AT514416B1 - Musikinstrument - Google Patents

Abstract

Musikinstrument (1), mit einer Vielzahl von Tasten (2), die jeweils von einer Ruhestellung (S1) in eine gedrückte Stellung (S2) manuell niederdrückbar 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, mittels des Aktuators (9) die Taste (2) beim Loslassen (t3, t3’, t3") mit einer Geschwindigkeit (vrel) , die von der verbleibenden Ausklingzeit (Ta) ihres Tons abhängt, in die Ruhestellung (S1) zurückzubewegen .

Description

Beschreibung [0001] 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 ausklingt, für jede Taste einem elektromechanischen Aktuator zum Ausüben einer Kraft auf die Taste, und einer elektronischen Steuerschaltung zur Ansteuerung der Aktuatoren.

[0002] Musikinstrumente dieser Art sind beispielsweise aus der EP 1 356 449 B1 und den darin genannten Literaturstellen 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.

[0003] Die Schrift EP 1 555 650 A2 offenbart eine Klaviatur, bei der in klassischer Art und Weise beim manuellen Spielen einer Taste über eine Mechanik eine zugehörige Saite zum Erklingen gebracht wird. Alternativ steuert ein Aktuator beim automatischen Spielen die Bewegung der Taste so, dass die Geschwindigkeit der Bewegung unter einer kritischen Geschwindigkeit liegt und damit die Saite nicht zum Erklingen gebracht wird.

[0004] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, aufbauend auf diesen Konstruktionen ein Musikinstrument zu schaffen, das neuartige musikalische Ausdrucksformen ermöglicht.

[0005] 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 Geschwindigkeit, die von der verbleibenden Ausklingzeit des von ihr ausgelösten 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.

[0006] Die erfindungsgemäße 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-Pianos, Synthesizer, Hammond-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.

[0007] Bei einem physikalischen Klangerzeuger wie einer Saite ist die von Niederdrückdauer, Anschlagstärke und/oder Anschlaggeschwindigkeit abhängige Ausklingzeit eines Tons durch Referenzmessungen 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.

[0008] Speziell bei elektronischen Musikinstrumenten mit von den Tasten gesteuerten elektronischen Tonerzeugungsmodulen ist die beim Loslassen einer Taste noch verbleibende Ausklingzeit eines Tons in der Regel in den Rechenregistern der Tonerzeugungsmodule bekannt und kann von diesen der Steuerschaltung direkt zur Verfügung gestellt werden.

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: [0010] Fig. 1 ein Musikinstrument gemäß der Erfindung in einer Perspektivansicht; [0011] Fig. 2 den Bewegungsweg einer Taste des Musikinstruments von Fig. 1 beim Nieder drücken; [0012] Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des Musikinstruments von Fig. 1 mit physikalischen Klangerzeugern; [0013] Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Musikinstruments der

Erfindung mit einem elektronischer Klangerzeugung; und [0014] Fig. 5 Zeitdiagramme von verschiedenen Signalen, die in dem Musikinstrument der

Erfindung auftreten.

[0015] 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 niederdrückbar sind und dabei einen Ton des Musikinstruments auslösen. Gemäß Fig. 2 bewegt sich dabei eine Taste 2 beim Niederdrücken in Richtung des Pfeiles 3 an ihrem vorderen Ende um einen Bewegungsweg x von einer mit ausgezogenen Linien gezeigten Ruhestellung Si 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 Si zurück.

[0016] Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Musikinstruments 1 mit physikalischen Klangerzeugern in Form von Klangplatten, Klangstäben usw. oder (hier:) Saiten 4, die jeweils von einer Taste 2 beim Niederdrücken über eine - hier nur symbolisch vereinfacht dargestellte -klassische Hammermechanik 5 angeschlagen werden. Ein der Taste 2 zugeordneter Sensor 6 detektiert 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.

[0017] 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 auch nach oben entgegen der Fingerkraft des Musikers, um eine elektrisch einstellbare Gegenkraft zu bieten.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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 L 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 Geschwindigkeit wieder in ihre Ruhelage S2 zurückkehrt (Zeitpunkt t4). Die Dauer TK = t3 - L entspricht etwa der Zeit des Gedrückthaltens der Taste 2, wobei die Anschlaggeschwindigkeit der Steigung 13 entspricht.

[0021] Fig. 5b zeigt ein einfaches ADSR-Modell der Amplituden- bzw. Lautstärken-Hüllkurve eines Tons, welcher von einer Taste 2 ausgelöst wird. Nach dem Zeitpunkt L steigt die Amplitu- de 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 tD 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 Ton 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.

[0022] Wenn die Decay-Phase D beim Loslassen (t3) der Taste 2 bereits beendet war, ist die Ausklingzeit Ta des Tons 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 = TR + TDirem. Die Ausklingzeit Ta beim Loslassen der Taste 2 hängt dabei 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.

[0023] 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 früheren Referenzmessungen an den Klangerzeugern, z.B. Saiten 4, ermittelt werden. Die Steuerschaltung 8 verfügt dazu beispielsweise über eine Datenbank 16 mit Referenzwerten von Ausklingzeiten Ta in Abhängigkeit von Drückdauern TK, Anschlagstärken, -kräften 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 L, t2 messen.

[0024] Die Steuerschaltung 8 ist nun dafür ausgebildet, abhängig von der verbleibenden Ausklingzeit Ta beim Loslassen (t3, t3'. t3") einer Taste 2 die Geschwindigkeit vrei, 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 9 wird dazu über die Steuerleitung 12 von der Steuerschaltung 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.

[0025] 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.

[0026] 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 Soundmoduls 17 bekannt und kann daher direkt für die Berechnung der Steuersignale auf den Steuerleitungen 12 der Aktuatoren 9 verwendet werden.

[0027] 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 Leitung 12 induzierte Gegenspannung von der Steuerschaltung 8 detektiert 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.

[0028] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims (4)

1. Patentansprüche 1. Musikinstrument (1), mit einer Vielzahl von Tasten (2), die jeweils von einer Ruhestellung (Si) in eine gedrückte Stellung (S2) manuell niederdrückbar 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), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (8) dafür ausgebildet ist, mittels des Aktuators (9) die Taste (2) beim Loslassen (t3, t3', t3") mit einer Geschwindigkeit (vrei), die von der verbleibenden Ausklingzeit (Ta) des von ihr ausgelösten Tons abhängt, in die Ruhestellung (Si) zurückzubewegen.
2. 2. Musikinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeitmesseinrichtung zur Messung der Dauer (TK) des Niederdrückens einer Taste (2), wobei die Steuerschaltung (8) dafür ausgebildet ist, die beim Loslassen (t3, t3', t3") der Taste (2) verbleibende Ausklingzeit (Ta) abhängig von der gemessenen Niederdrückdauer (TK) zu bestimmen.
3. 3. Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8) zur Messung der Geschwindigkeit (13) des Niederdrückens einer Taste (2), wobei die Steuerschaltung (8) dafür ausgebildet ist, die beim Loslassen (t3, t3', t3") der Taste (2) verbleibende Ausklingzeit (Ta) auch abhängig von der gemessenen Niederdrückgeschwindigkeit (13) zu bestimmen.
4. 4. Musikinstrument nach Anspruch 1, mit einem von den Tasten (2) gesteuerten elektronischen Tonerzeugungsmodul (17), dadurch gekennzeichnet, dass das Tonerzeugungsmodul (17) dafür ausgebildet ist, der Steuerschaltung (8) eine Information über die beim Loslassen (t3, t3', t3") einer Taste (2) verbleibende Ausklingzeit (Ta) zur Verfügung zu stellen. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen