Title:
Elektronisches Musikinstrument und Lautstärkesteller für ein elektronisches Musikinstrument
Kind Code:
B4


Abstract:

Elektronisches Musikinstrument mit mindestens einer Spieleinheit, einer Klangerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von einer Betätigung der Spieleinheit Klänge erzeugt, und einem während der Betätigung verstellbaren Lautstärkesteller, der in Abhängigkeit von seiner Stellung und einer Kennlinie die Lautstärke der Klänge beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautstärkesteller (3) mit einer Abgleicheinrichtung (17) verbunden ist, die fortlaufend ein Maximum seiner Aussteuerung (A) ermittelt und dieses Maximum als vorbestimmten Wert der Kennlinie verwendet.




Inventors:
gleich Patentinhaber
Application Number:
DE19905232A
Publication Date:
04/07/2005
Filing Date:
02/09/1999
Assignee:
Franz, Reinhard (Emmelshausen, 56281, DE)
International Classes:



Foreign References:
5290967
5274710
4214503
3965790
Attorney, Agent or Firm:
U. Knoblauch und Kollegen (Frankfurt)
Claims:
1. Elektronisches Musikinstrument mit mindestens einer Spieleinheit, einer Klangerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von einer Betätigung der Spieleinheit Klänge erzeugt, und einem während der Betätigung verstellbaren Lautstärkesteller, der in Abhängigkeit von seiner Stellung und einer Kennlinie die Lautstärke der Klänge beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautstärkesteller (3) mit einer Abgleicheinrichtung (17) verbunden ist, die fortlaufend ein Maximum seiner Aussteuerung (A) ermittelt und dieses Maximum als vorbestimmten Wert der Kennlinie verwendet.

2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleicheinrichtung (17) fortlaufend das Minimum der Aussteuerung (A) ermittelt und dieses Minimum als zweiten Wert der Kennlinie verwendet.

3. Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleicheinrichtung (17) mindestens einen Vergleicher (15), mindestens einen Speicher (14) und einen Kennlinienbildner (16) aufweist.

4. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleicheinrichtung (17) einen Taktgeber aufweist.

5. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautstärkesteller (3) als Fußschweller ausgebildet ist.

6. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klangerzeugungseinrichtung (4) auf der Hauptplatine eines Personalcomputers angeordnet ist und die Abgleicheinrichtung durch einen auf der Hauptplatine angeordneten Prozessor (7) gebildet ist.

7. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautstärkesteller (3) über eine eigene MIDI-Schnittstelle mit dem Musikinstrument verbunden ist, wobei der Prozessor (7) zumindest beim Start eine Identifikationsroutine durchläuft.

8. Lautstärkesteller für ein elektronisches Musikinstrument, der in Abhängigkeit von seiner Stellung und einer Kennlinie ein Ausgangssignal erzeugt, gekennzeichnet durch eine Abgleicheinrichtung (17), die fortlaufend ein Maximum seiner Aussteuerung (A) ermittelt und dieses Maximum als vorbestimmten Wert der Kennlinie verwendet.

9. Lautstärkesteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleicheinrichtung (17) fortlaufend das Minimum der Aussteuerung (A) ermittelt und dieses Minimum als zweiten Wert der Kennlinie verwendet.

10. Lautstärkesteller nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleicheinrichtung (17) mindestens einen Vergleicher (15), mindestens einen Speicher (14) und einen Kennlinienbildner (16) aufweist.

11. Lautstärkesteller nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er als Fußschweller ausgebildet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit mindestens einer Spieleinheit, einer Klangerzeugungseinrichtung, die in Abhängigkeit von einer Betätigung der Spieleinheit Klänge erzeugt, und einem während der Betätigung verstellbaren Lautstärkesteller, der in Abhängigkeit von seiner Stellung und einer Kennlinie die Lautstärke der Klänge beeinflußt. Ferner betrifft die Erfindung einen Lautstärkesteller für ein elektronisches Musikinstrument, der in Abhängigkeit von seiner Stellung und einer Kennlinie ein Ausgangssignal erzeugt.

