DE3422737C2

DE3422737C2 - Elektronisches Körperinstrument

Info

Publication number: DE3422737C2
Application number: DE3422737A
Authority: DE
Inventors: Helge Dipl.-Ing. Zwosta (FH), 8902 Neusäß
Original assignee: Individual
Current assignee: Zwosta Helge Dipl-Ing (fh) 8903 Bobingen De
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1985-10-03
Also published as: US4627324A; DE3422737A1

Abstract

Um sowohl Körperbewegungen als auch das Betasten der Körperfläche in Töne und/oder visuelle Signale umzusetzen, werden am menschlichen Körper eine Vielzahl von geeigneten Sensoren angebracht. Die von den Sensoren abgegebenen elektrischen Signale werden mittels einer Verknüpfungsmatrix definiert elektronischen Signalgeneratoren zugeführt, welche zur Abgabe charakteristischer Schwingungssignale fähig sind. Die von den Signalgeneratoren abgegebenen Signale werden verstärkt und elektro-akustischen (Lautsprecher) und/oder elektro-visuellen (lightshow) Wandlern zugeführt. Dadurch ist es möglich, zum einen tänzerische Bewegungen in Ton- und/oder Lichtfolgen umzusetzen, zum anderen unter Einsparung eines Instrumentenkörpers, durch rhythmisches Betasten von am Körper angebrachten Sensoren, gezielt Töne und/oder Lichteffekte zu erzeugen.

Description

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50 spruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Körper ein elektrischer Haltesensor (19) angebracht ist, dessen Betätigung vermittels einer vor den Schalteingängen (17) angeordneten elektronischen Schaltung (29) bewirkt, daß das von den Signalgeneratoren (5) abgegebene Signal in seiner Stärke so lange erhalten bleibt, wie die Betätigung andauert.

9. Elektronisches Körperinstrument nach einem der Ansprüche 2,4, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahlschalter (9), (12), die Tonsensoren (15) und die Haltesensoren (19) elektrische Membrantaster, Drucktaster oder ohmsche oder kapazitive Berührungstaster sind.

10. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonsensoren (15) auf piezoresistivem oder piezokapazitivem Prinzip beruhen und bei einer auf sie ausgeübten Druckkraft ein proportionales elektrisches Signal abgeben.

11. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruchs und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Tonsensoren (15) abgegebene elektrische Signal nach geeigneter Verstärkung (2) und evtl. notwendiger Umwandlung (3) auf den Amplitudenmodulationseingang (14) eines Signalgenerators (5) mit charakteristischer Signalabgabe (10) gegeben wird.

12. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß Tonsensor (15) und Verzerrsensor (16) ein gemeinsames Bauteil als Ton-Verzerrsensor (26) bilden, welches auf piezoresistivem oder piezokapazitivem Prinzip beruht, und sowohl bei Druckkraftausübung als auch bei Kraftausübung quer zur Druckkraft voneinander unabhängige kraftproportionale elektrische Signale abgibt.

13. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ton-Verzerrsensor (26) abgegebenen druckkraftproportionalen elektrischen Signale nach Verstärkung (2) dem Amplitudenmodulationseingang (14), die querkraftproportionalen elektrischen Signale dem Frequenzmodulationseingeng (13) eines Signalgeneiators(5)zugeführt werden.

14. Elektronisches Körperinstrument nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Wandler (1) und Wahltaster (9, 12), sowie die Verknüpfungsmatrix (4) und das verbindende elektrische Netzwerk sowohl auf der menschlichen Haut, als auch auf einem am menschlichen Körper getragenes Kleidungsstück, als auch im Futter eines Kleidungsstükkes angebracht sind.

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65 Die Erfindung betrifft ein elektronisches Körperinstrument zur Umwandlung körperlicher Aktionen in akustische und/oder visuelle Signale.

Bei Popmusikveranstaltungen sind zwei Arten von Entwicklungen festzustellen. Dies ist erstens der Einsatz moderner Elektronik zur Erzeugung, Verstärkung und Variation von musikalischen Tönen und zweitens der verstärkte Trend zu Showeffekten. Zur Erzeugung von musikalischen Tönen werden bekanntermaßen Musikinstrumente von bestimmter räumlicher Ausdehnung verwendet. Das heißt, die musikalischen Akteure müssen diese räumlich ausgedehnten Instrumente am Kör-

per tragen (Trompete, Gitarre) oder sie sind an deren Aufstellungsort gebunden (Klavier). Weiter ist bisher die Tonerzeugung L a. an eine gezielte Instrumentenbedienung mit den Fingern gebunden.

