EP1149376B1 - Anordnung zur druckpunkterzeugung in tastaturen für klavierartige tasteninstrumente - Google Patents

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EP1149376B1
EP1149376B1 EP00989797A EP00989797A EP1149376B1 EP 1149376 B1 EP1149376 B1 EP 1149376B1 EP 00989797 A EP00989797 A EP 00989797A EP 00989797 A EP00989797 A EP 00989797A EP 1149376 B1 EP1149376 B1 EP 1149376B1
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EP
European Patent Office
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key
unit
sensor
magnet
arrangement
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EP00989797A
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Ulrich Hermann
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    • G10C—PIANOS, HARPSICHORDS, SPINETS OR SIMILAR STRINGED MUSICAL INSTRUMENTS WITH ONE OR MORE KEYBOARDS
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    • G10C3/12—Keyboards; Keys
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
    • G10H1/02—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos
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    • G10H1/053—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos by additional modulation during execution only
    • G10H1/055—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos by additional modulation during execution only by switches with variable impedance elements
    • G10H1/0555—Means for controlling the tone frequencies, e.g. attack or decay; Means for producing special musical effects, e.g. vibratos or glissandos by additional modulation during execution only by switches with variable impedance elements using magnetic or electromagnetic means
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    • G10H2220/521—Hall effect transducers or similar magnetic field sensing semiconductor devices, e.g. for string vibration sensing or key movement sensing

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for pressure point generation in keyboards for piano-like electronic keyboard instruments, in particular in keyboards for electronic harpsichords and electronic organs with which the Operation of key levers sensors are controlled and in which the Generation of pressure points key lever with a scanner, consisting of a sensor and a key magnet, are connected.
  • EP 0 567 024 B1 discloses a device in which two Permanent magnets are arranged homopolar to each other, so that the Overcoming the repulsive magnetic field is perceived as a pressure point, when the magnets are passed each other.
  • US 5 922 983 replicates force-relevant mechanical processes a piano or piano keyboard described by pressing the keys by a processor using predetermined curves that of a key sensor detected key movement data one of the key associated solenoid controls.
  • this device allows the Imitating the feel of a simulated piano beat, it enables but not the significantly different touch feel of a pipe organ manual or that to reproduce a polychoral harpsichord.
  • Instrument types can not be simulated by a single device become.
  • a typical piano attack type in which one slowly pressed first Button is finally accelerated to a still relatively loud tone can not be replicated with these keyboards. It would be also desirable to be able to simulate the pressure point as it the Tastmerkmalen the opening and closing of the shutter valve a Pipe organ comes as close as possible. It should be analogous to the operation of the Pipe organ the increase of the pressure point strength with the addition of several Organ register can be felt, the pressure point occurs relatively spontaneously. Likewise, the simulation of stringing the strings in a polychoral Harpsichord can be palpated.
  • the invention is based on the object, an arrangement of the above specify the type mentioned, with the pressure point behavior are simulated can, both a cembalotypic attack type and the Tastmekmalen an organ comes as close as possible and also one dynamic stop as well as several pressure points during one To simulate key operation allows.
  • the object is achieved with an arrangement that the in Having claim 1 features.
  • the arrangement according to the invention makes it possible with a comparatively simple circuit arrangement to simulate diverse varieties. It is particularly advantageous that multiple pressure points in strength, position and Length are electrically adjustable. It is possible, the pressure point impulsive with steep or with a rise to be generated by a any curve is formed. There are different parameters for this Press and release the button selectable. Furthermore, it is possible that the Keyboard to be assigned to different tone generators.
  • FIG. 1 explains the mode of operation of the arrangement.
  • Each key lever 1 is associated with a sensor 3, the frame fixed on a support plate 3.1 is.
  • An integral with the key lever 1 plunger 1.4 transmits the Button movement on the ring magnet 4.
  • the key stroke is with the Stop felt 1.2 limited.
  • the position data of the button lever 1 become by signals which the sensor 3 during the passage of the ring magnet 4, transmitted to an analog signal conditioning unit. in the this example is a comparator unit 5, but it is also possible that as an analog signal conditioning unit, an analog-to-digital converter is used.
  • the analog signal conditioning unit is a programmable evaluation unit 6 downstream, which the data for externally connected digital signal processors 7 generated.
  • the key lever 1 is coupled to the armature of an electromagnet 2.
  • the electromagnet 2 is from the evaluation unit 6 after evaluation of the position data and in Dependence on a current programming via the magnetic driver 13 driven.
  • the external digital signal processors (DSP) 7 are with the programmable evaluation unit 6 connected.
  • This is DSPO a sound expander for organ, DSPL a sound expander for harpsichord and DSPDYN a sound expander for dynamic attack, for example a piano expander.
