Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Das Stimmen von Instrumenten erfordert generell neben einem geübten Gehör eine Menge Zeit, die insbesondere von ungeübten, bspw. Hobby-Instrumentalisten, aufgebracht werden muss. Bei dem klassischen Verfahren des Stimmens "von Hand" arbeitet der Musiker mit einer Stimmgabel, die durch Anschlagen den gewünschten Ton vorgibt und justiert durch Verändern der Saitenlänge bzw. Saitenspannung die Tonlage der jeweiligen Saite. Durch Mehrfaches Anschlagen der Saite und der Stimmgabel wird das Ergebnis abgeglichen, bis die gewünschte Stimmung der Saite erreicht ist. Ausgehend von dieser Stimmung werden dann die weiteren Saiten gestimmt.
Da einesteils die Saiten der Instrumente wegen einer stets vorhandenen Nachgiebigkeit des Materials regelmäßig gestimmt werden müssen, die Saiten andernteils auch abhängig von den klimatischen Bedingungen in ihrer Länge veränderlich sind (eine Gitarrensaite dehnt sich auf der Bühne eines Konzertraumes mit der Hitze und feuchten Luft im Vergleich zu den Verhältnissen im vergleichsweise trockenen und kühlen Übungsraum aus), ist ein häufiges Stimmen erforderlich. Auch nach dem Aufziehen neuer Saiten müssen diese gestimmt werden.
Um hier eine Erleichterung zu schaffen, wurde in der
Zum Erfassen der Töne werden weiterhin in den Dokumenten
Das System ist insoweit sehr zu begrüßen, als dass es ein zügiges und automatisches Stimmen ermöglicht und so insbesondere ungeübten Musikern, aber auch den Profis ein hohes Maß an Aufwand abnimmt. Jedoch hat das System einen nicht unerheblichen Nachteil. Es ist insgesamt groß und klobig und erfordert erhebliche Veränderungen am Korpus der Gitarre, die einerseits einen Einfluss auf deren Akustik (Klang) und andererseits auf deren Handling (wegen des veränderten Gewichts) haben. Abgesehen davon, wird auch die Optik der Gitarre in nicht unerheblicher Weise verändert.
Da die gesamte Gitarre den für die Klangeigenschaften maßgeblichen Resonanzkörper bildet, verändern sich auch die Klangeigenschaften, wenn dieser verändert wird. Damit ist das vorbekannte System in bestehende Instrumente nahezu nicht nachrüstbar, es kann aber auch nur schwer in neue Gitarren integriert werden. Insbesondere wären in klanglicher Hinsicht in der Planung zwei Gitarrentypen unabhängig voneinander zu entwickeln, eine Gitarre mit der vorbekannten Vorrichtung und eine ohne.
Von der geschilderten Problematik geht die Erfindung aus. Sie hat zur Aufgabe, eine insoweit verbesserte Vorrichtung anzugeben, die in ein Instrument, insbesondere eine Gitarre, mit minimaler Beeinflussung der Klangeigenschaften und mit möglichst wenigen und kleinen Elementen integriert werden kann. Ferner soll ein Verfahren zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes angegeben werden, welches diesen Vorgaben genügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorgeschlagen. Ein Verfahren, welches diese Aufgabe löst, ist in Anspruch 11 angegeben.
Die Ansprüche 2 bis 10 und 12 bis 15 enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens.
Kerngedanke der Erfindung ist es, zumindest Teilen der Komponenten der Vorrichtung die erforderliche Spannungsversorgung über eine oder mehrere der Saiten zuzuführen. Dazu sind die Saiten leitend gestaltet, sie bestehen entweder aus einem leitenden Material oder sind mit einem solchen umwickelt und/oder beschichtet. Auf diese Weise können bspw. bei einer Gitarre, insbesondere einer E-Gitarre Komponenten am Kopf derselben angeordnet werden, ohne dass zusätzlich dort eine Spannungsversorgung integriert werden muss (bspw. in Form einer Batterie oder eines eigenen Versorgungsanschlusses). Die Spannungsversorgung kann in diesem Beispiel über den Korpus der Gitarre zugeführt und über die eine oder mehrere Gitarrensaite(n) an den Kopf weitergeführt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, Gewicht und Platz sparend auf einem solchen Abschnitt des Instrumentes, der auf einem Längsende der Saiten liegt, auf welchem entweder weniger Raum ist oder welcher wenig Gewicht verträgt, zumindest einige der Komponenten der Vorrichtung anzuordnen.
