WO2001039170A1 - Anordnung zur druckpunkterzeugung in tastaturen für klavierartige tasteninstrumente - Google Patents

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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 generating pressure points in keyboards for piano-like electronic keyboard instruments, in particular in keyboards for electronic harpsichords and electronic organs, with which sensors are controlled when actuating key levers and in which key levers with a touch device consisting of a sensor are used to generate pressure points and a key magnet
  • EP 0 567 024 B1 specifies a device in which two permanent magnets are arranged with the same poles to one another, so that the Overcoming the repulsive magnetic field is felt as a pressure point when the magnets are guided past one another
  • US Pat. No. 5,922,983 describes the simulation of force-relevant mechanical processes of a grand piano or piano piano when the keys are actuated, in that a processor, using predetermined curve profiles, controls the key movement data recorded by a key sensor and controls an electromagnet assigned to the key.
  • This device enables the feeling of playing to be simulated of a simulated piano key, but it does not allow to reproduce the significantly different tactile sensation of a pipe organ manual or that of a multi-choir harpsichord Several different types of instruments cannot be simulated by a single device
  • 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 keyboard-typical keystroke in which an initially slowly pressed key is finally accelerated to strike a still relatively loud tone, cannot be simulated with these keyboards.It would also be desirable to be able to simulate the pressure point in the same way as the key characteristics of opening and Closing the wind shutter valve one
  • Pipe organ comes as close as possible
  • the increase in pressure point strength should be noticeable when several organ registers are added, whereby the pressure point occurs relatively spontaneously.
  • the simulation of striking the strings should also be made palpable in a multi-choir harpsichord
  • the invention has for its object to provide an arrangement of the type mentioned, with which the pressure point behavior can be simulated, both a harpsichord-type and the
  • the arrangement according to the invention makes it possible to simulate various types of play with a comparatively simple circuit arrangement It is particularly advantageous that several pressure points can be electrically adjusted in strength, position and length. It is possible to generate the pressure point in the form of a pulse with a steep or with an increase which is formed by any curve. Different parameters for pressing and releasing the button can be selected. It is also possible that different sound generators are assigned to the keyboard.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the functioning of an arrangement according to the invention
  • Figure 2 is a representation of the operational phases when operating a
  • FIG. 4 shows the block diagram of a comparator unit
  • FIG. 5 shows how the keyboard logic works
  • FIG. 6 shows the course of the switch pulses in the
  • FIG. 1 explains the operation of the arrangement
  • Each key lever 1 is assigned a sensor 3, which is arranged fixed to the frame on a support plate 3 1.
  • the key stroke is limited by the stop felt 1 2.
  • the position data of the key lever 1 are transmitted to an analog signal processing unit by signals which the sensor 3 triggers when the ring magnet 4 moves past. In the example shown, this is a comparator unit 5 but it is also possible that an analog-digital converter is used as the analog signal processing unit.
  • the analog signal processing unit is followed by a programmable evaluation unit 6, which generates the data for externally connected digital signal processors 7.
  • the key lever 1 is coupled to the armature of an electromagnet 2 of the evaluation unit 6 after evaluation of the position data and in dependence on a current programming via the magnet driver 13
  • the external digital signal processors (DSP) 7 are connected to the programmable evaluation unit 6.
  • DSPO denotes a sound expander for organ
  • DSPL a sound expander for harpsichord
  • DSPDYN a sound expander for dynamic attack, for example a piano expander
  • the target voltage unit 8 controls the comparator unit 5 in connection with the data field 9.
  • the data field 9 is connected to an external computer 10 for data determination.
  • An internal computer 11 receives data from the data memory 12, which are fed to a digital-to-analog converter 15 is used by both
  • Figure 2 shows in phases a) to f) the movement sequence when the key lever 1 is actuated.
  • the key lever 1 is mounted in the pivot bearing 11 and is held in the rest position shown in position a) by means of weights or springs (not shown)
  • the arrow is delimited 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 Via the contact surface 1 3, the connection between the button and rod anchor 2 2 is established
  • the contact surface 1 3 is advantageously adjustable as a screw.
