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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine variable Spannung und
betrifft speziell Steuervorrichtungen, die als Studio-Fader (Dämpfungsglieder) bekannt
sind.
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Ein Studio-Dämpfungsglied ist eine manuell betätigte Steuerung, die dazu verwendet
wird, die Stärke eines hindurchgehenden Signals zu ändern. Das Dämpfungsglied
arbeitet in gleicher Weise wie eine Lautstärkesteuerung bei einem Hi-Fi-System mit der
Ausnahme, daß der Steuerungsknopf sich nicht rotierend, sondern linear bewegt.
Entlang der Länge des Dämpfungsglieds befinden sich Zahlen, die eine genaue
Positionierung des Steuerungsknopfs erleichtern, jedoch auch ohne eine solche Skala
gibt die Position des Steuerungsknopfs einen guten visuellen Anhalt über den Effekt,
den das Dämpfungsglied auf das Signal ausübt. Beispielsweise würde es dann, wenn
der Steuerungsknopf sich am unteren Ende des Dämpfungsglieds befindet, kein
Ausgangssignal geben. Eine Bewegung des Steuerungsknopfs entlang dem
Dämpfungsglied nach oben macht das Signal höher, bis sich die Steuerung an ihrer Spitze
befindet, an der der Signalausgang maximal ist.
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Dämpfungsglieder werden hauptsächlich in professionellen Audio- und Videokonsolen
angewandt, die in Aufnahmestudios und in Fernseh- und Radiostationen gebraucht
werden. Ein Dämpfungsglied hat gegenüber einer Dreh-Steuerung zwei Hauptvorteile;
der Signalpegel kann mit einem einzigen Finger genau gesteuert werden (wobei die
anderen Finger frei bleiben, um mehr Dämpfungsglieder zu bedienen) und die Position
des Steuerungsknopfs kann leichter gesehen werden. Dieser letztere Punkt wird
zunehmend wichtig bei größeren Konsolen, bei denen die Zahl der Dämpfungsglieder
sehr hoch sein kann (60 und mehr). Bei einem komplexen Musikstück ist es
beispielsweise eine große Hilfe, wenn man auf einen Blick die Pegel der einzelnen Instrumente
an den Dämpfungsglied-Steuerungen sehen kann, während man auf den Gesamtklang
hört.
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Das Standard-Dämpfungsglied besteht aus einer Widerstandsschiene, entlang der ein
Schieber bewegt wird, der einen Steuerungsknopf für die manuelle Bedienung und
Metallkontaktstücke, die gegen die Widerstandsschiene drücken, aufweist. Die
beweglichen Teile unterliegen der Abnützung und Reibung und mit dem Gebrauch kann
ein Hängenbleiben erfolgen. Dies führt dazu, daß man zum Bedienen der einzelnen
Steuervorrichtung eine kaum definierte Kraft braucht, was zu einer unvorhersagbaren
Bewegung des Steuerungsknopfs und somit zu unvorhersagbaren Änderungen in den
Signalpegeln führt. Da die meisten Anwendungen der Steuervorrichtungen eine genaue
Steuerung der Signalpegel erfordern, ist dies weit davon entfernt, optimal zu sein.
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Zur Unterstützung des Operators kann eine Dämpfungsglied-Automation geschaffen
werden. Während eines ersten Mischvorgangs (bei dem Signale vieler Dämpfungsglieder
zusammengemischt werden) merkt sich das Automationssystem irgendwelche
Änderungen in der Position der Dämpfungsglieder. Jeder Schieber ist motorisiert und der Motor
wird vom Automationssystem getrieben, so daß beim folgenden Mischvorgang die
Dämpfungsglieder ihre ursprünglichen Bewegungen wiederholen, gerade so als ob sie
manuell betätigt wären. Die Steuerungsknopfpositionen sind effektive Anzeigen. Dies
läßt dem Operator die Hände frei, um nur solche Dämpfungsglieder auszuwählen, die
während des Mischvorgangs eine Neueinstellung benötigen. Dies ist ein gutes System,
es kann jedoch teuer sein.
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Als Alternative sind die Positionen der Dämpfungsglieder auf einem Bildschirm
dargestellt, es ist jedoch schwierig, schnell und exakt eine Beziehung herzustellen, welches
Bild auf dem Schirm welchem Dämpfungsglied an der Konsole entspricht.
