EP1596359A1 - Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes, insbesondere einer Gitarre - Google Patents

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EP1596359A1 EP04011357A EP04011357A EP1596359A1 EP 1596359 A1 EP1596359 A1 EP 1596359A1 EP 04011357 A EP04011357 A EP 04011357A EP 04011357 A EP04011357 A EP 04011357A EP 1596359 A1 EP1596359 A1 EP 1596359A1
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    • G10G7/02—Tuning forks or like devices

Definitions

  • the present invention relates to a device for automatic Voices of a stringed instrument after the generic term of claim 1. It also relates to a method for automatic tuning of a stringed instrument after the The preamble of claim 8.
  • the tuning of instruments generally requires in addition to one a lot of time, especially from untrained, For example, hobby instrumentalists, must be applied.
  • the classical method of tuning "by hand” works the musician with a tuning fork, who by hitting sets the desired tone and adjusts by changing the String length or string tension the pitch of the respective String. By repeatedly striking the string and the tuning fork the result is adjusted until the desired one Mood of the string is reached. Based on this mood then the other strings are tuned.
  • the system is very welcome insofar as it is a swift one and allows automatic tuning and so in particular untrained musicians, but also the professionals a high degree decreases in effort.
  • the system has a not insignificant Disadvantage. It's overall big and chunky and requires significant changes to the body of the guitar, the on the one hand an influence on their acoustics (sound) and on the other hand on their handling (because of the changed weight) to have. Aside from that, the look of the guitar will also be in not insignificantly changed.
  • the invention proceeds. It has for its object to provide an improved device so far, which can be integrated into an instrument, in particular a guitar, with minimal influence on the sound properties and with as few and small elements. Furthermore, a method for automatic tuning of a stringed instrument is to be specified, which meets these requirements.
  • Claims 2 to 9 and 11 to 13 contain advantageous Further developments of the device or the method.
  • the core idea of the invention is the components of the device (which in this sense are also called system can) distribute on the instrument.
  • a guitar For example, not the entire device is placed in the body. So the head or neck also offers, albeit little, Room, for the (subtle) attachment of other components.
  • it can be arranged on guitars on the head anyway Means for adjusting the string length or voltage, which is the use of special parts reduced.
  • the guitar introduced fewer additional components become.
  • the signal transmission via the bus line can, for example, via a conventional bus cable, but also wireless, eg. About Radio or infrared, done.
  • control signals between the on an instrument part seated control and the at least one drive preferably guided over the strings serving as bus lines (Claim 2).
  • the strings of stringed instruments are made in many cases of a conductive material (metal) or are wrapped in a thread of one. alternative They can, if the sound permits, with a conductive Be coated material. This solution saves the use other lines laid in the instrument body would have to be. Besides the sound characteristics remains therefore not least the optics of the instrument.
  • strings are to be used as conductors, these are not electrically shorted together, have elements over which the strings are led together (for example, the bridge on a guitar) be designed so that they isolate the strings from each other.
  • elements made of a non-conductive material (eg ceramic) manufactured or coated with such, or other precautions of isolation must be made be (for example, interposed insulating discs, etc.).
  • the drive can be a motor, for example. Electric motor, he but can also work pneumatically or hydraulically.
  • an amplifier connected instrument eg an electric guitar
  • an amplifier connected instrument eg an electric guitar
  • Control can do this in a simple way by hitting one Page to be addressed.
  • An interface as provided according to claim 5 can, gives the possibility, from the outside - also afterwards - to feed software into the device. Furthermore, can via the interface different reference moods in the storage device can be entered to the instrument to be able to vote according to different schemes.
  • An as proposed in claim 6 embodiment of the device allows a stringwise tuning of the instrument. It can just as well be used as a drive by appropriate gear or similar devices for Adjusting each one string is switchable.
  • a development of the device according to claim 8 results a redundant system.
  • the device can also malfunction a string even further to tuning the instrument operated become.
  • the method according to claim 10 provides, as already stated above a solution to the above problem with regard to a It may be preferred with a device are operated according to one of claims 1 to 9, however not limited to such a device.
