DE3006400A1

DE3006400A1 - Elektronisches tastenmusikinstrument

Info

Publication number: DE3006400A1
Application number: DE19803006400
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 5401 Halsenbach Dittmar; Reinhard 5401 Emmelshausen Franz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE3006400C2; GB2070312A; US4338845A; GB2070312B

Description

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Reinhard Frank., ωωιιeishausen

Elektronisches Tasteninuyikicstruaiej-.it

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Tastenmusikinstrument mit vom Tastenanschlag abhängiger Lautstärke des angeschlagenen Tones, bei dem zur Erzeugung einer Hüllkurvenspannung ein Kondensator mit einem Eingang des Verstärkers verbunden ist, in der Ruhestellung auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen und während der anschlagabhängigen Übergangszeit über einen parallel liegenden Widerstand entladen wird, sowie mit seiner bei Erreichen der Arbeitsstellung vorhandenen Restspannung den Verstärker steuert, wobei der Verstärkereingang bis zum Erreichen der Arbeitsstellung mittels einer Diode auf Bezugspotential gehalten wird.

Bei der elektronischen Nachbildung eines Pianos o. dgl. ist es bekannt (Effekt-Piano der Fa. WERSI, 1974), die von der Anschlagstärke abhängige Tastengeschwindigkeit in diejenige Zeit umzusetzen, die der Tastenkontakt vom Verlassen einer mit einem Ruhepotential belegten Ruhekontaktschiene bis zum Erreichen einer Massepotential führenden Arbeitskontaktschiene benötigt. Je länger diese Zeit, um so stärker die Entladung des vom Ruhepotential aufgeladenen Kondensators und um so geringer die Amplitude der erzeugten Hüllkurve und damit der Lautstärke des abgegebenen Tonsignals. Als Verstärker dient ein Transistor,

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der «:·.··. Durchschall.en ine Mi rides !,spannung von ca. 0,5 V benötig'.. Du das maxima;*.- Ke^t^otenLia I des Kondensators bei einer '/eruorgungsspannufig w ι 15 V Ln der Größenordnung von 10 -V liegt, läßt sich dus La itstärkesignjI in diesem Schal tu igüteil i.'ii Verhältnis 20 : 1 an.lern, was «i.ier u.aximal erreicnbaren Anschlagdynauiik v->n ca, 26 IB entspricht.

bei eiiiem inechanischeu Klavier oder bei einen Konzertflügel ist der Dynamikumfang jedoch wesentlich größer; er liegt ü-ji 'tu - oO dB, was Lautstarkem, verschieden von lOO : 1 bis 1000 : 1 entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen bei einem elektronischen l'asterunusikinstrument der eingang.·., beschriebenen Art die anscnlugabhängige Lautstärkedynariuk vergrößert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeuiäß dadurch gelöst, daß ein Querkondensator dem Ausgang des Verstärkers nachgeschaltet und über einen ohmschen Gegenkopplungszweig mit dessen Eingang verbunden ist.

Bei diesem Aufbau der Schaltung folgt die Ladung des Querkondensators derjenigen des vom Tastenkontakt aufladbaren Kondensators, sobald der Tastenkontakt seine Arbeitsstellung erreicht hat. Wegen der Gegenkopplung vermag aber die am Querkondensator anliegende Spannung sofort einen der Restspannung am primären Kondensator entsprechenden Wert anzunehmen. Hierbei ist lediglich noch die Offset-Spannung des Verstärkers, die bei etwa 1,5 mV liegt zu berücksichtigen. Darüber hinaus erlaubt die Gegenkopplung auch noch eine Spannungsübersetzung, so daß die maximale Restspannung des über den Tastenkontakt aufgeladenen Kondensators der maximalen Versorgungsspannung von beispielsweise 15 V entsprechen kann. Dies führt zu einem Spannungsverhältnis am Querkondensator von 10 000 : 1, was einem Dynamikbereich der Schaltung von ca. 80 dB entspricht.

Günstig ist es, wenn die den Verstärkereingang auf Bezugspoten-

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tial haltende Diode diesen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers verbindet. Durch diese Dioden-Gegenkopplung v/irc der Verstärkereingang auf einem definierten Wert gehalten, bis der Tastenkontakt die Arbeitsstellung erreicht. Über diese Diode kann auch der Ladestrom des primären Kondensators fließer-. Insbesondere kann der Eingang auf einem Bezugspotential KuIl gehalten werden.

