EP2372695A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld schwingenden Saite - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld schwingenden Saite Download PDF

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EP2372695A1
EP2372695A1 EP10157645A EP10157645A EP2372695A1 EP 2372695 A1 EP2372695 A1 EP 2372695A1 EP 10157645 A EP10157645 A EP 10157645A EP 10157645 A EP10157645 A EP 10157645A EP 2372695 A1 EP2372695 A1 EP 2372695A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
string
frequency
magnetic field
voltage
current
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10157645A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christopher Adams
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GOODBUY CORP SA
Original Assignee
GOODBUY CORP SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2372695A1 publication Critical patent/EP2372695A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • G10H3/00—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means
    • G10H3/12—Instruments in which the tones are generated by electromechanical means using mechanical resonant generators, e.g. strings or percussive instruments, the tones of which are picked up by electromechanical transducers, the electrical signals being further manipulated or amplified and subsequently converted to sound by a loudspeaker or equivalent instrument
    • G10H3/125—Extracting or recognising the pitch or fundamental frequency of the picked up signal

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the frequency of a string of a stringed instrument that oscillates in a magnetic field and contains or contains an electrically conductive material.
  • the invention further relates to an apparatus and a method for automatically tuning a string of a stringed instrument, in which an as above-mentioned apparatus or a method for determining the frequency of the string is used.
  • the special feature of the method according to the invention is that an induced due to the change in the magnetic flux in the string, which results from their oscillations in the magnetic field induced induction voltage or caused by this induction voltage induction current and their or its time course with respect Frequency evaluated and this frequency is evaluated as the frequency of the vibrating string in the magnetic field. If the string is at rest in a constant magnetic field, no induction voltage occurs; no induction current flows.
  • the string If the string is now struck and excited to a vibration, it can occur in a non-homogeneous magnetic field, on the one hand, a change in field strength depending on the location where the string is currently on the other hand (even in a homogeneous magnetic field) to a Change in the surface penetrated by the magnetic field, resulting in a total change of the magnetic flux ⁇ .
  • the voltage is proportional to the change in the magnetic flux which, due to the above considerations, occurs periodically, namely with the period, ie frequency, of the oscillating string.
  • This voltage can now be evaluated (or it is caused due to this voltage an induction current, which is evaluated) in terms of frequency, this frequency then represents the frequency at which the string oscillates.
  • the method is basically feasible with all stringed instruments having electrically conductive strings, e.g. on pianos or guitars, especially electric guitars (electric guitars).
  • the magnetic field which is preferably static and need not necessarily be homogeneous or inhomogeneous for the application, may be e.g. be the earth's magnetic field. It is also possible that a magnetic field caused by a current flow through an adjacent string to the oscillating string whose frequency is to be determined is used as the magnetic field.
  • the stringed instrument e.g. an electric guitar, an elecctromagnetic pickup
  • the magnetic field with particular advantage may also be that which originates from one or more contained in the electromagnetic Tonaufsmelling permanent magnet.
  • the induction voltage produced in the oscillating string or the induced current derived therefrom will generally have comparatively small values, it is advantageous to amplify this signal with regard to the frequency before an evaluation.
  • known amplifier elements for example Operational amplifier with low input resistance (eg in the range of 10 ohms) are used.
  • a device In addition to a computer and evaluation unit for determining the frequency, a device according to the invention has at least one voltage or current sensor connected thereto, as described above, for detecting the induced voltage in the string or an induced current derived therefrom.
  • the sensor for receiving the induction voltage or an induction current derived therefrom along the length of the string can be contacted with the string at two offset points in order to determine the voltage arising therebetween or to detect an induced current derived therefrom.
  • the sensors can each mutually evaluate the potential of that string whose frequency is not measured as a mass.
  • an average of the potentials of the remaining strings can be assumed for the determination of the ground potential in the measurement of a vibrating string.
  • the invention also discloses a novel device for automatic tuning of a stringed or consisting of an electrically conductive material string of a stringed instrument.
