[0001] Die Erfindung betrifft eine Tastatur-Schaltungsanordnung für ein elektronisches Tastenmusikinstrument,
die die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
[0002] Es ist dabei erwünscht, an den Tastaturausgängen auch eine Information bezüglich
der "Anschlagdynamik" zu erhalten, das heißt, der Kraft bzw. der Geschwindigkeit,
mit der der Anschlag erfolgt.
[0003] Eine Schaltungsanordnung, die dies leistet, ist in der EP-Anmeldung 83106425.8, Veröffentlichungsnummer
116 678, beschrieben. Auf diese Druckschrift kann auch hinsichtlich der Weiterverarbeitung
der Signale durch nachgeordnete Schaltkreise verwiesen werden.
[0004] Bei der bekannten Anordnung ist jeder Taste ein mechanisch deformierbares leitfähiges
Bauteil zugeordnet, das seinen Widerstand entsprechend der Anschlagstärke ändert;
das Ausgangssignal ist auch repräsentativ für Bewegungen, die der Spieler etwa auf
eine bereits gedrückte Taste überträgt.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung
zu schaffen, die bei geringem baulichem und schaltungsmäßigem Aufwand ein die Anschlagdynamik
sehr gut repräsentierendes Signal liefert und unabhängig von durch Kontaktübergänge
herrührenden Unsicherheiten ist.
[0006] Die gemäß der Erfindung vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 definiert, während Anspruch 2 die bevorzugte Ausführungsform
betrifft und die übrigen Ansprüche die Erfindung fortbildende Einzelheiten zum Gegenstand
haben.
[0007] Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung sehr preisgünstig herstellbar
ist, kaum Justieraufwand erfordert und weitgehend unabhängig von Umgebungsparametern
ist, wie etwa Verschmutzungen oder dergleichen, wie sie bei einem Musikinstrument
nach vielen Jahren der Benutzung unvermeidlich sind.
[0008] Zwei weitere bekannte Tastatur-Schaltungsanordnungen sind zu erwähnen. Die US-A-3,652,774
offenbart eine Anordnung, bei der jeder Taste eine Spule zugeordnet ist, in der beim
Anschlag ein eintauchender Permanentmagnet eine Spannung induziert. Diese Spannung
ist abhängig von der Anschlaggeschwindigkeit. Zusätzlich ist jeder Taste ein druckempfindlicher
Widerstand zugeordnet, um die Sekundäreffekte bei gedrückter Taste zu erfassen.
[0009] Die DE-C-30 07 156 offenbart eine Anordnung, bei der jeder Taste ein opto-elektronischer
Wandler zugeordnet ist. Bei diesem System wird nur zwischen betätigten und nichtbetätigten
Tasten unterschieden; allerdings ist dieses System relativ unempfindlich gegenüber
Störungen.
[0010] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend
anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die in Blockform eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung darstellt.
[0011] Ein Sinus- oder Dreiecksgenerator 10 speist die Primärseite 12 eines Transformators
14 mit einer Wechselspannung, deren Frequenz in der Größenordnung von 200.500kHz liegt.
Die Sekundärwicklung 16 des Transformators 14 ist mit Spulen 18
1, 18
2, ..., 18
n verbunden, die jeweils eine Mittelanzapfung aufweisen. Jede Mittelanzapfung ist mit
einem zugeordneten Eingang 20
1, 20
2, ..., 20
n eines Analog-Multiplexers 22 verbunden.
[0012] Jede Taste (nicht dargestellt) weist einen Ferritkern auf, wobei der Ausdruck "aufweisen"
so zu verstehen ist, daß bei Tastenanschlag der zugeordnete Ferritkern 24
1, 24
2, ..., 24
n aus einer Position, in der er im wesentlichen nur in die obere Halbspule eingetaucht
ist, in eine untere Position bewegt wird, in der er im wesentlichen nur in der unteren
Halbspule wirksam ist. Die Wirkverbindung zwischen Taste und zugeordnetem Kern kann
dabei sehr einfach sein, indem etwa der Kern unmittelbar an der Taste befestigt ist,
oder aber es kann irgendein Hebelgestänge zwischengeschaltet sein, oder dergleichen.
Wesentlich ist eine eindeutige Zuordnung von Tastenbewegung und Kernbewegung.
[0013] Die Mittelanzapfung 25 der Sekundärwicklung 16 definiert das Massepotential. Bei
nicht gedrückter Taste liegt die Spannung der Mittelanzapfung der zugeordneten Spule
etwas unter dem der Masse, bei halb gedrückter Taste liegt die Spannung auf Massepotential
und bei gedrückter Taste oberhalb des Massepotentials. Damit erhält man also ein bipolares
Signal. Um jedoch ein unipolares Signal zu erhalten, wird die Spannung am Fußpunkt
26 der Sekundärwicklung im nachfolgenden Verstärker teilweise zum Tastensignal addiert.
Am Ausgang des Verstärkers erhält man dadurch ein auswertbares unipolares Signal.