Der Erfindung liegt zum einen die Aufgabe zugrunde, die räumliche Instrumentenausdehnnng zu beseitigen, zum anderen Töne durch Körperbewegungen zu erzeugen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge'öst, daß eine beliebige Anzahl von mechanisch-elektrischen und/oder optisch elektrischen Wandlern, welche am menschlichen Körper angebracht sind, bei bestimmten körperlichen Aktionen elektrische Signale abgeben, die nach Verstärkung und je nach Wandlerprinzip erforderlicher elektrischer Umformung, elektrischen Signalgeneratoren vermittels einer Verknüpfungsmatrix derart zugeführt werden, daß von den Signalgeneratoren den körperlichen Aktionen zugeordnete elektrische Signale abgegeben werden, welche nach Verstärkung auf elektro-akustische und/oder elektrovisuelle Umformer gegeben werden.

Unter »körperlichen Aktionen« werden sowohl tänzerische Bewegungen, als auch das rhythmische Betasten eines oder mehrerer Wandler verstanden. Die Funktionsweise der Wandler entscheidet, welche Art der Aktionen gerade in elektrische Signale umgewandelt werden. So wird z. B. eine schnelle Armbewegung einen am Arm angebrachten Beschleunigungswandler zur Signalabgabe veranlassen, während das rhythmische Betasten einen am Oberschenkel angebrachten Druckkraftwandler zur Signalabgabe veranlaßt Die Übertragung der Wandlersignale vom menschlichen Körper zu den Signalgeneratoren kann der bestehenden Technik entsprechend, durch elektrische Kabel oder auch drahtlos d. h. über ein elektromagnetisches oder auf Ultraschall etc. basierendes Sender-Empfängerprinzip erfolgen.

Als Signalgeneratoren werden hier ganz allgemein elektronische Schaltungen verstanden, welche bei Ansteuerung charakteristische Signale abgeben. Die charakteristischen Signale können Sinus-, Rechteck- etc. Funktionen, aber auch eine bestimmte Klangfarbe mit einer charakteristischen Hüllkurve sein. Ein charakteristisches Signal kann z. B. der zeitliche Signalverlauf der auf einem Klavier angeschlagenen Note c¹ sein.

Die technische Realisierung der Erzeugung einer bestimmten Klangfarbe erfolgt heute nach unterschiedlichen Methoden (z. B. auf einem Mastergenerator mit Frequenzteiler, wobei das Ursignal eine Sägezahn- oder Rechteckfunktion sein kann und durch gezielte Filterzwischenschaltung die gewünschte Klangfarbe erzielt wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit jeden Ton einer bestimmten Klangfarbe digital zu speichern) und soll nicht Gegenstand der Erfindung sein. Aui3rund der vielfältigen technischen Realisierungsmöglichkeiten können sich konkrete technische Ausführungen natürlich von den vorgestellten Prinzipschaltungen unterscheiden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen zum einen darin, daß musikalische Akteure kein Musikinstrument mehr am Körper zu tragen brauchen oder an den Ort des Instrumentes gebunden sind, und zum anderen darin, daß auch tänzerische Bewegungen in Töne und/oder Lichteffekte umgesetzt werden können.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 beschrieben. Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele F i g. 1 zeigt eine prinzipielle Anordnung von elektrischen Wandlern (1) am menschlichen Körper (29) und die dazugehörige Prinzipschaltung. Die elektrischen Wandler (1) können auf unterschiedlichen Funktions-Prinzipien aufgebaut sein. So kann ein Teil der Wandler (1) so aufgebaut sein, daß sie bei Bewegung elektrische Signale abgeben; ein anderer Teil der Wandler (1) kann so aufgebaut sein, daß sie bei Berührung elektrische Signale abgeben. Bewirkt wird dadurch, daß die Wandler (1) sowohl bei tänzerischen Bewegungen, als auch bei rhythmischem Betasten (beides sind körperliche Aktionen) elektrische Signale abgeben. Je nach Aufbau der Wandler (1) kann es erforderlich sein, die von ihnen abgegebenen elektrischen Signale einem Verstärker (2) und einen elektrischen Umwandler (3) zuzuführen. Die Anforderung nach Verstärkung und weiterer Umwandlung der von den Wandlern (1) abgegebenen Signale richtet sich nach der Art des Bauprinzips der Wandler und der Leistung zur Ansteuerung der Signalgeneratoren (5). Somit ist es vom Prinzip her auch möglich, auf die Verstärker (2) und die elektrischen Umwandler (3) zu verzichten, oder diese, wenn es zweckmäßiger ist, erst nach der Verknüpfungsmatrix (4) anzuordnen. Die je nach Erfordernis verstärkten und umgewandelten Wandlersignale werden nun über eine Verknüpfungsmatrix (4) Signalgeneratoren (5), welche bei Aussteuerung charakteristische Signale abgeben, zugeführt. Die Verknüpfungsmatrix (4) legt also fest, welcher der Wandler (1) mit welchem der Signalgeneratoren (5) in Verbindung steht. Aufgrund der bisher beschriebenen Schaltungsanordnung werden also die Signalgeneratoren (5) zur Abgabe eines charakteristischen Signals dann veranlaßt, wenn eine körperliche Aktion erfolgt. Dieses charakteristische Signal kann je nach technischer Ausführung z. B. eine Sinus-, Rechteck- oder eine aus der Addition mehrerer Sinusschwingungen entstandene Spannungs-Zeit-Funktion sein. Dieses von den Signalgeneratoren (5) abgegebene Signal wird über einen Verstärker (6) einem elektro-akustischen (7) (i. a. Lautspreeher) und/oder einem elektrovisuellen (8) (lightshow) Wandler zugeführt.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches es dem Träger des Körperinstruments gestattet, die Signalcharakteristik eines oder mehrerer Wandler (1) festzulegen.