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Ziel der Erfindung ist es, die Schwierigkeiten einer und die hohen Ausgaben für eine
mechanische(n) Steuervorrichtung sowie die Probleme eines Bildschirms zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung wird eine Signalsteuervorrichtung mit einem einen elektrischen
Widerstand aufweisenden Streifen, der eine enge Nähe zu einem Finger ermöglicht, eine
Einrichtung zum Koppeln eines Signals in den Streifen und eine Einrichtung zum
Feststellen eines Signalausgangs an einem Ende des Streifens geschaffen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung zum Koppeln eines Signals in den Streifen ein
hochfrequentes Signal im Streifen erzeugt und daß auch am anderen Ende des Streifens
eine Einrichtung zum Feststellen eines Signalausgangs vorhanden ist und diese
Signalausgänge im Gebrauch von der Position des in enger Nähe zum Streifen
befindlichen Fingers entlang dem Streifen abhängen und durch seine kapazitive Kopplung mit
dem Streifen einen Abflußpfad für einen Teil des Signals bilden.
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Der in dieser Beschreibung gebrauchte Ausdruck "Finger" ist so zu verstehen, daß er
nicht nur einen menschlichen Finger bezeichnet, sondern irgendetwas, womit ein
Operator eine Gleitbewegung auf und ab an einem Widerstandsstreifen durchführen
kann. Ein Finger ist das am leichtesten verfügbare Instrument und wird deshalb im
folgenden als Beispiel verwendet.
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Vorzugsweise umfaßt die Signalsteuervorrichtung weiterhin eine Einrichtung zur Anzeige
der letzten Position eines Fingers entlang dem Streifen, wenn der Finger entfernt worden
ist. Dies erleichtert die Rückkehr des Fingers zu dieser Position und somit einen sanften
Übergang zu einer weiteren Steuerungsbewegung.
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Der Streifen kann sich an der Unterseite einer isolierenden Platte befinden, deren obere
Seite einen Pfad aufweist, dem man mit dem Finger folgt.
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Es kann ratsam sein, daß die Signalsteuervorrichtung eine Einrichtung zum
Unterscheiden des Zustands, daß ein Finger anwesend ist, vom Zustand, daß kein Finger
anwesend ist, und zum Unterdrücken oder Ignorieren der Ausgangssignale, wenn kein
Finger an den Streifen gelegt ist, umfaßt. Ist kein Finger angelegt, so gibt es von der
Detektoreinrichtung stabile Ausgangssignale mit einem gegebenen Pegel. Das Anlegen
eines Fingers irgendwo auf dem Streifen bewirkt ein Abfallen in diesen
Ausgangssignalen und dieses Abfallen kann zur Unterscheidung der beiden Bedingungen
herangezogen werden.
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Ein Finger in enger Nachbarschaft zum Streifen bewirkt, daß das Signal von jedem Ende
des Streifens abfließt, wobei die Signalhöhe in jeder Richtung (nebst anderen Einflüssen)
von der Position des Fingers entlang dem Streifen abhängt. Das Verhältnis der beiden
ermittelten Signale zeigt die Fingerposition entlang dem Streifen an und diese
Positionsinformation kann zur Steuerung eines Hauptsignals, das die Vorrichtung beherrschen
soll, verwendet werden. Beispielsweise kann sie einen externen Verstärker steuern, der
die Amplitude eines durch ihn hindurchlaufenden Signals variiert.
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Die Menge des Signalabflusses von jedem Ende des Streifens ändert sich mit der Größe
des Fingers, dem Druck, der Temperatur, der Feuchtigkeit und der Nähe zum Streifen.
Es wäre deshalb nicht zuverlässig, nur den Signalpegel als wahre Positionsinformation
zu nehmen. Jedoch kann ein Ausgleich für diese unerwünschten Variablen erzielt
werden durch Berechnung des Verhältnisses zwischen den Änderungen in den
Signalen, die an beiden Enden des Streifens gemessen werden.
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Beispielsweise zeigt eine große Änderung des Signalpegels am oberen Ende des
Streifens in Verbindung mit einer kleinen Änderung des Signalpegels am unteren Ende
des Streifens an, daß der Finger sich näher am oberen als am unteren Ende befindet.
