AT514416A1

AT514416A1 - Musikinstrument

Info

Publication number: AT514416A1
Application number: ATA50085/2013A
Authority: AT
Inventors: Mario Aiwasian
Original assignee: Mario Aiwasian
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-12-15
Also published as: AT514416B1; WO2014117189A1

Abstract

Musikinstrument (1), mit einer Vielzahl von Tasten (2), die jeweils von einer Ruhe- stellung (Si) in eine gedrückte Stellung (S2) manuell nie- derdrückbar sind und dabei einen Ton des Musikinstruments (1) auslösen, der spätestens beim Loslassen (t3) der Taste (2) über eine Ausklingzeit ausklingt, für jede Taste (2) einem elektromechanischen Aktuator (9) zum Ausüben einer Kraft auf die Taste (2), und einer elektronischen Steuerschaltung (8) zur Ansteuerung der Aktuatoren (9), wobei die Steuerschaltung (8) dafür ausgebildet ist, mit- tels des Aktuators (9) die Taste (2) beim Loslassen (t3, t3’, t3") mit einer Geschwindigkeit (vrei) , die von der verbleibenden Ausklingzeit (Ta) ihres Tons abhängt, in die Ruhestellung (Si) zurückzubewegen .

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING· DRTECIIN. ANDREAS WEISER EUROPEAN PATENT ÄND TRADEMARK ATTORNEY A-1130 WIEN · KOPFGASSE 7 05692

Mario Aiwasian A-3423 St. Andrä-Wördern (AT)

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Musikinstrument, mit einer Vielzahl von Tasten, die jeweils von einer Ruhestellung in eine gedrückte Stellung manuell niederdrückbar sind und dabei einen Ton des Musikinstruments auslösen, der spätestens beim Loslassen der Taste über eine Ausklingzeit aus-klingt, für jede Taste einem elektromechanischen Aktuator zum Ausüben einer Kraft auf die Taste, und einer elektronischen SteuerSchaltung zur AnSteuerung der Aktuatoren.

Musikinstrumente dieser Art sind beispielsweise aus der EP 1 356 449 Bl und den darin genannten Literatur st eilen in Form von elektronischen Klavieren bekannt, bei welchen die Aktuatoren dazu verwendet werden, die Tasten mit einer genau gesteuerten, weg- und geschwindigkeitsabhängigen Gegenkraft zu beaufschlagen, um dem Musiker ein möglichst naturgetreues Spielgefühl wie bei einem echten Klavier zu geben.

Die: Erfindung setzt sich zum Ziel, aufbauend auf diesen Konstruktionen ein Musikinstrument zu; schaffen, das neuartige musikalische Ausdrucksformen ermöglicht.

Dieses Ziel wird mit einem Musikinstrument der einleitend genannten Art erreicht, welches sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass die Steuerschaltung dafür ausgebildet ist, mittels des Aktuators die Taste beim Loslassen mit einer Ge- TEL.: (+43:1):879 17 06 · FAX: (+43 1) 879 17 07 :·EMAIL: ΛΓΑIL(«'PATENTE-NET -WEB: WWW.PÄTENTENET ERSTE BANK 038-56704 -BUZ: 20111 IBAN: A^iyäo^l 100003856704 - BIG: GIBAATWW -VAT: AT iU 5:3832900 2

Schwindligkeit, die von der verbleibenden Ausklingzeit ihres Tons abhängt, in die. Ruhestellung zurückzubewegen. Auf diese Weise wird dem Musiker ein optisches und taktiles Feedback über das Klangverhalten des Musikinstruments gegeben, welches neuartige Ausdrucksweisen ermöglicht.

Die erfindungsgetnäße Konstruktion eignet sich sowohl für Musikinstrumente mit physikalischen Klangerzeugern wie Saiten, Klangstäben, Klangplatten usw., z.B. Klaviere, als auch für elektronische Musikinstrumente mit elektronischen Tonerzeugungsmodulen wie E-Rianos, Synthesizer, Hämmohd-Orgeln usw. in ersterem Falle kann die beim Loslassen einer Taste noch verbleibende Ausklingzeit des Tons bevorzugt mithilfe einer Zeitmesseinrichtung zur Messung der Dauer des Niederdrückens und/'oder der Anschlagstärke und/oder der Anschlaggeschwindigkeit einer Taste ermittelt werden,

