WO2001039169A1 - Einrichtung zur simulation eines druckpunktes in tastaturen für klavierartige tasteninstrumente - Google Patents

Einrichtung zur simulation eines druckpunktes in tastaturen für klavierartige tasteninstrumente Download PDF

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WO2001039169A1
WO2001039169A1 PCT/DE1999/003894 DE9903894W WO0139169A1 WO 2001039169 A1 WO2001039169 A1 WO 2001039169A1 DE 9903894 W DE9903894 W DE 9903894W WO 0139169 A1 WO0139169 A1 WO 0139169A1
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Ulrich Hermann
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Ulrich Hermann
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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 a device for simulating a pressure point in
  • Keyboards for piano-like keyboard instruments in particular in keyboards for electronic organs and touch-sensitive keyboard instruments, with which electrical contacts are controlled when actuating key levers and with which key magnets are used for pressure point simulation
  • EP 0 567 024 B1 specifies a device in which two permanent magnets are arranged with the same poles so that the
  • keyboards for electronic keyboard instruments with touch dynamics are also known in the prior art, in which the key throughput speed between two contacts is evaluated.
  • a type of touch typical for a piano that a key that is initially printed slowly and is finally accelerated in order to strike a still relatively loud tone, is also included not possible with these keyboards It would also be desirable to be able to simulate the pressure point in such a way that it comes as close as possible to the tactile features of opening and closing the wind shutter valve of a pipe organ and, analogous to the pipe organ, the increase in pressure point strength becomes apparent when several organ registers are added, the pressure point occurring relatively spontaneously
  • a key lever is coupled to an electromagnet, which is controlled by a programmable computer.
  • an analog sensor is assigned to the key lever, which provides the computer with position data of the key lever.
  • the electromagnet is equipped with a rod-shaped armature and is excited with direct current
  • Computers are preceded by analog / digital converters and amplifiers for actuation and current control of the electromagnet are connected.
  • the computer has a programming input.
  • An advantageous embodiment of the invention provides for the use of a linear Hall sensor as an analog sensor which is excited with a permanent magnet when the key lever is moved Excitation can take place both unipolar and bipolar.
  • the device can also be used modified in keyboards with a dynamic keystroke, the dynamics being the result of a force conversion after the pressure point has been overcome. The musician can determine the essential characteristics of the keyboard
  • a first magnet is assigned to the key lever, to which a second magnet with the opposite direction of the pole is subordinate.
  • the second magnet is partly freely oscillating Pole direction assigned the function of the button position and the other pole direction assigned the function of the dynamic stop.
  • Magnetization direction is arranged The two pole directions change continuously by the rotation of the magnet, so that functions can be assigned arbitrarily.
  • the magnet is driven mechanically and / or magnetically via a lever arrangement or a tangential drive
  • the invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment.
  • the associated drawings show in
  • 1 a to c show a schematic diagram of the device in an organ keyboard
  • Figure 4 is a block circuit of the device
  • Figure 5 shows the diagram of a key press for an organ keyboard
  • Figure 6 shows the diagram of a key press for a keyboard
  • Figure 1 explains an example of an organ keyboard
  • the key lever 1 is in the rest position.
  • the associated electromagnet 2 with the coil 2 1, the armature 2 2 and the armature rod 2 3 is located under the key lever 1 and can be pivoted by means of a pivot bearing 1 1
  • the key stroke is limited with the stop felt 1 2.
  • the electromagnet 2 is shown in the de-energized state.
  • the armature 2.2 is located in the lower region of the coil 2 1 and is held in this rest position by means of a spring.
  • the analog sensor 3 is on a carrier plate 3 1 attached, which is part of the frame elements Below the sensor 3 is the key magnet 4, which is magnetized in the direction of pressure indicated by the arrow from north to south and via an L-shaped
  • Tappet 4 1 is firmly connected to the key lever 1
  • the sensor 3 is maximally excited in this position In FIG. 1b, the key lever 1 is depressed by a small amount.
  • the key magnet 4 is somewhat removed from the sensor 3 and transmits changed data values to the computer, which switches on the electromagnet 2 in this position in accordance with an entered program specification.