Gemäß Anspruch 2 sind die Komponenten der Vorrichtung (die so gesehen auch als System bezeichnet werden kann) auf dem Instrument verteilt, und eine Busleitung überbrückt die Strecke entlang der Länge der Saiten. Bei einer Gitarre bspw. wird nicht die gesamte Vorrichtung im Korpus angeordnet. So bietet der Kopf bzw. Hals auch, wenn auch nur wenig, Raum, für die (dezente) Anbringung weiterer Komponenten. Insbesondere kann dabei auf ohnehin bei Gitarren am Kopf angeordnete Mittel zum Verstellen der Saitenlänge bzw. - spannung zurückgegriffen werden, was den Einsatz von Spezialteilen reduziert. Insgesamt müssen in das Instrument, bspw. die Gitarre, weniger zusätzliche Komponenten eingebracht werden.
Die Signalübertragung über die Busleitung kann bspw. über ein herkömmliches Buskabel, aber auch drahtlos, bspw. über Funk oder Infrarot, erfolgen.
Um die Trennung der Komponenten Steuerung und Antrieb jedoch ohne tief greifende Eingriffe in den Instrumentenkörper vornehmen zu können, werden nach einer Weiterbildung der Erfindung die Steuersignale zwischen der an einem Instrumententeil sitzenden Steuerung und dem wenigstens einen Antrieb bevorzugt über die als Busleitungen dienenden Saiten geführt (Anspruch 3). Die Saiten von Saiteninstrumenten bestehen in vielen Fällen aus einem leitenden Material (Metall) oder sind von einem Faden aus einem solchen umwickelt. Alternativ können sie, wenn der Klang es zulässt, mit einem leitenden Material beschichtet sein. Diese Lösung spart den Einsatz weitere Leitungen, die in dem Instrumentenkörper verlegt werden müssten. Neben den Klangeigenschaften bleibt daher nicht zuletzt auch die Optik des Instrumentes erhalten. Damit, wenn mehrere Saiten als Leiter genutzt werden sollen, diese nicht untereinander elektrisch kurzgeschlossen sind, müssen Elemente, über die die Saiten gemeinsam geführt werden (bspw. der Steg bei einer Gitarre) so ausgebildet sein, dass sie die Saiten gegeneinander isolieren. Dazu können diese Elemente aus einem nicht leitenden Material (bspw. Keramik) gefertigt oder mit einem solchen beschichtet sein, oder es müssen sonstige Vorkehrungen der Isolierung getroffen sein (bspw. zwischen geordnete Isolierscheiben etc.).
Der Antrieb kann ein Motor, bspw. Elektromotor, sein, er kann aber auch pneumatisch oder hydraulisch arbeiten.
Wenn das Instrument ein auf elektrischem Wege mit einem Verstärker verbundenes Instrument ist (z. B. eine E-Gitarre), so kann ein ohnehin bereits vorhandener und an den Verstärker angeschlossener Tonabnehmer des Instrumentes als (Teil der) Erfassungseinheit genutzt werden.
Durch eine wie in Anspruch 4 angegebene Ausgestaltung der Steuerung kann diese in einfacher Weise durch Anschlagen einer Seite angesprochen werden.
Eine Schnittstelle, wie sie gemäß Anspruch 5 vorgesehen sein kann, gibt die Möglichkeit, von außen - auch nachträglich - eine Software in die Vorrichtung einzuspeisen. Ferner können über die Schnittstelle verschiedene Referenzstimmungen in die Speichereinrichtung eingegeben werden, um das Instrument nach unterschiedlichen Schemata stimmen zu können.