  • the support plate 3 1, designed as a printed circuit board, is firmly connected to the keyboard frame with the sensor 3.
  • a permanent magnet in the form of a ring is shown as the sensor magnet 4, the axis of which is connected to the keyboard frame.
  • the ring magnet 4 has two magnetized in opposite directions semicircular segments on is in the position shown the north pole of the magnet is directed towards the sensor 3. A maximum voltage is generated on the sensor 3 in one of its two possible current directions.
  • the ring magnet 4 is rotatably mounted on the frame and, as shown in b), is pressed by the plunger 1 4 when the key lever 1 is pressed down rotated about its axis, which weakens the effect of the magnetic field on the sensor 3 and thereby changes its voltage.
  • the electromagnet 2 is switched on and prints its rod anchor 2.1 from below against the key lever 1.
  • the key - as shown in FIG. 2 c) - reaches the switch-off position of the electromagnet 2.
  • the pressure point is now overcome and a key acceleration takes place instead of.
  • the position shown in phase d) the
  • Magnet 2 has its weakest effect on sensor 3, since neither the north nor south direction is directed at the sensor. In this case, the sensor 3 delivers half the operating voltage as in the uninfluenced state.
  • the ring magnet 4 is rotated further, so that the opposite magnetic direction acts on the sensor 3. This position is shown in Figure 2 e).
  • a sensor is directly connected to sensor 3, which evaluates the analog voltage.
  • the connection between the plunger 1.4 and the ring magnet 4 is released and the magnet can move freely accelerated. He turns his south pole towards sensor 3.
  • the ring magnet 4 is moved back into the starting position by suitable resilient magnets or by magnets arranged in opposite poles. This state corresponds to the representation in f). It is advantageous to use the magnet 4
  • Weighting weights to create 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 in such a way that either a voltage measurement or a time measurement is terminated at the moment the amplitude drops and the values reached
  • Data values are converted into dynamic values as valid.
  • FIGS. 3 a to 3 c there are different designs for the arrangement of Sensor magnets 4 shown
  • the sensor 3 and a guide iron 3 2 which increases the magnetic flux are arranged on the printed circuit board 3 1.
  • circular segments of two opposite-pole magnets are provided.
  • the device resembles a hammer movement and only requires short movements, which results in a weight weight is coming
  • FIG. 3 c requires only one magnet with vertical polarity. It is simple to carry out and is well suited if only the organ is played
  • FIG. 4 explains the structure and mode of operation of a comparator unit 5.
  • Sensor 3a is assigned to a first button and sensor 3b to the next button. While the outputs of sensors 3 are combined with the upper inputs of comparators K1, the lower ones
  • Comparator inputs connected to the lines of the target voltage bus to which the target voltages U so ⁇ i [i ⁇ are applied. Different target voltages produce a different switching state when the sensor voltage changes at the outputs of the comparators at different times (key positions). The seven switches thus formed are determined
  • 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 one Reverse switch with the comparator K4 or K7
  • the comparator Kl is provided for all switches as a general reset in the idle state of the button and has top priority for all switches. Taking into account the hierarchy that within a switch group the set voltage U so ⁇ from one to the next comparator is always high or is lower, the switch distances can be changed as desired. It is even possible to move the two switch groups so that they overlap or are moved to the opposite position If one of the switch groups is moved outside the voltage range of the sensor, this becomes ineffective
  • the function of the keyboard logic 6 is shown in FIG. 5.
  • the functionality of the modules sensor 3, comparator unit 5, target voltage unit 8 and data field 9 corresponds to the mode of operation described above.
  • the external digital signal processors 7 are connected to the keyboard logic 6 with their address lines ADR and data lines DAT In data field 9, a selection is made as to which digital signal processor 7 is controlled.
  • DSPOrgel 7 1, DSPCembalo 7 2 and DSPDYN (piano) 7 3 are optionally provided, ie they do not have a common data bus.
