DD252696A1 - Einrichtung zur anschlagsabhaengigen ansteuerung elektronischer klangerzeuger - Google Patents

Abstract

Digital auswertbar. Empfindlichkeit und Wirkungsgrad einstellbar. Minimaler Aufwand. Klaviertypische Anschlagsmerkmale. Zweiarmige oder einarmige Tastenhebel werden derart verwendet, dass ein vom Anschlagsdruck bedienter Tastenhebel (1) ueber einen Stoessel (2) ein Schlagelement (3) derart beschleunigt, dass ein elastischer Hebel (4) zur Betaetigung eines Kontaktelementes (5) druckproportional ausgelenkt wird, so dass durch Kontakt mit einer Potentialschiene 7 am Kontaktelement eine digitale Information abgeleitet werden kann. Einstellbare Elemente veraendern Anschlagsempfindlichkeit und Wirkungsgrad der Kraftumsetzung. Mit klaviertypischen Anschlagsmerkmalen sind vorhandene Tastaturen bei minimalem Aufwand nachruestbar. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Einrichtung zur anschlagsabhängigen Ansteuerung elektronischer Klangerzeuger, die insbesondere über klavierartige Tastatur mittels Steuerspannungen abgetastet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Einrichtungen mit Schleuder- oder Hammertechnik bekannt, die über Drucksensoren oder elektromagnetische, optische und kapazitative Systeme eine analoge oder duale Information in einem proportionalen Verhältnis zum Anschlag erbringen. So wird in der Patentschrift US 4,503,745 ein kraftsensibler Tastenaufbau mit Elastomerschaltkontakt und Dehnungssensor vorgeschlagen. Die Kraftumsetzung erfolgt dabei imTastenhubbereich. Die Simulierung eines akustischen Pianos wird in EP 0170366 recht gut vorgeschlagen, wobei eine Federkonstruktion mit eingelagertem Schleudergewicht, Schalter oder Sensoren betätigt und zugleich Rückstellelement der Taste ist. Die Konstruktion weist mehrere Reibungsflächen auf und sieht nur die Verwendung zweiarmiger Tastenhebel vor. EP 143181 schlägt vor, daß eine mit Schleudergewicht versehene Blattfeder mit Dehnungssensor durch die Tastenbetätigung ausgelenkt wird. Die Einrichtung liefert nur eine analoge Information und sieht nur die Verwendung zweiarmiger Tastenhebel vor.

In DD 227786 wird vorgeschlagen, die Wirkung der Druckabhängigkeit erst über den Tastenhubbereich hinaus durch eine Schleudermechanik unter Verwendung einer Schwerkrafttaste zu erzielen, was der bekannten Klaviermechanik nahe kommt. Der Gesamtaufbau ist jedoch unvertretbar aufwendig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Bereich der elektronischen Klangerzeugung für musikalisch empfindsames Spiel zu nutzen. Klaviertypische Klangstrukturen und Spielmöglichkeiten sollen dabei nur eine Möglichkeit sein. So ist außer dynamisch differenziertem Spiel die Einflußnahme auf unterschiedliche Funktionen und Effekte der Klangerzeugung und Klangbildung durch unterschiedlichen tastendruck das Ziel der Erfindung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine anschlagsabhängige Tastatur für digitale Auswertung mit geringem mechanischem Aufwand und geringem Platzbedarf kostengünstig herstellen zu können. Als Bedienelemente sollen zweiarmige und einarmige Tastenhebel mit Feder oder Gewicht als Rückstellelement gleichermaßen genutzt werden können. Anschlagstypische Merkmale einer Pianoklaviatur sollen auf die Einrichtung übernommen werden. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein elastischer Hebel, vorzugsweise in Form einer Blattfeder, an einem Ende fixiert und einseitig in der Ausdehnung behindert, als eigentlicher Drucksensor vorgesehen ist. Ein Schlagelement, vorzugsweise in Form eines Hammers, vergrößert den Tastenhub und erhöht somit den Beschleunigungsmoment. Der Hammer schlägt, vom Tastenhebel mittels Stößel in mehr oder minder schnelle Bewegung gesetzt, so an die Blattfeder, daß diese ausgelenkt wird, und danach in ihre Ausgangsposition zurückschnellt, während der Hammer zurück prallt und bei noch gedrückter Taste vom Stößel abgefangen wird. Durch eine Vorspannung gespannt gelagert unterbindet die Blattfeder die Berührung des Schalterelementes, vorzugsweise in Form einer Kontaktnadelfeder, mit einer Potentialschiene. Wird die Blattfeder durch den Hammerschlag aus ihrer Ruhelage entfernt, kann die Kontaktnadel, unterstützt durch ihre eigene Federspannung einen Kontakt mit der Potentialschiene herstellen. Kehrt die Blattfeder in ihre Ausgangsposition zurück, so nimmt sie gegen Ende ihrer Bewegung die Kontaktnadel mit in deren Ausgangsposition. So kann am Schalterausgang ein digital auswertbarer Spannungsimpuls abgeleitet werden, der in seiner Länge etwa der Zeit der Federauslenkung proportional ist. Die Schaltzeit verkürzt sich gegenüber der der Federauslenkung durch geringe Leerlaufstrecken zwischen Kontaktnadel und Potentialschiene. Die Anschlagsempfindlichkeit der Einrichtung resultiert aus der Summe der Leerlaufstrecken zwischen Hammer und Blattfeder im ruhenden gedrückten Zustand der Taste und zwischen Kontaktnadel und Potentialschiene. Die Spannkraft der Blattfeder bestimmt den Wirkungsgrad der Kraftumsetzung. Vorzugsweise sind die Leerlaufstrecken und die Spannung der Blattfeder einstellbar vorgesehen.