Bei einem physikalischen Klangerzeuger wie einer Saite ist die von Niederdrückdauer, Anschlagstärke und/oder Anschlaggeschwindigkeit abhängige Ausklingzeit eines Tons durch Refe-renzmessungen ermittelbar, sodass sie z.B. in einer Tabelle in einem Speicher der SteuerSchaltung hinterlegt werden kann. Durch Messung der aktuellen Niederdrückdauer, Anschlagstärke und/oder -geschwindigkeit kann dann die beim Loslassen der Taste verbleibende Ausklingzeit aus der Tabelle ermittelt werden. Letztere kann dann für die Berechnung der Rückkehrgeschwindigkeit der Taste in ihre Ruhelage herangezogen werden. 3/18 3

Speziell bei elektronischen Musikinstrumenten mit von eien Tasten gesteuerten elektronischen Tonetzeugungsmodulen ist die beim Loslassen einer Taste noch verbleibende Auskling:zeit eines Tons in der Regel in den Rechenregistern der Tonerzeugung smodule bekannt und kann von diesen der Steuerschaltung direkt zur Verfügung gestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Musikinstrument gemäß der Erfindung in einer Perspektivans i cht;

Fig. 2 den Bewegungsweg einer Taste des Musikinstruments von Fig. 1 beim Miederdrücken;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Musikinstruments Von Fig. 1 mit physikalischen Klangerzeugern ;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Musikinstruments der Erfindung mit einem elektronischer Klangerzeugung; und

Fig. 5 Zeitdiägramme von verschiedenen Signalen, die in dem Musikinstrument der Erfindung auftreten,

Fig. 1 zeigt ein Musikinstrument in Form eines akustischen, elektrischen oder elektronischen Klaviers 1 mit einer Vielzahl von Tasten 2, die jeweils manuell, d.h. mittels Fingerkraft niedefdrückbar sind und dabei einen Ton des Musikinstruments aus lösen,. Gemäß Fig. 2 bewegt sich dabei eine Taste 4/18 4:: 2 beim Niederdrücken in Richtung des Pfeiles 3 an ihrem vorderen Ende: um einen Bewegungsweg x von einer mit ausgezogenen Linien gezeigten Ruhestellung S] in eine mit strichlierten Linien gezeigte niedergedrückte Stellung S2. Beim Loslassen der Taste 2 bewegt sie sich - durch Gewicht- oder Federkraft veranlasst - wieder um den Bewegungsweg x in ihre Ruhestellung Sa zurück.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Musikinstrument s 1 mit physikalischen Klangerzeugern in Form von Klang-platten, Klangstäben usw. oder (hier:) Saiten 4, die jeweils von einer Taste 2 beim Niederdrücken über eine - hier nur symbolisch vereinfacht dargestellte - klassische llammermechanik 5 angeschlagen werden. Ein der Taste 2 zugeordneter Sensor 6 de-tektiert dabei das Niederdrücken bzw. die Bewegung der Taste 2 und meldet dies über einen Signalweg 7 an eine SteuerSchaltung 8. Der Sensor 6 kann z, B. Zwischenstellungen der Taste 2 erfassen, d. h. den aktuellen Niederdrück-Weg X(t) über der Zeit t, sowohl analog als auch diskret-digital, oder (nur) das Erreichen einer der Endlagen S2 bzw. S2, sowie gegebenenfalls die Anschlagstärke und/oder' -geschwindigkeit der Taste 2, und dies der Steuerschaltung 8 melden.

Jeder Taste 2 ist ferner ein elektromechanischer Aktuator 9 zugeordnet, der - bei entsprechender Ansteuerung über einen elektrischen Steuerweg 12 - eine mechanische Kraft F auf die Taste 2 ausüben kann, und zwar wahlweise sowohl· nach unten, parallel zur Fingerkraft des Musikers auf die Taste 2, als 5/18 - 5 - auch nach oben entgegen der Fingerkraft des Musikers, um eine elektrisch einstellbare Gegenkraft zu bieten. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es ausreichend, wenn die elektromechanischen Aktuatoren 9 auf die Tasten 2 lediglich eine nach unten gerichtete Kraft F ausüben können. Der Aktuator 5 kann beispielsweise durch einen an der Unterseite der Taste 2 montierten Anker 10 realisiert werden, der in eine Spule 11 eintaucht, welche zum Herabziehen des Ankers 10 über die Steuerleitung 12 elektrisch beaufschlagbar ist. Alternativ kann jede beliebige andere Art von elektromechanischem Aktuator verwendet werden, z. B. ein Elektromotor, kapazitiver, induktiver, magneto- oder piezostriktiver Wandler usw. im vorliegenden Fall werden die Aktuatoren 9 dazu eingesetzt , nach dem Loslassen einer Taste 2 ihre Rückkehr in die Ruhestellung Si zu verzögern, zu verlangsamen bzw. in ihrer Geschwindigkeit zu steuern. Fig. 5 zeigt dies im Detail.

