RO129267B1 - Circuit interfaţă pentru identificarea poziţiei degetelor mâinii pe griful unei chitare - Google Patents

Description

Orice persoană are dreptul să formuleze in scris și motivat, la OSIM, o cerere de revocare a brevetului de invenție, în termen de 6 luni de la publicarea mențiunii hotărârii de acordare a acesteia

RO 129267 Β1

Invenția se referă la un produs interfață circuit care identifică în timp real poziția degetelor mâinii pe griful unei chitare în timpul interpretării unei melodii, permițând astfel transformarea unei chitare obișnuite într-un instrument Midi. (Domeniul de aplicare a invenției este unul interdisciplinar: electronică aplicată în muzică.)

Sunt cunoscute produse ce transformă o chitară într-una Midi: JAM Origin Midi Guitar, care are o latență de 3-6 milisecunde, și care este o soluție de tip strict software; i2M care poate fi folosită doar în cazul monotonie (nu polifonic, adică nu în cazul acordurilor); Fischman TriplePlay Wireless Midi Controller, care este o soluție polifonică, sau doza pentru chitare Roland GK-3 Midi, care se montează la cordar și face conversia frecvențelor receptate în semnal Midi; instrumentele de sine stătătoare Artiphon, care permit identificarea apăsării degetelor pe suprafața de tip plastic, deși nu într-un mod foarte realistic. Tot în ultima gamă intră și chitarele Midi Godin. Toate aceste produse prezintă dezavantajul fie de a avea latență (de ordinul milisecundelor) fie de a fi costisitoare.

Sunt cunoscute produse care identifică pozițiile degetelor pe griful unei chitare fie prin analiza vibrațiilor coardelor prin intermediul unor fotodiode, fie prin analiza spectrală a semnalului sonor preluat de un microfon sau un cristal piezoelectric, fie prin analiza reflecției ultrasunetelor de o tastă care a fost apăsată, fie chitarele ce realizează ghidarea curentului prin coarde, ceea ce permite aflarea tastei care a fost apăsată în momentul interpretării unei melodii la chitară.

O interfață pentru transformarea unei chitare într-o chitară Midi este prezentată și în brevetul US 5033353. în funcție de timpul după care se înregistrează semnalul de ultrasunete reflectat de o tastă apăsată, poate fi identificată tasta care a fost atinsă pentru o anumită coardă. Cu toate că latența este de sub 1 milisecundă, este totuși necesară atenuarea vibrației coardei pentru o precizie mai bună. De aceea coardele se aduc în contact cu un amortizor care atenuează vibrația lor, crescând latența până la aproape 5 milisecunde.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este cea de a identifica poziția degetelor pe griful unei chitare obișnuite, cu o latență de ordinul microsecundelor.

Soluția la această problemă este o interfață de tip circuit, care identifică în timp real poziția degetelor pe griful unei chitare, și a coardei atinse de pană, ce prezintă o latență mult mai mică decât produsele care se bazează de analiză spectrală, și care poate fi montată ca modul separat pe orice chitară, într-o manieră ce necesită un minimum de adaptări suplimentare. Astfel, locul tastei apăsate este aflat utilizându-se un circuit bloc de găsire a tastei cu potențialul maxim (fiecare tastă fiind conectată printr-un cablu la interfață), și aflarea coardei care este atinsă de pana metalică cu ajutorul unui circuit bloc ce compară cu un potențial prag fiecare potențial din capătul dinspre cordar al fiecărei coarde. Circuitul interfață pentru identificarea poziției degetelor mâinii pe griful unei chitare este constituit dintr-un bloc de găsire a tastei cu potențialul maxim, și identificare a poziției degetului care apasă pe o coardă în dreptul unei taste format din două comparatoare, cu rolul de a sesiza căderile de tensiune pe rezistențele date de porțiunile coardei dintre două taste, două multiplexoare analogice, care selectează două potențiale maxime, un comparator cu rolul de a afla cărui grup de taste îi corespunde tasta cu potențial maxim, și un multiplexor digital pentru codificarea în sistem binar a tastei apăsate de-a lungul coardei lovite de pană, un bloc pentru aflarea coardei care este atinsă de pana metalică, format din șase comparatoare de precizie ridicată, care compară potențialul capătului din dreapta al fiecărei coarde cu un potențial de prag setat de un potențiometru, pana fiind legată la o sursă de tensiune.

Invenția prezintă avantajul de a putea fi montată pe orice chitară, și de a nu fi costisitoare. Soluțiile precedente fie sunt prea lente, fie prea costisitoare, fie nu pot fi folosite pe orice chitară.