Die sogenannte Anschlagsgüte wird maximal durch eine Hammermechanik erreicht, die der eines Flügels oder eines Klavieres ähnlich ist. Deshalb wurden wesentliche Merkmale sinngemäß angewendet, wie z. B. eine separate Aufhängung des Hammers gegenüber dem Tastenhebel, sowie Momente des Leerlaufes, die ein unbeabsichtigtes Auslösen der Tastenfunktionen durch versehentliches Berühren derTaste und die Kontaktschließung durch Erschütterung verhindern sollen. Dämpfer und Haltepedal der Klaviertechnik werden jedoch in bekannter Technik elektronisch realisiert und sind nicht Gegenstand dieser Darlegung. Die zu bemessende Spannkraft der Blattfeder wird bei maximalem Anschlagdruck, gleichbedeutend mit maximaler Auslenkung, durch ein Zeitintervall bestimmt, das dem subjektiven Hörempfinden eines Schlages entspricht, sofern klaviertypisches Spiel beabsichtigt wird

Der Hammer kann als Bolzen, ähnlich der Funktion eines Cembalospringers, ausgebildet sein.

Bei gewünschter Schieflage der Tastatur können die Schlagelemente mit Rückstellfedern versehen werden. Anstelle der vorgeschlagenen Kontaktnadel kann ein anderes Schaltsystem gekoppelt sein. Der Schalter selbst kann aus einem kontaktlosen Bauelement bestehen, sofern dessen Hysterese so klein ist, um den geringsten Schaltzyklus zu garantieren. Die Einrichtung kann zweiarmigen oder einarmigen Tastenhebeln zugeordnet werden. Mit einer zweiarmigen Schwerkrafttaste kann eine hohe Anschlagsgüte erreicht werden. Probleme, wie die zunehmende Kraftüberwindung durch Rückstellfedern und der unterschiedliche Kraftaufwand durch unterschiedlichen Tastentiefgang zwischen weißen und schwarzen Tasten werden umgangen. Orgeltastaturen mit Rückstellfeder können durch einen komplexen und lösbaren Unterbau mit der Einrichtung nachgerüstet werden. Das Funktionsprinzip wird bei beiden Tastenhebelformen gleichermaßen angewendet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: das Funktionsprinzip der Erfindung:

A = unter Verwendung einer zweiarmigen Schwerkrafttaste,

B = unter Verwendung eines einarmigen Tastenhebels mit Rückstellfeder, Fig. 2: eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1 B, Fig. 3: eine Detaileinsicht von unten nach Fig. 2, Fig.4: eine Detailansicht nach Fig. 2 und 3.

Das in Fig. 1 dargestellte Funktionsprinzip der Erfindung zeigt, daß beim zweiarmigen Tastenhebel 1 in Fig. 1A die gleichen mechanischen Vorgänge ausgelöst werden wie beim einarmigen Tastenhebel 1 in Fig. 1 B, mit der Unterscheidung, daß der Stößel 2 in Fig. 1 B beweglich angeordnet ist und das Schlagelement 3 in Fig. 1 B als zweiarmiger Hebel vorgesehen ist. Nachfolgender Funktionsablauf gilt gleichbedeutend für Darstellung A und B.

