DE10309000B4 - Method for a program-controlled variable tuning for musical instruments - Google Patents
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Abstract
Verfahren für eine programmgesteuerte variable Stimmung für Musikinstrumente, dadurch gekennzeichnet, dass die programmgesteuerte variable Stimmung als Resultat einer Analyse von Note-an und Note-aus Signalen einer auf einem Instrument gespielten oder in einer Datei abgespeicherten Musik errechnet wird und aus der Addition dreier verschiedener Komponenten resultiert, wobei
– die Komponente 1 aus Stimmungsdaten aus einer sich verändernden Basisstimmung für alle 12 Noten der Oktave besteht,
– die Komponente 2 aus Stimmungsdaten besteht, die vordefinierten Akkordstrukturen spezifisch zugeordnet sind,
– die Komponente 3 aus Stimmungsdaten als Korrekturwerte besteht, damit gleichnamige Noten in verschiedenen aufeinanderfolgenden Akkordstrukturen vordefinierte Grenzwerte der Umstimmungen nicht überschreiten,
– die Stimmungsdaten der Komponente 1 aufgrund der Analyse der in den Note-an und Note-aus Signalen erkennbaren harmonischen Strukturen, welche über einen bestimmten Zeitraum hinweg auftreten, erstellt werden,
– die Stimmungsdaten von Komponente 2 und 3 aufgrund der Information, welche Noten im Augenblick ”an” sind, errechnet...Method for a program-controlled variable tuning for musical instruments, characterized in that the program-controlled variable tuning is calculated as the result of an analysis of note-on and note-out signals of a music played on an instrument or stored in a file and of the addition of three different components results, where
The component 1 consists of mood data from a changing basic tuning for all 12 notes of the octave,
The component 2 consists of mood data which are specifically associated with predefined chord structures,
The component 3 consists of mood data as correction values so that identically named notes in different successive chord structures do not exceed predefined limits of the adjustments,
The component 1 sentiment data are generated on the basis of the analysis of the harmonic structures discernible in the note-on and note-off signals which occur over a certain period of time,
- the mood data of components 2 and 3 based on the information which notes are currently "on" is calculated ...
Description
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für eine programmgesteuerter variable Stimmung dar. Programmgesteuerte variable Stimmungen dienen dazu, die Stimmung von Musikinstrumenten, insbesondere elektronischer Tasteninstrumente zu insgesamt reiner gestimmten Terz- und Quintintervallen zu steuern, als dies mit fest vorgegebenen Stimmungsmodellen möglich ist. Ms rein gestimmte Intervalle versteht man in diesem Zusammenhang vor allem die reine Quinte mit einem Frequenzverhältnis von 3:2, entsprechend 702 Cents, und die große Terz mit einem Frequenzverhältnis von 5:4, entsprechend 386 Cents. Feste Stimmungsmodelle weisen für die genannten Intervalle Fehler auf. Bei der gleichstufigen Stimmung weist die Quinte 700 Cents, also 2 Cents Differenz zum Idealwert und die große Terz 400 Cents, also 16 Cents Differenz zum Idealwert auf.The The present invention provides a method for a program-controlled Variable mood serve. Programmed variable moods serve in addition, the mood of musical instruments, especially electronic Keyboard instruments for purely tuned third and fifth intervals to control, as is possible with fixed predetermined mood models. Ms purely tuned intervals are understood in this context especially the pure fifth with a frequency ratio of 3: 2, corresponding to 702 cents, and the major third with a frequency ratio of 5: 4, equivalent to 386 cents. Fixed mood models point to the aforementioned Intervals errors on. In the equal-stage mood, the Fifth 700 cents, so 2 cents difference to the ideal value and the major third 400 cents, ie 16 cents difference to the ideal value.