Dazu sind zusätzlich zu den Wandlern (1) Wählschalter (9) am menschlichen Körper angebracht, deren Betätigung die Verknüpfungsmatrix (4) so ansteuert, daß einem bestimmten Wandler (1) ein bestimmter Signalgenerator (5) zugeordnet ist, welcher ein charakteristisches Signal (10) abgibt. Somit kann der Träger des Körperinstrumentes auswählen, ob zum Beispiel der am rechten Bein angebrachte Wandler (1) bei einer körperlichen Aktion Sägezahn- oder Rechteckimpulse abgibt. Er kann aber auch auswählen, ob eine Gruppe von Wandlern (1) bei einer körperlichen Aktion (hier Berührung) Signale von der Klangfarbe eines Klaviers oder einer Flöte abgeben sollen. In diesem Falle sind die Wandler (1) über die Verknüpfungsmatrix (4) so mit den Signalgeneratoren (5) verbunden, daß jedem Wandler

(1) ein Signalgenerator (5) mit bestimmter Frequenz und Klangfarbe entspricht. Normalerweise wird die Verknüpfungsmatrix (4) ein integrierter Baustein mit den entsprechenden Logikschaltungen sein. In F i g. 2 wurde er der Verständlichkeit wegen mit Schaltern gezeichnet.

F i g. 3 zeigt eine Schaltanordnung und den Signalverlauf einer speziellen Anwendungsvariante, welche durch Anbringung von Bewegungswandlern (11) am menschlichen Körper die Umwandlung von Körperbewegung in

frequenz- unci/oder ampiitudenmoduiierie Signale bewirkt.

Der Signalgenerator (5) verfügt hierbei entsprechend dem Stand der Technik über einen Frequenz- (13) und einen Amplitudenmodulationseingang (14). Durch weitere am Körper angebrachte Wählschalter (12) kann der Träger des Körperinstruments wählen, ob die Signale des Bewegungswandlers (11) dem Frequenz- (13) und/ oder dem Amplitudenmodulationseingang (14) des Signalgenerators (5) zugeführt werden.

Die Wählschalter (12) sind zu diesem Zweck mit den entsprechenden Eingängen einer Verknüpfungsmatrix (4) verbunden. Je nach Schaltverbindung bewirkt die von einem Bewegungswandler (11) abgegebene (evtl. verstärkte und umgewandelte) Spannung un(t), uw(t) eine abhängige Frequenz- und/oder Amplitudenmodulation der dem Signalgenerator (5) zugehörigen charakteristischen Signalform (10).