  • the target voltage unit 8 controls in conjunction with the data field 9, the comparator 5.
  • the data field 9 is a external computer 10 connected to the data determination.
  • An internal calculator 11 receives data from the data memory 12, the digital-to-analog converter 15th be supplied.
  • the magnetic driver 13 is used both by the Voltage regulator unit 14 as well as from the programmable evaluation unit 6 controlled.
  • Figure 2 shows in the phases a) to f) steps of the movement sequence in the operation of the button lever 1.
  • the key lever 1 is mounted in the pivot bearing 1.1 and is held by weights, not shown springs in the rest position shown in position a).
  • the key stroke in the direction of the arrow is limited by the stop felt 1.2.
  • the electromagnet 2 with bobbin 2.1 and rod anchor 2.2 is positioned near a contact surface 1.3 below the button. About the contact surface 1.3, the connection between the button and bar anchor 2.2 is made.
  • the contact surface 1.3 is advantageously designed as a screw.
  • Firmly connected to the keyboard frame is designed as a printed circuit board carrier plate 3.1 with the sensor 3.
  • a permanent magnet is shown in the form of a ring, whose axis is connected to the keyboard frame.
  • the ring magnet 4 has two oppositely magnetized semicircular segments. In the illustrated position, the north pole of the magnet is directed toward the sensor 3. In this case, a maximum voltage is generated at the sensor 3 in one of its two possible current directions.
  • the ring magnet 4 is rotatably mounted on the frame and is, as shown in b), rotated upon depression of the button lever 1 by the plunger 1.4 about its axis, whereby the effect of the magnetic field on the sensor 3 attenuates and thereby changes its voltage. In this position, the solenoid 2 is turned on and pushes its rod anchor 2.1 from below against the key lever 1.
  • the sensor 3 is directly followed by a processor which evaluates the analog voltage.
  • the connection between plunger 1.4 and ring magnet 4 is released and the magnet can move freely rotating speed. He turns his south pole to the sensor 3.
  • suitable resilient or by opposite polarity arranged magnets of the ring magnet 4 is moved back to the starting position. This state corresponds to the representation in f). It is advantageous to weight the magnet 4 with weights in order to generate moments of inertia that can be felt in the key.
  • the voltage amplitude generated by the spinning of the ring magnet 4 at the output of the sensor 3 is evaluated by the processor so that either a voltage measurement or a time measurement is terminated at the moment of dropping the amplitude and the data values achieved are converted as valid into dynamic values.
  • FIG. 3a to 3 c different versions for the arrangement of sensor magnet 4 are shown.
  • the sensor 3 and a magnetic flux reinforcing conductor 3.2 are arranged on the printed circuit board 3.1.
  • circular segments of two antipolar magnets are provided.
  • the device resembles a hammer movement and requires only short movements, which counterbalances weight.
  • Figure 3b also two magnets are used. In this case, two magnets arranged opposite to each other move vertically past the sensor 3. This arrangement is particularly suitable for the playing modes piano and harpsichord.
  • the arrangement shown in Figure 3c requires only one magnet in a vertical polarity. It is easy to perform and well suited when playing only organ.
  • FIG. 4 explains the structure and mode of operation of a comparator unit 5.
  • a first key is assigned the sensor 3a and the next key the sensor 3b. While the outputs of the sensors 3 are combined with the upper inputs of the comparators K1 ... K7, the lower comparator inputs are connected to the lines of the reference voltage bus, to which the setpoint voltages U set [1..7] are applied. Due to different setpoint voltages, a different switching state is produced when the sensor voltage changes at the outputs of the comparators at different times (key positions).
  • the seven switches thus formed are assigned to certain functions. For this purpose there are three switch groups SG.
  • the comparators K2 to K4 and K5 to K7 each form a switch group SG.
  • Each switch group SG consists of a pair of switches SP and a reversing switch with the comparator K4 or K7.
  • the comparator K1 is provided for all switches as a general reset in the idle state of the key and has the highest priority for all switches. Taking into account the hierarchy that within a switch group, the target voltage U is always higher or lower from one to the next comparator, the switch distances can be changed arbitrarily. It is even possible to move the two groups of switches so that they overlap or are pushed into the reversed position. If one of the switch groups is moved into the area outside the voltage swing of the sensor, this will be ineffective.
  • FIG. 5 shows the function of the keyboard logic 6.
  • the functioning the modules sensor 3, comparator unit 5, target voltage unit 8 and Data field 9 corresponds to the mode of action described above.
  • the external ones Digital signal processors 7 are located with their address lines ADR and Data lines DAT on the keyboard logic 6 on. About the data field 9 takes place a selection which digital signal processor 7 is driven.
