Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Klangformung in einem elektronischen Klavier.
Das Musikinstrument, das gegenwärtig unter der Bezeichnung elektronisches Klavier bekannt ist, ist eigentlich ein elektromechanisches Instrument, weil in ihm der Ton auf mechanischem Wege erzeugt wird, d. h. durch das Schwingen von Saiten oder dgl. mit Tasten- und Hammermechanismus.
Diese Schwingungen werden mit Hilfe eines elektroakustischen Wandlers in tonfrequente, elektrische Signale umgewandelt, die dann in einem Lautsprecher verstärkt wiedergegeben werden (siehe z. B. die deutsche Patentschrift Nr. 1132 878).
Im Falle von derartigen Elektromusikinstrumenten, die mit neuen Mitteln an die klassische Konzeption des Klaviers anknüpfen, also im Grunde die Anwendung des Perkussionsprinzips auf das Instrument mit der Klaviatur darstellen, wird bestenfalls das Niveau einer mechanischen Tonerzeugung, danach die Umwandlung dieses Tones mit Hilfe des Wandlers in das elektrische Signal, und schliesslich die Wiederumwandlung des verstärkten Signals mittels Lautsprecher in die akustischen Wellen, erreicht. Eines von den bekannten Instrumenten dieser Gruppe besitzt eine Reihe von frequenzmässig abgestimmten Zungen. Die Schwingungen einer solchen Zunge werden durch Schlag eines Hammers, der mit einer Taste verbunden ist, erregt.
Der Wandler von diesen mechanischen Schwingungen in das elektrische Signal wird normalerweise in der Form von einem elektromagnetischen, piezoelektrischen oder Kondensator-Tonabnehmer in verschiedenen Varianten ausgeführt.
Ein anderes bekanntes Instrument erzeugt den Ton völlig elektronisch, ihm die exponential sinkende Enveloppe gebend, aber ohne dass der Musizierende die Möglichkeit hat, mittels darauf die Taste wirkenden Anschlagstärke auf die Lautstärke des erzeugten Tons einwirken zu können, also ohne die Anwendung des Perkussionsprinzips. Ein ähnliches Verfahren der elektronischen Nachbildung der Enveloppe des Tons wird bei einigen Typen von Synthesizers zwecks Erzeugung der elektronischen Musik angewendet, aber wieder ohne Perkussion. Es ist klar, dass die grossen Schwierigkeiten bei der Lösung eines derartigen Problems im Herausfinden eines brauchbaren Wandlers zur Umwandlung des mechanischen Drucks in eine entsprechende elektrische Grösse sind, und zwar im Finden einer Schaltungsanordnung zur Erzielung der exponential sinkenden Enveloppe des tonfrequenten Signals.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung zur Klangformung in einem elektronischen Klavier, welche die vorangehend angeführten Nachteile nicht aufweist, und auf ausschliesslich elektronischem Wege die Realisierung eines mit einer Klaviatur versehenen Perkussionsinstrumentes ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mischverstärker mit zwei Eingängen aufweist, von denen einer durch einen Tongenerator angesteuert und der andere über ein RC-Glied mit durch eine Taste des Klaviers betätigbaren Kontaktelementen verbunden ist, dass die Kontaktelemente aus halbleitendem Material bestehen, dessen Kontaktwiderstand mindestens annähernd proportional dem über die Taste auf es ausgeübten Druckes ist und dass beim Betätigen der Taste der andere Eingang angesteuert wird, um so das am ersten Eingang anliegende Signal des Tongenerators zu modulieren, und dass das modulierte Signal am Ausgang des Mischverstärkers erscheint.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die Anschlagstärke auf die Tastenkontakte infolge dem von der Anschlagstärke abhängigen Kontaktwiderstand die Grösse des dem zwischen dem Mischverstärker und dem Taster angeordneten RC-Gliedes zugeführten Spannungsimpuls und damit auch die Amplitude der exponential sinkenden Enveloppe des Ausgangssignales bestimmt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kontaktelemente aus Ferritmaterial, zum Beispiel Maxgan-Zink-Ferrit, bestehen.
Es ist ferner zweckmässig, wenn die Taste zur beschleunigten Entladung des RC-Gliedes beim Freilassen der Taste mit einem Kontaktpaar verbunden ist, das in der Ruhestellung der Taste parallel zum RC-Glied einen Dämpfungswiderstand hinzuschaltet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung;
Fig. 2 in grösserem Massstab eine detaillierte Seitenansicht des in Figur 1 verwendeten Tasters; und
Fig. 3 eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung.
In der Anordnung nach Figur 1 wird ein sog. Double Gate MOS FET in der Schaltung eines linearen Modulationsverstärkers dargestellt. Der ersten Eingangselektrode gl wird das tonfrequente Signal einer ausgewählten Spektrumstruktur zugeführt, die der Struktur des Klaviertons entspricht, jedoch dieses Signal kann auch eine andere Struktur aufweisen, um andere Klangqualitäten zu erzielen. Der zweiten Eingangselektrode g2 wird eine Steuerspannung bestimmter Polarisation zugeführt, die exponential abfällt und die durch Entladung des RC-Zweipols 3, 4 entsteht. Die Zeitkonstante dieses Zweipoles entspricht der Ausschwingungszeit einer entsprechenden Klaviersaite, kann aber auch irgendeinen anderen Wert haben und zwar aus denselben Gründen, die schon oben für das Tonspektrum angeführt wurden.