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit am Körper angebrachten Tonsensoren (15) und Verzerrsensor (16). Die Tonsensoren (15) können z. B. Berührungstaster, der Verzerrsensor (16) ein Drehpotentiometer sein. Vermittels der Verknüpfungsmatrix (4) ist jedem Signalgenerator (5) welcher ein charakteristisches Signal (10) abgibt (z. B. den zeitlichen Spannungsverlauf eines KIaviertones) ein Tonsensor (15) derart zugeordnet, daß dessen Betätigung einen Auslöseimpuls U15 auf den Schalteingang (17) des Signalgenerators (5) gibt. Durch eine elektronische Schaltung (18) wird von dem Zeitpunkt von dem ein weiteres Signal Uie vom Verzerrsensor (16) abgegeben wird, die Amplitude des vom Signalgenerator (15) abgegebenen Signals U5 so lange konstant gehalten, wie das Signal um vorliegt Das vom Verzerrsensor (16) kommende Signal U\e, wird parallel zu der Schaltung (18) dem Frequenzmodulationseingang (13) des Signalgenerators (5) zugeführt und bewirkt, daß das vom Signalgenerator abgegebene Signal 115 in Abhängigkeit des Signals U\t in seiner Frequenz variiert.

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit am Körper angebrachten Tonsensoren (15) und einem Haltesensor (19).

Hierfür ist dem Schalteingang (17) der Signalgeneratoren (5) eine elektronische Schaltung (20) vorgeschaltet, welche sowohl mit den Tonsensoren (15) als auch mit dem Haltesensor (19) verbunden ist Diese Schaltung (20) (Triggerprinzip) übt auf das von den Signalgeneratoren (5) abgegebene Signal 1/5 keinen Einfluß aus, solange vom Haltesensor (19) kein Signal 1/17 kommt Das heißt, bei Betätigung eines bestimmten Tonsensors (15) gibt ein bestimmter Signalgenerator (5) ein charakteristisches Signal (10) ab. Wird jedoch nach der Betätigung des Tonsensors (15) der Haltesensor (19) betätigt, so bewirkt das von ihm abgegebene Signal U17 vermittels der Schaltung (20), daß das vom Signalgenerator (5) abgegebene Signal u$ so lange in seiner Amplitude erhalten bleibt, wie das Signal Uu an der Schaltung (20) ansteht

F i g. 6 zeigt ein vergrößertes Ausführungsbeispiel eines auf piezoresitivem Prinzip beruhenden Tonsensors (15). Auf einem fest mit dem Gehäuse (23) verbundenen Hebelarm (22) sind Dehnmeßstreifen (25) angebracht, weiche bei Durchbiegung durch eine Druckkraft Fa(t) eine Widerstandsänderung erfahren. Diese Widerstandsänderung wird durch geeignete Schaltung, Spannungsversorgung (24) und Verstärkung (2) in ein druckkraftproportionales Spannungssignal u\i(t) umgewandelt Oben ist das Gehäuse mit einer Membran (21) abgeschlossen.

Durch die moderne Dünnfilm- und Mikrotechnik läßt sich dieses Bauteil kleiner als eine Fingerkuppe ausführen.

F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit druckkraflabhängigen Tonsensoren (15) und die zugehörigen Signalverläufe.

Der Tonsensor (15) gibt nach geeigneter Verstärkung (2) (und evtl. notwendiger elektrischer Umwandlung (3)) ein druckkraftproportionales Spannungssignal u^t) ab, welches vermittels einer Verknüpfungsmatrix (4) dem Amplitudenmodulationseingang (14) eines bestimmten Signalgenerators (5) mit charakteristischer Signalabgabe (10) zugeführt wird. Die Spannung U\^t) bildet dann die Hüllkurve des vom Signalgenerator (5) abgegebenen charakteristischen Signals (10). Auf diese Weise erzeugt z. B. eine kurze, starke Krafteinwirkung auf den Tonsensor (15) ein lautes, kurzes Tonsignal und eine lange, schwache Krafteinwirkung ein leises, langanhallendes Tonsignal.

F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines auf piezoresitivem Prinzip beruhendem Ton-Verzerrsensor (26).

Auf einer gemeinsamen Grundplatte sind zwei biegefähige, zueinander senkrechtstehende Balken (30) und (31) befestigt. Auf den beiden Balken (30) und (31) sind Dehnmeßstreifen (28) angebracht, welche mit den elektronischen Versorgungs-Verstärkerbausteinen (27) verbunden sind. Die Versorgungs-Verstärkerbausleine (27) geben bei Einwirkung einer Druckkraft Fo(t) eine proportionale Spannung Un(t) und bei Einwirkung einer Querkraft Fo(t) eine proportionale Spannung u\^t) ab. Durch die moderne Dünnfilm- und Mikrotechnik ist der Ton-Verzerrsensor (26) so bemessen, daß ein Finger zwischen die Klammer (32) und den Balken (30) paßt. Der gesamte Ton-Verzerrsensor (26) ist in einem nichtgezeichneten Gehäuse untergebracht, wobei die Oberseite von einer nichtgezeichneten flexiblen Membran abgeschlossen ist, welche die freie Beweglichkeit der Balken (30) und (31) gewährleistet.