Die vom Tastenhebel 1 aufgenommene Anschlagskraft wird über den Stößel 2 auf das Schlagelement 3 übertragen. Zwischen dem Stößel 2 und dem Schlagelement 3 ist ein Leerlaufabstand vorgesehen. Das Schlagelement 3 ist unabhängig vom Tastenhebel 1 über ein Drehmomentlager 6 angeordnet. Bei kraftlosem Niederdrücken des Tastenhebels 1 schiebt nach dem Leerlauf der Stößel 2 das Schlagelement 3 in Richtung des elastischen Hebels 4, den es jedoch noch nicht erreicht. Erst bei kräftigerem Anschlag erfolgt eine Loslösung des Schlagelementes 3 vom Stößel 2 und schlägt an den vorgespannten elastischen Hebel 4, der daraufhin ausgelenkt wird. Das Schlagelement 3 prallt zurück und wird bei noch gedrückter Taste vom Stößel 2 abgefangen. Schlagelement 3 und elastischer Hebel 4 bewegen sich, verursacht durch den Gegeneinanderprall, in gegensätzliche Richtung. Das vom elastischen Hebel 4 vorher festgehaltene und gespannte Kontaktelement 5 kann nun, in gleicher Richtung sich teilweise entspannend, mit der Potentialschiene 7 einen Kontakt herstellen. Schnellt der elastische Hebel 4 auf sein Ruhelager 9 zurück, so führt er auch zum Schluß das Kontaktelement 5 wieder in seine Ausgangsposition. Am Kontaktelement 5 kann ein Spannungsimpuls mit einer Länge, die der Zeit der Auslenkung des elastischen Hebels 4 etwa entspricht, abgeleitet und digital weiter verarbeitet werden. Nach Lösen der Taste fällt schließlich das Schlagelement 3 auf das Ruhelager 8 zurück. Damit ist ein Anschlagszyklus abgeschlossen. Bei schneller Repetition gelangt das Schlagelement 3 nicht oder nicht immer auf das Lager zurück.

Logischerweise könnte der elastische Hebel zugleich, aber in umgekehrter Schaltfunktion, selbst Kontaktelement sein. Dem muß aber entgegengehalten werden, daß ein dauernd geschlossener Kontakt eher dazu neigt, durch Korrosion oder sonstige Verunreinigungen unterbrochen zu werden als einer, der nur kurzzeitig und unter Schlag- oder Reibungsmomenten hergestellt wird.

Nachfolgend werden Details der in Fig. 1 B dargestellten Anordnung anhand eines konstruktiven Vorschlages beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht, in der eine den Gesamtaufbau tragende komplexe Grundplatte 10, dem Profil des vorgegebenen Tastenrahmens angepaßt, über eine Montageklammer 106 und die Befestigungsschraube 54 lösbar verbunden, dargestellt ist. Fig. 3 zeigt eine Einsicht von unten und ist den Ausführungen zu Fig. 2 gleichermaßen in Betracht zu ziehen. Dargestellt ist der Stößel 2 mit seiner Komplettierung durch einen eingelassenen Führungsstift 21 und einem Dämpfungsplättchen 22. Das Schlagelement 3, im folgenden Hammer genannt, weist an seinem kurzen Hebelarm eine Stiftdurchführung 31 auf, die rückseitig mit einer rechtwinklig zur Unterkante angesetzten konischen Bohrung 32 erweitert ist, um den Führungsstift 21 in seiner Beweglichkeit nicht zu beeinträchtigen. Ferner ist dieser Teil der Hammerausbildung mit einer Durchführung 36 versehen, damit die Montageschraube 41 über ein Werkzeug zugängig ist. Am Ende des langen Hebelarmes ist als Gewicht der Hammerkopf 34 fest auf einer Stellschraube 33 sitzend angeordnet. Der Hebelarm ist mit einer eng passenden Gewindebohrung für die Stellschraube 33 versehen. Der Schraubenkopf bildet die Verbindung zum Ruhelager 8, das aus einem Polsterei und einer Montageleiste 82 besteht, die mit der Durchführungswand 11 lösbar verbunden ist.

Es wird vorgeschlagen, daß ein Komplex für eine Tastenzuordnung einer Oktave konzipiert wird. Die Grundplatte 10, die Hammerwelle 6 und die Potentialschiene 7 haben dabei gleiche Länge. Als einzige Verbindung zu benachbarten Komplexen ist eine elektrische Verbindung herzustellen. Wird der Grundaufbau vorzugsweise aus Formplaste hergestellt, so wird empfohlen die Potentialschienen über eine Verschraubung, wie sie in Lüsterklemmen verwendet wird, untereinander zu verbinden.