Programmgesteuerte variable Stimmungen müssen sich mit mehreren Forderungen auseinandersetzen, welche miteinander in Konflikt stehen. Diese Forderungen sind: Erstens die Korrekturen zu besserer oder optimaler Reinheit möglichst in Echtzeit vorzunehmen. Zweitens die Umstimmwerte so gering zu halten, dass die Umstimmungen liegenbleibender Noten, auch in wechselnden Funktionen innerhalb des harmonischen Geschehens, unterhalb der Hörgrenze bleiben. Drittens zu vermeiden, dass die Stimmungshöhe einzelner Noten oder der Gesamtheit aller Noten zu weit vom ursprünglich gewählten Niveau abdriftet.Programmatic must have variable moods to deal with several demands, which together conflict. These demands are: First, the corrections To make better or optimal purity possible in real time. Secondly, to keep the readjustment levels so low that the adjustments remaining notes, even in changing functions within of harmonic events, stay below the audible limit. Third, too avoid the mood level individual notes or the totality of all notes too far from the originally selected level drifts.
Der
vorliegenden Erfindung kommen laut Stand der Technik am nächsten
PCT
Im
Zusammenhang mit dieser Erfindung sind auch die vielen historisch überlieferten
ungleichstufigen feste Stimmungsmodelle erwähnenswert. Typisch für alle ist,
dass die Quintenkette von C bis E enger als gleichstufig temperiert
gestimmt ist, damit mindestens die Terzintervalle F-A, C-E und G-H
näher beim
Idealwert 386 Cents liegen, als bei gleichstufiger Stimmung. Notgedrungen
werden dadurch die Terzen entfernter Tonarten wie Ab-Dur oder E-Dur deutlich schlechter
gestimmt. Eines dieser Stimmungsmodelle ist bekannt aus
Die Notwendigkeit, die Umstimmwerte gleichnamiger Noten klein zu halten, ist bei allen bekannt gewordenen und auch denkbaren Verfahren zu einer programmgesteuerten terzen- und quintenreinen Stimmung vor allem dadurch begrenzt, dass bei bestimmten Akkordfolgen zwei oder mehr Noten in gegenläufiger Richtung umgestimmt werden müssen. Ein typisches Beispiel bildet die Akkordfolge D-F-A-C zu G-H-D-F in C – Dur, wobei man das ”D” für optimale Terzen- und Quintenreinheit vom ersten zum zweiten Akkord entweder um 22 Cents, dem schon oben erwähnten ”Syntonischen Komma” umstimmen muss, oder, sofern man die notwendige Umstimmung auf die in beiden Akkorden vertretenen Noten ”D” und ”F” gleichmäßig verteilt, beide Noten gegenläufig um 11 Cents umstimmen muss. Eine Umstimmung um 11 Cents ist jedoch deutlich zu hören, die Grenze der Hörbarkeit liegt bei glatten Klängen und bei Frequenzen höher als 500 Hz, bei 3–4 Cents. Deswegen sollte man Umstimmungen durch Ausgleichsmaßnahmen möglichst auf ca. 4 Cents begrenzen, was in solchen Fällen notgedrungen für den Folgeakkord eine starke Abweichung von der angestrebten Reinheit mit sich bringt. Das bedeutet, dass bei programmgesteuerten variablen Stimmungen nach den bisher bekannt gewordenen Verfahren man entweder teilweise starke Umstimmungen in Kauf nehmen muss oder harte Wechsel zwischen reinen, gleich ruhig gestimmten und unreinen, gleich stark schwebenden Akkorden. Beides ist ästhetisch unbefriedigend.The need to keep the Umstimmwerte same notes small, is limited in all known and also conceivable method to a program-controlled terzen- and Quintenreinen mood above all by the fact that in certain chord progressions two or more notes in opposite Rich need to be retuned. A typical example is the chord progression DFAC to GHDF in C major, where the "D" for optimum third and fifth purity from the first to the second chord must either be retuned by 22 cents, the "syntonic comma" already mentioned above, or, if so evenly distributing the necessary adjustment to the notes "D" and "F" represented in both chords, the two notes have to be changed in opposite directions by 11 cents. However, a change of 11 cents is clearly heard, the limit of audibility is smooth sounds and at frequencies higher than 500 Hz, at 3-4 cents. Therefore, one should limit adjustments by compensatory measures as possible to about 4 cents, which inevitably brings in such cases for the follow-up chord a strong deviation from the desired purity with it. This means that in program-controlled variable moods according to the previously known methods you have to accept either partial strong Umstimmungen or hard changes between pure, equally calm and impure, equally strong floating chords. Both are aesthetically unsatisfactory.