  • Claim 11 describes how preferred the strings of the instrument can be used as bus lines. Thereby do not need separate cables or other means of transmission (Radio, infrared) are installed.
  • a as in a development of the method according to claim 12 required processing of the first digital signal can be useful to reliably from this signal a pitch to be able to determine.
  • a determination of the fundamental frequency (pitch) of the first digital Signal is preferably carried out with the aid of a mathematical frequency filter (claim 13). This allows in contrast to the otherwise common method of Fast Fourier Transformation (FFT) a faster and more accurate Frequency determination from only one stop of the string.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • FIGs 1 to 4 is in different, partially enlarged Views an electric guitar 1 shown with a Device according to the invention is provided.
  • the electric guitar 1 can be roughly divided into the body 2, the bridge 3 and the head 4.
  • At the corpus are at the so-called tremolo system block 5 shows the strings 6a-6f with their first ends (Ball ends) attached and side by side on the bridge 3 to stretched to the head 4, where they twirl with their second ends 7 wound and adjustable are set.
  • the Whirls 7 are mechanically connected to wings 8, so that by turning the wing 8 the end of the string on the vortex 7th or can be handled by this. This will the tension or length of the string changed and the guitar voted.
  • pick-guard 9 is a kind of cover plate and under the body 2 a space is created in which the electronics of Electric guitar 1 is arranged.
  • control chip associated with the device according to the invention arranged, which is indicated schematically in Fig. 2 with 10 is.
  • Fig. 2 it can also be seen that the head 4 of the electric guitar 1 on the mechanics of the wings 8, for example. Via a transmission, attacking servomotors 11 are arranged.
  • the Actuators belong to the device according to the invention and are in later to be described manner with the Control chip 10 connected for control. With the engines can alternatively to the manual over the wing 8 the vortex 7 is rotated and thus the tension of the strings 6a be adjusted to 6f.
  • a potentiometer 13 is shown.
  • electric guitars have several such Potentiometer for adjusting the treble, bass and the Volume.
  • the illustrated potentiometer 13 of Volume control is the illustrated potentiometer 13 of Volume control.
  • This special controller is for integration the device according to the invention in the electric guitar. 1 not as a conventional potentiometer, but as a so-called push-pull potentiometer, which is an additional Has switching function.
  • Fig. 6 In the Fign. 5 and 6 is the tremolo system block 5 and are respectively on this arranged rider 15 to guide the in the tremolo system block 5 specified strings ends.
  • Fig. 6 can be seen as the strings 6a to 6f through holes 17 in the tremolo system block 15 and with at their ends arranged thickening (ball ends) 18 at the bottom edge of the holes 17 are held.
  • an insulating sleeve 19th used, which at her protruding from the bore 17 Edge is provided with an outwardly facing collar.
  • the Contact thickening (ball ends) 18 of the strings 6a to 6f are in turn with those on the control chip 10 connected lines 14 (shown here as 14a to 14f) connected.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (d) On tremolo system block 5, those shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d) shown tab 15 attached. About these are running in the area the 16 designated rider inserts the pages. Of the in Fig. 5 (d) enlarged illustrated rider insert is in the tab shown in Fig. 5 (a) into that shown in Fig. 5 (a). used recess shown right. Since the riders 15 and the riding inserts 16 in an electric guitar 1 regularly made of metal and thus made of a conductive material, need to make a short circuit between over the wires 14 electrically contacted strings to avoid the rider inserts 16, over which the strings 6a to 6f run against each other be isolated. For this purpose, those shown in Fig. 5 (a) Isolated with 21 designated areas.
  • FIG. 7 (d) shows a detail enlargement of D in FIG. 7 (c) represents designated area.
  • the mechanical units are for adjusting the string tension consisting of the vertebrae 7, the wings 8 and the servo motors 11 once again released represented by the head 4. It can be seen that all these units sit on a common board 22, the Further controls for controlling the servomotors 11 contains. About the metallic and thus conductive vertebrae 7 the strings are electric with corresponding tracks connected to the board 22.
  • the inventive device for automatic tuning the electric guitar 1 works as follows:
  • the control chip 10 can now by striking one of the strings Commands are issued.