  • This automatic tuning device (tuning device) is characterized in that the device for determining the frequency of the string is one as described above. In this way, the above-described advantages of the novel device for determining the frequency of the vibrating string can be integrated into a tuning device.
  • the device for determining the frequency of the string can be made small and compact, that it is particularly suitable to be arranged at a common end of all the strings of the stringed instrument, in particular with the other components of the tuning device.
  • the entire tuning device including the device for determining the frequency of the vibrating strings at one end of the latter, where then the entire process can take place in a confined space and with low-cost components and elements.
  • This tuning device is particularly suitable for arranging stringed instruments with a body, a neck and a head, in particular plucking instruments such as guitars, banjo, mandolin, e-bass or the like, or stringed instruments such as violins, violas, cello, double bass or the like.
  • Fig. 1 is shown in a schematic diagram of the principle for detecting the voltage induced in or consisting of an electrically conductive material containing a string when it moves periodically oscillating in a magnetic field. Shown here is a portion of a string 1, shown here in a rippled representation with undulating rashes to illustrate the periodically oscillating motion. Shown further is illustrated by arrows, the magnetic field B, in which the string 1 and the section of the string is located.
  • the string 1 is electrically contacted.
  • the contact points 2, 3 are connected to the inputs of an operational amplifier 6.
  • the amplified signal is fed from the operational amplifier 6 to an output line 7.
  • the output line 7 is connected to a computer and evaluation not shown here. There, the output signal on the output line 7 is analyzed for a frequency of its periodic variations.
  • the magnetic flux ⁇ flowing through the string 1 in the constant magnetic field B also varies at the same frequency, so that, due to the law of induction, a with just the frequency with which the string oscillates, periodically varying induction voltage U ind results.
  • the frequency is not changed by the amplification process in the operational amplifier, so it is also the signal applied to the output line 7 own.
  • the frequency can now be determined in the computer and evaluation device by means of known frequency analysis methods, such as Fourier transformation, fast Fourier transformation (FFT) or the like.
  • FFT fast Fourier transformation
  • Fig. 2 schematically shows a guitar 10 as an example of a stringed instrument, in which the inventive method for determining the frequency of the vibrating string and also the device according to the invention, optionally in combination with an automatic tuning device, can be used.
  • the guitar 10 is divided in a known manner in a body 11, a neck or web 12 and a head 13. Between a bridge 14 on the body 11 of the guitar 10 and arranged on the head 13 vertebra 15 extends in the longitudinal direction of the neck 12, the string 1.
  • the guitar 10 typically has more strings, in this embodiment, six parallel strings, each and with a lateral distance from the bridge 14 to a vortex 15 on the head 13th the guitar 10 extend.
  • the guitar string 1 is made of metal or is coated with metal, so that it is electrically conductive.
  • a ground potential is provided to the amplifier as the opposite pole, which can either be a system ground of a downstream electrical or electronic circuit, or an averaged potential of the other five, not shown here and at the moment of the measurement recording in terms of their vibration frequency to be determined strings.

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Abstract

Es wird Verfahren zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld schwingenden, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes angeben, bei dem die durch die Veränderung des magnetischen Flusses in der Saite hervorgerufene lnduktionsspannung oder ein durch diese hervorgerufener Induktionsstrom erfasst und deren bzw. dessen zeitlicher Verlauf hinsichtlich der Frequenz ausgewertet und diese Frequenz als Frequenz der in dem Magnetfeld schwingenden Saite gewertet wird. Ferner werden eine Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld (B) schwingenden, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite (1) eines mehrere derartige Saiten (1) umfassenden Saiteninstrumentes mit wenigstens einem mit der Saite (1), deren Frequenz ermittelt werden soll, verbundenen Spannungs- oder Stromsensor zum Ermitteln einer in der Saite (1) aufgebauten Induktionsspannung (U ind ) oder eines dadurch hervorgerufenen lnduktionsstromes und mit einer mit dem Spannungs-oder Stromsensor verbundenen Rechner- und Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Frequenz, mit der sich die Induktionsspannung (U ind ) bzw, der Induktionsstrom im zeitlichen Verlauf periodisch ändert, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Stimmen einer solchen Saite offenbart.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld schwingenden, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Stimmen einer Saite eines Saiteninstrumentes, bei welcher bzw. bei welchem eine wie vorstehend genannte Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Ermitteln der Frequenz der Saite zum Einsatz kommt.