Eine Grundplatte besitzt mehrere zugleich versteifende Durchführungswände 11, die zur Aufnahme der Hammerwelle 6, die Potentialschiene 7, dem Ruhelager 8 und der Stellgliedträgerplatte 52 durch Bohrungen, Aussparungen oder Zapfen dienen. Die Grundplatte 10, die Durchführungswände 11 und die Jochleiste 103 sind als Formstück unlösbar verbunden. Der elastische Hebel 4, im folgenden Blattfeder genannt, ist an einem Ende mit einer Bohrung für die Durchführung der Montageschraube 41 versehen. Die Blattfeder 4 erhält am anderen Ende einen Dämpfungsstreifen 43, der zugleich den Anschlag des Hammerkopfes 34, den Anschlag des Kontaktelementes 5 und den eigenen Anschlag gegenüber dem Ruhelager 9 geräuschmindernd abfängt. Die Blattfeder 4 wird zwischen Montageschraube 41 und Ruhelager 9 über ein Joch 104 gebeugt, wobei zwischen Joch 104 und Blattfeder 4 ein Dämpfungsstreifen 42 die Übertragung von Schlagschwingungen auf den Tastenrahmen mindern soll. Die Montageschraube 41 ist zugleich das Stellglied zur Regulierung der Spannung der Blattfeder Die kammartig ausgebildeten Seitenfassungen 105 sollen durch enge Passungen ein seitliches Ausschwenken der Blattfeder 4 verhindern. Die Breite der Blattfeder 4 ist so zu bemessen, daß einerseits eine möglichst große Anschlagfläche entsteht und andererseits keine Berührung der benachbarten Bauteile erfolgen kann. Die Ausbildung der Jochleistung 103 ist in Fig.4 dargestellt.

Das Kontaktelement 5, im folgenden Kontaktnadel genannt, ist in der Durchführung 53 der Kontaktleiste 51 durch bekannte Verkeilung stabil verankert. Die elastische Kontaktnadel 5 ist so geformt, daß sie an der Potentialschiene 7 mit leichter Spannung anliegen kann. Die Kontaktleiste 51 ist mit der Stellgliedträgerplatte 52 fest verbunden. Über die Montageschraube 54 und die Aussparung 113 ist diese winkelförmige Kombination, aus 51 und 52 bestehend, lösbar an der Grundplatte 10 befestigt. Die Stellgliedträgerplatte 52 weist im Tastenabstand fensterartige Öffnungen 55 auf, die einen Zugriff zu den Kontaktbauteilen gestattet und enthält eng passende Gewindebohrungen zur Aufnahme der Stellschrauben 91. Die Stellschraube 91 dient zur Einstellung der Leerlaufstrecke zwischen der Kontaktnadel 5 und der Potentialschiene 7. Das Ruhelager ist wie der Hammerkopf 34 ausgebildet.

Nachfolgend wird die Darstellung in Fig. 3 erläutert.

Von oben nach unten gesehen sind drei Tastenzuordnungen einer komplexen Grundplatte gezeichnet.

Bei der ersten Zuordnung ist der Stößel 2 mit Führungsstift 21 und Dämpfungsplättchen 22 und eine montierte Blattfeder 4 mit der Montageschraube 41 und den Dämpfungsstreifen 42 und 43 ersichtlich, dazu, die Potentialschiene 7 kreuzend, die Kontaktnadel 5, welche an der Blattfeder 4 anliegt. Darunter dargestellt sind Schlitzöffnungen der Grundplatte 10 mit der Montageklammer 106 angedeutet. Die Grundplatte 10 wird von vorn nach hinten in die Klammer 106, die im Tastenrahmen befestigt ist, eingeschoben und rückwandig durch die Montageschraube 54 lösbar verankert.

Die zweite Zuordnung zeigt einen eingebauten Hammer 3 in Ruhestellung ohne Ruhelager 8. Es wird die Funktion der Durchführung 36 zum Stellen der Montageschraube 41 gezeigt.

Die dritte Zuordnung zeigt einen Hammer 3 in Anschlagsposition. Hier ist das Ruhelager 8 angedeutet. Bei der Stiftdurchführung 31 ist die veränderte Position der konischen Bohrung 32 gegenüberder zweiten Zuordnung aufgezeigt. Weitere Einzelheiten sind leicht den Fig. 2 bis 4 zu entnehmen.