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine selbsttätig ablaufende programmgesteuerte variable Stimmung zu bieten, bei der die Intervalle und Akkorde zwar nicht mit optimalem, aber doch sehr hohem Reinheitsgrad dargeboten werden und insbesondere bei tonaler Musik die Umstimmungskonflikte minimiert werden. Außerdem hat sich die vorliegende Erfindung zum Ziel gesetzt, den Charakter der variablen Stimmung jeweils dem Charakter der dargebotenen Musik anzupassen, je nachdem, ob diese einen deutlich oder weniger deutlich hervortretenden harmonischen Mittelpunkt aufweist.The The present invention aims to provide a self-running programmatic to provide variable mood at which the intervals and chords Although not presented with optimal, but very high degree of purity and, especially in the case of tonal music, the reconciliation conflicts be minimized. Furthermore The aim of the present invention is to set the character the variable mood in each case the character of the music presented adapt, depending on whether this is a clear or less clear has emergent harmonious center.
Zu diesem Zweck wird vorgesehen, die programmgesteuerte variable Stimmung als Summe von drei verschiedenen Komponenten zu errechnen.To this purpose is provided, the program-controlled variable mood to calculate as the sum of three different components.
Die
Komponente 1 dieser variablen Stimmung stellt die Basisstimmung
dar, die zwar bei Beginn des Programmablaufes bevorzugt der gleichstufigen
Stimmung entspricht, sich aber durch eine Analyse der innerhalb
eines bestimmten Zeitraumes auftretenden Note-an und Note-aus Signalen
zu einer ungleichstufigen Stimmung verändert und zwar zu einer solchen,
welche für
sich alleine betrachtet ungefähr
einem traditionellen ungleichstufigen Stimmungsmodell entspricht.
Nur, dass dieses Stimmungsmodell nicht unbedingt zur Note C als
harmonischen Mittelpunkt ausgerichtet ist, sondern zu der Note,
welche im Augenblick im Mittelpunkt des harmonischen Geschehens
steht. Eine für
das hier vorgestellte Verfahren bevorzugte Ausbildungen dieser Basistemperatur
zeigt
Die Komponente 2 dieser variablen Stimmung sind Stimmungsdaten, welche der jeweils im Augenblick existierenden Intervall- und Akkordstruktur zugeordnet sind und die solange gelten, bis eine neue Akkordstruktur erkannt ist. Diese Komponente entspricht dem Stand der Technik. Beide der vorgenannten Komponenten würden bei einer Ausbildung von 100% je für sich alleine betrachtet eine optimierte Stimmung ausgeben, wobei Komponente 1 ohne hörbare Umstimmungen arbeitet, dafür dem harmonischen Geschehen nur allmählich und nur unter Berücksichtigung der zuletzt erkannten Intervall- und Akkordstrukturen folgt. Komponente 2 reagiert dagegen unmittelbar auf die augenblicklich existierenden Intervall- und Akkordstrukturen, birgt dafür aber höheres Konfliktpotential in Bezug auf Umstimmungen in sich. Durch die Mischung der beiden Komponenten werden die jeweiligen spezifischen Nachteile dieser beiden Komponenten minimiert.The Component 2 of this variable mood is mood data which the currently existing interval and chord structure are assigned and apply until a new chord structure is recognized. This component corresponds to the prior art. Both of the aforementioned components would in an education of 100% each for considered alone spend an optimized mood, with Component 1 without audible Umstimmungen works for it the harmonic event only gradually and only with consideration the last detected interval and chord structures follows. component 2 reacts directly to the existing ones Interval and chord structures, but it holds greater potential for conflict in Regarding changes in mood. By mixing the two components be the specific specific disadvantages of these two components minimized.