  • Es ist bekannt, die Frequenz schwingender Saiten von Saiteninstrumenten zu bestimmen, insbesondere um daraus eine Ist-Stimmung der Saite abzuleiten und eine Stimmung in Richtung einer Soll-Stimmung zu ermöglichen. Eine solche Stimmung kann dabei von Hand, insbesondere aber auch mittels einer automatischen Stimmvorrichtung vorgenommen werden.
  • Üblicherweise werden für die Bestimmung der Frequenz der schwingenden Saite zu Zwecken der Stimmung als Sensoren Körperschallsensoren eingesetzt, z.B. Piezoelemente. Diese erfassen die Frequenz der schwingenden Saite bzw. eines von dieser erzeugten Tones. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der WO 2006/097126 A1 offenbart.
  • Ferner ist es bekannt, den von Elelctragitarren erzeugten Klang mittels efektromagnetischer Tonabnehmer in elektrische Signale umzuwandeln, diese zu verstärken und schließlich über Lautsprecher hörbar zu machen. Hierzu werden die metallischen oder metellummantelten Saiten der Elelctrogitarre unmittelbar oberhalb eines Permanentmagneten angeordnet, so dass sie einem magnetischen Fluss ausgesetzt sind. Um den Permanentmagneten herum ist eine oder sind mehrere Spulen angeordnet, in denen aufgrund der durch ein Schwingen der Saiten hervorgerufenen Änderungen des magnetischen Flusses eine lnduktionsspannung hervorgerufen wird bzw. ein aufgrund dieser Spannung hervorgerufener Induktionsstrom fließt. Dieser repräsentiert das elektroakustische Signal der Elektrogitarre.
  • Auch wenn sich aus diesem Signal grundsätzlich eine Frequenz der schwingenden Saite ermitteln ließe, so wurde dies bisher nicht unternommen, insbesondere da ein Übersprechen benachbarter schwingender Saiten eine Zuordnung einer Frequenz zu einer bestimmten Saite nicht oder nur sehr schwer möglich macht. Denn häufig wird zwar unterhalb jeder der einzelnen Saiten ein eigener Permanentmagnet angeordnet, jedoch um diese Anordnung aus Permanentmagneten lediglich eine einzige Spule gelegt. Mit dieser wird dann die Gesamtheit des von den schwingenden Saiten hervorgerufenen akustischen Signals abgetastet, ohne dass es hier zu einer Zuordnung der einzelnen Saiten nach der jeweils von Ihnen erzeugten Frequenz bzw. dem Signalbeitrag käme. Darüber hinaus sind bei üblichen Elektrogitarren die elektromagnetischen Tonabnehmer (auch Pickup genannt) im Bereich des Korpus der Gitarre angeordnet. Dies führt insbesondere bei solchen Anwendungen, in denen eine automatische Stimmung einer solchen Gitarre mittels Spannung der Saitenenden am Kopf vorgenommen werden soll, zu der Notwendigkeit, ein Signal vom Korpus zum Kopf hin zu übertragen. Eine solche Notwendigkeit könnte entfallen, wenn sämtliche Komponenten am Kopf des Instrumentes angeordnet werden könnten, insbesondere auch die Ermittlung der Frequenz der schwingenden Saite dort stattfinden könnte.
  • Es ist mithin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld schwingenden, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes anzugeben, welches flexibel und mit geringem Material- und Kostenaufwand eine für eine Stimmung der Saite ausreichend genaue Ermittlung von deren Frequenz beim Schwingen erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Hinsichtlich einer Vorrichtung ist die Lösung dieser Aufgabe in einer solchen mit den Merkmalen des Anspruches 7 gegeben.