  • the armature 2 2 is thereby pulled toward the center of the coil and the anchor rod 2 3 abuts the bottom of the
  • Key lever 1 which at this point has a contact surface 1 3 designed as a steamer, which preferably consists of felt. Due to the pressure of the anchor rod 2 3, an increased force is required on the key lever 1 to overcome the counterpressure, which presses the armature 2 2 from the center of the coil
  • FIGS. 2a to 2c show the key actuation on a keyboard with a dynamic stop.
  • a second additional magnet 5 designed as a permanent magnet, which can perform a centrifugal movement and is used to evaluate the stop of the key magnet 4 on the sensor 4 and evaluates the acceleration of the stop occurring there
  • the key magnet 4 is located at a maximum distance above the sensor 3.
  • the additional magnet 5 is fastened to a rotatably arranged lever 51 and is held by springs. Magnetic force or Weights in the position shown are kept at a minimal distance from the sensor 3.
  • the key magnet 4 is arranged opposite to the additional magnet 5. In this rest position, the data value of the sensor 3 corresponds to the state shown in FIG. Unlike the organ keyboard, where the pressure point is opening and
  • the pressure point with dynamic stroke is used to simulate the hammer trigger on the piano or grand piano, which has the effect of striking a string "tangibly”.
  • the actuation of the electromagnet 2 is programmed at a lower key position.
  • the pressure point like the piano, should be much weaker than that of the organ. This can be determined on the one hand by the computer, and on the other hand, due to the already lower position of the key lever, the armature does not reach the center of the coil so far that it strikes the key lever 1 with less force. This position is shown in FIG. 2b, the partially depressed key being just before the "hammer draw".
  • the key magnet 4 is closer to the sensor 3 and has changed its data values, which leads to the triggering of the electromagnet 2.
  • the electromagnet 2 is switched off again and the button lever 1 is accelerated to the stop.
  • the plunger 1.3 of the key lever 1 abuts the lever
  • FIGS. 3a to 3c show a device with a diametrically magnetized ring magnet 6.
  • the sensor 3 and the shaft of the ring magnet 6.1 are connected to the plane of the frame elements.
  • the sensor 3 on the other side of the carrier plate 3 1 is a guide iron 3.2 for guiding the magnetic Assigned to the magnetic field by bundling reinforce
  • the shaft 6 1 of the ring magnet 6 is set tangentially by the plunger 4 1 by friction, magnetic adhesion, toothing, cable pull or other known drives.
  • FIG. 3 a shows the rest position.
  • FIGS. 3d to 3f show further possibilities of magnet arrangements, the functioning of which is that of the diametrical Rin
  • two differently magnetized segment magnets are arranged pivotably about a common pivot point.
  • two rectangular magnets are used in the arrangement shown in FIG. 3 e. The same effect can be achieved, as shown in FIG longest extension is magnetized
  • the electrical connection explains the block circuit diagram shown in FIG. 4.
  • the data values of the sensor 3 determined by the key magnet 4 and by the additional magnet 5 pass via the analog-digital converter 7 to the computer 8, which is entered in accordance with the preprogrammed data and freely programmable via a control panel 9
  • Data supplies signals to the amplifier 10, which control the electromagnet 2. Commands for sound generation are output via the data output 11
  • FIGS. 5 and 6 show the advantageous evaluation of the device according to the invention obtained data explained
  • FIG. 5 shows the time sequence of a key movement for an organ keyboard in accordance with the arrangement shown in FIGS. 1 a to 1 c.
  • the key path TA is shown in the upper part of the diagram
  • Electromagnet controlled with lower current When the electromagnet is switched off, the sound channel is closed at the same time.
  • the duration of the organ sound tTl is determined from positions d to g. This achieves the required hysteresis, which is output to the sound generation for bounce-free contact information.
  • the key At position h the key is at rest
  • wind decelerations that result in a settling process, such as an initial wind noise or a grinding and falling of the pitch, when the sound valve opens slowly.
  • Figure 6 shows the timing of a key movement for dynamic attack according to the arrangement shown in Figures 2a to 2c.
  • the diagram corresponds to the one explained in Figure 5.