RO 129267 Β1

Invenția permite aflarea poziției degetelor mâinii și a coardei lovite de pană, cu un număr 1 minim de citiri sau prelucrări printr-un program de achiziție în timp real, aflat pe microcontroler; permite montajul pe orice chitară, fără a modifica în vreun fel chitara, decât prin conectarea la 3 taste și la coarde a unor cabluri.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu figura ce 5 reprezintă o schemă de realizare a acestei invenții.

Identificarea poziției mâinilor pe chitară, după ce utilizatorul a format un acord (exempli- 7 ficat în figură prin cercurile 4 pline gri), este realizată de un circuit ce are drept componente blocurile 20 și 21, la care sunt conectate tastele 2, respectiv, coardele 7. Pinii de input digital („0 9 sau „1 logic) sunt desemnați de cifrele arabe de la 1 la 9, încadrate în pătrate. Pana metalică este legată la sursa de tensiune 3 (de maximum 9 V), având un potențial pozitiv de „1 logic. 11

Blocul 20 se conectează la cele patru taste ale chitarei prin intermediul unor contacte 22. Acest bloc are rolul de a identifica poziția degetului care apasă pe o coardă în dreptul unei 13 taste, în momentul în care pana atinge acea coardă. Pentru a da libertate curentului să circule pe taste în spațiile dintre coarde, respectiv, pe coarde în spațiile dintre taste, tastele și coardele 15 se leagă la masă prin rezistențele 8 și 13. Tastele sunt numerotate de la stânga la dreapta în ordine crescătoare, și au indicele j, în timp ce coardele au indicele i și sunt numerotate eres- 17 cător de sus în jos. Identificăm o matrice în care o intersecție este desemnată de grupul linie și coloană: (i, j). Această intersecție reprezintă un nod al circuitului electric format de coarde și 19 taste dacă acolo coarda i face contact cu tasta j. La formarea acordului Do major, spre exemplu, se are în vedere faptul că o coardă poate atinge și alte taste cu număr mai mic decât numărul 21 tastei apăsate. Mai mult, curentul poate circula de la o intersecție ce are coordonatele (i, j) la (i-1 j) sau (i+j), și, evident, la (I, j-1), (I, j-2), (I, j-3) etc., în limita existenței acestor coordonate. 23

Problema pe care o rezolvă blocul circuit 20 este aceea că, doar conectând capetele tastelor la fire, să fie identificată poziția degetelor care formează un acord. Aflarea tastei 25 apăsate se face cu ajutorul acestui circuit, ce are rolul de a identifica tasta cu potențial maxim, întrucât aceasta este tasta care a fost apăsată pentru o coardă atinsă de pană. Blocul 20 are 27 rolul de a afla numărul tastei apăsate (în format binar: „00 (tasta 1), „01 (tasta 2), „10 (tasta 3), „II (tasta 4)) la lovirea coardei (notată cu 7) de pană (care, în figură, atinge coarda La). 29 Aflarea acestui număr este realizată prin intermediul a trei comparatoare de precizie ridicată 9, 25 și 19, a două multiplexoare (MUX. AN.) analogice 10 și 26, și a unui multiplexor digital (MUX. 31 DIG.) 11.

Comparatoarele COMP 25 și 9 au rolul de a sesiza căderile de tensiune pe rezistențele 33 date de porțiunile coardei dintre două taste apăsate sau neapăsate, sau a tastei dintre două coarde apăsate, de exemplu, 5 și 6. 35

Cele două multiplexoare analogice au rolul de a selecta cele două potențiale maxime dintre tastele cu numerele 1 și 2, respectiv, 3 și 4. Alegerea potențialelor maxime dintre tastele 37 1 și 2, respectiv, între 3 și 4 se face cu ajutorul multiplexoarelor analogice 10 și 26, care aleg maximul în funcție de outputurile comparatoarelor 9, respectiv, 25. Apoi, comparatorul 19 39 compară cele două maxime forwardate de multiplexoarele analogice 10 și 26, pentru a afla cărui grup (tasta 1 și tasta 2, sau tasta 3 și tasta 4) îi corespunde tasta cu potențial maxim. Rezultatul 41 acestei comparații dă bitul mai semnificativ (notat cu cifra 2, încadrată de un pătrat și desemnat, în figură, de numărul 18). Bitul mai puțin semnificativ (numerotat cu cifra 3, încadrată de un 43 pătrat) este outputul multiplexorului digital 11. Inputurile multiplexorului digital 11 sunt: outputul comparatorului 19 și cele două outputuri ale comparatoarelor 9 și 25. 45