  • the program to tune one of the strings, z. B. the e-string 6f called become. If the program is activated, the control chip loads from a memory a reference frequency for this string, which serves as the target frequency.
  • the string is now optionally struck again, the actual frequency from the through the pickups 12 converted signal in the control chip 10th calculated and on the strings used as bus lines Signal to the board 22 or via this to the appropriate Servo motor 11 for adjusting the string tension to reach the target frequency sent. It monitors the Control chip 10 changes the frequency and gives on reaching the setpoint frequency a stop signal to the servomotor 11. In this way all strings can be tuned one after the other become.
  • a routine for calculating the actual frequency from the The electrical signal of the pickup becomes a mathematical one Frequency filter used, as this is particularly fast and reliably calculate the frequency.
  • control chip 10 different frequency specifications for the strings are given, depending on what kind of mood just to be elected (eg open tuning etc.).
  • strings 6f and 6e are transmitted the tension chosen, given the low e-string and the a-string the thickest strings of the electric guitar are 1 and so on least tear.
  • the remaining four strings 6a to 6 d can each of the control chip 10 any two as Bus lines are controlled freely. That way is the system is redundant and can still work at one or even two torn strings of strings 6a to 6d work.
  • the strings 6a to 6f can change the state show the control chip 10 and the program flow and so on simplify the handling of the device. Also can here a "quick start" be applied, for. With the ad, by striking which of the strings 6a to 6f in which Sound which commands are called.
  • the assigned to the commands Frequencies can be managed by the control chip 10 so be adapted to the current mood of the electric guitar are, that is, the user always the same string must strike with the same handle to retrieve a command, no matter how the guitar and therefore the string straight is correct.
  • the power supply of the system takes place in this embodiment externally via the amplifier cable, with the guitar anyway to an amplifier electric connected.
  • the Tonadersciens shown in Fig. 9 constantly monitors the internal resistance of the electric guitar 1. This is at normal play ready electric guitar 1 high. Now pulls the musician push-pull potentiometer 13, so couples the pickup 12 from the jack for the Amplifier cable and thus from the amplifier and turns off the Control chip 10 too. This reduces the internal resistance of the electric guitar 1 at least by a factor of 20. This recognizes the Circuit and switches the amplifier cable to one of the Amplifier off so that the electric guitar 1 "muted" tuned can.
  • the circuit switches a supply voltage, which, for example, from the power supply of the amplifier, but even an external power supply can gain on the amplifier cable.
  • This voltage is then supplied to the controller 10 and passed through the strings 6e and 6f in the head 4.
  • the device according to the invention can work. After completion of the vote or, for example, the establishment of the Circuit or the application of new data switches the musician the push-pull potentiometer 13 back to normal position.
  • the internal resistance of the electric guitar 1 rises the now connected again to the amplifier cable pickup 12 again. This recognizes the tone circuit according to Fig. 9 and outputs the signals from the amplifier cable again on the amplifier, the musician can continue playing.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes (1), insbesondere einer Gitarre, mit: einer Erfassungseinrichtung (12) zum Erfassen eines durch Anschlagen einer Saite (6a - 6f) erzeugten Tones sowie zum Ausgeben eines dem erfaßten Ton entsprechenden, digitalen Signals, einer Speichereinrichtung zum Abspeichern vorgegebener digitaler Signale, welche einem erwünschten Ton entsprechen, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des von der Erfassungseinrichtung (12) ausgegebenen digitalen Signals mit einem in der Speichereinrichtung abgelegten, dem erwünschten Ton entsprechenden digitalen Signal, einer Stelleinrichtung zum Verändern der Spannung der Saiten (6a - 6f), wenigstens einem Antrieb (11) zum Antrieb der Stelleinrichtung (7), einer mit der Vergleichseinrichtung verbundenen Steuerung (10) welche anhand einer in der Vergleichseinrichtung festgestellten Abweichung zwischen den den erzeugten Ton und den erwünschten Ton repräsentierenden Signale den wenigstens einen Antrieb (11) über eine Busleitung ansteuert, angegeben, die gegenüber dem Stand der Technik insoweit verbessert ist, als daß sie in ein Instrument, insbesondere eine Gitarre, mit minimaler Beeinflussung der Klangeigenschaften und mit möglichst wenigen und kleinen Elementen integriert werden kann. Dazu sind die Steuerung (10) und der mindestens einen Antrieb (11) in dem Saiteninstrument (1) in Längsrichtung der Saiten (6a - 6f) gesehen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Saiten (6a - 6f) angeordnet und die Busleitung ist zwischen der Steuerung (10) und dem mindestens Antrieb die Länge der Saiten überbrückend geführt. Ferner wird ein Verfahren zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes (1) angegeben. <IMAGE>

Description

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 8.