  • FIG. 6 shows the extraction of the pressure points and the use of sound in
  • Pressure point signal now appears, determined by the comparator K4, at the output DPu MT13 2, the pressure point up magnet driver.
  • the pressure point strength can therefore generally be weaker here or be switched off completely, since both pressure point outputs can be controlled separately. This creates a one-way pressure point when the key is at rest the comparator Kl in the H state
  • the number of in an organ-drawn register can be palpably depicted as pressure point weight.
  • the changeable values for the organ registers defined in the data memory 12 are summed up in the computer 11 and made available for the magnet driver 13 via the digital-analog converter 15 for voltage regulation 14. This creates a register-dependent pressure point weight.
  • Figure 7 shows the entire switch pulse staircase for the comparators K1 to K7. This corresponds to the type of double-choir harpsichord. They are both
  • Switch groups activated.
  • a 4-foot and an 8-foot string choir are assumed. It is common that the strings lying on top of each other are not pulled synchronously but one after the other. This harpsichord characteristic is taken into account with a second, similar pressure point.
  • the basic procedure corresponds to that in the explanation of
  • the harpsichord tone t c is not ended by the comparators K2 or K5.
  • the end here is with a switch in front, because with the back pressure point insert that is very striking Touchdown begins, which ends with the damping of the string t D and produces a not insignificant characteristic overtones rich in overtones. All this necessary key-related information can be provided by the device according to the invention and used by special harpsichord samples. Though the sounds and sounds as
  • the 8 'register can even be played as an upper string choir.
  • the register selection is made by programming the desired voltages Usoii, since in the harpsichord a pressure point only arises when the string is struck, the pressure point is output by the keyboard logic 6 for each harpsichord register that is pulled. Playing in the
  • Harpsichord type is only possible when the piano mode and the organ mode are switched off. Playing multiple modes is possible with multi-manual keyboard instruments.
  • DSP digital signal processor

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Abstract

Eine Anordnung zum simulieren mit des Druckpunktverhalten das sowohl einer cembalotypischen Anschlagsart als auch den Tastmerkmalen einer Orgel möglichst nahe kommt und zusätzlich einen dynamischen Anschlag sowie mehrere Druckpunkte während einer Tastenbetätigung nachzubilden ermöglicht. Dazu ist für jeden Tastenhebel (1) mindestens ein Sensor (3) gestellfest angeordnet von dem Positionsdaten der Tastenhebel an eine Analogsignalaufbereitungseinheit und eine programmierbare Auswerteeinheit (6) die Daten für extern angeschlossene digitale Signalprozessoren (7) erzeugt übermittelt werden. Die Tastenhebel sind mit jeweils einem Elektromagnet (2) gekoppelt der von der Auswerteeinheit der Positionsdaten in Abhängigkeit und der aktuellen Programmierung angesteuert wird. Die Anordnung zur Druckpunkterzeugung ist für Tastaturen van klavierartigen nkterzeugung in Tastaturen für klavierartige elektronische Tasteninstrumente, elektronischen Cembalos und elektronischen Orgeln vorgesehen.