Ein derartiges Musikinstrument ist aus US 3 965 790 bekannt. Dort ist ein Fußschweller vorgesehen, der mehrere ohmsche Widerstände gleichzeitig verstellt, um eine große Bandbreite bei der Verstärkung des Ausgangssignals erreichen zu können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer elektronischen Orgel als Beispiel für ein elektronisches Musikinstrument beschrieben. Bei einer elektronischen Orgel wird die Spieleinheit durch die Manuale und gegebenenfalls das Pedal gebildet. Die Erfindung ist aber auch bei Musikinstrumenten anwendbar, die auf andere Weise gespielt werden, etwa nach Art einer Gitarre oder eines Blasinstrumentes. Hier ist lediglich auf dem Weg von der Spieleinheit zur Klangerzeugungseinrichtung noch eine weitere Signalaufbereitung erforderlich, die für die vorliegende Erfindung aber keine Rolle spielt.

Wenn bei einer elektronischen Orgel eine Taste gedrückt wird, erhält die Klangerzeugungseinrichtung ein entsprechendes Signal und erzeugt im einfachsten Fall einen dieser Taste entsprechenden Ton. In der Regel läßt sich dieser Ton auch noch durch die Auswahl entsprechender Register klanglich verändern. Diese Veränderung kann so weit gehen, daß man im Grunde nicht mehr von einem Ton sprechen kann, der beispielsweise anhand seiner Tonhöhe identifizierbar ist, sondern allgemein von einem Klang sprechen muß, d.h. einem Geräusch mit einer bestimmten Charakteristik.

Der Musiker oder Künstler, der das Musikinstrument spielt, also die Spieleinheit betätigt, verwendet als wesentliches Gestaltungsmerkmal seines Vortrags auch die Lautstärke. Die Lautstärke soll während des Vortrages dynamisch verändert werden können. Hierzu wird der Lautstärkesteller verwendet.

Den Lautstärkesteller kann man sich zunächst einfach als Potentiometer, d.h. als veränderlichen elektrischen Widerstand vorstellen, dessen Widerstandswert von der Stellung des Lautstärkestellers abhängig ist. Da das Hörempfinden nicht linear, sondern im wesentlichen logarithmisch ist, ist dem Lautstärkesteller in der Regel eine Kennlinie zugeordnet, die den einzelnen Stellungen einen in der Regel nicht linearen Zusammenhang zu einem Ausgangssignal zuordnet. Natürlich kann man anstelle eines Potentiometers andere Möglichkeiten zur Stellungsermittlung verwenden, beispielsweise eine induktive, kapazitive, optische oder magnetische Erfassung.

In allen Fällen liegt ein Problem bei der Behandlung des Ausgangssignals darin, daß bei der Erfassung der Potentiometerwerte (oder der Werte entsprechender Einrichtungen) bedingt durch mechanische und elektrische Toleranzen bei der Fertigung und durch thermische Veränderungen eine Streuung der individuellen Kennwerte eintritt, die ohne zusätzliche Maßnahmen erhebliche Auswirkungen auf die akustisch relevant Lautstärke hat, was zu erheblichen Einbußen in der Aussteuerbarkeit des Musikinstruments führen kann.

Bislang löst man dieses Problem darin, daß bei jedem Neuanschluß des Lautestärkestellers ein Abgleich auf die maximale Vollaussteuerung manuell ausgeführt werden muß. Bei stationär eingebauten Lautstärkestellern ist das Problem zwar nicht so gravierend, es besteht aber dennoch. Kritisch ist hierbei vor allen Dingen die Tatsache, daß man den Abgleich hier in der Regel vergißt.

Der Abgleich setzt voraus, daß jeder Benutzer das entsprechende Wissen hat und bei Bedarf diesen Abgleich schnell durchführen kann. Erfahrungsgemäß sind sich aber Musiker dieser Probleme nicht ständig bewußt, so daß vielfach eine nicht optimal angepaßte Kennlinie verwendet wird, was zu unbefriedigendem akustischen Verhalten des elektronischen Musikinstruments führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lautstärkebeeinflussung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Musikinstrument der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Lautstärkesteller mit einer Abgleicheinrichtung verbunden ist, die fortlaufend ein Maximum seiner Aussteuerung ermittelt und dieses Maximum als vorbestimmten Wert der Kennlinie verwendet.

Nach dem Einschalten des Geräts wird zunächst eine Kennlinie benutzt, die beispielsweise werksseitig vorgegeben ist und den unteren vorgegebenen Toleranzgrenzen entspricht. Ein Triggerwert wird auf diese untere Grenze gesetzt.

