Электронный музыкальный инструмент с сенсорной клавиатурой

 

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ С СЕНСОРНОЙ КЛАВИАТУРОЙ, содержащий блок задающих генераторов, состоящий из h генераторов нот, клавиатуру , состоящую из П передающих и h приемных контактов, и последовательно соединенные темброблок, усилитель и звуковоспроизводящее устройство. отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности клавиатуры путем устранения механических движущихся деталей при одновременном снижении стоимости, в него введены h-канальный высокочастотный нодулятор , генератор прямоугольных импульсов высокой частоты, фильтр верхних частот и амплитудный детектор, причем И выходов блока задающих генераторов подключены к входам Л-канального высокочастотного модулятора, генера-тор прямоугольных импульсов высокой частоты подключен к управляющему входу И-канального модулятора, И вы ходов которого подключены к п передающим контактам клавиатуры, выходы (Л h приемных контактов объединены и подключены к последовательно соединенным фильтру верхних частот, амплитудному детектору и темброблоку.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕОНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1132307 з Ю С10 Н 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ U:-

I с, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3491505/18-21 (22) 16.09.82 (46) 30.12.84. Бюл. к 48 (72) О.Н.Партала (53) 681 828(088.8) (56) 1. Патент Японии У 50-38238, кл. G 10 Н 5/00, 1975.

2. Международный патент

PCT 80/01116, кл. 610 3/02, 1980.

3. Вингрис Л.Г., Скрин Ю.А. Любительские конструкции многополосных

ЭМИ. М., "Энергия", 1964, с. 10, рис. 2 (прототип). (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОННЫЙ МУЗЫКАЛЬНЫЙ

ИНСТРУМЕНТ С СЕНСОРНОЙ КЛАВИАТУРОЙ, содержащий блок задающих генераторов, состоящий из И генераторов нот, клавиатуру, состоящую из Vl передающих и и приемных контактов, и последовательно соединенные темброблок, усилитель и звуковоспроизводящее устройство, отличающийся тем,что, с целью повышения надежности клавиатуры путем устранения механических движущихся деталей при одновременном снижении стоимости, в него введены

h -канальный высокочастотный яодулятор, генератор прямоугольных импульсов высокой частоты; фильтр верхних частот и амплитудный детектор, причем

И выходов блока задающих генераторов подключены к входам A --канального высокочастотного модулятора, генератор прямоугольных импульсов высокой частоты подключен к управляющему входу п -канального модулятора, и выходов которого подключены к р пере- И

Ю дающим контактам клавиатуры, выходы приемных контактов объединены и подключены к последовательно соединенным фильтру верхних частот, амплитудному детектору и темброблоку.

Инструмент по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения проникновения высокочастотного сигнала, в выходные цепи введен компенсирующий фильтр, состо132307 ящий из параллельно включенных резистора и конденсатора, причем первый вывод компенсирующего фильтра подключен к общей точке приемных контактов, а другой — к общей шине.

Изобретение относится к электронным музыкальным инструментам (ЭМИ).

Известна сенсорная клавиатура, в которой прикосновение пальцев к контакту замыкает цепь передачи 5 сигнала ноты t1).

Однако в такой клавиатуре используется только бинарный принцип

"включено-выключено" и исполнитель не имеет возможности регулировать !О силу звука нажатием пальцев. Кроме того, при прикосновении пальца к . передающему и приемному контактам, в приемном контакте наряду с полезным сигналом ноты появляется и напряжение фона сети 50 Гц, наводимое на человеческое тело. При этом напряжение фона на приемном контакте может в 10-20,раз превышать напряжение полезного сигнала.. Фильтрация фона обычными спосо-2а бами (режекторный фильтр и т.п.) невозможна, так как ряд нот в басовом ключе имеет частоты близкие к частоте

50 Гц и ее гармоникам (100 Гц, 150 Гц и т.д.). 25

Известны ЭМИ с фотоэлектрической клавиатурой, в которой клавиша при движении перекрывает заслонкой часть светового потока, поступающего. на

Фотоприемное устройство. В такой кла-ЗО виатуре у исполнителя появляется всзможность пальцами регулировать силу звука (2j.

Однако такая клавиатура также содержит движущиеся механические элементы и сложна в изготовлении.

Наиболее близким к предлагаемому инструменту является классическая схема ЭМИ,,содержащая последовательно соединенные блок задающих генераторов нот, клавиатуру, темброблок усилитель и звуковоспроизводящее устройство, причем клавиатура содержит набор пере дающих и приемных контактов, перемыкаемых механически 1,33.