Description

Anordnung zur Druckpunkterzeugung in Tastaturen für klavierartige Tasteninstrumente
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 Nbtasteinrichtung, 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 Bl ist eine Einrichtung angegeben, bei der zwei Permanentmagnete gleichpolig zueinander angeordnet sind, so dass die Uberwindung 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, wahrend des Gebrauchs ihre Parameter zu verandern 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 Vorgange einer Flügel- oder Pianoklaviatur bei Betätigung der Tasten beschrieben, indem ein Prozessor unter Verwendung von vorgegebenen Kurvenverlaufen 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 mehrchorigen 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 gedruckte 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 Offnens und Schließens des Windladen- Ventils einer
Pfeifenorgel möglichst nahe kommt Dabei sollte analog zur Betätigung der Pfeifenorgel die Zunahme der Druckpunktstarke bei Hinzuschalten mehrerer Orgelregister spurbar werden, wobei der Druckpunkt relativ spontan auftritt Ebenso sollte die Simulation des Anreißens der Saiten bei einem mehrchorigen 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 wahrend einer Tastenbetatigung nachzubilden ermöglicht
Erfindungsgemaß wird die Aufgabe mit einer Anordnung gelost, die die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspruchen angegeben
Die erfindungsgemaße Anordnung ermöglicht es mit einer vergleichsweise einfachen schaltungstechnische Anordnung vielfaltige Spielarten zu simulieren Vorteilhaft ist insbesondere, dass mehrere Druckpunkte in Stärke, Position und Länge elektrisch einstellbar sind. Dabei ist es möglich, den Druckpunkt impulsfbrmig 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
Tastenbetatigung für alle sieben Schalter
Figur 1 erläutert die Funktionsweise der Anordnung Jedem Tastenhebel 1 ist ein Sensor 3 zugeordnet, der gestellfest auf einer Tragerplatte 3 1 angeordnet ist Ein mit dem Tastenhebel 1 fest verbundener Stößel 1 4 übertragt 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 auslost, 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 erhalt 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) Schπtte 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 Spulenkorper 2 1 und Stabanker 2 2 ist in der Nahe einer Kontaktflache 1 3 unterhalb der Taste positioniert Über die Kontaktflache 1 3 wird die Verbindung zwischen taste und Stabanker 2 2 hergestellt Die Kontaktflache 1 3 ist vorteilhaft stellbar als Schraube ausgebildet Mit dem Tastaturgestell fest verbunden ist die als Leiterplatte ausgebildete Tragerplatte 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 Niederdrucken 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 druckt 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 2 seine schwächsten Wirkung auf den Sensor 3, da weder die Nord- noch 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 verschieden 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 3 a 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 3 c 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 Wahrend die Ausgange der Sensoren 3 mit den oberen Eingangen der Komparatoren Kl K7 zusammengefasst sind, sind die unteren
Komparatoreingange mit den Leitungen des Sollspannungsbusses verbunden, an dem die Sollspannungen Usoιi[i η anliegen Durch unterschiedliche Sollspannungen wird bei Veränderung der Sensorspannung an den Ausgangen 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 Kl 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 Usoιι von einem zum nächsten Komparator stets hoher oder niedriger ist, können die Schalterabstande 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 zweichoπges Cembalo imitieren zu können, sind zwei Schaltergruppen vorhanden Durch die oben erwähnte Verschiebbarkeit der Schaltergruppen kann eine Auswahl und Anordnung der simulierten Saitenchore erfolgen Wenn auf diese Weise kein Register gezogen ist, so ist auch kein Druckpunkt spurbar Bei einer häufig praktizierten dynamischen Anschlagsart wird die Zeit zwischen zwei Schaltstufen ausgewertet Im Fall der erfindungsgemaßen 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 Kl bis K4 stellen sich bei einer Tastenbewegung nach unten (down) und nach dem Anschlag wieder nach oben (up) als symmetrische Treppenstufen dar Der Komparator Kl 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 t0 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 Kl 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 t0 in einer Hysterese Das so geschaltete