Fig.9 zeigt ein Prinzipschaltbild und den dazugehörigen Signalverlauf für die Anwendung der kombinierten Ton-Verzerrsensoren (26). Die nach geeigneter Verstärkung (2) vom Druckkraftteil des Ton-Verzerrsensors (26) kommende druckkraftproportionale Spannung U\4t) wird über eine Verknüpfungsmatrix (4) dem Amplitudenmodu'.ationseingang (14) eines zugeordneten Signalgenerators (5) mit charakteristischer Siignalform (10) zugeführt. Entsprechend wird die vom Querkraftteil des Ton-Verzerrsensors (26) kommende querkraftproportionale Spannung u^t) dem Frequenzmodulationseingang (13) desselben Signalgenerators (5) zugeführt. Der zeitliche Verlauf der druckkraftproportionalen Spannung Uu(t) bildet dann die Hüllkurve des mit einer bestimmten Frequenz /vom Signalgenerator (5) abgegebenen Signals us(t), während der zeitliche Verlauf des querkraftproportionalen Signals u\j(t) eine proportionale Frequenzvariation (fft) = f(u\j(t)) des Signals ( bewirkt

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

ίο 15 20 Patentansprüche:

1. Elektronisches Körperinstrument zur Umwandlung körperlicher Aktionen in akustische und/oder visuelle Signale, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Anzahl von mechanisch-elektrischen und/oder optisch-elektrischen Wandlern (1), welche am menschlichen Körper (29) angebracht sind, bei bestimmten körperlichen Aktionen elektrische Signale abgeben, die nach Verstärkung (2) und je nach Wandlerprinzip erforderlicher elektrischer Umformung (3), elektrischen Signalgeneratoren (5) vermittels einer Verknüpfungsmatrix (4) derart zugeführt werden, daß von den Signalgeneratoren (5) den körperlichen Aktionen zugeordnete, elektrische Signale abgegeben werden, welche nach Verstärkung (6) suf elektro-akustische (7) und/oder elektrovisuelle (8) Umformer gegeben werden.

2. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem einzelnen Wandler (1) ebenfalls am Körper angebrachte Wählschalter (9) derart zugeordnet sind, daß ihre Betätigung die Verbindung zwischen den Wandlern (1) und den Signalgeneratoren (5) vermittels der Verknüpfungsmatrix (4) in definierter Weise derart festlegen, daß jedem einzelnen oder einer Gruppe von Wandlern (1) wenigstens ein Signalgenerator (5) mit einer bestimmten Signalcharakteristik (10) zugeordnet ist.

3. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Anzahl der am Körper angebrachten Wandler (1) mechanisch-elektrische Bcwegungswandler (11) sind, welche auf dem seismischen Feder-Masse-Prinzip in Verbindung mit einer Induktionsspule, auf dem piezokapazitiven, oder auf dem piezoresistiven Prinzip beruhen.

4. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von jedem Bewegungswandler (11) abgegebene Signal vermittels am Körper angebrachter Wählschalter (12) und der Verknüpfungsmatrix (4) einem Eingang für Frequenz- (13) und/oder Amplitudenmodulation (14) am Signalgenerator (5) zugeführt werden.

5. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (1) als Tonsensoren (15) ausgebildete elektrische Berührungs-, Näherungs- oder Druckkraftwandler sind.

6. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Körper ein elektrischer Verzerrsensor (16) angebracht ist, welcher mit Frequenzmodulationseingängen (13) der Signalgeneratoren (5) in Verbindung steht, so daß dessen Betätigung eine Frequenzvariation der von den Signalgeneratoren (5) abgegebenen charakteristischen Signale (10) bewirkt, und daß die von den Signalgeneratoren (5) abgegebene Signalstärke durch eine zusätzliche, den Schalteingängen (17) vorgeschaltete elektronische Schaltung (18) so lange bestehen bleibt, wie der Verzerrsensor (16) betätigt ist.

7. Elektronisches Körperinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzerrsensor (16) .ils Drehpotentiometer, Linearpotentiometer, oder Bewegungswandler (11) ausgeführt ist.

8. Elektronisches Körperinstrument nach An-

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