  • Analogous to the piano at key position x, the lifting of the steamer from the string is simulated in that the electromagnet first with little
  • the computer has the option of entering freely programmable data. These include determining the pressure point strength, determining the pressure point position, the option of increasing the pressure point strength as the number of registers on the organ increases, and switching from organ playing to dynamic

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein Druckpunkt simuliert werden kann, der sowohl einer klaviertypische Anschlagsart als auch den Tastmerkmalen einer Orgel möglichst nahe kommt und dessen Parametern programmierbar sind. Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß die Tastenhebel mit einer Abtastvorrichtung, bestehend aus einem Sensor und einem Tastenmagnet, verbunden sind, wobei vom Sensor an eine programmierbare Auswerteeinheit Positionsdaten der Tastenhebel übermittelt werden und daß die Tastenhebel mit jeweils einem Elektromagnet gekoppelt sind, der von der programmierbaren Auswerteeinheit nach Auswertung der Positionsdaten und in Abhängigkeit von einer aktuellen Programmierung gesteuert wird. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Simulation eines Druckpunktes in Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente, insbesondere in Tastaturen für elektronische Orgeln und anschlagdynamische Tasteninstrumente, mit denen bei der Betätigung von Tastenhebeln elektrische Kontakte gesteuert werden und bei denen zur Druckpunktsimulation Tastenmagnete verwendet werden.

Description

Einrichtung zur Simulation eines Druckpunktes in Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Simulation eines Druckpunktes in
Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente, insbesondere in Tastaturen für elektronische Orgeln und anschlagdynamische Tasteninstrumente, mit denen bei der Betätigung von Tastenhebeln elektrische Kontakte gesteuert werden und bei denen zur Druckpunktsimulation Tastenmagnete verwendet werden
Im Stand der Technik sind verschiedene Druckpunkteinrichtungen in Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente bekannt, bei denen mechanisch oder magnetisch ein Druckpunkt simuliert wird In EP 0 567 024 Bl 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 vorbeigefuhrt 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, wahrend des Gebrauchs ihre Parameter zu verandern Nachteilig ist ferner, daß das Eintauchen in das permanent vorhandene Magnetfeld nur relativ weiche Übergänge ermöglicht
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, daß eine zunächst langsam gedruckte Taste, die schließlich noch beschleunigt wird, um einen noch relativ lauten Ton anzuschlagen, ist mit diesen Tastaturen nicht möglich Es wäre außerdem wünschenswert den Druckpunkt so simulieren zu können, wie es den Tastmerkmalen des Offnens und Schließens des Windladen- Ventils einer Pfeifenorgel möglichst nahe kommt und, analog zur Pfeifenorgel, die Zunahme der Druckpunktstarke bei Hinzuschalten mehrerer Orgelregister, spurbar wird, wobei der Druckpunkt relativ spontan auftritt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein Druckpunkt simuliert werden kann, der sowohl einer klaviertypische Anschlagsart als auch den Tastmerkmalen einer Orgel möglichst nahe kommt und dessen Parametern programmierbar sind
