DE3725820C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tonhöhensteuerung für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Noten-Eingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der tempertierten Stimmung, und mit einer Ton-Erzeugungseinrichtung, an die die Noteneingabesignale anlegbar sind.

Das seit langem bekannte Problem der Wahl der Stimmung liegt darin, daß die im Zuge der Entwicklung der Mehrstimmigkeit bevorzugte "harmonische reine Stimmung" zwar besonders angenehm anzuhörende Akkordklänge ergibt aufgrund der teilweisen Übereinstimmung von Oberschwingungen und Grundschwingungen der Akkordtöne; der Übergang von einer Tonart zur anderen erfordert jedoch eine entsprechende Anpassung der Stimmung (selbst innerhalb einer harmonisch gestimmten Tonart gibt es Akkorde mit einem der harmonisch reinen Stimmung nicht entsprechenden Frequenzverhältnis). Um bei Instrumenten, die während des Spiels ihre Stimmung nicht verändern können (z. B. die Tasteninstrumente Klavier und Orgel), das Spiel in verschiedenen Tonarten sowie die Modulation von einer Tonart zur anderen zu ermöglichen, werden diese Instrumente in einer vorgegebenen festen Stimmung gestimmt, bei welcher die Akkorde in den in Frage kommenden Tonarten mehr oder weniger gleich gut (bzw. gleich schlecht) klingen. Ein Beispiel für eine derartige feste Stimmung ist die temperierte Stimmung nach Johann Sebastian Bach. Es sind jedoch auch andere feste Stimmungen vorgeschlagen worden, insbesondere die Barockstimmungen "Werckmeister" und "Kirnberger" (s. DE-PS 25 58 716), die bestimmte Akkorde oder Tonarten bevorzugen, jedoch zu Lasten anderer Akkorde oder Tonarten.

Aus der DE-OS 33 04 995 ist es bekannt, ein elektronisches Tasteninstrument mit manuell während des Spiels zu bedienenden Tonalitäts-Auswahltasten zu versehen, deren Betätigung zur Folge hat, daß das Tasteninstrument momentan harmonisch rein bezüglich der ausgewählten Tonalität (z. B. C-Dur Subdominante) gestimmt ist. Diese manuelle Bedienung stört den Spielfluß und setzt darüber hinaus voraus, daß der Spieler während des Spiels die jeweilige Tonalität sofort erkennt.

Aus der DE-PS 30 23 578 ist eine Schaltungsanordnung zum Identifizieren des Akkordtyps und seines Grundtons bekannt, welche dazu dient, eine automatische Begleitung zu einer auf dem Instrument gespielten Melodiestimme zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tonhöhensteuerung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau eine selbsttätige Tonhöhenkorrektur gemäß einer harmonieabhängigen variablen Stimmung, insbesondere der harmonischen Stimmung, erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch

• - eine Akkorderkennungs-Schaltung, die bei jedem, einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster feststellt, ob dieses Eingabesignalmuster einem Akkordmuster aus einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern entspricht,
• - eine Signalmuster-Speicherschaltung, in der für jedes Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein Signalmuster gespeichert ist, und
• - eine Steuerschaltung, die dann, wenn die Akkordmuster-Erkennungsschaltung feststellt, daß ein einem der vorgegebenen Akkordmuster entsprechendes Eingabesignalmuster vorliegt, die Signalmuster-Speicherschaltung zur Abgabe des dem festgestellten Akkordmuster entsprechenden Signalmusters an die Tonerzeugungs-Einrichtung veranlaßt, zur Erzeugung des jeweiligen Akkords in der variablen Stimmung.