Ferner empfiehlt es sich, daß zwischen Verstärkerausgang und Querkondensator eine sein Entladen über den Verstärker verhindernde Diode geschaltet ist. Auf diese Weise wird eine unkontrollierte Entladung des Kondensators unterbunden.

Mit besonderem Vorteil ist der Ausgang des Verstärkers mit dem Eingang eines Stromverstärkers verbunden, in dessen Ausgangskreis der Querkondensator liegt. Auf diese Weise ist es möglich, den Querkondensator sehr raash auf denjenigen Wert aufzuladen, der dem Restpotential des primär aufgeladenen Kondensators entspricht. Der Verstärker kann entsprechend schwach ausgelegt werden. Trotz Zwischenschaltung des Stromverstärkers bleiben die erwähnten Vorteile erhalten, weil der Gegenkopplun.^szweig nach wie vor vom Querkondensator zurückgeführt ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dem Querkondensator eine Entlade-Widerstandsanordnung parallel geschaltet. Dies führt zu einem Abklingen der vom Querkondensator gelieferten Hüllkurvenspannung, wie sie für einen klavierähnlichen Sustain zweckmäßig. Im einfachsten Fall wird diese Entlade-Widerstandsanordnung durch den Innenwiderstand der nachgeordneten Tonverarbeitungsschaltung gebildet.

Mit Vorteil ist die Entlade-Widerstandsanordnung mittels eines Schalters auf mindestens zwei verschiedene Widerstandswerte umschaltbar. Man erreicht dadurch einen langen bzw. einen kurzen Sustain.

Es empfiehlt sich, daß der Schalter elektronisch aufgebaut ist und in Abhängigkeit vom Potential des Tastenkontakts in den

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leitenden Zustand ^üt-tüu-rt wird, uies ergibt die Möglich!·. i.-i t, bei gedruckter Ta st ^ tim-n laugen Sustain, sofort nach den. Loslassen der Taste aber einen kurzen Sustain zu erzielen.

Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich, wenn die En lade-Widerstandsanordnuiig mindestens zwei parallele Zweige aufweist, von denen einer aus der Reihenschaltung eines Widerstandes und des elektronischen Schalters besteht und dieser in Abhängigkeit vom Ruhepotential in den leitenden Zustand _t?x-~ steuert wird. Jedes Mal wenn nach Tastenrückkehr das Ruhepotential am elektronischen Schalter anliegt, v/ird der Parallolwiderstand zugeschaltet, so daß sich der gewünschte kurze Sustain ergibt.

Um Rückwirkungen zu vermeiden, sollte dem Steuereingang des elektronischen Schalters eine eingangsseitig sehr hochohmige

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Treiberstufe (z.B. mehr als 10 Ohm), die mit dem Ruhepotential angesteuert wird, vorgeschaltet sein.

Günstig ist es ferner wenn der Steuereingang des elektronischen Schalters außerdem mittels eines Betätigungsschalters über eine Diode an das Ruhepotential legbar ist. Der Ton hat daher auch beim Loslassen der Taste eine lange Abklingzeit. Dies entspricht dem üblichen Sustain-Pedal bei einem Piano.

Es besteht ferner die Möglichkeit, daß der Steuereingang des elektronischen Schalters außerdem mittels eines Betätigungsschalters über eine entgegengesetzte"gepolte Diode an ein das Sperren bewirkendes Potential legbar ist. Auf diese Weise wird der kurze Sustain dauernd.eingeschaltet. Er ergibt sich daher jeweils unmittelbar nach dem Tastenanschlag, wodurch man einen Banjo-Effekt erzielt.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn das Ruhepotential mittels eines Betätigungsschalters auf einen kleineren Wert umschaltbar ist. Dies entspricht einer Nachbildung des Dämpfer-Pedals eines Pianos. Denn der primäre Kondensator wird vom Ruhepotential auf einen geringeren Wert aufgeladen, so daß auch die später

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für die Lautstärke ν.· i vksaiue Re st spannung geringer ist. Hierbei empfiehlt es sich, daß der Versorgung^ spannungs-Eingang des elektronischen Schalters und der Treibersfcufe an das Ruhepotential angeschlossen ist. Damit ist sichergestellt, dai3 d.i ese Schaltelemente auch bei vermindertem Ruhepotential zwischen den beiden Tastenstellungen unterscheiden können.