Druckpunktsignal erscheint jetzt, durch den Komparator K4 bestimmt, am Ausgang DPu MT13 2, dem Druckpunkt up Magnettreiber Die Druckpunktstarke kann hier also generell schwacher sein oder ganz abgeschaltet sein, da beide Druckpunktausgange getrennt angesteuert werden können Es entsteht dadurch ein Einwegdruckpunkt In Ruhestellung der Taste ist der Komparator Kl 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 Kl 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 Geräuschsemple nachgebildet und entsprechend der Dauer des ersten Druckpunktimpulses tA dem Tonsample
Figure imgf000013_0001
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 tc nicht durch die Komparatoren K2 bzw. K5 beendet. Das Ende liegt hier bei einem Schalter davor, weil mit dem rückwärtigen Druckpunkteinsatz das sehr markante Aufsetztgeräusch beginnt, welches mit dem Dämpfen der Saite tD 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 Usoii 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 Kontaktflache
1 4 Stößel
2 Elektromagnet
2 1 Spule
2 2 Anker
2 3 Ankerstab
3 Sensor
3 1 Tragerplatte
3 2 Leiteisen
4 Sensormagnet
5 Komparatoreinheit
6 Tastaturlogik
7 externer digitaler Signalprozessor (DSP)
8 Sollspannungseinheit
9 Datenfeld
10 externer Rechner zur Datenbestunmung
11 interner Rechner
12 Datenspeicher
13 Magnettreiber
14 Spannungsregiereinheit
15 Digital-Analog-Wandler
16 DPd Druckpunkt douwn
17 DPu Druckpunkt up
18 DATO Daten Orgel
19 DATC Daten Cembalo
MT Magnettreiberdaten to Zeitimpuls Orgelton tc Zeitimpuls Cembaloton tA Zeitimpuls für Anschlaggerausch tD Zeitimpuls für Dampfergerausch
4 Cembalo 4-Fuß Register
8' Cembalo 8-Fuß Register
Usoll Sollspannung
K Komparator
GRS Generalreset

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E
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), verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass 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 stabfbrmigen Anker (2 1) aufweist, der bei Tastenbetatigung eine an der Unterseite des Tastenhebels (1) angeordnete Kontaktflache (1 3) berührt
5 Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflache (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 Sensor (3) durch einen radial magnetisierten
Ringmagnet (4 0) erregt wird
8 Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (4 0) über eine Hebelanordnung oder einen Tangentialantrieb betätigt wird
9 Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Auswerteeinheit (6) aus einer der Einrichtung zugehörigen Tastaturlogik besteht, die über ein Datenfeld (9) oder über einen externen Rechner (10) programmierbar ist und Daten für die
Magnettreiber (13) und extern angeschlossene digitale Signalprozessoren (7) aufbereitet und zuordnet
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Auswerteeinheit (6) aus einem Rechner besteht.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnettreiber (13) zwei der
Tastenbewegungsrichtung zugeordneten steuerbare Verstärker (13.1 und 13.2) enthalten, deren Ausgangsspannung über eine Oder- Verknüpfung den Elektromagnet (2) erregt.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (2) über ein steuerbares RC-Glied oder eine Impulsbreitenregelung verzögert erregt wird.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komparatoreinheit (5) aus einer Vielzahl von
Analog-Komparatoren (5.0) besteht, deren jeweils erster Eingang mit dem Spannungsausgang des Sensors (3) verbunden ist und am zweiten Eingang eine jeweils unterschiedliche, programmierbare und regelbare Sollspannung anliegt, die in einer Sollspannungseinheit (8) erzeugt wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3) mit einer Komparatoreinheit (5) verbunden sind, mit der durch Bestimmung von Spannungswerten einer Sollspannungseinheit (8) unterschiedliche Schaltpunkte (Kl bis K7) fiir verschiedene Tastenpositionen gebildet werden.
15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastaturlogik ein Rechner (11) zugeordnet ist, der Daten mindestens eines der digitalen Signalprozessoren (7), die durch eine externe Registereingabe (16) bestimmt werden, mit Daten eines Datenspeichers (12), dessen Daten über das Datenfeld (9) selektiert werden, vergleicht und auswertet.
16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnettreiber (13) von einer Tastaturlogik (6) geschaltet werden und von einer in einer Spannungseinheit (14) erzeugten Treiberspannung in Verbindung mit dem Datenfeld (9) und/oder von einem Rechner (11) über Digital- Analog- Wandler (15) gesteuert werden.
17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komparatoreinheit (5) sieben analoge Komparatoren (Kl ... K7) enthält, die jeweils mit einem Sensor (3) verbunden sind, wobei die Komparatoren (Kl ... K7) drei Schaltergruppen bilden, von denen zwei Schaltergruppen jeweils drei Komparatoren
(K2 ... K4 bzw. K5... K7) enthalten, die als Setzer, Rücksetzer und Invertierer dienen, und eine Schaltergruppe ein Komparator (Kl) aufweist, der als Generalset dient.
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