Die Komponente 3 der programmgesteuerten Stimmung stellen pragmatische Ausgleichsmaßnahmen dar, welche bei auftretenden Umstimmungskonflikten, das heißt Umstimmungen, welche einen vordefinierten Wert von ca. 4 Cents überschreiten oder bei zu bei starkem Abdriften vom vorgewählten Stimmungsniveau die aus der Addition von Komponente 1 und Komponente 2 errechneten Stimmungsdaten zusätzlich korrigieren. Alle ausgegebenen Stimmungsdaten verstehen sich als Abweichung zur vorgegebenen gleichstufigen Temperatur, vorzugsweise in Cents ausgegeben.The Component 3 of the program-controlled mood make pragmatic Compensation measures, which in the event of a conflict of reconciliation, that is, which exceed a predefined value of approx. 4 cents or at too much drift off the preselected mood level that off the addition of component 1 and component 2 calculated sentiment data additionally correct. All sent mood data are understood as Deviation to the predetermined equal-stage temperature, preferably spent in cents.
Zur
Ausbildung der Komponente 1 gleich Basisstimmung werden die in Komponente
2 nacheinanderfolgend erkannten und entsprechend eingestimmten Intervall-
und Akkordstrukturen sowie deren Stimmungsdaten über einen bestimmten Zeitraum
hinweg ausgewertet. Dazu wird die Eigenschaft genutzt, dass in den von
Komponente 2 erkannten Akkordstrukturen die höchsten positiven Werte typisch
sind für
die Position des Grundtones oder der Quinte eines Dur-Akkordes oder
der Terz eines Mollakkordes. Die Summe der positiven Werte der Stimmungsdaten
einer bestimmten Menge aufeinanderfolgender Akkorde gibt somit einen
Hinweis darauf, wo sich das harmonische Zentrum dieser Menge befindet.
Wenn beispielsweise nur Akkorde der Tonart C-Dur oder a-Moll gespielt
werden, bildet sich der höchste
Wert in der Summe, im Folgenden Maxwert genannt, beim Ton C oder
G aus. Das erlaubt, nach dem Auftreten eines oder mehrerer erkannter
Akkord- und Intervallstrukturen die Komponente 1 gleich Basisstimmung
aufzurufen und zwar innerhalb der 12 verschiedenen Möglichkeiten
(entsprechend der 12 verschiedenen Noten der Oktave), diejenige,
welche auf den in der Summe dieser Strukturen erkannten harmonischen
Mittelpunkt ausgerichtet ist. Diese Basisstimmung wird jedoch vorzugsweise
nicht im Sprung aufgerufen, sondern gleitend aufgebaut und verändert. Das
geht so vor sich, dass die Stimmungsdaten vorzugsweise der letzten
8 erkannten Akkorde aus Komponente 2 in einen Stapelspeicher übernommen
werden. Zum besseren Verständnis
ist in
Im
Zusammenhang mit der Analyse von Akkorden und Harmoniefolgen ist
es außerdem
notwendig, dass die variable programmgesteuerte Stimmung bei der
Identifizierung von Akkorden prüft,
wie lange eine bestimmte Tonhöhe
für jede
Note existiert. Während
eines mehr oder weniger unregelmäßigen Anschlages
von Tasten auf einem Tasteninstrument treten ja oft Einzelnoten
oder flüchtige
Tonkombinationen als Vorbote zu einem vollständigen Akkord auf. Wollte man
jede dieser Einzelnoten oder flüchtigen
Tonkombinationen als endgültige
Struktur werten, würde
man sowohl bei der Programmlogik, als auch bei notwendigen Ausgleichsmaßnahmen
in die Irre gehen. Hier berücksichtigt
die variable Stimmung, dass die Tonverarbeitung durch das menschliche
Ohr die Höhe