Wenn zwischen Ausgang der Treiberstufe und einem Trennwiderstand eine Ausgangsleitung für Tastungssignale abzweigt, können mit der gleichen Kontaktanordnung auch Baugruppen angesteuert weTden, die normalerweise nur von einem einfachen Ein-Aus-Signal betätigt werden, beispielsweise bei der elektronischen Tastung einer elektronischen Orgel. An dieserAusgangsleitung können auh Spannungen für mitlaufende Formant-Fiiter, sowie Triggerspannungen für Effekt-Auslösungen rückwirkungsfrei entnommen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Spannung des Querkondensators dem Steuereingang eines ein Tonsignal duidisteuernden Analogschalters|i.n der Form eines Feldeffekt-Transistors zugeführt. Damit ist auch im nachfolgenden Tonsignal-Steuerteil dafür gesorgt, daß die Schleusenspannung eines Transistors als Schalter entfällt. Denn mit Hilfe eines Feldeffekt-Transistors läßt sich der lineare Ansteuerbereich bis in einen Bereich von 60 - 80 dB erweitern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung für ein elektronisches Tasteniausikinstrument.

Sine Vielzahl von Tasten 1 weist je einen Tastenkontakt 2 auf, der in der veranschaulichten Ruhestellung an einer Ruhekontaktschiene 3 anliegt, welche ein positives Ruhepotential U^ führt, !lach Durchlaufen eines vorgegebenen Weges erreicht der Tastenkontakt 2 eine Arbeitskontaktschiene 4₉ welche Massepotential führt. Der Tastenkontakt 2 ist über einen Ladewiderstand R1 mit der Parallelschaltung eines Kondensators C1 und eines Sntladewiderstandes R2 verbunden. Ber Ausgang dieser parallelen

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Schaltvuν. ! ·■· .i:"i ι 'ΐ.ίίι: : .^vertierenden Eingang e.iaes Üpej'ationsverstärkerj ^ verbau;:* ;:, dessin anderer Eingang an Mas»;« liegt. Eine erst*· Diode D1 ν. r; .Ludet den invertierenden Eingang des Operationsverstärkern. Λ mit seinem Ausgang. Der Ausgang ist über eine /,weite DiocU. \>2 mit der Basis eines aLs Stroi· verstärker dienenden Tr.jab i stors T1 verbunden. Dessen Kollektor liegt an uur Versorgu·.;. spannung iU„, der Emitter ist mit tänem Punkt 5 verbunden. Zwischen diesttii und Masse !Legt ein Querkondensator C2. Aui3erde.il ist der Punkt 5 über einen Gegenkopplungszweig 6 mit eimern ohmschen Widerstand R3 an der: iiiverti.ijrenden Eingang >;»-:> Operationsverstärkers A angeschlosst-n. An dor Buchst 7 steht l.:her eine IiüLlkurvenspannung H zur Verfügung.

Diese wird dem SteuereLngang tints Analog-Schalters in der Form eines Feldeffekt-Transiotors b zi geführt, dem von einem Tongenerator 9 Tonsignale zugelt;ite1 werden, welche am Ausgang mit der Amplitude der Hüllkurvem-pannung H an eine Verarbeitung«- einheit 11 abgegeben werden, welche zumindest einen Verstärker und eine Wiedergabeeinrichtung aufweist. Gestrichelt ist ein Widerstand Ri dargestellt, welcher den Innenwiderstand der an die Buchse 7 angeschlossenen Schaltung darstellen soll.

Das Potential des Tastenkontakts 2 wird über eine Leitung 12 einer Treiberstufe 13 zugeführt, die einen extremhochohmigen Eingang (z.B. mehr als 10 Ohm) hat. Der Ausgang ist einerseits über eine Leitung 14 zu einer Buchse 15 geführt. Nach Schließen eines Schalters 16 kann beispielsweise ein elektronischer Schalter 17 angesteuert werden, über den ein Tonsignal vom Tongenerator 9 über eine Ausgangsleitung 18 an die Verarbeitungseinheit 11 geliefert wird. Andererseits ist der Ausgang der Treiberstufe 13 über einen Trenuwiderstand R4 mit dem Eingang 19 eines elektronischen Schalters verbunden, der mit einem Entlade-Widerstand R5 in Reihenschaltung liegt, die ihrerseits parallel zum Querwiderstand C2 geschaltet ist. Der Eingang 19 kann ferner über eine Diode D3 und einen Betätigungsschalter 21 mit Massepotential und über eine gegensinnig geschaltete Diode D4 und einen Betätigungsschalter 22 mit dem Ruhepotential Un

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verbunden wei-den. LLese beiden Schalter sind gleichzeitig für alle Tasten wirksam, weshalb Sammelleitungen S1 und S2 vorgesehen sind, welche zu den entsprechenden Dioden D3 und Dh führen.