Eine wie in Anspruch 6 vorgeschlagene Ausgestaltung der Vorrichtung erlaubt ein saitenweises Stimmen des Instrumentes. Es kann ebenso gut auch ein Antrieb verwendet werden, der durch entsprechende Getriebe oder ähnliche Vorrichtungen zum Verstellen jeweils einer Saite schaltbar ist.
Ist die Vorrichtung wie in Anspruch 7 angegeben gebildet, ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau. Werden die einzelnen Komponenten möglichst klein gewählt, "verschwinden" sie nahezu im Gesamteindruck des Instrumentes und stören den Musiker auch nicht beim Spiel desselben. Zudem ist es nicht erforderlich, beim Stimmen des Instrumentes externe Komponenten hinzuzuziehen, der Musiker kann sein Instrument praktisch überall und nahezu unabhängig stimmen.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung nach Anspruch 8 ergibt ein redundantes System. Die Vorrichtung kann auch bei Defekt einer Saite noch weiter zum Stimmen des Instrumentes betrieben werden.
In den Ansprüchen 9 und 10 ist jeweils eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung zur Integration in einer E-Gitarre angegeben.
Das Verfahren nach Anspruch 11 stellt wie oben bereits gesagt eine Lösung der oben genannten Aufgabe hinsichtlich eines Verfahrens dar. Es kann bevorzugt mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 betrieben werden, ist jedoch nicht auf eine solche Vorrichtung beschränkt.
Anspruch 13 beschreibt, wie bevorzugt die Saiten des Instrumentes als Busleitungen verwendet werden können. Dadurch müssen keine gesonderten Kabel oder sonstigen Übertragungsmittel (Funk, Infrarot) installiert werden.
Eine wie in einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 14 geforderte Aufbereitung des ersten digitalen Signals kann sinnvoll sein, um aus diesem Signal zuverlässig eine Tonlage bestimmen zu können.
Eine Bestimmung der Grundfrequenz (Tonlage) des ersten digitalen Signals erfolgt vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines mathematischen Frequenzfilters (Anspruch 15). Dieser erlaubt im Gegensatz zu dem ansonsten gebräuchlichen Verfahren der Fast Fourier Transformation (FFT) eine schnellere und genauere Frequenzbestimmung aus nur einem Anschlag der Saite. Dies ist wichtig, da bei nur einem Anschlag der Saite die Obertöne, die für eine exakte Bestimmung der Tonlage (Frequenz) erfasst werden müssen, sehr schnell abklingen.
Im Folgenden wird die Erfindung kurz anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
In den Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles bei einer E-Gitarre näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung anhand einer E-Gitarre beschränkt die Erfindung nicht. Sie kann ebenso gut bei Akustikgitarren, E-Bässen, oder anderen elektrischen bzw. elektroakustischen oder akustischen Saiteninstrumenten wie Violinen, Harfen etc. eingesetzt werden.
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Ferner ist in diesen Darstellungen ein Potentiometer 13 dargestellt. In der Regel verfügen E-Gitarren über mehrere derartige Potentiometer zum Einstellen der Höhen, Bässe und der Lautstärke. Hier ist das dargestellte Potentiometer 13 der Lautstärkeregler. Dieser spezielle Regler ist zur Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die E-Gitarre 1 nicht als herkömmliches Potentiometer ausgeführt, sondern als sogenanntes Push-Pull Potentiometer, welches eine zusätzliche Schaltfunktion aufweist.
Schließlich sind in diesen Figuren noch die von dem Steuerchip zu dem Tremolo-Systemblock 5, genauer zu den Saiten 6a bis 6f führenden Leitungen 14 zu erkennen.
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Auf diese Weise werden die aus einem leitenden Metall bestehenden oder mit einem leitenden Metallfaden umwickelten Saiten 6a bis 6f der E-Gitarre 1 mit dem Steuerchip 10 elektrisch verbunden.