Der kritische Punktim mechanischen Aufbau liegt im Bereich der kleinsten Übersetzung: in der Verbindung zwischen Stößel 2 und Hammer 3 bzw. Führungsstift 21 und Stiftdurchführung 31. Kleinste Ungleichheiten der Bauteile bewirken Ungleichheit der Tastenfunktion untereinander. Eine Regulierung dieser Verbindung ist über die Stellschraube 33 vorgesehen. Während der Abstand des Hammerkopfes 34 zur Blattfeder 4 und der Tiefgang des Stößels 2 konstant bleiben, kann mit der Stellschraube 33 der Leerlaufabstand zwischen Stößel 2 und Hammer 3 eingestellt werden. Zu dem kann diese Maßnahme zum Ausgleich der Tiefgangunterschiede zwischen weißen und schwarzen Tasten genutzt werden.

Abschließend sollen noch zwei Varianten der Verbindung von Hammerwelle 6 und Durchführungswand 11, sowie Hammer 3 und Hammerwelle 6 angeführt werden. Es wird vorgeschlagen, die bekannte snapin-Aufhängung des Stößseis im Tastenhebel anzuwenden.

Werden anstelle der Bohrungen 111 für die Hammerwelle 6, unter Berücksichtigung der Belastungsrichtung, snapin-Kerben in die Durchführungswand 11 eingearbeitet, kann die Hammerwelle 6 mit den vorher aufgereihten Hämmern 3 komplex eingepaßt werden.

Werden hingegen die snapin-Kerben, vorzugsweise paarig im Abstand, am Hammer 3 anstelle der Durchführung 35 angeordnet, können die Hammer einzeln angedrückt werden. In jedem Fall ist auf einen festen Sitz einer stabilen Hammerwelle 6 zu achten.

Entsprechen die Bauteile den geforderten Genauigkeiten, so können eine oder mehrere der genannten Stellmöglichkeiten durch konstante Ausbildungen ersetzt werden.

Claims (17)

-ι Patentansprüche:

1. Einrichtung zur anschlagsabhängigen Ansteuerung elektronischer Klangerzeuger, insbesondere mit klavierartigen Tastenhebeln, gekennzeichnet dadurch, daß ein vom Anschlagsdruck bedienter Tastenhebel (1) über einen Stössel (2) ein beweglich geführtes, dämpfend gelagertes und beschwertes Schlagefement (3) derart beschleunigt, daß ein einendig fixierter, in seiner Dehnung einseitig begrenzter elastischer Hebel (4) zur Betätigung eines Kontaktelementes (5) druckproportional ausgelenkt wird.

2: Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Schlagelement (3) frei fallend oder elastisch gespannt, vom Tastenhebel (1) unabhängig gelagert, als Hammer oder Bolzen ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Kontaktelement (5) aus einer Kontaktnadelfeder besteht und von einer zugehörigen Potentialschiene (7) durch den elastischen Hebel (4) im Ruhezustand gespannt und entfernt gehalten wird.

4. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der elastische Hebel (4) kontaktbehaftete oder kontaktlose Schalter mit möglichst kleiner Hysterese betätigt.

5. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Stößel (2) und dem Schlagelement (3), dem Schlagelement (3) und dem elastischen Hebel (4), sowie-dem Kontaktelement (5) und der Potentialschiene (7) Leerlaufstrecken vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Punkt 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Leerlaufstrecken und die Spannkraft des elastischen Hebels (4) einstellbar sind.

7. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der elastische Hebel (4) als Blattfeder ausgebildet ist und mittels einer Montageschraube (41) als Stellglied über ein Joch (104) gegen ein einstellbares Ruhelager (9) gebeugt wird.

8. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Schlagelement (3) aus einem zweiarmigen Hebel mit Hammerkopf (34) besteht.

9. Einrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Hammerkopf (34) einstellbar angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Punkt 1,7 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß in den Hammerhebeleine Durchführung (36) zum Stellen der Montageschraube (41) eingelassen ist.

11. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Stößel (2) beweglich gelagert ist und über eine Stiftführung (31) mit dem Hammerhebel derart verbunden ist, daß eine gegenseitige

. Führung erfolgt.

12. Einrichtung nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Stiftführung (31) rückseitig eine konische Bohrung (32) aufweist.

13. Einrichtung nach Punkt 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Kontaktelement (5) durch eine fensterartige Öffnung (55) in einer Stellgliedträgerplatte (52) zugängig ist.

14. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Stößel (2), das Schlagelement (3), der elastische Hebel (4) und das Kontaktelement (5) mit geräuschdämmenden Polstern versehen sind.

15. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung im Komplexen lösbar am Tastenrahmen befestigt ist.

16. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Verwendung zweiarmiger oder einarmiger Tastenhebel mit Gewicht oder Rückstellfeder.

17. Einrichtung nach Punkt 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Verwendbarkeit vorhandener Klaviaturen und flügelartiger oder klavierartiger Hammermechaniken.