Das Ruhepotential U^ entspricht normalerweise der Versorgungsspannung + Ug. Mit Hilfe eines Spannungsteilers aus den Widerständen R6 und R7 kann jedoch durch Öffnen eines Schalters 23 das Ruhepotential U_R auf den halben Wert herabgesetzt werden. Über eine Leitung 24 wird dieses Ruhepotential auch der Treiberstufe 13 und dem elektronischen Schalter 20 als Versorgungsspannung zugeführt.

Hiermit ergibt sich die folgende Betriebsweise:

In der veranschaulichten Ruhelage des Tastenkontakts 2 lädt sich

R? der Kondensator C1 auf eine Spannung U_C1 = IU g" ^au^· Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A wird über die Diode D1 auf Nullpotential (ca. + 1 mV) gehalten. Bei Tastenbetätigung entlädt sich der Kondensator C1 in der Zeit, die der Tastenkoiitakt von dem Verlassen der Ruhekontakts diene 3 bis zum Erreichen der Arbeitskontaktschiene 4 benötigt, über den Widerstand R2. Dies geschieht nach einer e-Funktion mit der Zeitkonstante C1 R2. Wenn der Tastenkontakt 2 mit dem Massepotential der Schiene 4 verbunden ist, wird der Querkondensator C2 über den Operationsverstärker Λ auf den Wert Uq₂- "^cI ^x ET

aufgeladen. Das Aufladen erfolgt sehr rasch, da der Stromverstärker T1 relativ große Ströme führen kann. Nutzt man den zur Verfügung stehenden Arbeitsbereich volls-öidig aus, läßt sich für die Hüllkurve ein Dynamikbereich von etwa 80 dB erzielen.

Das Entladen des Querkondensators C2 erfolgt über den Innenwiderstand Ri verhältnismäßig langsam, so daß der über den Analog-Schalter 8 durchgesteuerte Ton allmählich abklingt. Wenn die Taste losgelassen wird, ergibt sich über die Leitung 12, die Treiberstufe 13 und den Widerstand R4 am Eingang 19 des elektronischen Schalters 20 ein Einschaltsignal, so daß der

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Entladewiderstand Hi> d»-:n Widerstand fii parallel geschaltet ward. Einsprechend schnell kl j ng';; ni.uimehr der Ton ab, wie dies oej einem Piano der Fall it.t.

Durch Betätigen des Schallers 21 wird der Steuereingang 19 dauernd an Massepotential gelegt. Der elektronische Sch«- Ltur 20 bleibt dauernd gesperrt. Dies ergibt einen langen Sm ta;η unabhängig vom Loslassen der Taste 1 und entspricht dem ietätigen des Sustain-Pedals bei einem Klavier. Der Schaltei 2i kann daher direkt oder indirekt von einem Pedal betätig! ar sein.

Durch Betätigen des Schalters 22 wird der Eingang 19 dai. irnd an das Ruhepotential gelegt. Der Schalter 20 ist dauernd ge schlossen. Dies hat ein rasches Abklingen sofort nach Bt- >1ηη der Hüllkurve H zur Folge. Dies ergibt Effekte, wie sie oei einem Banjo auftreten.

Durch öffnen des Schalters 23 wird das Ruhepotential Un halbiert. Hierdurch wM die Lautstärke entsprechend herabgesetzt. Das Öffnen des Schalters 23 entspricht daher der Betätigung des Dämpfer-Pedals bei einem normalen Piano. Dieeer Schalter icann daher direkt oder indirekt ebenfalls von einem Pedal betätigt werden.

Am Ausgang der Treiberstufe 13 treten Rechteck-Signale la Abhängigkeit von der Taäenbetätigung auf. Die Rechteck-Signale auf der Leitung 14 entsprechen dem bei einer üblichen elektronischen Orgel verwendeten Tastsignalen und können daher zur Lautstärke unabhängigen Durchsteuerung von Tonsignalen bctfiutat werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurden für zahlreiche Komponenten integrierte Schaltungen handelsüblicher Form benutzt, beispielsweise

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Operati onsverstärker A TL 074

Tongenerator 9 Mo 82

Analog-Schalter 8 4016

Treiberstufe 13 4050

elektronischer Schalter 20 6020

Das Widerstandsverhältnis R3 : R1 betrug 3 : 2. Dies führte bei einer Versorgungsspannung U_ß - + 15 V zu dem erstrebten Dynamikbereich von 60 - 80 dB.