Nach dem Zusammenbau des Musikinstruments und dem folgenden Einschalten oder einfach nur nach dem Einschalten ermittelt die Abgleicheinrichtung nun ständig, ob der aktuelle Ausgangswert des Lautstärkestellers, beispielsweise der oben angesprochene Potentiometerwert, über dem Triggerwert liegt. Falls dieser Fall eintritt, so ist der Triggerwert auf den aktuellen Wert zu setzen und es wird eine neue Kennlinie für diesen Fall berechnet. Durch die ständige Anwendung dieses Schrittes ist gewährleistet, daß bei einer einmaligen vollen Aussteuerung, d.h. Einstellung des Lautestärkestellers auf maximale Lautstärke, der für dieses Musikinstrument mit seiner entsprechenden Konfiguration erhältliche Maximalpegel stets erreicht wird und damit eine optimale Aussteuerbarkeit des Instruments gesichert ist und zwar unabhängig von den individuellen mechanischen und elektrischen Toleranzen. Diese Vorgehensweise setzt natürlich voraus, daß der Musiker den Lautstärkesteller einmal voll betätigt, beispielsweise bei einem Fußschweller ganz durchtritt. Es läßt sich jedoch beobachten, daß die meisten Musiker dieses Verhalten zum Beginn einer Vorführung – in der Regel unbewußt – zeigen. Sollte dies einmal nicht der Fall sein, wird der Musiker bei unbefriedigendem Klangvolumen den Lautstärkesteller eben doch "bis zum Anschlag" stellen, wodurch die gewünschte Bedingung wieder erreicht wird.

Vorzugsweise ermittelt die Abgleicheinrichtung fortlaufend das Minimum der Aussteuerung und verwendet dieses Minimum als zweiten Wert der Kennlinie. Damit wird auch die untere Grenze der Aussteuerbarkeit zuverlässig definiert.

Vorzugsweise weist die Abgleicheinrichtung mindestens einen Vergleicher, mindestens einen Speicher und einen Kennlinienbildner auf. Der Speicher speichert den der maximalen Aussteuerbarkeit entsprechenden Triggerwert. Der Vergleicher vergleicht nun, ob der gespeicherte Triggerwert größer oder kleiner ist als der aktuelle Triggerwert. Der größere der beiden Werte wird gespeichert und gleichzeitig an den Kennlinienbildner weitergegeben, der die Kennlinie bildet und gegebenenfalls auch zur Auswertung des Ansteuerungssignals verwendet.

Vorzugsweise weist die Abgleicheinrichtung einen Taktgeber auf. Man kann dann die Ermittlung des Maximums bzw. des Minimums in vorgegebenen zeitlichen Abständen ausführen, beispielsweise mit einer Frequenz von 100 Hz. Die Abtastrate ist groß genug, um sämtliche Stellungsänderungen des Lautstärkestellers zuverlässig ermitteln zu können.

Mit Vorteil ist der Lautstärkesteller als Fußschweller ausgebildet. Dies ist eine insbesondere bei elektronischen Musikinstrumenten bevorzugte Art des Lautstärkestellers, bei dem sich die oben beschriebenen Probleme in besonderem Maße gezeigt haben.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Klangerzeugungseinrichtung auf der Hauptplatine eines Personalcomputers angeordnet ist und die Abgleicheinrichtung durch einen auf der Hauptplatine angeordneten Prozessor gebildet ist. Ein derartiges Musikinstrument ist damit gebildet durch die Kombination aus einem herkömmlichen Musikinstrument mit seiner Spieleinrichtung und gegebenenfalls weiteren Bedieneinrichtungen und den Hauptkomponenten eines normalen Personalcomputers. Dessen Prozessor, beispielsweise ein Pentium I von Intel oder ein vergleichbarer Prozessor mit einer Frequenz von 166 MHz stellt genügend Rechen- oder Verarbeitungsleistung zur Verfügung, um nicht nur die für die Klangerzeugung notwendigen Daten errechnen zu können, sondern auch den Abgleich des Lautstärkestellers vornehmen zu können.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Lautstärkesteller über eine eigene MIDI-Schnittstelle mit dem Musikinstrument verbunden ist, wobei der Prozessor zumindest beim Start eine Identifikationsroutine durchläuft. Bei der Identifikationsroutine kommuniziert der Prozessor auf der Hauptplatine mit der MIDI-Schnittstelle, die in der Regel ebenfalls einen Prozessor aufweist, der vorzugsweise als preisgünstiger single chipper ausgebildet sein kann. Damit teilt der Lautstärkesteller dem Musikinstrument zumindest mit, daß er vorhanden ist, so daß der Prozessor bei der weiteren Bearbeitung von Signalen diese Tatsache berücksichtigen kann. In den meisten Fällen wird der Lautstärkesteller aber darüber hinaus noch gewisse Kenndaten übermitteln können, so daß das Musikinstrument auch "weiß", um welchen Lautstärkesteller es sich handelt.

