) über den Steuerungskreis (105), den Knoten (G), den Vergleichskreis (101) und den Mischkreis (102) übergeben.
[0054] Mit den Funktionstasten (D) kann ein geeigneter Modus ausgewählt werden.
[0055] In den vorstehend angeführten Ausführungsbeispielen enthält das Fußpedalgerät zwei Encoder. Die Steuerungskreise verwenden die Ausgabe der beiden Encoder mit Hilfe elektronischer Verarbeitungstechniken. Es ist jedoch auch möglich, das Fußpedal entsprechend der vorliegenden Erfindung mit elektromagnetischen Geräten zu konstruieren. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 16 in Form eines Diagramms dargestellt Das Gerät wird mit einem Griff (1) dargestellt (im Gegensatz zur Fußpedalanordnung von Fig. 4). Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 kann jedoch für die Verwendung mit einem Fußpedal adaptiert werden. Im Slave-Modus treibt der Motor (2) die Welle (4), die mechanisch über eine Kette (5) mit der Welle (6) und mit dem Griff (1) verbunden ist. Diese Kette läuft über zwei Zahnräder (9) und (10), die auf den Spindeln (7) und (8) befestigt sind. Die Spindeln (7) und (8) sind auf Lagern zwischen Haltestangen (14) montiert. Federn (12) spannen die Spindeln (7) und (8) außen vor, um die Kette (5) zu spannen.
[0056] Jede Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Griff (1) und dem Motor (2) führt zu einer Bewegung der Spindeln (7) und (8). Durch die Bewegung der Spindel (8) wird die Welle (13) gedreht, auf der ein Potentiometer (15) montiert ist. Wenn zwischen der Position der Welle (6) und der Welle (4) ein Winkelunterschied vorliegt, werden die Spindeln (7) und (8) entweder nahe aneinander bewegt oder weiter auseinanderbewegt. Dies führt zu einer Drehung der Welle (13). Die Drehung der Welle (13) bewirkt eine Ausgabe des Drehpotentiometers (15) Diese Ausgabe des Potentiometers ist proportional zur Winkeldifferenz zwischen Spindel (6) und Spindel (4). Das Signal des Potentiometers (15) kann für die Steuerung des Motors (2) oder zur Übergabe an den Taktimpulsgenerator verwendet werden, um die Taktraten entsprechend zu erhöhen oder herabzusetzen.
[0057] Der Steuerungskreis für das Gerät in Fig. 16 wird in Fig. 17 dargestellt. In dieser Abbildung wird der Wechsel oder der Widerstand des Drehpotentiometers (15) in ein Spannungswechselsignal umgewandelt, weil das Potentiometer mit einer Stomversorgung von Plus oder Minus 5 Volt verbunden ist. Das Spannungssignal wird in einen Verstärkerkreis gespeist, der ein Motorsteuerungssignal generiert.

Claims

1. Gerät zur taktilen Online-Steuerung von Taktdaten in einem Computersystem als Schnittstelle für Benutzer und Maschine, mit folgenden Elementen:

(a) Pedal (34, 21) für das taktile Festlegen einer Rate der genannten Taktdaten, die von einem Taktimpulsgenerator (43, 44; 33, 18, 29; 50,59; 15) vorgegeben werden, charakterisiert durch

(b) einen Antrieb (14, 16, 15, 28; 43, 50; 67, 70; 110,109, 106; 2, 4) zum Erhalten einer oszillatorischen Bewegung des genannten Pedals (34, 21) im Master-Modus, wobei die festgelegte Taktimpuls-Datenrate beibehalten wird, die vom Taktimpulsgenerator vorgegeben wird.

2. Verfahren zum Bereitstellen einer Schnittstelle zwischen Benutzer und Maschine mittels eines betriebsfähigen Pedals (34, 21), das einen Taktimpulsstrom in einer dynamischen, taktilen Steuerung unter Verwendung des Geräts von Anspruch 1 online zur Verfügung stellt, mit folgenden Schritten:

(a) Bedienen des genannten Pedals (34, 21) durch taktile Aktion des Benutzers in Form einer wiederkehrenden, verschieblichen Bewegung;

(b) zumindest im Master-Modus wird die genannte Bewegung des genannten Pedals (34, 21) durch das genannte Gerät beibehalten und eine entsprechend ausreichende Anzahl an genannten Taktimpulsen von mindestens einem Drehgeber (28, 29; 43, 44; 50,59; 60) erzeugt, der an die genannte Pedalbewegung funktionell angeschlossen ist.