In Fig. 5a ist der Bewegungsweg x(t) einer Taste 2 über der Zeit t aufgetragen, wenn keine derartige Steuerung eingesetzt wird. Zu einem beispielhaften Zeitpunkt ti wird mit dem Niederdrücken 13 der Taste 2 begonnen und diese diese bis zum Anschlag (S2) - oder auch nur bis in eine Zwischenstellung -niedergedrückt (Zeitpunkt t2). Zu einem späteren Zeitpunkt t3 wird die Taste: 2 wieder losgelassen, woraufhin sie (bei herkömmlichen Musikinstrumenten ohne die anschließend beschriebene Steuerung) mit einer durch die Steigung 14 definierten 6/18 6

Geschwindigkeit wieder in ihre Ruhelage S2 zurückkehrt (Zeitpunkt t4) . Die Dauer Tk: = t3 - ti entspricht etwa der Zeit des Gedrückthaltens der Taste 2, wobei die Anschlaggeschwindigkeit: der Steigung 13 entspricht.

Fig. 5b zeigt ein einfaches ADSR-Modell der Amplituden-bzw. Lautstärken-Hüllkurve eines Tons, welcher von einer Taste 2 ausgelöst wird. Nach dem Zeitpunkt ti steigt die Amplitude a des Tons in einem Abschnitt „attack" (A) auf einen von der Anschlagrampe 13 abhängigen Spitzenwert P an, dann fällt die Amplitude a in einem Abschnitt „decay" (D) ab, bis sie zu einem Zeitpunkt tB einen Haltewert S („sustain") erreicht, welcher beibehalten wird, solange die Taste 2 gedrückt bleibt, und ab dem Loslassen der Taste 2 zum Zeitpunkt t3 klingt der Ten, in einem Abschnitt „release" (R) über eine Release-Zeit TR bis zu einem Zeitpunkt t5 aus. Selbstverständlich ist das ADSR-Hüllkurvenmodell hier nur ein Beispiel; die Hüllkurve a(t) könnte auch einen komplizierteren Verlauf haben, wie dem Fachmann bekannt.

Wenn die Decay-Phase D beim Loslassen (t3) der Taste 2 bereits beendet war, ist die Ausklingzeit Ta des Ten:S: gleich der Release-Zeit TR. Wenn die Decay-Phase D beim Loslassen der Taste 2 noch nicht beendet war, wie beispielsweise anhand der strichlierten Linie für den Loslass-Zeitpunkt t3' gezeigt, kann die gesamte Ausklingzeit Ta auch den noch verbleibenden Abschnitt TD;rem der Decay-Phase D mitumfassen, d.h. Ta = Pr + Td,rem· Die Ausklingzeit Ta beim Loslassen der Taste 2 hängt da- 7/18 7 bei auch stets vom aktuellen Pegel a(t) der Hüllkurve des Tons ab, siehe beispielsweise die strichpunktierte eingezeichnete Ausklingphase für einen Loslass-Zeitpunkt t3", der innerhalb der Attack-Phase A liegt.

Im Falle von physikalischen Klangerzeugern wie in Fig. 3 kann die beim Loslassen der Taste 2 verbleibende Ausklingzeit Ta aus Messwerten der Niederdrückdauer TK( der Anschlagstärke bzw. -kraft und/oder der Anschlaggeschwindigkeit (13) , welche Parameter sich auf die aktuelle Amplitude a (t) beim Loslassen (t3, T3', T3") der Taste 2 auswirken, und entsprechenden f rühe-ren Referenzmessungen an den Klangerzeugern, z.B. Saiten 4, ermittelt werden. Die SteuerSchaltung 8 verfügt dazu beispielsweise über eine Datenbank 16 mit Referenzwerten von Aus-klingzeiten Ta in Abhängigkeit von Drückdauern TK, Anschlagstärken, -kräfteri und/oder -geschwindigkeiten (13) usw. und kann dann - je nach den von einem Sensor 6 gelieferten aktuellen Messwerten - die beim Loslassen (t3, t3' , t3") einer Taste 2 verbleibende Ausklingzeit Ta ermitteln. Wenn z.B. die Sensoren 6 nur die Endlagen Si, S2 detektieren, kann die Steuerschaltung 8 die Anschlaggeschwindigkeit (13) auch selbst aus der Differenz der Zeitpunkte ti, t2 messen.

Die Steuerschaltüng 8 ist nun dafür ausgebildet, abhängig von der verbleibenden Ausklingzeit Ta beim Loslassen (t3, t3' . t3") einer Taste 2 die Geschwindigkeit v,„:i, d.h. die Steigung der Rampe 14, mit der die Taste 2 in ihre Ruhestellung Si zurückkehrt, mittels des Aktuators 9 zu steuern. Jeder Aktuator 8/18 :8: 9 wird dazu über die Steuerleitung 12 von der St euer Schaltung 8 so gesteuert, dass er sukzessive: eine solche nach unten (oder nach unten und oben) gerichtete Rückhaltekraft (oder Haltekraft) F auf die Taste 2 ausübt, dass diese mit der berechneten Rückkehrgeschwindigkeit vrei = f (Ta) in ihre Ruhestellung Si zurückkehrt.