Die Aufgabe wird auch durch einen Lautstärkesteller der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine Abgleicheinrichtung vorgesehen ist, die fortlaufend ein Maximum seiner Aussteuerung ermittelt und dieses Maximum als vorbestimmten Wert der Kennlinie verwendet. Man kann einen derartigen Lautstärkesteller auch "autonom" ausgestalten, so daß am Ausgang des Lautstärkestellers immer ein Signal abgenommen werden kann, das auf die maximale Aussteuerbarkeit bezogen ist.

Die Merkmale und Vorteile, die der Lautstärkesteller im Zusammenhang mit dem Musikinstrument besitzt, gelten natürlich auch dann, wenn der Lautstärkesteller als eigene Vorrichtung betrachtet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines elektronischen Musikinstruments,

2 eine schematische Darstellung einer Kennlinie und

3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Abgleichs.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Musikinstruments 1 mit einer Tastatur 2, einem als Fußschweller ausgebildeten Lautstärkesteller 3, einer Klangerzeugungseinrichtung 4 und einer Verstärker/Lautsprechereinheit 5. Die Klangerzeugungseinrichtung 4 ist mit einer Klangauswahleinrichtung 6 verbunden, mit der man beispielsweise verschiedene Register anwählen kann.

Je nach Art des Register erzeugt das Musikinstrument 1 beim Drücken einer Taste der Tastatur 2 einen Ton mit einer bestimmten Klangcharakteristik. Hierzu weist das Musikinstrument 1 einen Prozessor 7 auf, der mit den angeschlossenen Teilen 2, 3, 5, 6 über eine Kommunikationskarte 8 kommuniziert. Die eigentliche Klangerzeugung findet unter der Steuerung des Prozessors 7 auf zwei Soundkarten (Klangerzeugungskarten) 9, 10 statt. Hierbei ist die erste Soundkarte 9 verantwortlich für die Tonerzeugung und die zweite Soundkarte 10 ist für die Mischung aller vorhandenen Klanginformationen konfiguriert.

Ein wesentliches Gestaltungsmerkmal beim Vortrag eines Musikers ist die Dynamik, d.h. der Wechsel der Lautstärken. Hierzu dient der Fußschweller 3.

Um die nachfolgende Erläuterung zu vereinfachen, wird das Ausgangsverhalten des Fußschwellers 3 als "Aussteuerung" bezeichnet. Je höher die Aussteuerung des Fußschwellers 3 ist, desto größer ist die vom Musikinstrument 1 abgegebene Lautstärke. Umgekehrt gilt, daß bei einer kleinen Aussteuerung die Lautstärke klein ist. Ob bei einer hohen Aussteuerung das physikalische Signal tatsächlich seinen größten Wert erreicht, hängt davon ab, wie der Fußschweller aufgebaut ist. Wenn sein Stellglied beispielsweise als Potentiometer oder Schiebewiderstand ausgebildet ist, dann kann es durchaus sein, daß bei der größten Aussteuerung die abgegebene Ausgangsspannung als Ausgangssignal ihren kleinsten Wert aufweist. Die konkrete Art der Signalerzeugung spielt aber für die weitere Betrachtung auch keine Rolle. Die Aussteuerung kann beispielsweise auch optoelektronisch, kapazitiv oder induktiv erzeugt werden.

Bei einem Fußschweller erreicht man die größte Aussteuerung üblicherweise dann, wenn der Fußschweller ganz durchgetreten ist, ähnlich wie bei einem Kraftfahrzeug, wo man bei durchgetretenem Gaspedal die größte Geschwindigkeit erreicht. Der Zusammenhang zwischen dem Stellwinkel 11 des Fußschwellerpedals 12 und der Aussteuerung A ist schematisch in 2 dargestellt.