  • In den Ansprüchen 10 und 13 werden schließlich noch eine verbesserte Vorrichtung zum automatischen Stimmen einer aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes sowie ein diesbezügliches Verfahren angegeben.
  • In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6, 8 bis 9 und 1 bis 12 sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens zum Ermitteln der Frequenz der schwingenden Saite, der diesbezüglichen Vorrichtung sowie der Vorrichtung zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes angegeben.
  • Das Besondere an dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht nun darin, dass eine aufgrund der Veränderung des magnetischen Flusses in der Saite, die sich durch deren Schwingungen im Magnetfeld ergibt, hervorgerufene Induktionsspannung oder ein durch diese Induktionsspannung hervorgerufener Induktionsstrom erfasst und deren bzw. dessen zeitlicher Verlauf hinsichtlich der Frequenz ausgewertet und diese Frequenz als Frequenz der in dem Magnetfeld schwingenden Saite gewertet wird. Befindet sich die Saite in Ruhe in einem konstanten Magnetfeld, so tritt keine Induktionsspannung auf; es fließt kein Induktionsstrom. Wird die Saite nun angeschlagen und zu einer Schwingung angeregt, so kann bei einem nicht homogenen Magnetfeld sich einerseits eine Änderung der Feldstärke abhängig vom Ort, an dem sich die Saite gerade befindet, auftreten, kommt es andererseits (auch bei einem homogenen Magnetfeld) zu einer Veränderung der von dem Magnetfeld durchdrungenen Fläche, woraus sich insgesamt eine Änderung des magnetischen Flusses φ ergibt. Diese Änderung des magnetischen Flusses ruft nach dem Induktionsgesetz eine Induktionsspannung Uind hervor mit Ulnd = - dφ/dt.
  • Die Spannung ist mit anderen Worten proportional zur Änderung des magnetischen Flusses, der hier aufgrund obiger Überlegungen periodisch erfolgt, nämlich mit der Periode, also Frequenz, der schwingenden Saite. Es ergibt sich dadurch in der Saite selbst eine zwischen unterschiedlichen Punkten der Saite oder aber zwischen der Saite und einer externen Masse abgreifbare Induktionsspannung, die in ihrem zeitlichen Verlauf ebenfalls die Frequenz der schwingenden Saite aufweist. Dies Spannung kann nun ausgewertet werden (bzw. es wird aufgrund dieser Spannung ein Induktionsstrom hervorgerufen, der ausgewertet wird) hinsichtlich der Frequenz, wobei diese Frequenz dann die Frequenz darstellt, mit welcher die Saite schwingt.
  • Eine solche Ermittlung der Frequenz der schwingenden Saite kann einfach, auf engstem Raum und mit kostengünstig erhältlichen Mitteln durchgeführt werden. Das Verfahren ist grundsätzlich bei allen Saiteninstrumenten durchführbar die elektrisch leitende Saiten aufweisen, z.B. bei Klavieren oder Gitarren, insbesondere Elektrogitarren (E-Gitarren). Das Magnetfeld, das bevorzugt ein statisches ist und für die Anwendung nicht zwingend homogen oder inhomogen sein muss, kann z.B. das Erdmagnetfeld sein. Auch ist es möglich, dass als Magnetfeld ein durch einen Stromfluss durch eine benachbarte Saite zu der schwingenden Saite, deren Frequenz zu ermitteln ist, hervorgerufenes Magnetfeld verwendet wird. Sofern das Saiteninstrument, wie z.B. eine E-Gitarre, einen elelctromagnetischen Tonabnehmer aufweist, kann das Magnetfeld mit besonderem Vorteil auch dasjenige sein, welches von einem oder mehreren in dem elektromagnetischen Tonaufnehmer enthaltenen Permanentmagneten herrührt.