  • optional DSPOrgel 7.1, DSPCembalo 7.2 and DSPDYN (Piano) 7.3 are provided, i.e. they do not have a common data bus. This has the advantage that different sound expander can be controlled by the keyboard, even organ and piano at the same time. To imitate a two-note harpsichord can, two switch groups are available.
  • Displaceability of the switch groups can be a selection and arrangement of simulated string choirs. If pulled in this way no register is, so no pressure point is noticeable. In a frequently practiced dynamic stop type is the time between two switching stages evaluated.
  • inventive keyboard logic that is done between the comparator switch positions K3 and K5. At a Combination piano organ becomes the organ sound with the piano tone on comparator K5, who otherwise with completion of the pressure point on comparator K3 lies.
  • the comparators K4 and K7 play in the sound circuit one subordinate role.
  • FIG. 6 shows the extraction of the pressure points and the sound input when playing in organ mode.
  • the switch positions of the comparators K1 to K4 are at a key movement down (down) and after the attack back up (up) as symmetrical steps.
  • the comparator K1 releases the sound channel by its L signal.
  • the comparator K2 sets a flip-flop register FF and thus switches on the pressure point down DPd for the magnet driver MT 13.1.
  • the comparator K3 then resets and ends the pressure point time.
  • a flip-flop register is set for the activation of the organ sound.
  • an active signal is present for the organ duration t O for the DSPO.
  • the Tastenentiefgang reaches the switching position K4, with the also a flip-flop register is set, which is only set back by the comparator K1.
  • the switch assignment is inverted; because now the comparator K3 sets the flip-flop register and the comparator K2 resets. This ends the organ sound to a hysteresis.
  • the pressure point signal connected in this way now appears, determined by the comparator K4, at the output DPu MT13.2, the pressure point up solenoid driver.
  • the pressure point strength can thus generally be weaker or completely switched off since both pressure point outputs can be controlled separately. This creates a one-way pressure point.
  • the comparator K1 In the rest position of the button, the comparator K1 is in the H state.
  • Figure 7 shows the entire switch pulse staircase for the comparators K1 to K7. This corresponds to the style of a double-choir harpsichord. Both switch groups are activated. It is assumed a 4-foot and an 8-foot string choir. It is common that the strings lying on top of each other are not synchronously but are touched one after the other. This harpsichord personality is taken into account with a second, similar pressure point. The basic sequence corresponds to that described in the explanation of the pressure point recovery in the organ of Figure 6. In the character of the harpsichord there are significant differences to the organ. The harpsichord has only evanescent strings, but a dynamic attack is hardly possible.
  • a typical body noise is produced, which is simulated by a special noise sample and mixed with the tone sample t C4 '/ 8' according to the duration of the first pressure point impulse t A. For this reason, the pressure point pulse is output at the data output DATC, the longer it is the less noise it means. Only a spontaneous short pressure impulse is suitable for the presentation of this impact sound. Unlike the organ tone, the harpsichord tone t C is not terminated by the comparators K2 or K5.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Druckpunkterzeugung in Tastaturen für klavierartige elektronische Tasteninstrumente, insbesondere in Tastaturen für elektronische Cembalos und elektronische Orgeln, mit der bei der Betätigung von Tastenhebeln Sensoren gesteuert werden und bei denen zur Erzeugung von Druckpunkten Tastenhebel mit einer Abtasteinrichtung, bestehend aus einem Sensor und einem Tastenmagnet, verbunden sind.
Im Stand der Technik sind verschiedene Druckpunkteinrichtungen in Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente bekannt, bei denen mechanisch oder magnetisch ein Druckpunkt erzeugt wird.
In EP 0 567 024 B1 ist eine Einrichtung angegeben, bei der zwei Permanentmagnete gleichpolig zueinander angeordnet sind, so dass die Überwindung des abstoßenden Magnetfeldes als Druckpunkt empfunden wird, wenn die Magnete aneinander vorbeigeführt werden.
Bei einer in DE 42 23 739.4 A 1 beschriebenen Anordnung wird zur Druckpunkterzeugung einem Permanetmagnet ein Elektromagnet entgegengesetzt. Nachteilig ist hierbei, dass der elektromagnetische Gegenmagnet nur begrenzt wirksam ist und die Anordnung eine aufwendige Herstellung erfordert.
Die bekannten Einrichtungen ermöglichen zwar das Einstellen auf einen bestimmten Sollzustand, sie gestatten es aber nicht, während des Gebrauchs ihre Parameter zu verändern. Nachteilig ist ferner, dass das Eintauchen in das permanent vorhandene Magnetfeld nur relativ weiche Übergänge ermöglicht.
