EP0216142A2 - Tastatur-Schaltungsanordnung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a keyboard circuit arrangement for an electronic keyboard musical instrument, which has the features mentioned in the preamble of claim 1.
- a mechanically deformable conductive component is assigned to each button, which changes its resistance in accordance with the touch strength; the output signal is also representative of movements that the player transfers to a key that has already been pressed.
- the object of the invention is to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the outset which, with little structural and circuit complexity, delivers a signal which very well represents the touch dynamics and is independent of the uncertainties resulting from contact transitions.
- US-A-3,652,774 discloses an arrangement in which each key is assigned a coil in which an immersing permanent magnet induces a voltage when struck. This tension depends on the velocity of the stroke.
- a pressure-sensitive resistor is assigned to each key in order to record the secondary effects when the key is pressed.
- DE-C-30 07 156 discloses an arrangement in which an opto-electronic converter is assigned to each key. In this system, a distinction is only made between actuated and non-actuated buttons; however, this system is relatively insensitive to interference.
- a sine or triangle generator 10 feeds the primary side 12 of a transformer 14 with an alternating voltage, the frequency of which is of the order of 200,500 kHz.
- the secondary winding 16 of the transformer 14 is connected to coils 18 1 , 18 2 , ..., 18 n , each of which has a center tap.
- Each center tap is connected to an associated input 20 1 , 20 2 , ..., 20 n of an analog multiplexer 22.
- Each key (not shown) has a ferrite core, the expression “to have” to be understood such that when the key is pressed, the assigned ferrite core 24 1 , 24 2 ,..., 24 n from a position in which it is essentially only is immersed in the upper half-coil, is moved into a lower position in which it is essentially only effective in the lower half-coil.
- the operative connection between the button and the assigned core can be very simple, for example by the core being attached directly to the button, or any lever linkage can be interposed, or the like. A clear assignment of key movement and core movement is essential.
- the center tap 25 of the secondary winding 16 defines the ground potential. If the button is not pressed, the voltage of the center tap of the assigned coil is slightly below that of the earth, if the button is pressed halfway, the voltage is at ground potential and, when the button is pressed, above the ground potential. So you get a bipolar signal. However, in order to obtain a unipolar signal, the voltage at the base 26 of the secondary winding in the subsequent amplifier is partially added to the key signal. An evaluable unipolar signal is thus obtained at the output of the amplifier.
- the bipolar signal is transmitted from the multiplexer 22 to an amplifier and rectifier circuit 28, in which a peak rectification takes place, and the output signal is transmitted to a sample and hold circuit 30.
- the sample and hold circuit is reset to zero, for which two us are provided. 10 ⁇ s are required for the scanning process until the "hold" value is reached, and the transmission to an analog-to-digital converter 32 takes place for a further 10 us. Accordingly, the frequency of the generator 10 must be selected such that within 10 ⁇ s at least one full oscillation period is present, so that the frequency for the time data mentioned must be at least 100 kHz.
- the output amplitude of the oscillator 10 is applied to the analog-digital converter 32 via a peak rectifier 34 as a reference in order to compensate for the effect of amplitude fluctuations.
- the output of the converter 32 is connected via bus 36 to a microprocessor 38, which supplies the timing control via buses 40, 41, 42 and supplies the digital output signal to the actual sound generation circuit (not shown) via bus 44.
- differential capacitors could also be used, a movable capacitor covering then being used as the coupling element.
- the arrangement with coils described is preferred, however, because it has a low resistance and is therefore less susceptible to faults.
- a particular advantage of the arrangement described is that an individual adjustment of the coils is not necessary and that they can be made relatively insensitive to contamination.
- the range from 200 to 500 KHz was specified above. This is not essential. With single-wave rectification, one period of the oscillator would normally be required for the rectifier to detect the peak amplitude. With full wave rectification, however, only half a period would be necessary, and if - which is preferred - the oscillator is synchronized with the multiplex rate, even only a quarter period.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Tastatur-Schaltungsanordnung für ein elektronisches Tastenmusikinstrument, die die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
- Es ist dabei erwünscht, an den Tastaturausgängen auch eine Information bezüglich der "Anschlagdynamik" zu erhalten, das heißt, der Kraft bzw. der Geschwindigkeit, mit der der Anschlag erfolgt.