Erfindungsgemaß wird die Aufgabe mit den Merkmalen von Patentanspruch gelost.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspruchen angegeben Bei der erfindungsgemaßen Einrichtung ist ein Tastenhebel mit einem Elektromagnet gekoppelt, der von einem programmierbaren Rechner gesteuert wird Außerdem ist dem Tastenhebel ein analoger Sensor zugeordnet, der dem Rechner Positionsdaten des Tastenhebels bereitstellt Der Elektromagnet ist mit einem stabfbrmigen Anker ausgerüstet und wird mit Gleichstrom erregt Dem
Rechner sind Analog/Digitalwandler vorgeschaltet und Verstarker zur Betätigung und Stromsteuerung des Elektromagneten nachgeschaltet Der Rechner verfugt über einen Programmiereingang Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht die Verwendung eines linearen Hall-Sensors als analoger Sensor vor, der bei Bewegung des Tastenhebels mit einem Permanentmagneten erregt wird Die Erregung kann sowohl unipolar als auch bipolar erfolgen Die Einrichtung ist auch modifiziert in Tastaturen mit dynamischem Anschlag einsetzbar, wobei die Dynamik das Ergebnis einer Kraftumsetzung nach erfolgter Druckpunktuberwindung ist Der Musiker kann die wesentlichen Charakteristiken der Tastatur bestimmen
Durch Nutzung bipolarer Magnetfelder ist eine Verdopplung des möglichen Spannungshubes am Sensors möglich Für die Anwendung in anschlagdynamischen Tastaturen ist ein erster Magnet dem Tastenhebel zugeordnet, dem ein zweiter Magnet mit entgegengesetzt wirkender Polrichtung untergeordnet ist Der zweite Magnet ist teilweise frei schwingend gelagert Bei dieser Ausführung ist einer Polrichtung die Funktion der Tastenposition und der anderen Polrichtung die Funktion des dynamischen Anschlags zugeordnet Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Einrichtung sieht vor. daß zur Erregung des Hall-Sensors ein Rund- oder Ringmagnet mit diametraler
Magnetisierungsrichtung angeordnet ist Die beiden Polrichtungen wechseln durch die Drehbewegung des Magneten stufenlos, so daß Funktionen beliebig zugeordnet werden können Der Antrieb des Magneten erfolgt mechanisch und/oder magnetisch über eine Hebelanordnung oder einen Tangentialantrieb Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
Figur 1 a bis c eine Prinzipdarstellung der Einrichtung in einer Orgeltastatur,
Figur 2a bis c eine Prinzipdarstellung der Einrichtung in einer Tastatur mit dynamischem Anschlag,
Figur 3 a bis f eine Sensoransteuerung mit Radialmagnet,
Figur 4 ein Blockschaltung der Einrichtung, Figur 5 das Diagramm eines Tastendruckes für eine Orgeltastatur und
Figur 6 das Diagramm eines Tastendruckes für eine Tastatur mit
Anschlagdynamik
Figur 1 erläutert ein Beispiel für eine Orgeltastatur In Figur la befindet sich der Tastenhebel 1 in Ruhestellung Der zugeordnete Elektromagnet 2 mit der Spule 2 1, dem Anker 2 2 und dem Ankerstab 2 3 befindet sich unter dem Tastenhebel 1 und ist mittels Drehlager 1 1 schwenkbar angeordnet Der Tastenhub wird mit dem Anschlagsfilz 1 2 begrenzt Der Elektromagnet 2 ist im stromlosen Zustand dargestellt Der Anker 2.2 befindet sich dabei im unteren Bereich der Spule 2 1 und wird mit Hilfe einer Feder in dieser Ruheposition gehalten Der analoge Sensor 3 ist auf einer Tragerplatte 3 1 befestigt, die Bestandteil der Gestellelemente ist Unterhalb des Sensors 3 befindet sich der Tastenmagnet 4, der in der durch den Pfeil gekennzeichneten Druckrichtung von Nord nach Sud magnetisiert ist und über einen L-formigen
Stößel 4 1 mit dem Tastenhebel 1 fest verbunden ist Der Sensor 3 ist in dieser Position maximal erregt In Figur lb ist der Tastenhebel 1 um einen kleinen Betrag niedergedruckt Der Tastenmagnet 4 ist vom Sensor 3 etwas entfernt und übermittelt veränderte Datenwerte an den Rechner, der gemäß einer eingegebenen Programmvorgabe in dieser Position den Elektromagnet 2 einschaltet Der Anker 2 2 wird dadurch zur Spulenmitte gezogen und der Ankerstab 2 3 stoßt an die Unterseite des