Das Verhältnis zwischen diesen Werten zeigt die exakte Position entlang dem Streifen
an. Wird der Druck an diesem Punkt geändert oder statt dem Finger ein anderer Finger
aufgesetzt, so ändern sich die Änderungen des Signalpegels an jedem Ende, das
Verhältnis (und damit die angezeigte Position) bleibt jedoch gleich.
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Es kann klug sein, wenn die Signalsteuervorrichtung einen weiteren Streifen umfaßt, der
den ersten Streifen umgibt und in den ebenfalls ein Signal eingekoppelt wird, sowie
zugeordnete feststellende Einrichtungen, die auf ein Signalabflußmedium ansprechen,
das nahe oder berührend dem weiteren Streifen ist, um dem ersten Streifen zugeordnete
Schaltungen außer Betrieb zu setzen. Tatsächlich stellt dies eine elektronische
Überwachungsschiene dar, die den normalen Betrieb dann abschaltet, wenn beispielsweise eine
Hand quer über das Dämpfungsglied gelegt wird.
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Für ein besseres Verständnis der Erfindung werden im folgenden einige
Ausführungsformen beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es
zeigen:
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Fig. 1 den Schaltplan einer elektronischen Schaltung, die einem Dämpfungsglied zur
Ermittlung einer Fingerposition zugeordnet ist; und
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines fingerbetätigten Dämpfungsglieds.
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Nach Fig. 1 gibt ein Hochfrequenzoszillator 1 ein Signal über eine Leitung 1a zu einem
linearen Dämpfungsglied 2 ab, das im wesentlichen die bekannte Form hat, jedoch
keinen Schieber. Das Signal setzt eine Schleiferschiene 3 unter Spannung, und die
Nähe dieser Schiene zu einem Widerstandsstreifen 4 führt dazu, daß das
Hochfrequenzsignal im Streifen 4 induziert wird. Die an den beiden Enden des Streifens 4 erzeugten
Signale, die sich entsprechend der Position eines angelegten Fingers wie beschrieben
ändern, werden durch im wesentlichen übereinstimmende Dioden D1, D2, D3, D4 und
im wesentlichen übereinstimmende Kondensatoren C3, C4, C5, C6 gleichgerichtet, um
Gleichspannungen V1 und V2 an Widerständen R1 und R2 zu erzeugen.
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Die gleichgerichteten Ausgangssignale V1 und V2 können durch einen Analog/Digital-
Umsetzer bekannter Technologie (der zur Vereinfachung nicht dargestellt ist), der mit
einem (ebenfalls nicht dargestellten) Mikroprozessor verbunden ist, gemessen werden.
Eine alternative Ausführung kann so aufgebaut sein, daß die Ausgänge direkt mit
analogen Schaltungen verbunden sind, die die gleiche Funktion ausüben wie der
Umsetzer und Mikroprozessor.
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Eine Positionsinformation wird dann aus dem Verhältnis der beiden Spannungen V1 und
V2 unter Verwendung der unten angegebenen Formel berechnet. Diese Position wird
in eine Spannung umgesetzt, die zur Steuerung der Verstärkung eines
spannungsgesteuerten Verstärkers (nicht dargestellt) verwendet werden kann. Der Verstärker ändert
die Amplitudenhöhe einer Ton- oder Videoquelle.
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Um eine genaue Positionsinformation zu erhalten, müssen sich die beiden
Kondensatoren C5 und C6 bei jeder Position, zu der der Finger bewegt wird, aufladen können.
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Die folgende Formel wird verwendet zur Umformung der Änderung der
Ausgangsspannungen in eine Anzeige der Position P bezüglich der Skala, wobei 0 das Ende
bedeutet, dessen Ausgang V1 ist, und 1 das Ende bedeutet, dessen Ausgang V2 ist:
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wobei dV1 und dV2 die Spannungsänderungen an den jeweiligen Enden sind.
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Es könnte gedacht werden, daß ein genau in der Mitte der Schiene 4 angeordneter
Finger nicht von einer Situation zu unterscheiden ist, in der sich kein Finger nahe der
Schiene befindet; das Verhältnis der Signalausgänge an den Enden wäre in beiden
Fällen dasselbe. Jedoch macht die Änderung dieser Ausgangssignale, wenn ein Finger
auf das Zentrum gelegt wird, den Zustand unterscheidbar von dem Zustand "kein
Finger.