Fig. 5c zeigt den solcherart resultierenden Bewegungsweg-Verlauf x(t) der Taste 2 des Beispiels über der Zeit t. Wie erkennbar ist die Steigung der Rückkehrrampe 14 nun wesentlich flacher als in Fig. 5a ohne Aktuatorsteuerung. Die Rampen 14' und 14" entsprechen den Rückstellbewegungen der Taste 2 für die beispielhaften Loslass-Zeitpunkte t3' und t3" . Die Rückkehrbewegungen 14, 14', 14" der Tasten 2 zeigen damit optisch und taktil das akustische Ausklingen ihres jeweiligen Tons an.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Musikinstruments 1 mit einem - bevorzugt polyphonen und/oder multi-timbralen - elektronischen Soundmodul 17 anstelle der physikalischen Klangerzeuger von Fig. 3. Bei der elektronischen Tonerzeugung ist die jeweils aktuelle Ausklingzeit Ta eines Tons beim Loslassen einer Taste 2 in den internen Rechenregistern des SöUhdmöduls 17 bekannt und kann daher direkt für die Berechnung der Steuersignale auf den Steuerleitungen 12 der Aktuatoren 9 verwendet werden.

Die Aktuatoren 9 können, wie in der Technik bekannt, gleichzeitig als Sensoren 6 dienen. So kann z. B. eine durch manuelles Betätigen der Taste 2 in der Spule 11 und damit Lei- 9/18 9 tung 12 induzierte Gegenspannung von der SteuerSchaltung 8 de-tektiert werden. Auch kann der Aktuatorantrieb einer Taste 2 während der Rückkehrbewegung 14, 14' , 14" unterbrochen bzw. beendet werden, wenn der Nutzer die Taste 2 berührt bzw. betätigt . Dadurch kann verhindert werden, dass der Benutzer gegen die Kraft der Aktuatoren 9 „ anspielen" muss, wenn er eine Taste 2 während der Ausklingzeit Ta erneut anschlägt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs-formen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten und Kodifikationen, die in den Rahmen der angeschlössenen Ansprüche fallen . 10/18

Claims

ίο Patentansprüche; 1. Musikinstrument (1), mit einer Vielzahl von Tasten (2), die jeweils von einer Ruhestellung (Si) in eine gedrückte Stellung (S2) manuell nieder drückbar sind und dabei einen Ton des Musikinstruments (1): auslösen, der spätestens beim Leslassen (t3) der Taste (2) über eine Ausklingzeit ausklingt, für jede Taste (2) einem elektromechanischen Aktuator (9) zum Ausüben einer Kraft auf die Taste (2), und einer elektronischen Steuerschaltung (8) zur Ansteuerung der Aktuatoren (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (8) dafür ausgebildet ist, mittels des Aktuators (9) die Taste (2) beim Loslassen (t3, t3' , t3") mit einer Geschwindigkeit ivre:) , die von der verbleibenden Ausklingzeit (Ta) ihres Tons abhängt,; in die Ruhestellung (Sa) zurückzubewegen.
2, Musikinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitmesseinrichtung zur Messung der Dauer (TK) des Niederdrückens einer Taste (2) , wobei die Steuer Schaltung (8) dafür ausgebildet ist, die beim Loslassen (t3, t3' , t3") der Taste (2) verbleibende Ausklingzeit (Ta) abhängig von der gemessenen Niederdrückdauer (T:<) zu bestimmen, 3:. Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8) zur Messung der Geschwindigkeit (13) des Niederdrückeus einer Taste (2) , wobei die Steuer- 11/18 11 Schaltung :(8) dafür ausgebildet ist* die beim Loslassen (t 13 ', 13" ) der Taste (2) verbleibende Ausklingzeit (Ta) auch abhängig von der gemessenen Niederdrückgeschwindigkeit (13) zu bestimmen.
4. Musikinstrument nach Anspruch 1, mit einem von den Tasten (2) gesteuerten elektronischen Tonerzeugungsmodu 1 (17), dadurch gekennzeichnet, dass das Tonerzeugungsmodu1 (17) dafür ausgebildet ist, der SteuerSchaltung (8) eine Information über die beim Loslassen (t 4, t31 , t j") einer Taste (2) verbleibende Ausklingzeit (Ta) zur Verfügung zu stellen. 12/18