  • Da die in der schwingenden Saite hervorgerufene Induktionsspannung bzw. der daraus abgeleitete Induktionsstrom in der Regel vergleichsweise kleine Werte aufweisen wird, ist es vorteilhaft, dieses Signal vor einer Auswertung hinsichtlich der Frequenz zu verstärken. Hierfür können bekannte Verstärkerelemente, beispielsweise Operationsverstärker mit geringem Eingangswiderstand (z.B. im Bereich von 10 Ohm) zum Einsatz kommen.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist neben einer Rechner- und Auswerteeinheit zur Ermittlung der Frequenz wenigstens einen mit dieser verbundenen, wie oben beschriebenen Spannungs- oder Stromsensor zur Erfassung der in der Saite hervorgerufenen Induktionsspannung bzw. eines daraus abgeleiteten Induktionsstromes auf. Grundsätzlich kann der Sensor zum Aufnehmen der Induktionsspannung bzw. eines daraus abgeleiteten Induktionsstromes entlang der Länge der Saite an zwei versetzten Punkten mit der Saite kontaktiert sein, um die dazwischen anfallende Spannung zu bestimmen bzw. einen daraus abgeleiteten Induktionsstrom zu erfassen.
  • Insbesondere dann, wenn mehr als eine Saite mit einem entsprechenden Sensor verbunden ist, um für die unterschiedlichen Saiten die Frequenz ihrer jeweiligen Schwingung bestimmen zu können, ergibt sich jedoch eine besonders kompakte Bauweise dann, wenn jeder der Sensoren nur an einer Stelle die zugeordnete Saite kontaktiert und ein zweiter elektrischer Kontakt bzw. Pol an einer Masse gebildet wird, gegenüber der beide bzw. bei mehr als zwei Sensoren alle Sensoren die Spannung bzw. den Strom bestimmen.
  • Insbesondere können die Sensoren dabei jeweils wechselseitig das Potential derjenigen Saite, deren Frequenz nicht gemessen wird, als Masse werten. Für den Fall, dass hier eine Vielzahl von Saiten mit entsprechenden Sensoren verbunden ist, kann für die Bestimmung des Massepotentials bei der Messung einer schwingenden Saite ein Mittelwert der Potentiale der restlichen Saiten angenommen werden.
  • Mit der Erfindung wird auch eine neuartige Vorrichtung zum automatischen Stimmen einer aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes offenbart. Diese enthält wie bekannte Vorrichtungen zum automatischen Stimmen, z.B. die in der EP 1 596 359 A1 beschriebene, auch eine Steuerung, eine mit dieser verbundene Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz der Saite und eine an der Saite angreifende, von der Steuerung vorgebbar motorisch angetriebene Spannungsverstelleinrichtung. Diese Vorrichtung zum automatischen Stimmen (Stimmvorrichtung) zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz der Saite eine wie oben beschriebene ist. Auf diese Weise lassen sich die oben beschriebenen Vorteile der neuartigen Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz der schwingenden Saite in eine Stimmvorrichtung integrieren.
  • Insbesondere von Vorteil ist dabei, dass die Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz der Saite, wie oben bereits beschrieben, klein und kompakt gebaut werden kann, dass sie insbesondere auch geeignet ist, an einem gemeinsamen Ende sämtlicher Saiten des Saiteninstrumentes angeordnet zu sein, insbesondere mit den weiteren Komponenten der Stimmvorrichtung. Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, wie z.B. noch bei der aus der EP 1 596 359 A1 bekannten Vorrichtung, Signale für die Übermittlung der Stimmung oder die Energieversorgung von einem Ende der Saiten zu dem gegenüberliegenden Ende der Saiten zu transferieren und hierfür entsprechende Maßnahmen vorzusehen. Vielmehr genügt es, die gesamte Stimmvorrichtung inklusive der Vorrichtung zur Ermittlung der Frequenz der schwingenden Saiten an einem Ende der letztgenannten anzuordnen, wo dann der gesamte Ablauf auf engem Raum und mit kostengünstig vorzusehenden Komponenten und Elementen erfolgen kann.