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 US 4,803,908 eine Vorrichtung zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes vorgeschlagen, welches alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist. Bei dieser Vorrichtung werden an einer Gitarre mit einem dort "Strummer" genannten, im Korpus der Gitarre angeordneten Hilfsmittel alle Saiten gleichzeitig angeschlagen. Eine Elektronik erfaßt die Töne, vergleicht sie mit der Soll-Vorgabe und steuert eine an den Saiten angreifende Stelleinrichtung zur Verstellung der Saitenspannungen in der Weise, daß sie die vorgegebenen Töne treffen, an.
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 10 angegeben.
Die Ansprüche 2 bis 9 und 11 bis 13 enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens.
Kerngedanke der Erfindung ist es, die Komponenten der Vorrichtung (die so gesehen auch als System bezeichnet werden kann) auf dem Instrument zu verteilen. 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 tiefgreifende 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 2). 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. zwischengeordnete 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.
Wenn wie in einer Weiterbildung nach Anspruch 3 auch die Stromversorgung für den mindestens einen Antrieb über wenigstens eine der Saiten geführt ist, muß auf der Seite des Antriebs keine eigene Stromversorgung (Batterie o.ä.) bereitgestellt werden, was zu einem zusätzlichen Bauteil mit allen negativen Folgen für die Optik und die Balance des Instrumentes führen würde, und es muß auch keine gesonderte Versorgungsleitung verlegt werden, was zu den oben bereits genannten Nachteilen führen würde.
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 Anspruch 9 ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung zur Integration in einer E-Gitarre angegeben.
Das Verfahren nach Anspruch 10 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 9 betrieben werden, ist jedoch nicht auf eine solche Vorrichtung beschränkt.
Anspruch 11 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 12 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 13). 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:
Fig. 1
eine schematische Ansicht von vorn einer E-Gitarre als mögliches Anwendungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2
eine schematische Ansicht der E-Gitarre aus Fig. 1 von hinten,
Fig. 3
eine weitere schematische Ansicht der E-Gitarre mit anderen Einzelheiten,
Fig. 4
eine vergrößerte Darstellung des Korpus der E-Gitarre nach der Darstellung in Fig. 3,
Fig. 5
in vier verschiedenen Darstellungen (a) bis (d) einen Reiter des Tremolosystem-Blocks der E-Gitarre,
Fig. 6
schematisch die Befestigung der Saiten im Tremolo-Systemblock sowie deren Kontaktierung mit den Spannungsversorgungs- bzw. Signalleitungen,
Fig. 7
in vier verschiedenen Ansichten (a) bis (d) den Kopf der Gitarre mit daran angebrachten Flügeln und Stellmotoren zum Einstellen der Saitenspannung,
Fig. 8
in vier verschiedenen Ansichten die in dem Kopf der Gitarre sitzenden Flügelt mit den Stellmotoren und
Fig. 9
eine schematische Schaltskizze einer Detektorschaltung zur Ansteuerung einer Tonaderspeisung für die Vorrichtung zum automatischen Stimmen der Gitarre.
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.