Auf dem Tremolo-Systemblock 5 sind die in den
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum automatischen Stimmen der E-Gitarre 1 arbeitet wie folgt:
Durch Ziehen des Push-Pull Potentiometers 13 wird das System aktiviert. Hierzu wird auf eine in
Dem Steuerchip 10 können nun durch Anschlagen einer der Saiten Befehle erteilt werden. Die durch Anschlagen der Saiten erzeugten Töne werden durch die Tonabnehmer 12 in ein elektrisches Signal gewandelt, welches in der Steuerung auf eine Frequenz hin umgerechnet wird. In der Steuerung sind bestimmte vorprogrammierte Befehle abgelegt, die auf eine innerhalb einer bestimmten Toleranz liegenden Frequenz hin aufgerufen werden. Auf diese Weise kann bspw. das Programm zum Stimmen einer der Saiten, z. B. der e-Saite 6f, aufgerufen werden. Ist das Programm aktiviert, lädt der Steuerchip aus einem Speicher eine Referenzfrequenz für diese Saite, die als Soll-Frequenz dient. Die Saite wird nun gegebenenfalls erneut angeschlagen, die Ist-Frequenz aus dem durch die Tonabnehmer 12 umgewandelten Signal in dem Steuerchip 10 errechnet und über die als Busleitungen genutzten Saiten ein Signal an die Platine 22 bzw. über diese an den entsprechenden Stellmotor 11 zum Verstellen der Saitenspannung zum Erreichen der Soll-Frequenz geschickt. Dabei überwacht der Steuerchip 10 die Veränderung der Frequenz und gibt bei Erreichen der Soll-Frequenz ein Stop-Signal an den Stellmotor 11. Auf diese Weise können alle Saiten nacheinander gestimmt werden. Als Routine zum Errechnen der Ist-Frequenz aus dem elektrischen Signal der Tonabnehmer wird ein mathematisches Frequenzfilter eingesetzt, da dieses besonders schnell und zuverlässig die Frequenz errechnen kann.
Über eine in den Figuren nicht dargestellte Schnittstelle können dem Steuerchip 10 verschiedene Frequenzvorgaben für die Saiten gegeben werden, je nachdem welche Art der Stimmung gerade gewählt werden soll (bspw. open tuning etc.).
Für die Übertragung der Steuersignale werden lediglich zwei der Saiten benötigt. Über zwei weitere Saiten, hier die Saiten 6f (tiefe e-Saite) und 6e (a-Saite) wird die Spannungsversorgung für die Platine 22 und die Stellmotoren 11 in den Kopf 4 verbracht, so dass eine eigene Spannungsquelle dort nicht benötigt wird. Die Saiten 6f und 6e werden zum Übertragen der Spannung gewählt, da die tiefe e-Saite und die a-Saite die dicksten Saiten der E-Gitarre 1 sind und damit am seltensten reißen. Von den verbleibenden vier Saiten 6a bis 6d können von dem Steuerchip 10 jeweils zwei beliebige als Busleitungen frei angesteuert werden. Auf diese Weise ist das System redundant und kann auch noch bei einer oder sogar zwei gerissenen Saiten der Saiten 6a bis 6d arbeiten.
Leuchtdioden auf dem Korpus 2, bspw. im Bereich der Tonabnehmer 12 unterhalb der Saiten 6a bis 6f können den Zustand des Steuerchips 10 bzw. des Programmablaufs anzeigen und so die Handhabung der Vorrichtung vereinfachen. Auch kann hier eine "Kurzanleitung" aufgebracht sein, z. B. mit der Anzeige, durch Anschlagen welcher der Saiten 6a bis 6f in welchem Ton welche Befehle aufgerufen werden. Die den Befehlen zugeordneten Frequenzen können von dem Steuerchip 10 so verwaltet werden, dass sie der aktuellen Stimmung der E-Gitarre angepasst sind, das heißt, dass der Benutzer stets dieselbe Saite mit dem selben Griff anschlagen muss, um einen Befehl abzurufen, egal, wie die Gitarre und damit die Saite gerade gestimmt ist.
Die Spannungsversorgung des Systems erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel extern und zwar über das Verstärkerkabel, mit dem die Gitarre ohnehin an einen Verstärker elektrisch angeschlossen ist. Die in
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