  • Besonders eignet sich diese Stimmvorrichtung zur Anordnung an einen Korpus, einen Hals und einen Kopf aufweisenden Saiteninstrumenten, insbesondere derartigen Zupfinstrumenten wie Gitarre, Banjo, Mandoline, E-Bass oder dgl. oder Streichinstrumenten, wie Violine, Bratsche, Cello, Kontrabass oder dgl.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch eine Verschaltung zur Aufnahme der in einer in einem Magnetfeld schwingenden Seite induzierten Spannung und Verstärkung derselben zur Ausgabe in eine Frequenzanalyseeinrichtung;
    Fig. 2
    schematisch die Darstellung einer E-Gitarre, in welcher das erfindungs-gemäße Prinzip zur Bestimmung der Frequenz einer schwingenden Saite Anwendung finden kann.
  • In Fig. 1 ist in einer Schemaskizze das Prinzip zum Erfassen der in einer aus elektrisch leitendem Material bestehenden bzw. ein solches enthaltenden Saite induzierten Spannung dargestellt, wenn diese sich in einem Magnetfeld periodisch schwingend bewegt. Gezeigt ist hier ein Abschnitt einer Saite 1, der hier in überzogener Darstellung mit wellenförmigen Ausschlägen gezeigt ist, um die periodisch schwingende Bewegung darzustellen. Gezeigt ist ferner, durch Pfeile verdeutlicht, das Magnetfeld B, in dem sich die Saite 1 bzw. der Abschnitt der Saite befindet.
  • An zwei Kontaktpunkten 2, 3 ist die Saite 1 elektrisch kontaktiert. Über elektrische Leitungen 4, 5 sind die Kontaktpunkte 2, 3 mit den Eingängen eines Operationsverstärkers 6 verbunden. Das verstärkte Signal wird von dem Operationsverstärker 6 auf eine Ausgangsleitung 7 gespeist.
  • Im Betrieb verändert sich, wenn die Saite 1 schwingt, der magnetische Fluss φ durch die als elektrischer Leiter ausgebildete Saite 1 zwischen den Kontaktpunkten 2, 3, so dass dort eine Induktionsspannung Uind nach dem Induktionsgesetz Uind = - dφ/dt entsteht. Diese Induktionsspannung Uind wird über die elektrischen Leitungen 4, 5 auf die Eingänge des Operationsverstärkers 6 gegeben, ein verstärktes Signal (Stromsignal oder Spannungssignal) wird auf die Ausgangsleitung 7 gegeben.
  • Die Ausgangsleitung 7 ist mit einer hier nicht näher dargestellten Rechner- und Auswerteeinrichtung verbunden. Dort wird das Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 7 hinsichtlich einer Frequenz seiner periodischen Schwankungen analysiert.
  • Wenn nun die Saite 1 mit einer bestimmten aufgrund ihrer Stimmung vorgegebenen Eigenfrequenz vibriert bzw. schwingt, so verändert sich auch der in dem konstanten Magnetfeld B durch die Saite 1 strömende Magnetische Fluss φ mit derselben Frequenz, so dass sich aufgrund des Induktionsgesetzes letztlich eine mit eben der Frequenz, mit der die Saite schwingt, sich periodisch verändernde Induktionsspannung Uind ergibt. Die Frequenz wird auch durch den Verstärkungsvorgang in dem Operationsverstärker nicht verändert, ist also auch noch dem auf der Ausgangsleitung 7 anliegenden Signal zu Eigen. In der Rechner- und Auswerteeinrichtung kann nun mittels bekannter Frequenzanalysemethoden, wie etwa Fouriertransformation, Fast-Fouriertransformation (FFT) oder dgl. die Frequenz bestimmt werden. Das Ergebnis dieser Frequenzbestimmung kann nun wiederum als Ist-Wert einer Vorrichtung zum automatischen Stimmen des Musikinstrumentes zugeführt werden, indem dieser Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen und die Spannung der schwingenden Saite 1 verändert wird, um den Ist-Wert letztlich an den Soll-Wert anzupassen.