In US 5 922 983 wird die Nachbildung kraftrelevanter mechanischer Vorgänge einer Flügel- oder Pianoklaviatur bei Betätigung der Tasten beschrieben, indem ein Prozessor unter Verwendung von vorgegebenen Kurvenverläufen die von einem Tastensensor erfassten Tastenbewegungsdaten einen der Taste zugeordneten Elektromagnet steuert. Diese Einrichtung ermöglicht zwar das Nachbilden das Spielgefühls eines simulierten Klavieranschlages, sie ermöglicht aber nicht das wesentlich andere Tastgefühl eines Pfeifenorgelmanuals oder das eines mehrchörigen Cembalos nachzubilden. Mehrere unterschiedliche Instrumentenarten können nicht von einer einzigen Einrichtung simuliert werden.
Im Stand der Technik sind auch Tastaturen für elektronische Tasteninstrumente mit Anschlagdynamik bekannt, bei denen die Tastendurchgangsgeschwindigkeit zwischen zwei Kontakten ausgewertet wird.
Eine klaviertypische Anschlagsart, bei der eine zunächst langsam gedrückte Taste schließlich noch beschleunigt wird, um einen noch relativ lauten Ton anzuschlagen, kann mit diesen Tastaturen nicht nachgebildet werden. Es wäre außerdem wünschenswert, den Druckpunkt so simulieren zu können, wie es den Tastmerkmalen des Öffnens und Schließens des Windladen-Ventils einer Pfeifenorgel möglichst nahe kommt. Dabei sollte analog zur Betätigung der Pfeifenorgel die Zunahme der Druckpunktstärke bei Hinzuschalten mehrerer Orgelregister spürbar werden, wobei der Druckpunkt relativ spontan auftritt. Ebenso sollte die Simulation des Anreißens der Saiten bei einem mehrchörigen Cembalo tastbar gemacht werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der das Druckpunktverhalten simuliert werden kann, das sowohl einer cembalotypischen Anschlagsart als auch den Tastmerkmalen einer Orgel möglichst nahe kommt und auch einen dynamischen Anschlag sowie mehrere Druckpunkte während einer Tastenbetätigung nachzubilden ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Anordnung gelöst, die die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es mit einer vergleichsweise einfachen schaltungstechnische Anordnung vielfältige Spielarten zu simulieren. Vorteilhaft ist insbesondere, dass mehrere Druckpunkte in Stärke, Position und Länge elektrisch einstellbar sind. Dabei ist es möglich, den Druckpunkt impulsförmig mit steilem oder mit einem Anstieg zu erzeugen, der durch eine beliebige Kurve gebildet wird. Dabei sind unterschiedliche Parameter für das Drücken und das Lösen der Taste wählbar. Ferner ist es möglich, dass der Tastatur unterschiedliche Klangerzeuger zugeordnet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Anordnung,
  • Figur 2 eine Darstellung der Ablaufphasen beim Betätigen eines Tastenhebels,
  • Figur 3 verschiedene Ausführungsformen für die Anordnung des Sensormagnetes,
  • Figur 4 das Blockschaltbild einer Komparatoreinheit,
  • Figur 5 die Funktionsweise der Tastaturlogik,
  • Figur 6 den Verlauf der Schalterimpulse bei der Tastenbetätigung mit vier Schaltern und
  • Figur 7 den Verlauf der Schalterimpulse bei der Tastenbetätigung für alle sieben Schalter.
    • Figur 1 erläutert die Funktionsweise der Anordnung. Jedem Tastenhebel 1 ist ein Sensor 3 zugeordnet, der gestellfest auf einer Trägerplatte 3.1 angeordnet ist. Ein mit dem Tastenhebel 1 fest verbundener Stößel 1.4 überträgt die Tastenbewegung auf den Ringmagnet 4. Der Tastenhub wird mit dem Anschlagsfilz 1.2 begrenzt. Die Positionsdaten des Tastenhebels 1 werden durch Signale, welche der Sensor 3 bei der Vorbeibewegung des Ringmagnetes 4 auslöst, an eine Analogsignalaufbereitungseinheit übermittelt. Im dargestellten Beispiel ist dies eine Komparatoreinheit 5, es ist aber auch möglich, dass als Analogsignalaufbereitungseinheit ein Analog-Digital-Wandler verwendet wird. Der Analogsignalaufbereitungseinheit ist eine programmierbare Auswerteeinheit 6 nachgeschaltet, welche die Daten für extern angeschlossene digitale Signalprozessoren 7 erzeugt. Der Tastenhebel 1 ist mit dem Anker eines Elektromagnetes 2 gekoppelt. Der Elektromagnet 2 wird von der Auswerteeinheit 6 nach Auswertung der Positionsdaten und in Abhängigkeit von einer aktuellen Programmierung über den Magnettreiber 13 angesteuert.