- Eine Schaltungsanordnung, die dies leistet, ist in der EP-Anmeldung 83106425.8, Veröffentlichungsnummer 116 678, beschrieben. Auf diese Druckschrift kann auch hinsichtlich der Weiterverarbeitung der Signale durch nachgeordnete Schaltkreise verwiesen werden.
- Bei der bekannten Anordnung ist jeder Taste ein mechanisch deformierbares leitfähiges Bauteil zugeordnet, das seinen Widerstand entsprechend der Anschlagstärke ändert; das Ausgangssignal ist auch repräsentativ für Bewegungen, die der Spieler etwa auf eine bereits gedrückte Taste überträgt.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei geringem baulichem und schaltungsmäßigem Aufwand ein die Anschlagdynamik sehr gut repräsentierendes Signal liefert und unabhängig von durch Kontaktübergänge herrührenden Unsicherheiten ist.
- Die gemäß der Erfindung vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert, während Anspruch 2 die bevorzugte Ausführungsform betrifft und die übrigen Ansprüche die Erfindung fortbildende Einzelheiten zum Gegenstand haben.
- Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung sehr preisgünstig herstellbar ist, kaum Justieraufwand erfordert und weitgehend unabhängig von Umgebungsparametern ist, wie etwa Verschmutzungen oder dergleichen, wie sie bei einem Musikinstrument nach vielen Jahren der Benutzung unvermeidlich sind.
- Zwei weitere bekannte Tastatur-Schaltungsanordnungen sind zu erwähnen. Die US-A-3,652,774 offenbart eine Anordnung, bei der jeder Taste eine Spule zugeordnet ist, in der beim Anschlag ein eintauchender Permanentmagnet eine Spannung induziert. Diese Spannung ist abhängig von der Anschlaggeschwindigkeit. Zusätzlich ist jeder Taste ein druckempfindlicher Widerstand zugeordnet, um die Sekundäreffekte bei gedrückter Taste zu erfassen.
- Die DE-C-30 07 156 offenbart eine Anordnung, bei der jeder Taste ein opto-elektronischer Wandler zugeordnet ist. Bei diesem System wird nur zwischen betätigten und nichtbetätigten Tasten unterschieden; allerdings ist dieses System relativ unempfindlich gegenüber Störungen.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die in Blockform eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung darstellt.
- Ein Sinus- oder Dreiecksgenerator 10 speist die Primärseite 12 eines Transformators 14 mit einer Wechselspannung, deren Frequenz in der Größenordnung von 200.500kHz liegt. Die Sekundärwicklung 16 des Transformators 14 ist mit Spulen 181, 182, ..., 18n verbunden, die jeweils eine Mittelanzapfung aufweisen. Jede Mittelanzapfung ist mit einem zugeordneten Eingang 201, 202, ..., 20n eines Analog-Multiplexers 22 verbunden.
- Jede Taste (nicht dargestellt) weist einen Ferritkern auf, wobei der Ausdruck "aufweisen" so zu verstehen ist, daß bei Tastenanschlag der zugeordnete Ferritkern 241, 242, ..., 24n aus einer Position, in der er im wesentlichen nur in die obere Halbspule eingetaucht ist, in eine untere Position bewegt wird, in der er im wesentlichen nur in der unteren Halbspule wirksam ist. Die Wirkverbindung zwischen Taste und zugeordnetem Kern kann dabei sehr einfach sein, indem etwa der Kern unmittelbar an der Taste befestigt ist, oder aber es kann irgendein Hebelgestänge zwischengeschaltet sein, oder dergleichen. Wesentlich ist eine eindeutige Zuordnung von Tastenbewegung und Kernbewegung.