Tastenhebels 1, der an dieser Stelle eine als Dampfer ausgebildete Kontaktflache 1 3 aufweist, die vorzugsweise aus Filz besteht Durch den Druck des Ankerstabs 2 3 wird am Tastenhebel 1 eine erhöhte Kraft zur Überwindung des Gegendruckes erforderlich, der den Anker 2 2 aus der Spulenmitte druckt
Bei weiterem Niederdrucken des Tastenhebels 1 andern sich fortsetzend die Daten des Sensors 3, bis bei einem vorherbestimmten Wert der Rechner den Elektromagnet 2 abschaltet Durch den Effekt des spontan fehlenden Gegendruckes des Elektromagnets 2 wird der Tastenhebel 1 beschleunigt niedergedruckt und gelangt zum Anschlag Diese Position ist in Figur lc dargestellt Sowohl das spontane Einsetzen des elektromagnetischen Gegendruckes, als auch das spontane Aussetzen wird als "Druckpunkt" am Tastenhebel ertastet Wird die Taste wieder gelost, lauft der Vorgang in entgegengesetzter Reihenfolge ab, wobei es möglich ist, den Rechner so zu programmieren, dass der Druckpunkt auf dem Ruckweg der Taste abgeschaltet oder abgeschwächt wird
In den Figuren 2a bis 2c ist die Tastenbetatigung bei einer Tastatur mit dynamischem Anschlag dargestellt Dazu ist ein zweiter als Permanentmagnet ausgebildeter Zusatzmagnet 5 vorgesehen, der eine Schleuderbewegung ausführen kann und zur Auswertung des Anschlags des Tastenmagnets 4 am Sensor 4 dient und dort die auftretende Anschlagsbeschleunigung auswertet Der Tastenmagnet 4 befindet sich in dieser Anordnung in maximaler Entfernung oberhalb des Sensors 3 Der Zusatzmagnet 5 ist an einem drehbar angeordneten Hebel 5 1 befestigt und wird durch Federn. Magnetkraft oder Gewichte in der dargestellten Position in minimaler Entfernung vom Sensor 3 unter diesem gehalten. Der Tastenmagnet 4 ist zum Zusatzmagnet 5 gegenpolig angeordnet. Der Datenwert des Sensors 3 entspricht in dieser Ruhestellung dem der Figur la dargestelltem Zustand. Anders als bei der Orgeltastatur, bei der der Druckpunkt das Öffnen und
Schließen des Tonventils simuliert, dient der Druckpunkt bei dynamischem Anschlag der Simulation der Hammerauslosung beim Klavier oder Flügel, bei dem der Effekt auftritt, eine Saite "fühlbar" anzuschlagen. In dieser Version wird die Betätigung des Elektromagneten 2 an einer tieferen Tastenposition programmiert. Der Druckpunkt soll, analog zum Klavier, wesentlich schwacher sein als bei der Orgel. Dies kann einerseits über den Rechner bestimmt werden, zum anderen gelangt aufgrund der schon tieferen Position des Tastenhebels der Anker nicht so weit zur Spulenmitte, so daß er mit einer geringeren Kraft an den Tastenhebel 1 anschlägt. Diese Stellung ist in Figur 2b dargestellt, wobei sich die teilweise niedergedrückte Taste kurz vor der "Hammerauslosung" befindet. Der Tastenmagnet 4 befindet sich näher am Sensor 3 und hat dessen Datenwerte verändert, was zum Auslosen des Elektromagneten 2 fuhrt. Bei weiterem, jetzt erhöhtem Tastendruck wird, wie in Figur 2c angegeben, der Elektromagnet 2 wieder abgeschaltet und der Tastenhebel 1 beschleunigt zum Anschlag gebracht. Dabei stößt der Stößel 1.3 des Tastenhebels 1 an den Hebel
5.1 des Zusatzmagnets 5, der dem Druck ausweicht und sich entsprechend der Beschleunigung und der Vorspannung des Hebels 5 1 vom Sensor 3 entfernt und wieder zur Ausgangslage zurückkehrt. Der Datenwert, der bei der weitesten Entfernung des Zusatzmagnets 5 vom Sensor 3 gemessen wird, wird als Rechnerbefehl "Daten gültig" ausgegeben.