eines Note oder mehrerer Noten erst nach ca. 1/30 Sekunden identifiziert
hat. Es ist deswegen vorgesehen, zwar grundsätzlich jede Kombination von
Noten von der Programmlogik her sofort so einzustimmen, als bedeute
diese einen selbständigen
Akkord, notwendige Ausgleichsmaßnahmen
für die als
maximal zulässig
definierten Umstimmungen zur jeweils nächsten Kombination von Noten
jedoch davon abhängig
zu machen, ob die Tonhöhe
der vorherigen Kombination von Noten schon langer als ca. 1/30 Sekunde
besteht. Das bedeutet: Hat eine bestimmte Note über eine längere Zeit als ca. 1/30 Sekunde
eine bestimmte Frequenzhöhe,
so wird bei einem eventuell nachfolgenden Umstimmen dieser Note
die Frequenzverschiebung auf vorzugsweise 4 Cents begrenzt, im anderen
Falle sind auch stärkere
Frequenzverschiebungen erlaubt (siehe
Bei
Musik, die von Sequenzerprogrammen dargeboten wird, kann durch eine
vorab erfolgende Analyse nach dem Erstellen der Sequenz so vorgegangen
werden, dass nicht nur gleichzeitig auftretende, sondern auch nacheinander
auftretende Noten auf ihren harmonischen Zusammenhang hin überprüft werden.
Soweit sich von einem bestimmten Punkt des musikalischen Ablaufes
an über
mehrere Noten hinweg eine vordefinierte harmonische Struktur ergibt,
können
die Stimmungsdaten für
alle Noten dieser harmonische Struktur schon ab der ersten Note
ausgegeben werden und bis zur letzten betreffenden Note unverändert bleiben
(siehe
Die programmgesteuerte variable Stimmung erlaubt es auch, beim Auftreten der kleinen Septime in Dur-Sept- oder Nonenakkorden (beispielsweise den Notenkombinationen F-A-C-Eb, F-A-Eb, F-A-C-Eb-G) die betreffende Note (hier das Eb) als Naturseptime einzustimmen. Allerdings weicht die Naturseptime mit ihrem Frequenzverhältnis von 7:4 entsprechend 969 Cents so stark vom temperierten Wert 1000 Cents ab, dass für die betreffenden Noten keine sinnvollen Ausgleichsmaßnahmen durch Komponente 3 möglich sind, diese Noten also immer starken Stimmungsänderungen unterliegen.The Programmatic variable tuning also allows it to occur the minor seventh in major-seventh or ninth-chords (for example the note combinations F-A-C-Eb, F-A-Eb, F-A-C-Eb-G) Note (here the Eb) to tune as a natural epitome. However, it gives way the Naturseptime with their frequency ratio of 7: 4 accordingly 969 cents so much from the tempered value 1000 cents off that for those concerned Notes no meaningful compensatory measures by component 3 possible are, so these notes are always subject to strong mood changes.
Für den Fall, dass der Benutzer des Programms selbst eine ihm passende Variante der variablen Stimmung anwählen will, kann vorgesehen werden, dass dem Benutzer durch entsprechende Hilfsmittel, beispielsweise auf der Oberfläche eines Musikinstrumentes oder auf der Oberfläche eines Computerprogramms die Anwahl verschiedener Programmvarianten mit den Anteilen von Komponentel, Komponente 1 und Komponente 3 ermöglicht wird.In the case, that the user of the program itself a suitable variant select the variable mood wants, can be provided to the user by appropriate Aids, for example on the surface of a musical instrument or on the surface of a computer program the selection of different program variants with the proportions of component, component 1 and component 3 allows becomes.