Bei maximalem Verstellwinkel 11 der Fußplatte 12 ergibt sich auch die maximale Aussteuerung A. Der Unterschied zwischen der größten Aussteuerung und der kleinsten Aussteuerung bezogen auf den Winkel 11 der Fußplatte 12 ist die Aussteuerbarkeit.

Problematisch ist nun, daß die in 2 dargestellte durchgezogene Kennlinie zwar einen gewissen Idealverlauf darstellt, dieser aber zumindest ohne vorherige Einstellarbeiten nicht erreicht wird. Durch mechanische und elektrische Toleranzen bei der Fertigung, durch thermische Einflüsse im Betrieb oder durch mechanische Beanspruchungen beim Transport ergibt sich eine merkliche Streuung der individuellen Kennwerte. Würde man eine Umsetzkennlinie fest vorgeben, würde dies auf die akustisch relevante Lautstärke zu erheblichen Einbußen bei der Aussteuerbarkeit führen. Bislang mußte man bei jedem Neuanschluß den Fußschweller neu abgleichen, d.h. auf maximale Vollaussteuerung einstellen. Dieser Abgleich setzt voraus, daß jeder Benutzer das entsprechende Wissen hat und bei Bedarf diesen Abgleich schnell durchführen kann. Erfahrungsgemäß sind sich aber Musiker dieser Probleme nicht ständig bewußt. Vielfach fehlt auch die entsprechende Ausbildung oder Anleitung, so daß häufig eine nicht optimal angepaßte Kennlinie verwendet wird. Dies führt zu unbefriedigendem akustischen Verhalten des Musikinstruments 1 insgesamt.

Die Lösung für dieses Problem besteht nun in folgender Vorgehensweise. Nach dem Einschalten des Musikinstruments 1 wird eine Kennlinie benutzt, die der unteren werkseitig vorgegebenen Toleranzgrenze entspricht. In einem Speicher 14 wird ein entsprechender Triggerwert gesetzt, der einer unteren Toleranzgrenze entspricht. Der Speicher 14 ist mit einem Vergleicher 15 verbunden. Der Speicher 15 wiederum ist mit einem Kennlinienbildner 16 verbunden. Diese Teile können, wie in 3 dargestellt, in einer Abgleicheinrichtung 17 angeordnet sein, die im Gehäuse des Fußschwellers 3 untergebracht ist (1). Es ist aber auch möglich, daß die Abgleicheinrichtung 17 in nicht dargestellter Weise auf der Klangerzeugungseinrichtung 4 angeordnet ist oder sogar durch den Prozessor 7 gebildet wird, der entsprechend programmgesteuert ist.

Die Aussteuerung A wird nun dem Vergleicher 15 zugeführt. Dieser ermittelt nun ständig, ob der aktuelle Wert der Aussteuerung A über dem im Speicher 14 gespeicherten Triggerwert liegt. Falls dieser Fall eintritt, so wird der Triggerwert im Speicher 14 auf den aktuellen Wert der Aussteuerung A gesetzt und dieser aktuelle Wert an den Kennlinienbildner 16 weitergegeben, der mit Hilfe dieses Wertes eine neue Kennlinie berechnet. In 2 ist dies dargestellt durch den Übergang von der gestrichelten Linie zu der durchgezogenen Linie. Gleichzeitig wird die Aussteuerung einem anderen Eingang des Kennlinienbildners 16 zugeführt, der mit Hilfe der neu ermittelten Kennlinie eine Aussteuerung A' an das Musikinstrument 1 weitergibt.

Durch die ständige Anwendung dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, daß bei einer einmaligen vollen Betätigung des Schwellerpedals 12 der für diese Hardwarekonfiguration erhältliche Maximalpegel der Aussteuerung stets erreicht wird und damit eine optimale Aussteuerbarkeit des Musikinstruments 1 gesichert ist und zwar unabhängig von den individuellen Toleranzen des Fußschwellers 3.

In gleicher Weise kann man natürlich auch den Minimalwert der Aussteuerbarkeit ermitteln, so daß man zwei Punkte für die Kennlinie zur Verfügung hat. Die Kennlinie ist in der Regel zwar nicht linear. Sie gehorcht aber in den meisten Fällen vorgeschriebenen Gesetzmäßigkeiten, so daß man mit einem Maximalwert und einem "Nullpunkt" oder mit einem Maximalwert und einem Minimalwert den notwendigen Kennlinienverlauf errechnen kann.