    Die externen digitalen Signalprozessoren (DSP) 7 sind mit der programmierbaren Auswerteeinheit 6 verbunden. Dabei bezeichnet DSPO einen Klangexpander für Orgel, DSPL einen Klangexpander für Cembalo und DSPDYN einen Klangexpander für dynamischen Anschlag, beispielsweise einen Klavierexpander. Die Sollspannungseinheit 8 steuert in Verbindung mit dem Datenfeld 9 die Komparatoreinheit 5. Das Datenfeld 9 ist mit einem externen Rechner 10 zur Datenbestimmung verbunden. Ein interner Rechner 11 erhält Daten vom Datenspeicher 12, die einem Digital-Analog-Wandler 15 zugeführt werden. Der Magnettreiber 13 wird sowohl von der Spannungsreglereinheit 14 als auch von der programmierbaren Auswerteeinheit 6 gesteuert.
    Figur 2 zeigt in den Phasen a) bis f) Schritte des Bewegungsablaufes bei der Betätigung des Tastenhebels 1. Der Tastenhebel 1 ist im Drehlager 1.1 gelagert und wird durch nicht dargestellte Gewichte oder Federn in der in Position a) gezeigten Ruhestellung gehalten. Der Tastentiefgang in Richtung des Pfeiles ist durch den Anschlagsfilz 1.2 begrenzt. Der Elektromagnet 2 mit Spulenkörper 2.1 und Stabanker 2.2 ist in der Nähe einer Kontaktfläche 1.3 unterhalb der Taste positioniert. Über die Kontaktfläche 1.3 wird die Verbindung zwischen taste und Stabanker 2.2 hergestellt. Die Kontaktfläche 1.3 ist vorteilhaft stellbar als Schraube ausgebildet. Mit dem Tastaturgestell fest verbunden ist die als Leiterplatte ausgebildete Trägerplatte 3.1 mit dem Sensor 3. Als Sensormagnet 4 wird ein Dauermagnet in Form eines Ringes gezeigt, dessen Achse mit dem Tastaturgestell verbunden ist. Der Ringmagnet 4 weist zwei entgegengesetzt magnetisierte halbkreisförmige Segmente auf In der dargestellten Position ist der Nordpol des Magnetes zum Sensor 3 gerichtet. Dabei wird am Sensor 3 in einer seiner beiden möglichen Stromrichtungen eine maximale Spannung erzeugt. Der Ringmagnet 4 ist am Gestell drehbar gelagert und wird, wie in b) dargestellt, beim Niederdrücken des Tastenhebels 1 durch den Stößel 1.4 um seine Achse gedreht, wodurch sich die Wirkung des Magnetfelds auf den Sensor 3 abschwächt und dieser dadurch seine Spannung verändert. In dieser Position ist der Elektromagnet 2 eingeschaltet und drückt dessen Stabanker 2.1 von unten gegen den Tastenhebel 1. Durch weiteres Drücken der Taste mit Überwindung der Magnetkraft des Elektromagneten 2 erreicht die Taste - wie in Figur 2 c) dargestellt - die Abschaltposition des Elektromagneten 2. Der Druckpunkt ist nun überwunden und es findet eine Tastenbeschleunigung statt. Bei der in Phase d) gezeigten Position hat der Magnet 4 seine schwächsten Wirkung auf den Sensor 3, da weder die Nordnoch Südrichtung auf den Sensor gerichtet ist. In diesem Fall liefert der Sensor 3 wie im unbeeinflussten Zustand die halbe Betriebsspannung. Bei weiterer Tastenbewegung wird der Ringmagnet 4 weitergedreht, so dass auf den Sensor 3 die entgegengesetzte Magnetrichtung wirkt. Diese Position zeigt Figur 2 e). Dadurch wird an diesem die andere Stromrichtung erzeugt und die Betriebsspannung sinkt weiter ab. Zur dynamischen Auswertung der Sensordaten ist dem Sensor 3 direkt ein Prozessor nachgeschaltet, der die analoge Spannung auswertet.
    Nachdem der Tastenhebel 1 die Position d) erreicht hat, wird die Verbindung zwischen Stößel 1.4 und Ringmagnet 4 gelöst und der Magnet kann sich frei drehend beschleunigt bewegen. Dabei dreht er seinen Südpol dem Sensor 3 zu. Durch geeignete federnde oder durch gegenpolig angeordnete Magnete wird der Ringmagnet 4 wieder in die Ausgangsposition zurück bewegt. Dieser Zustand entspricht der Darstellung in f). Es ist vorteilhaft, den Magnet 4 mit Gewichten zu beschweren, um ein Trägheitsmomente zu erzeugen, das in der Taste fühlbar ist. Die durch das Schleudern des Ringmagneten 4 am Ausgang des Sensors 3 erzeugte Spannungamplitude wird vom Prozessor so bewertet, dass im Moment des Absinkens der Amplitude entweder eine Spannungsmessung oder eine Zeitmessung beendet wird und die erreichten Datenwerte als gültig in dynamische Werte umgewandelt werden.