- Das bipolare Signal wird vom Multiplexer 22 zu einem Verstärker- und Gleichrichterschaltkreis
28 übertragen, in welchem eine Spitzengleichrichtung erfolgt, und das Ausgangssignal
wird zu einer Abtast- und Halteschaltung 30 übertragen. Zu Beginn jedes Zeitschlitzes
des Multiplex' wird die Abtast- und Halteschaltung auf Null rückgesetzt, wofür hier
zwei us vorgesehen sind. 10 µs werden für den Abtastvorgang benötigt, bis der "Halte"-Wert
erreicht ist, und während weiterer 10 us erfolgt die Übertragung zu einem Analog-Digital-Umsetzer
32. Demgemäß ist die Frequenz des Generators 10 so zu wählen, daß innerhalb von 10
µs mindestens eine volle Schwingungsperiode vorliegt, so daß die Frequenz bei den
genannten zeitlichen Daten mindestens 100 kHz betragen muß.
[0014] Mit den angegebenen Daten und einer Tastatur von z.B. 60 Tasten erfolgt etwa alle
1,5 ms eine Abfrage jeder Taste, was hinreichend kurz ist, um die Anschlagdynamik
zu erfassen und auszuwerten.
[0015] Ober einen Spitzengleichrichter 34 wird dem Analog-Digital-Umsetzer 32 die Ausgangsamplitude
des Oszillators 10 als Referenz aufgeschaltet, um die Wirkung von Amplitudenschwankungen
zu kompensieren.
[0016] Der Ausgang des Umsetzers 32 ist über Bus 36 mit einem Mikroprozessor 38 verbunden,
der über Busse 40, 41, 42 die Zeitlagensteuerung liefert und über Bus 44 das digitale
Ausgangssignal der eigentlichen Tonerzeugungsschaltung (nicht dargestellt) zuführt.
[0017] Anstelle der Spulen 18 könnte man auch Differentialkondensatoren einsetzen, wobei
als Kopplungsorgan dann ein beweglicher Kondensatorbelag verwendet würde. Die beschriebene
Anordnung mit Spulen ist jedoch bevorzugt, weil sie niederohmig und daher weniger
störanfällig ist.
[0018] Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnung liegt darin, daß ein Einzelabgleich
der Spulen nicht erforlich ist und daß sie relativ unempfindlich gegen Verschmutzungen
ausgebildet werden kann.
[0019] Bei der Ausführungsform mit induktiven Gebern ist es vorteilhaft, die Spulen benachbarter
Tasten gegensinnig zu wickeln, um Einstreuungen auf benachbarte Komponenten zu minimieren.
Eine besonders preisgünstige Konstruktion ergibt sich, wenn der Oszillator 10 als
LC-Oszillator ausgebildet wird und der Übertrager 14 als seine Induktivität benutzt
wird.
[0020] Für die Frequenz des Oszillators 10 wurde oben der Bereich von 200..500 KHz angegeben.
Dies_ist nicht unbedingt zwingend. Bei Einwellengleichrichtung wäre normalerweise
eine Periode des Oszillators für den Gleichrichter nötig, um die Spitzenamplitude
zu erfassen. Bei Vollwellengleichrichtung wäre jedoch nur eine halbe Periode nötig,
und wenn man - was bevorzugt ist - den Oszillator mit der Multiplexrate synchronisiert,
sogar nur eine Viertelperiode.
1. Tastatur-Schaltungsanordnung für ein elektronisches Tastenmusikinstrument mit einer
Multiplexschaltung zur seriellen Abfrage der Tastaturausgänge, dadurch gekennzeichnet,
dai5 jede Taste ein Kopplungsorgan aufweist, mittels dem bei Tastenbetätigung eine Wechselspannung
auf einen zugeordneten Multiplexschaltungseingang koppelbar ist, und daß der Ausgang
der Multiplexschaltung über einen Gleichrichter und eine Abtast- und Halteschaltung
mit dem Eingang einer Anschlagerkennungsschaltung verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet", daß jeder Taste eine mit einer
Mittelanzapfung am Multiplexschaltungseingang liegende und an der Wechselspannung
liegende Spule zugeordnet ist, und daß das Kopplungsorgan ein bei Tastenbetätigung
in die Spule eintauchender ferromagnetischer Kern ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Spulen aller Tasten
dieselbe Wechselspannungsquelle zugeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der
Wechselspannungsquelle der Anschlagerkennungsschaltung gleichgerichtet als Referenzspannung
zugeführt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz
der Wechselspannung um mindestens eine halbe Größenordnung über der Abtastrate der
Multiplexschaltung liegt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagerkennungsschaltung
für die Erkennung von Amplitudenänderungen in aufeinanderfolgenden Multiplexzyklen
ausgebildet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen benachbarter
Tasten gegensinnig gewickelt sind.
8. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen LC-Oszillator zum Erzeugen
der Wechselspannung, dessen Spule zugleich die Primärwicklung eines Transformators
ist, aus dem die Spulen gespeist werden.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung mit
der Multiplexrate synchronisiert ist.