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Claims

Pal., -a

1. Elektronisches l'asifciih.aöikirjstruiiient mit vom Tastenansohlag abhängiger Lautstärke: . ies angeschlagenen Tonys, bei dem zur· Erzeugung einer Hü Llkurvenspannung ein Kondensator mit eineiij Eingang des V er starker'.«3 verbunden ist, in der Ruhestellurg auf eine vorgegebene spannung aufgeladen und während der anschlagabhängigen Übergangszeit über einen parallel liegenden Widerstand entladen wird, sowie mit seiner bei Erreichen der Arbeitaste Llung vorhandenen Restspannung den Verstärker steuert, wobei der Verstäx'kereingang bis zum Erreichen der Arbeitsstellung mittels einer Diode auf Bezugspotential gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querkondensator (C2) dem Ausgang des Verstärkers (A) nachgeschaltet und über einen ohmschen Gegenkopplungszweig (b) mit dessen Eingang verbunden ist.

2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verstärkereingang auf Bezugspotential haltende Diode (D1) diesen Eingang mit dein Ausgang des Verstärkers (A,) verbindet.

3. Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verstärkerausgang und Querkondensator (C2) eine sein Entladen über den Verstärker (A) verhindernde Diode (D2) geschaltet ist.

4. Instrument nach einem der Anspüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (A) mit dem Eingang eines Stromverstärkers (T1) verbunden ist, in dessen Ausgangskreis der Querkondensator (C2) liegt.

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ί?. instrument nach ein um de! Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß dem üut.-rkondensator ((.'2) eint Entlade-tfaderstandsanordnung (Hi, κ!?) parallel geschaltet ist.

o. Instrument nach Anspruch ij, dadurch gekennzeichnet, laß die Entlade-Widerstandsar,Ordnung (Ri, Hb) a.ittels eines Schalters (20) auf mindestens zwei verschiedene Widerstandswerte umschaltbar ist.

7. Instrument nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, dab der Schalter (20) elektronisch aufgebaut ist und in Abhängigkeit vom Potential des Tastkontakts (2) in den leitenden instand gesteuert wird.

H. instrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlade-Widerstandsanordnung mindestens zwei parallele Zweige aufweist, von denen einer aus der Reihenschaltung eiaes Widerstandes (R5) und des elektronischen Schalters (20) be steht und dieser in Abhängigkeit vom Ruhepotential (Jp) in den leitenden Zustand gesteuert wird.

y. Instrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuereingang (19) des elektronischen Schalters (20) eine eingangsseitig sehr hochohmige Treioerstufe (13), dLe mit dem Ruhepotential (Uo) angesteuert wird, vorgeschaltet ist.

10. instrument nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (19) des elektronischen Schalters (20) außerdem mittels eines Betätigungsschalters (22) über eine Diode (D4) an das Ruhepotential (U_R) legbar ist.

11. Instrument nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (19) des elektronischen Schalters (20) außerdem mittels eines Betätigungsschalters (21) über eine entgegengesetzte gepolte Diode (D3) an ein das Sperren bewirkendes Potential legbar ist.

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12. Inütruiii· i l· :i.jUi ei nt..» um· Aiiaprücjut- 1 - 1 S, dadurcu , u zeichnoi, dai5 uns huiieoot.en kial (U. ) mittels eines B>-täti|/uugi schalter:., (2*.) rtuf <_;;nen kleineren Wert uiarfchaltba.' ist.

1;.·, instra.'1'.-iit nacli einc-.n >l&i' Ansprüche b - Λ?_t dadurcii ,·.ViK-UUj- -ieichnet, daß der Versorguiigsspannungs-Eingang des elektronischen Schalters (20) und der Treiber stufe (13) a,i -as RuIu.-· potential (U„) angeschlossen ist.

Ν;, instruineiit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet < aß zwischen Ausgang der Treiberstufe (13) und einem T}'eraxwiderstand (K4) eine Ausgangsleitung (1A) für Tastungssigi.ale abzweigt.

15. instruitient nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurcii gekennzeichnet, daß die Spannung (H) des Querkoridensatora (C2) dein Steuereingang eines ein Tonsignal durchsteuernden Analogschalter (8) in der Form eines Feldeffekt-Transistors zugeführt wird.

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