    In den Figur 3 a bis 3 c sind verschiedene Ausführungen zur Anordnung von Sensormagneten 4 dargestellt. Der Sensor 3 sowie ein den magnetischen Fluss verstärkendes Leiteisen 3.2 sind an der Leiterplatte 3.1 angeordnet. Bei der in Figur 3a dargestellten Anordnung sind Kreissegmente zweier gegenpoliger Magnete vorgesehen. Die Vorrichtung ähnelt einer Hammerbewegung und bedarf nur kurzer Bewegungen, was einer Gewichtsbeschwerung entgegen kommt.
    Bei der in Figur 3b dargestellten Anordnung kommen ebenfalls zwei Magnete zum Einsatz. In diesem Fall bewegen sich zwei gegenpolig angeordnete Magnete senkrecht am Sensor 3 vorbei. Diese Anordnung ist besonders geeignet für die Spielmodi Piano und Cembalo.
    Die in Figur 3c gezeigte Anordnung erfordert nur einem Magneten in senkrechter Polung. Sie ist einfach ausführbar und gut geeignet, wenn nur Orgel gespielt wird.
    Figur 4 erläutert Aufbau und Wirkungsweise einer Komparatoreinheit 5. Einer ersten Taste ist der Sensor 3a und der nächsten Taste der Sensor 3b zugeordnet. Während die Ausgänge der Sensoren 3 mit den oberen Eingängen der Komparatoren K1 ... K7 zusammengefasst sind, sind die unteren Komparatoreingänge mit den Leitungen des Sollspannungsbusses verbunden, an dem die Sollspannungen Usoll[1..7] anliegen. Durch unterschiedliche Sollspannungen wird bei Veränderung der Sensorspannung an den Ausgängen der Komparatoren zu unterschiedlichen Zeiten (Tastenpositionen) ein anderer Schaltzustand erzeugt. Die so gebildeten sieben Schalter werden bestimmten Funktionen zugeteilt. Hierzu bestehen drei Schaltergruppen SG. Dabei bilden die Komparatoren K2 bis K4 und K5 bis K7 jeweils eine Schaltergruppe SG. Jede Schaltergruppe SG besteht aus einem Schalterpaar SP und einem Umkehrschalter mit dem Komparator K4 bzw. K7. Der Komparator K1 ist für alle Schalter als Generalreset im Ruhezustand der Taste vorgesehen und besitzt für alle Schalter oberste Priorität. Unter Berücksichtigung der Hierarchie, dass innerhalb einer Schaltergruppe die Sollspannung Usoll von einem zum nächsten Komparator stets höher oder niedriger ist, können die Schalterabstände beliebig verändert werden. Es ist sogar möglich, die beiden Schaltergruppen zu verschieben, so dass sie sich überlappen oder in vertauschte Position geschoben werden. Wird eine der Schaltergruppen in den Bereich außerhalb des Spannungshubes des Sensors verschoben, so wird diese unwirksam.
    In Figur 5 ist die Funktion der Tastaturlogik 6 dargestellt. Die Funktionsweise der Baugruppen Sensor 3, Komparatoreinheit 5, Sollspannungseinheit 8 und Datenfeld 9 entspricht der oben beschriebenen Wirkungsweise. Die externen digitalen Signalprozessoren 7 liegen mit ihren Adressleitungen ADR und Datenleitungen DAT an der Tastaturlogik 6 an. Über das Datenfeld 9 erfolgt eine Auswahl, welcher digitale Signalprozessor 7 angesteuert wird. Optional sind DSPOrgel 7.1, DSPCembalo 7.2 und DSPDYN(Piano) 7.3 vorgesehen, d.h. sie haben keinen gemeinsamen Datenbus. Das hat den Vorteil, dass unterschiedliche Klangexpander von der Tastatur angesteuert werden können, sogar Orgel und Piano gleichzeitig. Um ein zweichöriges Cembalo imitieren zu können, sind zwei Schaltergruppen vorhanden. Durch die oben erwähnte Verschiebbarkeit der Schaltergruppen kann eine Auswahl und Anordnung der simulierten Saitenchöre erfolgen. Wenn auf diese Weise kein Register gezogen ist, so ist auch kein Druckpunkt spürbar. Bei einer häufig praktizierten dynamischen Anschlagsart wird die Zeit zwischen zwei Schaltstufen ausgewertet. Im Fall der erfindungsgemäßen Tastaturlogik erfolgt das zwischen den Komparator-Schalterpositionen K3 und K5. Bei einer Kombination Piano-Orgel wird der Orgelton mit dem Pianoton auf Komparator K5 gelegt, der sonst mit Beendigung des Druckpunktes auf Komparator K3 liegt. Die Komparatoren K4 und K7 spielen bei der Tonschaltung eine untergeordnete Rolle.