Недостатком данного устройства является ненадежность в связи с наличием механически движущихся деталей.

Цель изобретения — повышение на-, дежности клавиатуры путем устранения механически движущихся деталей при одновременном снижении стоимости.

Поставленная цель достигается тем, что в электронный музыкальный инструмент с сенсорной клавиатурой, содержащий блок задающих генераторов, состоящий иэ 0 генераторов нот, клавиатуру, состоящую из л передающих и д приемных контактов, и последовательно соединенные темброблок, усилитель и звуковоспроизводящее устройство, введены И -канальный высокочастотный модчлятоо, генератор поямоуголь- .

° ных импульсов высокой частоты, фильтр верхних частот и амплитудный детектор, причем г1 выходов блока задающих генераторов подключены к входам И-канального высокочастотного модулятора, .генератор прямоугольных импульсов высокой частоты подключен к управляющему входу h --канального модулятора, выходов которого подключены к И передающим контактам клавиатуры, выходы-у1 приемных контактов объеди-» иены и подключены к последовательно соединенным фильтру верхних частот, амплитудному детектору и темброблоку, При этом, с целью уменьшения проникновения высокочастотного сигнала, в выходные цепи введен компенсирующий фильтр, состоящий из параллельно включенных резистора и конденсатора, причем первый выход компенсирующего фильтра подключен к общей точке приемных контактов, а второй — к общей шине.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2.— диаграммы напряжений в и -канальном высокочастотном модуляторе.

3 1132

ЭМИ содержит блок 1 задающих генераторов, клавиатуру. 2, состоящую из г1 передающих контактов 3-1, 3-2, 3-И и л приемных контактов 4-1, 4-2, ..., 4-п, последовательно соединенных темброблок 5, усилитель 6, звуковоспроизводящее устройство 7, И-канальный высокочастотный модулятор 8, генератор 9 прямоугольных импульсов высокой частоты, компен- 10 сирующий фильтр 10, фильтр верхних частот ФВЧ 11 и амплитудный детектор 1g. При этом компенсирующий фильтр 10 состоит из параллельно включенных регистра 13 и конденсатора 14.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 задающих генераторов вырабатывает сигналы П частот, соответствующих нотам музыкального строя в заданном диапазоне. Форма сигнала— произвольная, однако сигнал должен бйть однополярным (например положительные). Сигналы нот И частот 25 поступают на 1 входов И -канального модулятора 8. На управляющий вход модулятора 8 поступает сигнал с генератора 9. На фиг. 2а показан сигнал ИОты пОступающий на Один из 3б . входов модулятора 8, на фиг. 2б— сигнал генератора 9. На соответствующем выходе модулятора 8 формируется напряжение, показанное на фиг. 2в.

Как видно из фиг. 2в, сигнал на выходах модулятора 8 — высокочастотный и модулированный по амплитуде. Такие сигналы поступают на передающие кон- такты 3-1, 3-2, ..., 3-и клавиатуры

2. Если перемкнуть пальцем, например,40 передающий 3.-1 и приемный 4-1 контакты клавиатуры 2, то высокочастотный сигнал ноты через кожную проводимость пальца поступит на приемный контакт 4-1 и далее на выходные 4> цепи ЭИИ.

Однако вместе с этим сигналом на приемный контакт 4-1 поступит также напряжение фона 50 Гц наводимого на тело человека. Этот фон подавляется в фильтре верхних частот 11. Постоянная времени фильтра выбирается примерно равной периоду высокочастотных колебаний генератора 9. Поэтому высокочастотный сигнал ноты проходит через фильтр 11 беэ заметного ослабления, а сигнал фона подавляется. Если частоту генератора 9 выбирать порядка

307

00 КГц, г e° . B 10" раэ выше частоты фона 50 Гц, то во столько же раз можно подавить фон по отношению к сигналу ноты. Этого вполне достаточно, чтобы на выходе ЭИИ фон не прослушивался.

С выхода ФВЧ 11 отфильтрованные сигналы нот поступают на амплитудный детектор 12, который выделяет огибающую вида фиг. 2а, т.е. первоначальные сигналы нот, которые затем через темброблок 5 и усилитель 6 поступают на звуковоспроизводящее устройство 7.