Die Figuren 3a bis 3 c zeigen eine Einrichtung mit einem diametral magnetisiertem Ringmagnet 6 Der Sensor 3 und die Welle des Ringmagneten 6.1 sind mit der Ebene der Gestellelemente verbunden Dem Sensor 3 ist auf der anderen Seite der Tragerplatte 3 1 ein Leiteisen 3.2 zur Führung des magnetischen Flusses zugeordnet, um das Magnetfeld durch Bündelung zu verstarken Die Welle 6 1 des Ringmagneten 6 wird tangential vom Stößel 4 1 durch Reibung, Magnethaftung, Verzahnung, Seilzug oder andere bekannte Antriebe in Drehbewegung gesetzt Figur 3 a stellt die Ruheposition dar In Figur 3b ist die Position des Druckpunkteinsatzes dargestellt, wobei bereits das sudliche Magnetfeld des Ringmagneten 6 den Datenwert des Sensors 3 verändert Figur 3 c zeigt den Zustand nach der Überwindung des Druckpunktes und den Beginn und die Endposition der Beschleunigung, die hier ahnlich der Bewegung eines Schwungrades verlauft und bis zum vollen Sudpolmagnetfeld möglich ist Die Ruckholung des Ringmagneten 6 in die dargestellte Position ist mit Hilfe von Federn, Magnetkraft oder Gewichten möglich Anstelle des dargestellten Tangentialantriebs kann auch eine Hebelmechnik verwendet oder mit dem Tangentialantrieb kombiniert werden In den Figuren 3d bis 3f sind weitere Möglichkeiten von Magnetanordnungen dargestellt, deren Funktionsweise der des diametralen Ringmagnet entsprechen In Figur 3 d sind zwei unterschiedlich magnetisierte Segmentmagnete um einen gemeinsamen Drehpunkt schwenkbar angeordnet In analoger Weise werden bei der in Figur 3e gezeigten Anordnung zwei Rechteckmagnete verwendet Die gleiche Wirkung kann, wie in Figur 3f dargestellt, mit einem Rechteckmagnet, der in Richtung seiner längsten Ausdehnung magnetisiert ist, erreicht werden
Die elektrische Verknüpfung erläutert das in Figur 4 gezeigte Blockschaltbid Die vom Tastenmagnet 4 und vom Zusatzmagnet 5 bestimmten Datenwerte des Sensors 3 gelangen über den Analog-Digital-Wandler 7 zum Rechner 8, der entsprechend den vorprogrammierten Daten und den über ein Bedienfeld 9 frei programmierbar eingegebenen Daten Signale an den Verstarker 10 liefert, die den Elektromagneten 2 steuern Über den Datenausgang 1 1 werden Befehle an die Tonerzeugung ausgegeben
Anhand der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Diagramme wird die vorteilhafte Auswertung der mit der erfindungsgemaßen Einrichtung gewonnenen Daten erläutert
Fig 5 zeigt den zeitlichen Ablauf einer Tastenbewegung für eine Orgeltastatur gemäß der in den Figuren la bis l c dargestellten Anordnung Im oberen Diagrammteil ist der Tastenweg TA dargestellt Im mittleren Teil zeigt eine
Kurve die Datenwerte des Sensors Sdat Im unteren Teil sind Zeitdiagramme des Elektromagneten E, des Orgeltones Tl und einer Variante, bei der das Offnen und Schließen des Tonventils mit Windverzogerung T2 simuliert wird Der Tastenweg TA beginnt aus der Ruhestellung TAruh bei Tastenposition TApos a mit dem Beginn des Niederdruckens und erfolgt in normaler
Geschwindigkeit entgegen der Spielschwere der Tastenmechanik Bei Position b befindet sich am Sensor ein niedrigerer Datenwert als Uomax, der für das Einschalten des Elektromagneten festgelegt ist An der Taste liegt ein erhöhter Gegendruck der die Tastengeschwindigkeit verringert Bei Position c ist der Datenwert des Abschaltens des Elektromagneten erreicht Die Dauer des elektromagnetischen Druckpunktes tEdpl ist im unteren Teil der Figur dargestellt Die Tastengeschwindigkeit wird dadurch beschleunigt In diesem Moment wird der Orgelton Tl eingeschaltet Mit dem Anschlag TAan der Taste auf dem Anschlagsfilz ist die Position d erreicht Dieser Zustand stellt eine gehaltene zweite Ruheposition dar Der Sensor verringert zwischen c und d seine Ausgangsspannung nur auf UB/2, da gemäß Figur 1 nur ein Magnet unipolar den Sensor erregt Bei Position e beginnt das Losen der Taste, bei f wird erneut der Elektromagnet eingeschaltet und bei g wieder ausgeschaltet Das entspricht der Zeit des elektromagnetischen Druckpunktes tEdp2 Analog zur Orgel kann dieser Druckpunkt schwacher sein Hierzu wird der