    Figur 6 zeigt die Gewinnung der Druckpunkte und des Toneinsatzes beim Spielen im Orgelmodus. Die Schalterpositionen der Komparatoren K1 bis K4 stellen sich bei einer Tastenbewegung nach unten (down) und nach dem Anschlag wieder nach oben (up) als symmetrische Treppenstufen dar. Der Komparator K1 gibt durch sein L-Signal den Tonkanal frei. Der Komparator K2 setzt ein Flip-Flop-Register FF und schaltet damit den Druckpunkt down DPd für den Magnettreiber MT 13.1 ein. Der Komparator K3 setzt dann zurück und beendet die Druckpunktzeit. Gleichzeitig wird ein Flip-Flop-Register für die Einschaltung des Orgeltones gesetzt. Am Datenausgang Orgel DATO liegt für die Orgeltondauer t O für den DSPO ein aktives Signal an. Danach erreicht der Tastentiefgang die Schaltposition K4, mit der ebenfalls ein Flip-Flop-Register gesetzt wird, der aber erst durch den Komparator K1 wieder zurück gesetzt wird. Damit ist für die Tastenbewegungsrichtung up die Schalterzuordnung invertiert; denn nun setzt der Komparator K3 das Flip-Flop-Register und der Komparator K2 setzt zurück. Damit endet der Orgelton to in einer Hysterese. Das so geschaltete Druckpunktsignal erscheint jetzt, durch den Komparator K4 bestimmt, am Ausgang DPu MT13.2, dem Druckpunkt up Magnettreiber. Die Druckpunktstärke kann hier also generell schwächer sein oder ganz abgeschaltet sein, da beide Druckpunktausgänge getrennt angesteuert werden können. Es entsteht dadurch ein Einwegdruckpunkt. In Ruhestellung der Taste ist der Komparator K1 im H-Zustand.
    Es ist eine wesentliche Besonderheit der Einrichtung, dass die Anzahl der in einer Orgel gezogenen Register als Druckpunktschwere tastbar abgebildet werden. Die im Datenspeicher 12 festgelegten, veränderbaren Werte zu den Orgel-Registern werden im Rechner 11 summiert und über den Digital-Analog-Wandler 15 zur Spannungsreglung 14 für die Magnettreiber 13 bereitgestellt. So entsteht eine registerabhängige Druckpunktschwere. Das Gleiche gilt für Manualkoppeln. Hier treten die größten Kraftunterschiede auf, die von der Tastatur ertastet werden können.
    Figur 7 zeigt die gesamte Schalterimpulstreppe für die Komparatoren K1 bis K7. Dies entspricht der Spielart eines doppelchörigen Cembalos. Es sind beide Schaltergruppen aktiviert. Es wird ein 4-Fuß und ein 8-Fuß Saitenchor angenommen. Es ist üblich, dass die übereinander liegenden Saiten nicht synchron sondern nacheinander angerissen werden. Dieser Cembaloeigenheit wird mit einem zweiten, gleichartigen Druckpunkt Rechnung getragen. Der grundsätzliche Ablauf entspricht dem in der Erläuterung zur Druckpunktgewinnung bei der Orgel nach Figur 6 beschriebenen. Im Charakter des Cembalos bestehen aber wesentliche Unterschiede zur Orgel. Beim Cembalo gibt es nur abklingende Saiten, ein dynamischer Anschlag ist dabei aber kaum möglich. Wird ein Cembalotaster regelrecht angeschlagen, entsteht ein typisches Korpusgeräusch, welches von einem speziellen Geräuschsample nachgebildet und entsprechend der Dauer des ersten Druckpunktimpulses tA dem Tonsample tC4'/8' beigemischt wird. Aus diesem Grund wird am Datenausgang DATC der Druckpunktimpuls mit ausgegeben, der je länger er ist um so weniger Geräusch bedeutet. Nur ein spontaner kurzer Druckpunktimpuls eignet sich zur Darstellung dieses Aufschlaggeräusches. Anders als beim Orgelton wird der Cembaloton t C nicht durch die Komparatoren K2 bzw. K5 beendet. Das Ende liegt hier bei einem Schalter davor, weil mit dem rückwärtigen Druckpunkteinsatz das sehr markante Aufsetzgeräusch beginnt, welches mit dem Dämpfen der Saite t D endet und einen nicht unwesentlichen charakteristischen obertonreichen Nachklang erzeugt. All diese notwendigen tastenbedingten Informationen können durch die erfindungsgemäße Einrichtung bereitgestellt werden und von speziellen Cembalosamples genutzt werden. Obwohl die Geräusche und die Töne als Register getrennt erscheinen, werden sie nur von einer Taste verursacht und demzufolge sind die Druckpunktpaare auch zusammen gefasst. So kann man bei einer Tastenbewegung vier Druckpunkte spüren. Allerdings ist naturgemäß der rückläufige Druckpunkt DPu sehr viel schwächer anzunehmen. Wie aus Figur 7 ersichtlich, ist der Ablauf beim 8'- genau dem beim 4'-Register gleich. Durch Verschieben der Schaltergruppen kann das 8'-Register sogar als oberer Saitenchor gespielt werden. Durch die Programmierung der Sollspannungen Usoll erfolgt die Registerauswahl, da beim Cembalo nur durch das Anreißen der Saite ein Druckpunkt entsteht, wird durch die Tastaturlogik 6 bei jedem gezogenen Cembaloregister der Druckpunkt ausgegeben. Das Spielen in der Cembaloart ist nur möglich, wenn der Piano Modus und der Orgel Modus ausgeschaltet sind. Das Spielen mehrere Modi ist aber bei mehrmanualigen Tasteninstrumenten möglich.