- Die Mittelanzapfung 25 der Sekundärwicklung 16 definiert das Massepotential. Bei nicht gedrückter Taste liegt die Spannung der Mittelanzapfung der zugeordneten Spule etwas unter dem der Masse, bei halb gedrückter Taste liegt die Spannung auf Massepotential und bei gedrückter Taste oberhalb des Massepotentials. Damit erhält man also ein bipolares Signal. Um jedoch ein unipolares Signal zu erhalten, wird die Spannung am Fußpunkt 26 der Sekundärwicklung im nachfolgenden Verstärker teilweise zum Tastensignal addiert. Am Ausgang des Verstärkers erhält man dadurch ein auswertbares unipolares Signal. - Das bipolare Signal wird vom Multiplexer 22 zu einem Verstärker- und Gleichrichterschaltkreis 28 übertragen, in welchem eine Spitzengleichrichtung erfolgt, und das Ausgangssignal wird zu einer Abtast- und Halteschaltung 30 übertragen. Zu Beginn jedes Zeitschlitzes des Multiplex' wird die Abtast- und Halteschaltung auf Null rückgesetzt, wofür hier zwei us vorgesehen sind. 10 µs werden für den Abtastvorgang benötigt, bis der "Halte"-Wert erreicht ist, und während weiterer 10 us erfolgt die Übertragung zu einem Analog-Digital-Umsetzer 32. Demgemäß ist die Frequenz des Generators 10 so zu wählen, daß innerhalb von 10 µs mindestens eine volle Schwingungsperiode vorliegt, so daß die Frequenz bei den genannten zeitlichen Daten mindestens 100 kHz betragen muß.
- Mit den angegebenen Daten und einer Tastatur von z.B. 60 Tasten erfolgt etwa alle 1,5 ms eine Abfrage jeder Taste, was hinreichend kurz ist, um die Anschlagdynamik zu erfassen und auszuwerten.
- Ober einen Spitzengleichrichter 34 wird dem Analog-Digital-Umsetzer 32 die Ausgangsamplitude des Oszillators 10 als Referenz aufgeschaltet, um die Wirkung von Amplitudenschwankungen zu kompensieren.
- Der Ausgang des Umsetzers 32 ist über Bus 36 mit einem Mikroprozessor 38 verbunden, der über Busse 40, 41, 42 die Zeitlagensteuerung liefert und über Bus 44 das digitale Ausgangssignal der eigentlichen Tonerzeugungsschaltung (nicht dargestellt) zuführt.
- Anstelle der Spulen 18 könnte man auch Differentialkondensatoren einsetzen, wobei als Kopplungsorgan dann ein beweglicher Kondensatorbelag verwendet würde. Die beschriebene Anordnung mit Spulen ist jedoch bevorzugt, weil sie niederohmig und daher weniger störanfällig ist.
- Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnung liegt darin, daß ein Einzelabgleich der Spulen nicht erforlich ist und daß sie relativ unempfindlich gegen Verschmutzungen ausgebildet werden kann.
- Bei der Ausführungsform mit induktiven Gebern ist es vorteilhaft, die Spulen benachbarter Tasten gegensinnig zu wickeln, um Einstreuungen auf benachbarte Komponenten zu minimieren. Eine besonders preisgünstige Konstruktion ergibt sich, wenn der Oszillator 10 als LC-Oszillator ausgebildet wird und der Übertrager 14 als seine Induktivität benutzt wird.
- Für die Frequenz des Oszillators 10 wurde oben der Bereich von 200..500 KHz angegeben. Dies_ist nicht unbedingt zwingend. Bei Einwellengleichrichtung wäre normalerweise eine Periode des Oszillators für den Gleichrichter nötig, um die Spitzenamplitude zu erfassen. Bei Vollwellengleichrichtung wäre jedoch nur eine halbe Periode nötig, und wenn man - was bevorzugt ist - den Oszillator mit der Multiplexrate synchronisiert, sogar nur eine Viertelperiode.
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