Электронный музыкальный инструмент с сенсорной клавиатурой Советский патент 1984 года по МПК G10H1/02 

со ю

со

2. Инструмент по п. 1, о т л ичающийся тем, что, с целью уменьшения проникновения высокочастотного сигнала, в выходные цепи введен компенсирующий фильтр, состоящий из параллельно включенных резистора и конденсатора, причем первый вьшод компенсирующего фильтра подключен к общей точке приемных контактов, а другой - к общей шине.

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.

Изобретение относится к электронным музыкальным инструментам (ЭМИ).

Известна сенсорная клавиатура, в которой прикосновение пальцев к контакту замыкает цепь передачи сигнала ноты 1.

Однако в такой клавиатуре используется только бинарный принцип :. включено-выключено и исполнитель не имеет возможности регулировать силу звука нажатием.пальцев. Кроме того, при прикосновении пальца к передающему и приемному контактам, в приемном контакте наряду с полезным сигналом ноты появляется и напряжени фона сети 50 Гц, наводимое на человеческое тело.При этом напряжение фона на приемном контакте может в . раз превышать напряжение полезного сигнала-. Фильтрация фона обычными способами (режекторньй 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.) .

Известны ЭМИ с фотоэлектрической клавиатурой, в которой клавиша при движении перекрывает заслонкой часть светового потока,поступающего на йютоприемное устройство. В такой клавиатуре у исполнителя появляется возможность пальцами регулировать силу звука 23.

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 , клавиатуру, темброблок,усилитель и звуковоспроизводящее устройство, причем клавиатура содержит набор передающих и приемных контактов, перемыкаемых механически СЗЗ.

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

Цель изобретения - повышение надежности 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 из л генераторов нот, клавиатуру, состоящую из ппередающих и п приемных контактов, и последовательно соединенные темброблок, усилитель и звуковоспроизводящее устройство J введены И-канальный высокочастотный модулятор, генератор прямоугольных импульсов ВЫСОКОЙ частоты, фильтр верхних частот и амплитудный детектор причем К1 выходов блока задающих генераторов подключены к входам И-канального высокочастотного модулятора, г генератор прямоугольных импульсов высокой частоты подключен к управляющему входу И-канального модулятора, h выходов которого подключены к Vl передающим контактам клавиатуры, выходы И приемных контактов объеди--, нены 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, причём первый выход компенсирукицего фипьтра подключен к общей точке приемных контактов, а второй - к общей шине.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы напряжений в п -канальном высокочастотном модуляторе. ЭМИ содержит блок 1 задающих гене раторов, клавиатуру 2, состоящую из К1 передающих контактов 3-1 , 3-2, . . . 3-h и и приемных контактов А-1, 4-2, ..., А-И, последовательно соеди ненных темброблок 5, усилитель 6, звуковоспроизводящее устройство 7, h-канальный высокочастотный модулятор 8, генератор 9 прямоугольных импульсов высокой частоты, компенсирующий фильтр 10, фильтр верхних частот ФВЧ 11 и амплитудный детектор 12. При этом компенсирующий фильтр 10 состоит из параллельно включенных регистра 13 и конденсатора 14. Устройство работает следующим образом. Блок 1 задающих генераторов вырабатывает сигналы h частот, соответствующих нотам музыкального строя в заданном диапазоне. Форма сигнала произвольная, однако сигнал должен быть однополярным (например положитедьные). Сигналы нот h частот поступагот на ц входов п -канального модулятора 8. На управляющий вход модулятора 8 поступает сигнал с генератора 9. На фиг. 2а показан сигнал ноты, поступающий на один из входов модулятора 8, на фиг. 26 сигнал генератора 9. На соответствующем выходе модулятора 8 формируется напряжение, показанное на фиг. 2в. Как видно из фиг. 2в, сигнал на выходах модулятора 8 - высокочастотны и модулированный по амплитуде. Такие сигналы поступают на передающие контакты 3-1, 3-2, ..., 3-h клавиатуры 2. Если перемкнуть пальцем, например передающий 3-1 и приемный 4-1 контакты клавиатуры 2, то высокочастотный сигнал ноты через кожную проводи мость пальца-, поступит на приемный контакт 4-1 идалее на выходные цепи ЭМИ. Однако вместе с этим сигналом на при емный контакт 4-1 поступит также напря жение фона 50 Гц наводимого на тело человека. Этот фон подавляется в фильтре верхних частот 11. Постоянна времени фильтра выбирается примерно равной периоду высокочастотных колебаний генератора 9. Поэтому высокочастотный сигнал ноты проходит через фильтр 11 без заметного ослабления, а сигнал фона подавляется. Если частоту генератора 9 выбирать порядка 500 КГц, т.е. в lOt раз выше частоты фона 50 Гц, то во столько же раз можно подавить фон по отношению к сигналу ноты. Этого вполне достаточно, чтобы на выходе ЭМИ 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 RH , значения которых в зависимости от силы давления пальца меняются в пределах: п Г при малых давлениях 2-5 мОм, 1 при больших давлениях 100-200 кОм, { при малых давлениях 100-200 пФ, при больших давлениях 1600-2000 пФ. Широкие границы изменения величины Rp и GII 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 бвшо хотя бы на порядок меньше, чем минимальное значение Rp| . Тогда при изменении Rfj 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-Й и 4-И клавиатуры 2 приводит к нежелагтельному явлению - проникновению высокочастотного сигнала в ВЫХОДНЕЮ цепи ЭМИ и без пербмыкаНия 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 И пар контактов клавиатуры 2. Если принять паразитную емкость одной пары контактов порядка 2-3 пФ (как видно из рассмотрения примера конструк1щи клавиатуры,контактные площадки не перекрываются в пространстве, поэтому емкость между тонкими торцами площадок не должн превьшать указанную величину), то при h 60 суммарная емкость состави 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 высокочастотньй амплнтудномодулированный сигнал ноты. Два контакта и 4-ц клавиатуры 2 зaмыкaю пальцем, представляющим собой комплексное сопротивление Zj , составлен ное из параллельно включенных R п и о . 7 - J Cn- Пf J, ZD-:;-- - -: г / и) R +,J JuJCn де tn. постоянная времени. Соответственно фильтр 10 имеет комплексное сопротивление 3 Ju)t,o.+ где . Коэффициент передачи при последовательном соединении этих звеньев ц - ГО, - 13 -z.Zn -гШ;.,-5.,.Е|)Ri3- P°V«n JtJLn + l 076 Очевидно, что при «13 , Rl5+Rn Т.е. становится частотно-независимым. Поскольку Tp;si200-600 мкс, то при 10 кОм значение С должно быть порядка 20-60 тыс. пФ, что совпадает с расчетом по условию подавления просачивания. Таким образом, введение в схему ЭМИ П-канального высокочастотного модулятора 8, ФВЧ11 и амплитудного детектора 12 позволяет устранить фон сети 50 Гц, наводимьй на тело человека. Введение компенсирующего фильтра 10 позволяет подавить паразитное проникновение высокочастотных сигналов и выровнять коэффициент передачи в полосе частот задающих генераторов. Один из вариантов реализации сенсорной клавиатуры - нанесение на поверхность клавиши передающего и приемного контактов в виде металлических полрсок. 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 нйдежной клавиатуры, так как в ней отсутствуют движущиеся детали, а сама клавиатура выполняется способом печатного монтажа, и имеет низкую стоимость.

опооппппппппппоппппп пППППИ пПППП п

Фие. 2 ПППП