    BEZUGSZEICHENLISTE
    1
    Tastenhebel
    1.1
    Drehlager
    1.2
    Anschlagfilz
    1.3
    Kontaktfläche
    1.4
    Stößel
    2
    Elektromagnet
    2.1
    Spule
    2.2
    Anker
    2.3
    Ankerstab
    3
    Sensor
    3.1
    Trägerplatte
    3.2
    Leiteisen
    4
    Sensormagnet
    5
    Komparatoreinheit
    6
    Tastaturlogik
    7
    externer digitaler Signalprozessor (DSP)
    8
    Sollspannungseinheit
    9
    Datenfeld
    10
    externer Rechner zur Datenbestimmung
    11
    interner Rechner
    12
    Datenspeicher
    13
    Magnettreiber
    14
    Spannungsreglereinheit
    15
    Digital-Analog-Wandler
    16
    DPd Druckpunkt down
    17
    DPu Druckpunkt up
    18
    DATO Daten Orgel
    19
    DATC Daten Cembalo
    MT
    Magnettreiberdaten
    tO
    Zeitimpuls Orgelton
    tC
    Zeitimpuls Cembaloton
    tA
    Zeitimpuls für Anschlaggeräusch
    tD
    Zeitimpuls für Dämpfergeräusch
    4'
    Cembalo 4-Fuß Register
    8'
    Cembalo 8-Fuß Register
    Usoll
    Sollspannung
    K
    Komparator
    GRS
    Generalreset

    Claims (7)

    1. Einrichtung zur Druckpunkterzeugung in Tastaturen für klavierartige elektronische Tasteninstrumente, insbesondere in Tastaturen für elektronische Cembalos und elektronische Orgeln, mit der bei der Betätigung von Tastenhebeln (1) Sensoren (3) gesteuert werden und bei denen zur Erzeugung von Druckpunkten Tastenhebel (1) mit einer Abtasteinrichtung, bestehend aus einem Sensor (3) und einem Tastenmagnet (4), der als radial magnetisierter Ringmagnet (4.0) ausgebildet ist, verbunden sind, wobei für jeden Tastenhebel (1) mindestens ein Sensor (3) gestellfest angeordnet ist, von dem Positionsdaten der Tastenhebel (1) an eine Analogsignalaufbereitungseinheit übermittelt werden, der eine programmierbare Auswerteeinheit (6) nachgeschaltet ist, die Daten für extern angeschlossene digitale Signalprozessoren (7) erzeugt und dass die Tastenhebel (1) mit jeweils einem Elektromagnet (2) gekoppelt sind, der von der Auswerteeinheit (6) nach Auswertung der Positionsdaten und in Abhängigkeit von einer aktuellen Programmierung über Magnettreiber (13) angesteuert wird .
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Analogsignalaufbereitungseinheit eine Komparatoreinheit (5) verwendet wird.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Analogsignalaufbereitungseinheit ein Analog-Digital-Wandler verwendet wird.
    4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) einen stabförmigen Anker (2.1) aufweist, der bei Tastenbetätigung eine an der Unterseite des Tastenhebels (1) angeordnete Kontaktfläche (1.3) berührt.
    5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (1.3) aus einer Stellschraube besteht.
    6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren (3) Hall-Sensoren verwendet werden, die durch jeweils mindestens einen als Permanentmagnet ausgebildeten Tastenmagnet (4) erregt werden.
    7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (4.0) über eine Hebelanordnung oder einen Tangentialantrieb betätigt wird.
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