Кожную проводимость пальца можно рассматривать как параллельное соединение конденсатора с емкостью величиной С и резистора с сопротивлением величиной Йп, значения которых в зависимости от силы давления пальца меняются в пределах: П

= при малых давлениях 2-5 мОм

Э

= при больших давлениях

100-200 кОм, = при малых давлениях

100-200 пФ, = при больших давлениях

1600-2000 пф.

Широкие границы изменения величины

Rp и С q дают возможность исполнителю изменять громкость звучания нотЫ в 10-30 раз.

Для осуществления динамического диапазона необходимо, чтобы сопротивление между приемным контактом, например, 4-1 и общей шиной было хотя бы на порядок меньше, чем минимальное значение R0 . Тогда при изменении КП в 10-20 раз изменение коэффициента передачи звена Rq- резистор 13 также будет изменяться в 10-20 раз. При замыкании пальцами нескольких пар контактов (при аккорде) резистор 13 будет суммирующим.

Наличие паразитной емкости между передающим и приемным контактами 3-11 и 4-H клавиатуры 2 приводит к нежела -тельному явлению — проникновению высокочастотного сигнала в выходные цепи ЭМИ и без перемыкания пальцем какой-либо пары контактов. Во избежание этого необходимо шунтировать суммирующий резистор 13 конденсатором 14.

Величина емкости этого конденсатора должна быть по крайней мере на два порядка больше,чем суммарная паразитная емкость всех Vl IIap контактов клавиатуры 2. Если принять паразитную емкость одной пары контактов порядка! 132307 2-3 пФ (как видно из рассмотрения примера конструкции клавиатуры,кон" тактные площадки не перекрываются в пространстве, поэтому емкость между тонкими торцами площадок не должна 5 превышать указанную величину), то при и = 60 суммарная емкость составит величину порядка 200 пФ. Необходимо, . чтобы емкость конденсатора 14 была по крайней мере больше 20000 пФ. При этом проникновение паразитного высокочастотного сигнала эффективно подавляется.

Резистор 13 и конденсатор 14 образуют компенсирующий фильтр 10. Это связано с еще одной функцией этой цепочки « выравниванием коэффициента передачи в диапазоне частот, который занимает высокочастотный амплитудномодулированный сигнал ноты, Два кон-: О такта З-.й и 4-q клавиатуры 2 замыкают) пальцем, представляющим собой комплексное сопротивление Z составленное из параллельно включенных ЙП и сд

1

Ju3C

1 (1!

Rrr

j+ ï

1 .) .)С)., де Lg=k„Cq; — постоянная времени.

Соответственно фильтр 10 имеет комплексное сопротивление ) "3 Ju3 С

К1З

„Д - +, () З5

"10

ro— 1 13 „„)С„

1-10 13 1М .

Коэффициент передачи при последовательном соединении этих звеньев 40

Z10 — Rr 3 у(ОЕП и 3710+1)(Ы-"„+ )

)< Ио+1 )) п 1,3 4=д — Р, .) оЗ ). и 1

Очевидно, что при 1 О, R: е (4)

R13 + п т. е. становится частотно-чезависимым, Поскольку T 200-600 мкс, то при

Я1 = 10 кОм значение С14 должно быть порядка 20-60 тыс. пФ, что совпадает с расчетом по условию подавления просачивания.

Таким образом, введение в схему

ЭИИ )1-канального высокочастотного модулятора 8, ФВЧ11 и амплитудного детектора 12 позволяет устранить фон сети 50 Гц, наводимый на тело человека. Введение компенсирующего фильтра 10 позволяет подавить паразитное проникновение высокочастотных сигналов и выровнять коэффициент передачи в полосе частот задакицих генераторов.

Один из вариантов реализации сенсорной клавиатуры — нанесение на поверхность клавиши передающего и приемного контактов в виде металлических полосок. Передающие контакты могут располагаться в виде полосы по центральной оси клавиши (3-1,3-2, ...)„ а приемные контакты 4-1, 4-2, по обе стороны от передающих и замыкайтся на верхнем и нижнем краях клавиши, образуя зазор 1-5 мм вокруг передающих контактов, приемные контакты различных клавиш при этом сливаются в одно поле, чем реализуется суммирующая шина, показанная на фиг. 1.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в использовании весьма технологичной и надежной клавиатуры, так как в ней отсутствуют движущиеся детали, а сама клавиатура выполняется способом печатного монтажа.к имеет низкую стоимость.

1132307

Составитель С. Клевцов

Редактор M. Недолуженко Техред О.Неце КорректорС.Шекмар

Заказ 9797/42 Тираж 374 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4