  • In Fig. 2 ist schematisch eine Gitarre 10 als ein Beispiel eines Saiteninstrumentes gezeigt, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Frequenz der schwingenden Saite und auch die erfindungsgemäße Vorrichtung, ggf. in Kombination mit einer automatischen Stimmvorrichtung, zum Einsatz kommen kann. Die Gitarre 10 teilt sich in bekannter Weise auf in einen Korpus 11, einen Hals oder Steg 12 und einem Kopf 13. Zwischen einer Brücke 14 am Korpus 11 der Gitarre 10 und einen am Kopf 13 angeordneten Wirbel 15 verläuft in Längsrichtung des Halses 12 die Saite 1. In dieser Darstellung ist lediglich eine Saite 1 gezeichnet, allerdings verfügt die Gitarre 10 typischerweise über mehr Saiten, in diesem Ausführungsbeispiel über sechs parallel angeordnete Saiten, die sich jeweils und mit seitlichem Abstand von der Brücke 14 bis zu einem Wirbel 15 am Kopf 13 der Gitarre 10 erstrecken.
  • Die Gitarrensaite 1 besteht aus Metall bzw. ist mit Metall ummantelt, so dass sie elektrisch leitfähig ist.
  • Am Korpus 11 der Gitarre 10 sind unterhalb der Saite 1 zwei elektromagnetische Tonabnehmer (Pickups) 16 und 17 angeordnet. Diese elektromagnetischen Tonabnehmer 16, 17, die hier nur äußerst schematisch gezeigt sind, enthalten Permanentmagnete, die mit einem ihrer Pole nah unterhalb der jeweilig zugeordneten Saite 1 angeordnet sind, ohne diese jedoch zu berühren. So wird die Saite 1 im Bereich der elektromagnetischen Tonabnehmer 16, 17 permanent von einem magnetischem Fluss φ durchflossen. Dieser ändert sich, wie oben bereits ausgeführt, wenn die Saite zur Schwingung angeregt wird. Aufgrund dieser Änderung wird in der metallisch leitenden Saite eine Induktionsspannung Uind hervorgerufen, die wie oben beschrieben abgegriffen werden kann. Bei der Gitarre, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, geschieht dies bevorzugt, indem lediglich ein Kontaktpunkt an der Saite abgegriffen wird, der z.B. an dem metallisch leitenden Wirbel 15 angeschlossen sein kann. Zum Ermitteln der Spannung wird dem Verstärker als Gegenpol ein Massepotential zur Verfügung gestellt, welches entweder eine Systemmasse einer nachgelagerten elektrischen bzw. elektronischen Schaltung sein kann, oder aber ein gemitteltes Potential der weiteren fünf, hier nicht dargestellten und im Moment der Messaufnahme hinsichtlich ihrer Schwingungsfrequenz nicht zu bestimmenden Saiten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Saite
    2
    Kontaktpunkt
    3
    Kontaktpunkt
    4
    elektrische Leitung
    5
    elektrische Leitung
    6
    Operationsverstärker
    7
    Ausgangsleitung
    10
    Gitarre
    11
    Korpus
    12
    Hals, Steg
    13
    Kopf
    14
    Brücke
    15
    Wirbel
    16
    elektromagnetischer Tonabnehmer
    17
    elektromagnetischer Tonabnehmer
    B
    Magnetfeld
    Ulnd
    Induktionsspannung

Claims (13)

  1. Verfahren zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld schwingenden, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes, wobei die durch die Veränderung des magnetischen Flusses in der Saite hervorgerufene Induktionsspannung oder ein durch diese hervorgerufener Induktionsstrom erfasst und deren bzw. dessen zeitlicher Verlauf hinsichtlich der Frequenz ausgewertet und diese Frequenz als Frequenz der in dem Magnetfeld schwingenden Saite gewertet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeld das von einem oder mehreren elektromagnetischen Tonabnehmern erzeugte Magnetfeld verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeld ein von einer zu der schwingenden Saite, deren Frequenz ermittelt werden soll, benachbarten aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite, die von einem elektrischen Strom durchflossen wird, erzeugtes Magnetfeld verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeld das Erdmagnetfeld verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld ein konstantes Magnetfeld ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspannung oder der Induktionsstrom vor einer Auswertung ihres bzw. seines zeitlichen Verlaufes verstärkt wird.