3. Verfahren zum Bereitstellen einer Schnittstelle zwischen Benutzer und Maschine mittels eines Pedals (34, 21), um einen Taktimpulsstrom in einer dynamischen, taktilen Steuerung mit dem Gerät von Anspruch 1 online zur Verfügung zu stellen, mit folgenden Schritten:

(a) Bedienen des genannten Pedals (34, 21) durch taktile Aktion des Benutzers in Form einer schaukelnden Bewegung, gekennzeichnet dadurch, daß

(b) zumindest im Master-Modus die genannte Bewegung des genannten Pedals (34, 21) durch das genannte Gerät beibehalten wird und eine entsprechend ausreichende Anzahl an genannten Taktimpulsen von mindestens einem Drehgeber (28, 29; 43, 44; 50,59; 60) erzeugt werden, der an die genannte Pedalbewegung funktionell angeschlossen ist.

4. Gerät entsprechend Anspruch 1, wobei das genannte Pedal (34, 21) eine erste drehende Achse (51, 55; 33, 32; 8, 7) und einen Drehgeber enthält, der an die genannte erste Achse montiert ist.

5. Gerät entsprechend Anspruch 1, wobei der genannte Antrieb zum Erhalten der genannten oszillatorischen Bewegung ein Schwungrad (43, 50) enthält, das mit der ersten Achse des genannten Pedals verbunden ist (34, 21).

6. Gerät entsprechend Anspruch 1, wobei der genannte Antrieb zum Erhalten der genannten oszillatorischen Bewegung einen Motor (2, 110,67, 50,14) enthält, der mit der ersten Achse sowie einem Motorsteuerkreis funktionell verbunden ist, der die Geschwindigkeit des genannten Motors regelt, wobei der Motorsteuerkreis (109, 106) ein Differenzierelement zum Ermitteln der Änderungsrate der Drehgeschwindigkeit der genannten ersten Achse (8, 51, 32) aufweist und ein entsprechendes Signal abgibt, so daß der genannte Motorsteuerkreis den genannten Motor entsprechend des genannten Signals antreibt.

7. Gerät entsprechend Anspruch 6, wobei das genannte Differenzierelement eine zweite Achse (7) enthält, die mit dem Pedal (34, 21) verbunden ist und außerdem mit der ersten Achse über ein flexibles Übertragungselement (5) funktionell verbunden ist und ein Potentiometer (15) mit dem genannten Übertragungselement so verbunden ist, daß das Potentiometer das genannte Signal in Übereinstimmung mit den relativen Positionen der ersten und zweiten Achse (7, 8) ausgibt.

8. Gerät entsprechend Anspruch 6, wobei das genannte Differenzierelement eine zweite Achse (7) enthält, die mit dem Pedal (34, 21) verbunden ist und diese zweite Achse ist außerdem mit der ersten Achse (8) über ein flexibles Übertragungselement (31) funktionell verbunden, wobei außerdem ein zweiter Drehgeber (28) mit der genannten zweiten Achse verbunden ist und das Signal wird durch einen Vergleichskreis erzeugt, der die Ausgaben der genannten ersten und zweiten Drehgeber (28, 29) miteinander vergleicht, die mit der ersten bzw. zweiten Achse verbunden sind.

9. Gerät entsprechend Anspruch 1, das externe elektrische Steuerimpulse (E) enthält, wobei der genannte Antrieb so eingestellt wird, daß das Pedal (34, 21) im Einklang mit den genannten externen Taktpulsen angetrieben wird.

10. Gerät entsprechend Anspruch 9, das ein Extrahierelement (103, 104) enthält, um die genannten externen elektrischen Steuerimpulse für die Taktgabe aus einem Datenstrom in einem Netzwerk zu extrahieren.

11. Gerät entsprechend Anspruch 9, wobei das genannte Pedal (34, 21) eine drehende Achse enthält, die mit einem Drehgeber verbunden ist (33, 29).

12. Gerät entsprechend Anspruch 10, das einen Steuerkreis (101) enthält, der die Ausgabe des genannten Drehgebers mit den externen elektrischen Steuerimpulsen für die Taktgabe vergleicht und ein auf diesem Vergleich beruhendes Signal ausgibt, das den genannten Antrieb antreibt.

13. Gerät entsprechend Anspruch 10, das außerdem ein Mittel zum Ändern der extrahierten externen elektrischen Steuerimpulse für die Taktgabe (E) enthält und die durchgeführte genannte Änderung beruht auf der Ausgabe des genannten Drehgebers (29) und ein Element (102) zum Mischen der geänderten Steuerimpulse für die Taktgabe mit dem genannten Datenstrom vorgesehen ist.