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Fig. 2 zeigt, wie die Dämpfungsglied-Baugruppe für den Verwender erscheint. Eine
Grundplatte 10 aus Kunststoff oder einem ähnlichen nichtleitenden Material trägt
normalerweise viele Steuervorrichtungen Seite an Seite, zur Einfachheit ist jedoch nur
eine einzige dargestellt. Eine gerade Rille 11, mit der Breite eines durchschnittlichen
Fingers, ist in die Platte 10 eingeschnitten. Die Rille ist ähnlich lang wie das
Dämpfungsgliedelement 2, ist von bogenförmigem Querschnitt und hat sanft abgerundete Enden.
Entlang einer Seite hat die Rille 11 eine Linie von lichtemittierenden Dioden (LEDs) 12.
Neben den LEDs befindet sich eine Zahlenskala 13, die die effektive Dämpfung der
Steuervorrichtung anzeigt und in geeigneten Einheiten geeicht ist.
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Das eigentliche Dämpfungsglied 2 und die zugeordnete Elektronik können auf einer
(nicht dargestellten) Karte mit gedruckter Schaltung angebracht sein, die an der
Unterseite der Platte 10 befestigt ist, wobei die Linie des Widerstandsstreifens 4 mit der
Unterseite der Platte 10 flach abschließt und direkt unterhalb der Rinne 11 liegt.
Alternativ kann auch die Platte 10 selbst als die Schaltungskarte dienen, wobei alle
Komponenten direkt an der Unterseite der Platte 10 montiert sind.
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Die Fingerposition an der Steuervorrichtung kann durch das Aufleuchten einer der LEDs
12 angezeigt werden. Wird der Finger entlang der Steuervorrichtung bewegt, so folgen
die LEDs 12 der Bewegung durch aufeinanderfolgende Beleuchtung und eine bleibt an
in der Position, an der der Finger entfernt wird. Die LEDs werden mit Hilfe einer
bekannten Technologie unter Verwendung der Positionsinformation geschaltet und
hieraus wird die korrekte LED oder Gruppe von LEDs, die aufleuchten soll, berechnet.
Eine Speicherschaltung kann diese Information so speichern, daß die die letzte Position
anzeigende LED angeschaltet bleibt, selbst nach Abschalten des Stroms.
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Eine Alternative zu den diskreten LEDs ist eine LED-Stange.
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Die obige Beschreibung betrifft nur eine lineare Steuerungsvorrichtung. Die Technik
kann jedoch für jede beliebige Form der Steuerungsvorrichtung verwendet soll,
berechnet. Eine Speicherschaltung kann diese Information so speichern, daß die die
letzte Position anzeigende LED angeschaltet bleibt, selbst nach Abschalten des Stroms
werden, indem die Form und Länge der Rinne 11 und der zugehörigen Sensorschiene
4 verändert werden.
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Ein fehlerhafter Betrieb könnte sich ergeben, wenn sich außer einem Finger auf dem
Dämpfungsglied noch etwas anderes befindet. Beispielsweise würde eine vollständige
Hand oder ein Arm, der auf der Platte 10 aufruht, zu viel von dieser bedecken und sich
über benachbarte Dämpfungsglieder erstrecken. Es wird deshalb vorgeschlagen, eine
elektronische Überwachungsschiene in Form eines leitfähigen Streifens auf der
Unterseite der Platte 10 in einer nahezu geschlossenen Schleife um jeden Streifen 4 anzuordnen.
Diese Überwachungsschienen können in gleicher Weise wie der Streifen 4 selbst an
Spannung gelegt werden und sind an Schaltungen angeschlossen, die identisch denen
sind, die an die beiden Enden der Dämpfungsglieder angeschlossen sind. Wenn der
Benützer eine Hand oder einen Arm quer über die Überwachungsschiene legt, wird ein
Signal erzeugt, das kurzzeitig dazu verwendet wird, die Positionselektronik aller
Dämpfungsglieder abzuschalten, deren Überwachungsschienen aktiviert sind. Jedoch
wird die Speicherung der Information, wo die letzte Fingerposition war, nicht gelöscht
und nach der Entfernung der Hand oder des Arms wird der normale Betrieb fortgesetzt.