  7. Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz einer in einem Magnetfeld (B) schwingenden, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite (1) eines mehrere derartige Saiten (1) umfassenden Saiteninstrumentes mit wenigstens einem mit der Saite (11), deren Frequenz ermittelt werden soll, verbundenen Spannungs- oder Stromsensor zum Ermitteln einer in der Saite (1) aufgebauten Induktionsspannung (Ulnd) oder eines dadurch hervorgerufenen Induktionsstromes und mit einer mit dem Spannungs- oder Stromsensor verbundenen Rechner- und Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Frequenz, mit der sich die Induktionsspannung (Uind) bzw. der Induktionsstrom im zeitlichen Verlauf periodisch ändert.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei mit jeweils einer zugeordneten Saite (1) verbundene Spannungs- oder Stromsensoren vorhanden sind, wobei die Spannungssensoren zu jeder der Saiten (1) nur eine elektrische Verbindung aufweisen und wobei die Rechner- und Auswerteeinheit oder die Sensoren derart eingerichtet sind, dass sie den Anschluss zu der Saite (1), deren Frequenz aktuell nicht bestimmt wird, als Masse, gegenüber der die Induktionsspannung (Uind) bzw. der Induktionsstrom gemessen wird, annehmen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Saiten (1) einen zugeordneten Spannungs- oder Stromsensor aufweisen und dass alle Spannungs- oder Stromsensoren mit jeweils nur einer elektrischen Leitung an die zugeordnete Saite (1) angeschlossen sind, wobei die Rechner- und Auswerteeinheit oder die Sensoren derart eingerichtet sind, dass sie ein Mittel des Potentials aller Anschlüsse zu den Saiten (1), deren Frequenz aktuell nicht bestimmt wird, als Masse, gegenüber der die Induktionsspannung (Uind) bzw. der Induktionsstrom gemessen wird, annehmen.
  10. Vorrichtung zum automatischen Stimmen einer aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite (1) eines Saiteninstrumentes (10) mit einer Steuerung, einer mit dieser verbundenen Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz der Saite (1) und einer an der Saite (1) angreifenden, von der Steuerung vorgebbar motorisch angetriebenen Spannungsverstelleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ermitteln der Frequenz der Saite (1) eine solche gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle ihre Komponenten in einem Bereich angeordnet sind, in dem sämtliche Saiten (1) mit einem ihrer Längsenden festgelegt sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Saiteninstrument (10) eine Gitarre, ein Banjo, eine Mandoline oder ein vergleichbares einen Korpus, einen Hals und einen Kopf aufweisendes Zupfinstrument oder eine Violine, eine Bratsche, ein Cello, ein Kontrabass oder ein vergleichbares einen Korpus, einen Hals und einen Kopf aufweisendes Streichinstrument ist und dass sämtliche Komponenten der Vorrichtung zum Stimmen der Saite (1) am Kopf (13) des Saiteninstrumentes (10) angeordnet sind.
  13. Verfahren zum automatischen Stimmen einer aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden oder ein solches enthaltenden Saite eines Saiteninstrumentes mit den Schritten des Feststellens der aktuellen Frequenz der schwingenden Saite, des Vergleiches dieser aktuellen Frequenz mit einer Soll-Frequenz und dem automatischen, zum Erreichen der Soll-Frequenz angepassten Verstellen der Spannung der zu stimmenden Saite, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der schwingenden Saite mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ermittelt wird.
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