In den Figuren 1 bis 4 ist in verschiedenen, teilweise vergrößerten Ansichten eine E-Gitarre 1 gezeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist. Die E-Gitarre 1 läßt sich grob unterteilen in den Korpus 2, den Steg 3 und den Kopf 4. Am Korpus sind an dem sogenannten Tremolo-Systemblock 5 die Saiten 6a - 6f mit ihren ersten Enden (ball ends) befestigt und nebeneinander über den Steg 3 bis zum Kopf 4 gespannt, wo sie mit ihren zweiten Enden auf Wirbeln 7 aufgewickelt und verstellbar festgelegt sind. Die Wirbel 7 sind mechanisch mit Flügeln 8 verbunden, so daß durch Drehen der Flügelt 8 das Saitenende auf den Wirbel 7 auf- oder von dieser abgewickelt werden kann. Dadurch wird die Spannung bzw. Länge der Saite verändert und die Gitarre gestimmt.
In Figur 1 ist zudem ein sogenanntes Pick-Guard 9 zu erkennen, welche eine Art Abdeckplatte ist und unter der im Korpus 2 ein Raum geschaffen ist, in welchem die Elektronik der E-Gitarre 1 angeordnet ist. Unterhalb dieses Pick-Guards 9 ist ein zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehöriger Steuerchip angeordnet, der in Fig. 2 schematisch mit 10 angedeutet ist.
In Fig. 2 ist ferner zu erkennen, daß am Kopf 4 der E-Gitarre 1 an der Mechanik der Flügel 8, bspw. über ein Getriebe, angreifende Stellmotoren 11 angeordnet sind. Die Stellmotoren gehören zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung und sind in später noch zu beschreibender Weise mit dem Steuerchip 10 zur Ansteuerung verbunden. Mit den Motoren können alternativ zu der Handbetätigung über die Flügel 8 die Wirbel 7 verdreht und damit die Spannung der Saiten 6a bis 6f verstellt werden.
In den Fign. 3 und 4 ist in einer anderen Darstellung die E-Gitarre 1 gezeigt. Hier sind neben den in Fign. 1 und 2 zu erkennenden Elementen weitere Details der E-Gitarre 1 dargestellt. So sind bspw. die auf dem Korpus 2 unterhalb der Saiten 6a bis 6f sitzenden Tonabnehmer (Pickups) 12 zu erkennen, die die Schwingungen der Saiten (und damit den durch Anschlagen derselben erzeugten Ton) in ein elektrisches Signal umwandeln. Diese Tonabnehmer 12 dienen zugleich in später noch zu erläuternder Weise als Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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.
In den Fign. 5 und 6 ist der Tremolo-Systemblock 5 bzw. sind auf diesem angeordnete Reiter 15 zur Führung der in dem Tremolo-Systemblock 5 festgelegten Saitenenden dargestellt. In Fig. 6 ist zu erkennen, wie die Saiten 6a bis 6f durch Bohrungen 17 in dem Tremolo-Systemblock 15 geführt und mit an ihren Enden angeordneten Verdickungen (ball ends) 18 an dem unteren Rand der Bohrungen 17 gehalten werden. In das untere Ende der Bohrungen 17 ist jeweils eine isolierende Hülse 19 eingesetzt, die an ihrem aus der Bohrung 17 herausragenden Rand mit einem nach außen weisenden Kragen versehen ist. Zwischen die Kragen der Hülsen 19 und die Verdickungen (ball ends) 18 sind leitende Scheiben 20 positioniert, die die Verdickungen (ball ends) 18 der Saiten 6a bis 6f kontaktieren. Diese Scheiben sind wiederum mit den an den Steuerchip 10 angeschlossenen Leitungen 14 (hier als 14a bis 14f dargestellt) verbunden.
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 Fign. 5(a) bis 5(d) gezeigten Reiter 15 befestigt. Über diese laufen im Bereich der mit 16 bezeichneten Reitereinsätze die Seiten. Der in Fig. 5(d) vergrößert dargestellte Reitereinsatz wird in den in Fig. 5(a) gezeigten Reiter in die in der Fig. 5(a) rechts dargestellte Ausnehmung eingesetzt. Da die Reiter 15 und die Reitereinsätze 16 bei einer E-Gitarre 1 regelmäßig aus Metall und damit aus einem leitenden Material bestehen, müssen, um einen Kurzschluß zwischen den über die Leitungen 14 elektrisch kontaktierten Saiten zu vermeiden die Reitereinsätze 16, über die die Saiten 6a bis 6f laufen, gegeneinander isoliert sein. Zu diesem Zwecke sind die in Fig. 5(a) mit 21 bezeichneten Flächen isoliert.