Elektromagnet mit geringerem Strom angesteuert Bei Abschalten des Elektromagneten wird gleichzeitig der Tonkanal geschlossen Die Dauer des Orgeltones tTl ist von den Positionen d bis g bestimmt Damit wird die erforderliche Hysterese erreicht, die zur prellfreien Kontaktinformation an die Tonerzeugung ausgegeben wird. Bei Position h ist die Ruhestellung der Taste wieder erreicht Es besteht die Möglichkeit, ableitend von den Sensordatenwerten analog zur Pfeifenorgel bei verlangsamtem Offnen des Tonventils Windverzogerungen, die einen Einschwingvorgang ergeben, wie z B ein anfangliches Windgerausch oder ein Anschleifen und Abfallen der Tonhohe, zu simulieren Diese Effekte werden in der zeitgenossischen Orgelliteratur genutzt Ein solcher Vorgang ist im Diagramm unter T2 dargestellt, wobei tT2on der Einschwing- oder Anblasvorgang ist und tT2off das langsame Schließen, das Leiserwerden oder Abfallen des Tones bedeutet Die Dauer des vollen Tones tT2 verkürzt sich somit auf die Zeit zwischen den Positionen c und f
Figur 6 zeigt den zeitlichen Ablauf einer Tastenbewegung für dynamischen Anschlag gemäß der in den Figuren 2a bis 2c dargestellten Anordnung Das Diagramm entspricht dem in Figur 5 erläuterten Analog zum Klavier wird bei Tastenposition x das Anheben des Dampfers von der Saite dadurch simuliert, daß der Elektromagnet zunächst mit geringem
Strom angesteuert wird und bei Position b der Druckpunkt hinzugeschaltet wird Der Druckpunkteinsatz DPon liegt, wie beim Klavier, wesentlich tiefer als bei der Orgel und ist auch schwacher ausgeprägt Bei c endet der Druckpunkt und es setzt mit der Beschleunigung der Taste die Übergabe der Kraft auf den zweiten beweglichen Magnet, den Zusatzmagnet 5, ein, der aufgrund seiner entgegengesetzten Polung den unteren Bereich von UB/2 erregt Sobald der Sensor einen wieder ansteigenden Datenwert liefert, werden die maximal bei z erreichten Wert als gültiger Dynamikwert dynW vom Rechner ausgegeben Dieser Wert soll vor dem Tastenanschlag d erfolgt sein Somit ist die Möglichkeit der Simulation einer klavierahnlichen Repetitionstechnik gegeben
Nachdem der Zusatzmagnet wieder in seine Ausgangslage zurück gelangt ist, gibt der Sensor etwa UB/2 an, da beide Magnete in nächster Entfernung vom Sensor sind und sich ihre Aktivität aufgrund der Polung gegenseitig aufhebt Im Fall des diametralen Ringmagneten ist diese Position auf der Trennlinie zwischen Nord und Sud gegeben Da sich dort keine abstoßenden Magnetfelder begegnen können, ist diese Position mit dem benannten Ringmagneten leichter zu realisieren Die Tondauer tTdyn beginnt bei z und endet bei y Position e zeigt den Beginn des Losens der Taste Etwa bei f übernimmt nun wieder der Tastenmagnet, der bei etwa UB/2 ruhte, die Bestimmung der Sensordatenwerte Bei g kann, wie im Diagramm Dampfer Dm dargestellt, ein weiches Aufsetzen des Dampfers tDmoff simuliert werden Bei der Position y wird der Tonkanal geschlossen und der Elektromagnet abgeschaltet Danach gelangt die Taste bei h wieder in die Ruhelage
Für die Funktion der Einrichtung ist es dabei unerheblich, ob die Magnete in der dargestellten Polung oder in entgegengesetzter Polung angeordnet sind, und ob die Spannung des Analogsensors von UB/2 in Richtung Uomax oder
Uomin ausgewertet wird
Anders als bei der Zeitmessung einer Tastengeschwindigkeit, wird bei dieser Einrichtung der Dynamikwert erst als Ergebnis des den Druckpunkt überwindenden Kraftaufwandes gemessen Dadurch ist es analog zum Klavier möglich, bei anfanglich "leisem" Tastenspiel (langsame Tastenbewegung) den Ton doch noch starker anzuschlagen, oder mit einem Akzent zu versehen Je großer die Amplitude des Zusatzmagnets, um so lauter ist der Ton Vorteilhaft sind zwischen den Datenwerten der einzelnen Funktionsbereiche Datenpausen vorgesehen, um eindeutige Aussagen über die Bewegung der Taste zu erhalten