RO 129267 Β1

Outputul blocului 20 este ales astfel: dacă bitul nesemnificativ dat de comparatorul 11 este 1, atunci maximul este în grupul dat de tastele 3 și 4; mai departe outputul este dat de rezultatul comparatorului 19, care compară potențialele din grupul ales (3 și 4); în mod similar, dacă bitul nesemnificativ dat de comparatorul 27 este „0, atunci maximul este în grupul dat de tastele 1 și 2; în acest caz, outputul este dat de rezultatul comparatorului 25, care compară potențialele tastelor 1 și 2. Obținem, astfel, codificată în sistem binar, tasta apăsată de-a lungul coardei lovite de pană. Mai este nevoie de redat cazul în care coarda este liberă, adică situația în care nu este apăsată nicio tastă. Aceasta este realizată cu ajutorul unortranzistori MosFET 12 (aleși pentru impedanța foarte mare a porții) care sunt legați la fiecare coardă prin intermediul unor rezistențe. Starea unui tranzistor pentru poarta aflată în gol este „deschis, iar dacă poarta se află la un potențial pozitiv nenul, starea acestuia este de „închis. Astfel, bitul cu cifra 1 încadrată în pătrat este outputul blocului inversor 24, alimentat de borna 15, acest bit fiind „0 logic pentru coarda liberă, și „1 logic pentru apăsarea oricărei taste.

Modul în care este realizat blocul 20 asigură codificarea tastei apăsate folosind un număr minim de biți. împreună cu bitul dat de blocul 24, numărul de biți este 3, tot un minim. Blocul 21 din dreapta figurii se conectează în partea dinspre cutia de rezonanță la cele șase coarde prin intermediul unor contacte 23 (bulină neagră). Blocul 21 este alcătuit din șase comparatoare de precizie ridicată 14, care compară potențialul capătului din dreapta al fiecărei coarde, cu un potențial de prag setat de potențiometrul 16 legat la borna 15 (aflată la un potențial de maximum 9 V). Dacă potențialul coardei se află peste acest prag, atunci coarda a fost atinsă de pană. Altfel potențialul coardei respective cade sub acest prag. Obținem astfel, codificat tot în „0 și „1 logic, coarda care a fost lovită de pană. Pinii cu numerele 1...9 (încadrați în pătrate) reprezintă inputurile microcontrolerului (MCU) care prelucrează aceste valori având ca output un mesaj midi care este transmis calculatorului prin portul USB. Mai departe, acest semnal midi poate fi preluat de un sintetizator midi de pe PC.

Efectele de tip legato pot fi identificate prin menținerea potențialului unei coarde la capătul dinspre cordar la potențialul penei care a atins coarda respectivă înainte de cântarea legato-ului.

Legato-urile pot fi identificate și prin montarea unor senzori de presiune sub fiecare coardă în poziția cordarului, astfel încât să se poată detecta întinderea unei coarde. Se poate opta pentru înlocuirea tastelor originale cu niște taste care au o rezistivitate mai mare. Interfața prezentă poate identifica un acord deoarece latența mică permite detectarea lovirii consecutive cu pana a fiecărei coarde; obținem astfel un efect similar cu cel polifonic.

Claims (1)

1. Revendicare 1

   Circuit interfață pentru identificarea poziției degetelor mâinii pe griful unei chitare, 3 caracterizat prin aceea că este constituit din:

   - un bloc (20) de găsire a tastei cu potențialul maxim, și identificare a poziției degetului 5 care apasă pe o coardă în dreptul unei taste, format din două comparatoare (9 și 25) cu rolul de a sesiza căderile de tensiune pe rezistențele date de porțiunile coardei dintre două taste, 7 două multiplexoare (10 și 26) analogice, care selectează două potențiale maxime, un comparator (19) cu rolul de a afla cărui grup de taste îi corespunde tasta cu potențial maxim, și un 9 multiplexor digital (11), pentru codificarea în sistem binar a tastei apăsate de-a lungul coardei lovite de pană; 11

   - un bloc (21) pentru aflarea coardei care este atinsă de pana metalică, format din șase comparatoare (14) de precizie ridicată, care compară potențialul capătului din dreapta al fiecărei 13 coarde cu un potențial de prag setat de un potențiometru (16), pana fiind legată la o sursă de tensiune (3). 15