Der Spannungsimpuls, der den RC-Zweipol auflädt, wird über eine Diode 5 von einem Spannungsteiler gewonnen. Die Diode 5 verhindert die Rückentladung des RC-Zweipoles, also die Entladung über den Spannungsteiler, der aus einem unterem Glied 2 und einem oberen Glied la besteht.
Das untere Glied des Spannungsteilers ist ein ohmscher Widerstand 2, der einen bestimmten Wert hat und sich einstellen lässt, wenn er in der Form eines Stellwiderstandes ausgeführt ist. Das obere Glied des Spannungsteilers besteht aus den aus halbleitendem Material bestehenden Kontakten la, bzw. aus ihrem Kontaktwiderstand im Moment der Berührung.
Diese Kontakte sind aus solchem Material hergestellt, das die Eigenschaft besitzt, dass bei ihm der Kontakt-Widerstand mit der Vergrösserung des gegenseitigen Drucks abfällt. Diese Bedingung können alle Mangan-Zink-Ferrite erfüllen, und von denen die am geeignetsten jene sind, die einen kleinen spezifischen Widerstand aufweisen, d. h. jene, die sich für Niederfrequenzzwecke verwenden lassen. Ausser mit Ferriten kann man auch mit anderen elektrisch halbleitenden Materialien befriedigende Resultate erzielen und zwar mit Materialien, die ähnliche elektrische Eigenschaften der Abhängigkeit des Kontaktwiderstandes vom Kontaktdruck aufweisen.
Bei der in Figur 1 dargestellten Schaltung sind die beiden aus elektrisch halbleitendem Material bestehenden Kontakte la gemäss Figur 2 an einer Taste 1 bzw. an einer feststehenden Unterlage angebracht. Ein kurzer Anschlag auf die Taste 1, ein sogenannter Staccato-Anschlag, von einer Dauer von ungefähr zehn bis hundert Millisekunden verursacht am Widerstand 2 einen entsprechenden Spannungsimpuls, der umso grösser wird, je kleiner der Kontaktwiderstand in diesem Moment ist.
Da der Kontaktwiderstand annähernd umgekehrt proportional der auf das Kontaktenpaar la wirkenden Druckkraft ist, wird die Grösse des Spannungsimpulses etwa linear von der Anschlagstärke an der Taste abhängig. Der auf diese Weise erzeugte Spannungsimpuls lädt praktisch sofort den Kondensator 3 auf, der sich von diesem Moment an über den Widerstand 4 zu entladen beginnt, und zwar nach dem Exponentialgesetz.
Diese exponential abfallende Spannung wird in demselben Verhältnis über den Eingang g2 des linearen Modulators die Enveloppe des tonfrequenten Signals gestalten, das dem ersten Eingang gl zugeführt wird, und so erhält man im Lautsprecher einen Ton der dem Ton einer Klaviersaite sehr ähnlich ist, und dessen Amplitudengrösse zugleich von der Anschlagstärke auf die Taste abhängt.
Da der auf einem herkömmlichen normalen Klavier erzeugte Klavierklang auch eine zeitlich viel kürzere Geräuschkomponente des Klaviergehäuses enthält, besteht die Möglichkeit, vom gleichen Spannungsteiler la, 2 über eine zusätzliche Diode 7 noch einen RC-Zweipol (nicht dargestellt) mit einer kleineren Zeitkonstante zu speisen, der in einem Geräuschgenerator dem Signal entsprechend modulieren wird. Dieses modulierte Geräusch wird parallel zum modulierten Tonsignal dem Lautsprecherverstärker zugeführt und durch den Lautsprecher reproduziert. Auf diese Weise verwirklicht man auf völlig elektronischem Wege den gesamten Eindruck des Klavierklanges.
Um dem auf einem derart ausgebildeten elektronischen Instrument Musizierenden alle Nuancen der Artikulation des Klavierspielens zu ermöglichen ist es notwendig, die aus elektrisch halbleitendem Material bestehenden Kontaktelemente la als ein von der Taste 1 abgetrenntes mechanisches System auszubilden, wie dies zum Beispiel in Figur 3 gezeigt ist, wo das eine Kontaktelement la an einer Blattfeder 1d befestigt ist, die gegenüber einer feststehenden Unterlage le mit dem zweiten Kontaktelement la schwingen kann.
Die Feder 1d muss überkritisch gedämpft sein, um eine Schwingung derselben und damit verbundene mehrfache Wiederholung des Kontaktes zu verhindern, wenn diese Feder 1d impulsartig angeregt wird. Die Impulsanregung wird gemäss Figur 3 mit Hilfe der Taste 1 sowie einem Hammer- und Repetiermechanismus if, der auf an sich bekannte Weise ausgeführt sein kann, erreicht.
Durch das Einwirken des Spielers auf die Taste 1 schlägt der Hammber if auf die zugeordneten, aus elektrisch halbleitendem Material bestehenden Kontakte la, und zwar mit desto grösserer kinetischer Energie je grösser die Anschlagstärke auf die Taste ist.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist die Taste 1 mit einem Ruhekontakt lb verbunden, der im Falle des Loslassens der Taste 1 geschlossen wird. Dieses Kontaktenpaar lb schaltet parallel zum RC-Zweipol 3, 4 einen kleinen Dämpfungswiderstand 6 ein. Dadurch wird die Entladung des Kondensators 3 nach dem Freilassen der Taste 1 sehr beschleunigt, was eine Klangdämpfung im Lautsprecher zur Folge hat.
Diese Ausführungsform der Schaltung ermöglicht z. B. das Spielen von Legato, Staccato und Portamento.