Der Rechner verfügt neben seinem abgespeicherten Grundprogramm die Möglichkeit zur Eingabe frei programmierbarer Daten Diese sind z B die Bestimmung der Druckpunktstarke, die Festlegung der Druckpunktposition, die Option der Zunahme der Druckpunktstarke bei Zunahme der Anzahl von Registern bei der Orgel, die Umschaltung vom Orgelspiel zum dynamischen
Anschlag ohne mechanische Veränderung, u a Funktionen Bezugszeichenliste
1 Tastenhebel
1 1 Drehlager
1.2 Anschlagsfilz
1.3 Kontakt fläche
2 Elektromagnet
2.1 Spule
2.2 Anker
2.3 Ankerstab
3 Sensor (Analogsensor)
3.1 Tragerplatte
3.2 Leiteisen
4 Tastenmagnet (Permanentmagnet)
4.1 Stößel
5 Zusatzmagnet (Permanentmagnet)
5.1 Hebel
6 Ringmagnet
6.1 Welle des Ringmagneten
7 AD-Wandler
8 Rechner
9 Bedienfeld
10 Verstärker
1 1 Datenausgang
TA Tastenweg
TAruh Tasten Ruhestellung
TA / 2 Halber Tastenweg
TAan Tastenanschlag
DPon Druckpunkt Anfang
DPoff Druckpunkt Ende
ÜB Betriebsspannung Uomax Ausgangsspannung maximal
ÜB / 2 Halbe Betriebsspannung
Uomin Ausgangsspannung minimal
0 Spannungs Null Sdat Sensordatenwerte
TApos Tastenposition a Drücken der Taste b Elektromagnet ein c Elektromagnet aus d Taste in Anschlagsposition e Losen der Taste f Elektromagnet ein g Elektromagnet aus h Taste in Ruheposition x Dampfer abheben y Dampfer aufsetzen z maximaler Datenwert
E Elektromagnet tEdpl Zeit des elektromagnetischen Druckpunktes beim Drucken der Taste tEdp2 Zeit des elektromagnetischen Druckpunktes beim Losen der Taste tEdp Zeit des elektromagnetischen Druckpunktes
Tl Orgelton tTl Zeit des Orgeltones
T2 Orgelton mit Windverzogerung tT2 Zeit des vollen Orgeltones tT2on Zeit des Einschwingvorganges tT2off Zeit des Abklingvorganges
Dm Dampfer tDm Zeit Dampferdruck tDmoffZeit des Dampfer aufsetzen dynW Dynamikwert

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 Einrichtung zur Simulation eines Druckpunktes in Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente, insbesondere in Tastaturen für elektronische Orgeln und anschlagdynamische Tasteninstrumente, mit denen bei der Betätigung von Tastenhebeln (1) elektrische Kontakte gesteueπ werden und bei denen zur Druckpunktsimulation Magnete verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastenhebel (1 ) mit einer Abtastvorrichtung, bestehend aus einem Sensor (3) und einem Tastenmagnet (4), verbunden sind, wobei vom Sensor (3) an eine programmierbare Auswerteeinheit Positionsdaten der Tastenhebel (1) übermittelt werden und daß die Tastenhebel (1) mit jeweils einem Elektromagnet (2) gekoppelt sind, der von der programmierbaren Auswerteeinheit nach Auswertung der Positionsdaten und in
Abhängigkeit von einer aktuellen Programmierung gesteuert wird
2 Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (2) einen stabfbrmigen Anker (2 1 ) aufweisen, der bei
Tastenbetatigung eine an der Unterseite des Tatstenhebels (1 ) angeordnete Kontaktflache (1 3) berührt
3 Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Sensor (3) ein linearer Hall-Sensor verwendet wird, der durch mindestens einen als Permanentmagnet ausgebildeten Tastenmagnet (4) erregt wird
4 Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Tastenhebel (1) mit einem Zusatzmagnet (5) gekoppelt ist, dessen Polarisierung der des Tastenmagnets (4) entgegengesetzt gerichtet ist und der an einer Lagerung angeordnet ist, die eine begrenzte Schwenkbewegung ermöglicht
5 Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Auswerteeinheit aus einem der Einrichtung zugehörigen Rechner besteht, der über ein Datenfeld oder über einen externen Rechner programmierbar ist
6 Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) durch einen diametral magnetisierten Ringmagnet (6) erregt wird
7 Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (6) über eine Hebelanordnung oder einen Tangentialantrieb betätigt wird
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