Des
weiteren wird vorgeschlagen, dem Benutzer des Stimmungsprogramms
darüber
hinaus die Möglichkeit
zu geben, die als Resultat der Addition der 3 Komponenten ausgegebenen
Stimmungsdaten durch einen Multiplikator auf beliebige Prozentwerte
zwischen voller Ausgabe (100%) und gleichstufiger Stimmung (0%)
anzusteuern. Beispielsweise auf 70% oder 50% (siehe
Die beigefügten Zeichnungen und Tabellen dienen zur Verdeutlichung der Erfindung.The attached Drawings and tables serve to illustrate the invention.
Beim ersten Akkord auf Position a ist die Komponente 1 noch mit 0% gewichtet, entsprechend die Stimmungsdaten von Komponente 2 mit 100% gewichtet und in voller Höhe ausgegeben, Ausgleichsmaßnahmen durch Komponente 3 werden nicht benötigt, deren Werte sind also 0. Beim nächsten Akkord auf Position b ist Komponente 1 mit 10% gewichtet, ihre Werte laut Tabelle 1 ausgegeben, entsprechend die Stimmungsdaten von Komponente 2 mit 90% gewichtet ausgegeben. Da sich beim Note E eine Verschiebung um 5 Cents gegenüber Akkord a ergeben würde, korrigiert Komponente 3 diesen Wert um –1, auf unauffällige 4 Cents. Beim nächsten Akkord auf Position c ist Komponente 1 bereits mit 20% gewichtet, Komponente 2 also mit 80%. Diese Gewichtung bleibt den Akkorden auf Position d und e unverändert, Ausgleichsmaßnahmen von Komponente 3 sind auch nicht notwendig. Beim Akkord auf Position f sind dagegen Ausgleichsmaßnahmen von Komponente 3 erforderlich. Diese werden mit zwei unterschiedlichen Maßnahmen vorgenommen, zum einen werden die Noten D und F individuell korrigiert, außerdem wird das Stimmungsniveau dieses Akkordes abgesenkt, damit die Umstimmungsschritte von D und F zum vorhergehenden Akkord ungefähr gleich hoch sind.At the first chord at position a, component 1 is still weighted at 0%, according to the sentiment data of component 2 weighted with 100% and in full spent compensatory measures by component 3 are not needed, so their values are 0. next time Chord at position b, component 1 is weighted at 10%, their values according to Table 1, according to the mood data of component 2 issued with 90% weighted. Since the note E is a shift about 5 cents over Chord a would result component 3 corrects this value by -1, to inconspicuous 4 Cents. At the next Chord at position c, component 1 is already weighted at 20%, Component 2 with 80%. This weighting remains with the chords unchanged at position d and e, countervailing measures of component 3 are also not necessary. When chord on position f are compensatory measures required by component 3. These will come with two different ones activities on the one hand the notes D and F are individually corrected, Furthermore the mood level of this chord is lowered so that the re-tuning steps from D and F to the previous chord are approximately equal.
Beim Akkord auf Position g ist Komponente 1 bereits mit 30% gewichtet, entsprechend wird der Anteil von Komponente 2 auf 70% reduziert. Komponente 3 hält das Stimmungsniveau dieses Akkordes nochmals auf –2 Cents, so dass die Umstimmungsschritte zu vorher im unhörbaren Bereich verbleiben.At the Chord at position g, component 1 is already weighted at 30%, Accordingly, the proportion of component 2 is reduced to 70%. Component 3 stops the mood level of this chord again to -2 cents, so that the re-tuning steps to remain in the inaudible area before.
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DE2003109000 DE10309000B4 (en) | 2003-03-01 | 2003-03-01 | Method for a program-controlled variable tuning for musical instruments |
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- 2003-03-01 DE DE2003109000 patent/DE10309000B4/en not_active Expired - Lifetime
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