In den Figuren 7(a) bis 7(d) sind noch einmal Einzelheiten des Kopfes 4 der E-Gitarre 1 mit den daran angeordneten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erkennen, wobei Fig. 7(d) eine Detailvergrößerung des in Fig. 7(c) mit D bezeichneten Bereichs darstellt.
In den Figuren 8(a) bis 8(d) sind die mechanischen Einheiten zum Verstellen der Saitenspannung bestehend aus den Wirbeln 7, den Flügeln 8 und den Stellmotoren 11 noch einmal losgelöst von dem Kopf 4 dargestellt. Zu erkennen ist, daß alle diese Einheiten auf einer gemeinsamen Platine 22 sitzen, die weitere Steuerelemente zur Ansteuerung der Stellmotoren 11 enthält. Über die metallischen und damit leitenden Wirbeln 7 sind die Saiten elektrisch mit entsprechenden Leiterbahnen auf der Platine 22 verbunden.
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 Figur 9 dargestellte Schaltung zurückgegriffen, die nachfolgend noch zu beschreiben sein wird.
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 Fig. 9 dargestellte Tonaderschaltung überwacht ständig den Innenwiderstand der E-Gitarre 1. Dieser liegt bei normal spielbereiter E-Gitarre 1 hoch. Zieht nun der Musiker das Push-Pull Potentiometer 13, so koppelt der die Tonabnehmer 12 von der Klinkenbuchse für das Verstärkerkabel und damit vom Verstärker ab und schaltet den Steuerchip 10 zu. Dadurch sinkt der Innenwiderstand der E-Gitarre 1 wenigstens um einen Faktor 20 ab. Dies erkennt die Schaltung und schaltet das Verstärkerkabel zum einen von dem Verstärker ab, damit die E-Gitarre 1 "stumm" gestimmt werden kann. Ferner schaltet die Schaltung eine Versorgungsspannung, die sie bspw. von dem Netzteil des Verstärkers, aber auch einem externen Netzteil gewinnen kann auf das Verstärkerkabel. Diese Spannung wird dann der Steuerung 10 zugeführt und über die Saiten 6e und 6f in den Kopf 4 weitergeleitet. Nun kann die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeiten. Nach Beendigung des Stimmens oder bspw. des Einrichtens der Schaltung oder des Aufbringens neuer Daten schaltet der Musiker das Push-Pull Potentiometer 13 zurück in die Normalstellung. Der Innenwiderstand der E-Gitarre 1 steigt durch die nun wieder an das Verstärkerkabel angeschlossenen Tonabnehmer 12 wieder an. Dies erkennt die Tonader Schaltung gemäß Fig. 9 und gibt die Signale aus dem Verstärkerkabel wieder auf den Verstärker, der Musiker kann weiterspielen.
Bezugszeichenliste
1
E-Gitarre
2
Korpus
3
Steg
4
Kopf
5
Tremolo-Systemblock
6a-f
Saite
7
Wirbel
8
Flügel
9
Pick-Guard
10
Steuerchip
11
Stellmotor
12
Tonabnehmer
13
Potentiometer
14
Leitung
15
Reiter
16
Reitereinsatz
17
Bohrung
18
Verdickung
19
Hülse
20
Scheibe
21
Fläche
22
Platine

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes (1), insbesondere einer Gitarre, mit:
    a) einer Erfassungseinrichtung (12) zum Erfassen eines durch Anschlagen einer Saite (6a - 6f) erzeugten Tones sowie zum Ausgeben eines dem erfaßten Ton entsprechenden, digitalen Signals,
    b) einer Speichereinrichtung zum Abspeichern vorgegebener digitaler Signale, welche einem erwünschten Ton entsprechen,
    c) einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des von der Erfassungseinrichtung ausgegebenen digitalen Signales mit einem in der Speichereinrichtung abgelegten, dem erwünschten Ton entsprechenden digitalen Signal,
    d) einer Stelleinrichtung (7) zum Verändern der Spannung der Saiten (6a - 6f),
    e) wenigstens einen Antrieb (11) zum Antrieb der Stelleinrichtung (7),
    f) einer mit der Vergleichseinrichtung verbundenen Steuerung (10) welche anhand einer in der Vergleichseinrichtung festgestellten Abweichung zwischen den den erzeugten Ton und den erwünschten Ton repräsentierenden Signale den wenigstens einen Antrieb (11) über eine Busleitung ansteuert,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) und der mindestens einen Antrieb (11) in dem Saiteninstrument (1) in Längsrichtung der Saiten (6a - 6f) gesehen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Saiten (6a - 6f) angeordnet sind und daß die Busleitung zwischen der Steuerung (10) und dem mindestens Antrieb die Länge der Saiten überbrückend geführt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Busleitung durch zumindest eine der Saiten (6a - 6d) dargestellt ist, welche aus einem leitenden Material besteht oder mit einem solchen umwickelt und/oder beschichtet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des mindestens einen Antriebs (11) ebenfalls über wenigstens eine der Saiten (6e, 6f) geführt ist, welche aus einem leitenden Material besteht oder mit einem solchen umwickelt und/oder beschichtet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) so eingerichtet ist, daß sie durch Empfang eines einen innerhalb einer Toleranzspanne liegenden Ton repräsentierenden digitalen Signals von der Erfassungseinrichtung geschaltet werden kann.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schnittstelle zum Datenaustausch aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Saite (6a - 6f) eine Verstellvorrichtung (7) mit eigenem Antrieb (11) zugeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit ihren Komponenten Erfassungseinrichtung, Speichereinrichtung, Vergleichseinrichtung, Stelleinrichtung (7), Antrieb (11) und Steuerung (10) vollständig in dem Saiteninstrument (1) integriert ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Busleitung(en) und/oder Stromzuleitungen genutzte(n) Saite(n) (6a - 6f) von der Steuerung (10) frei wählbar ist, so daß bei einem Defekt in einer Saite (6a - 6f) (Riß oder Unterbrechung der Leitung) von der Steuerung (10) eine alternative Saite (6a - 6f) als Busleitung bzw. Stromzuleitung gewählt werden kann.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Gitarre (1), vorzugsweise einer E-Gitarre, integriert ist, wobei die Steuerung (10) auf dem Korpus (2) der Gitarre (1) angeordnet ist und die Stelleinrichtung (7) und der wenigstens eine Antrieb (11) am oberen Ende des Halses angeordnet sind und der wenigstens eine Antrieb (11) über eine entlang des Halses verlaufende Busleitung, vorzugsweise über die als Busleitung genutzten Saiten (6a - 6d), an die Steuerung (10) angeschlossen ist.
  10. Verfahren zum automatischen Stimmen eines Saiteninstrumentes, bei welchem:
    1. eine zu stimmende Saite angeschlagen wird,
    2. der von der Saite erzeugte Ton von einer Erfassungseinrichtung erfaßt und in ein korrespondierendes erstes digitales Signal umgerechnet wird,
    3. das erste digitale Signal mit einem vorgegebnen, einem erwünschten Ton entsprechenden zweiten digitalen Signal verglichen und aus dem Vergleich in einer Steuerung eine erforderliche Veränderung der Saitenspannung errechnet wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß von der auf in Längsrichtung der Saite gesehen auf einer ersten Seite angeordneten Steuerung ein Ansteuersignal an einen mit einer Stelleinrichtung zum Einstellen der Saitenspannung verbundenen, auf der in Längsrichtung der Saite gesehen gegenüberliegenden Seite sitzenden Antrieb über eine oder mehrere Busleitung(en) gegeben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als die eine oder mehrere Busleitung(en) die aus einem leitenden Material bestehende oder mit einem solchen umwickelte und/oder beschichtete Saiten des Saiteninstrumentes verwendet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale Signal zur weiteren Verarbeitung aufbereitet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem ersten digitalen Signal mittels eines mathematischen Frequenzfilters die Frequenz des angeschlagenen Tones bestimmt wird und daß das zweite digitale Signal einer vorgegebenen Frequenz entspricht.
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