Als in der Akkordmuster-Speicherschaltung eingespeicherte Signalmuster können dem gewünschten Akkord in der variablen Stimmung unmittelbar entsprechende, z. B. deren Frequenz angebende Signale gespeichert sein. Besonders bevorzugt ist jedoch, daß in der Akkordmuster-Speicherschaltung als Signalmuster Korrektur-Signalmuster eingespeichert sind zur Korrektur der Noteneingabesignale gemäß der variablen Stimmung und daß eine Korrekturschaltung vorgesehen ist, an welche die Noteneingabesignale und die Korrektursignale der Korrektur-Signalmuster anlegbar sind und welche als Ausgabesignale die den Korrektursignalen entsprechend korrigierten Noteneingabesignalen an die Tonerzeugungseinrichtung abgibt. Diese Ausführungsform der Erfindung führt zu vereinfachtem Aufbau der Steuerung, insbesondere deshalb, da sie erlaubt, den Speicherbedarf der Akkordmuster- Speicherschaltung zu reduzieren (12 Speicherplätze pro Korrektur-Signalmuster).

Um auch in der Akkorderkennungs-Schaltung den Verfahrensablauf zu erleichtern bei reduziertem Speicherbedarf, wird vorgeschlagen, daß ein Definitions-Oktavspeicher vorgesehen ist mit 12 Speicherplätzen, die den 12 verschiedenen Tönen einer vorgegebenen Oktave zugeordnet sind, wobei bei Überprüfung eines einem Akkord entsprechenden Eingangssignalmusters dann ein Speicherplatz belegt wird, wenn der diesem Speicherplatz entsprechende Ton im Akkord in einer beliebigen Oktave vorkommt. Aufgrund dieser Projektion des Eingabesignalmusters auf die Definitions-Oktave muß lediglich noch mit entsprechend reduzierten Informationsmengen gearbeitet werden.

Ferner wird vorgeschlagen, daß ein Arbeitsspeicher vorgesehen ist mit 12 Speicherplätzen, in welche der Speicherinhalt des Definitions-Oktavespeichers übertragbar ist sowie einen Schiebezähler, welcher, vom Zählerwert "0" ausgehend, jeweils um "1" erhöht wird, wenn der Speicherinhalt des Arbeitsspeichers um einen Speicherplatz in einer vorgegebenen Richtung verschoben wird.

Dementsprechend kann ein Akkordmuster-Speicher vorgesehen sein mit jeweils einer einem der Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordneten Speicherzeile, insbesondere jeweils mit 12 Speicherplätzen. Aufgrund der erwähnten Projektion des Eingangssignalmusters auf die Definitions-Oktave können die hiermit zu vergleichenden Akkordmuster sich ebenfalls auf eine Oktave (12 Speicherplätze) beschränken. Bei Ausbildung des Arbeitsspeichers als Schieberegister-Speicher kann man den jeweiligen Speicherinhalt so lange in der vorgegebenen Richtung verschieben, bis ein einem Akkordton entsprechender, besetzter Speicherplatz am entsprechenden Ende des Arbeitsspeichers angelangt ist. Mit dem auf diese Weise "randjustierten" Eingangssignal-Akkord werden dann der Reihe nach die ebenfalls "randjustierten" Akkordmuster aus dem Akkordmuster- Speicher verglichen. Ferner kann ein Akkordspeicher vorgesehen sein mit 12 jedem Ton einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen zum Einspeichern des zuletzt erkannten Akkords. Dies gibt die Möglichkeit, vom Akkordmustervergleich abzusehen, wenn mehrmals der gleiche Akkord hintereinander gespielt wird. Außerdem bietet dieser Vergleich der gespielten Töne mit dem Akkordspeicher den Vorteil, daß sich die Frequenz der Töne nicht ändert, wenn nach einem erkannten und frequenzkorrigierten Akkord anschließend Akkorde aus einer Teilmenge der Töne des vorausgegangenen Akkordes oder auch Einzeltöne dieses Akkords gespielt werden.

Es kann ferner ein Korrektur-Speicher vorgesehen sein mit Speicherzeilen, insbesondere mit je 12 jedem der 12 verschiedenen Halbtöne einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen, die jeweils einem Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordnet sind.

Ferner wird vorgeschlagen, daß ein Ausgabespeicher vorgesehen ist, insbesondere mit jeweils 12 jedem der 12 verschiedenen Halbtöne einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen, in welchen der Inhalt der einem erkannten Akkord zugeordneten Speicherzeile des Korrekturfaktor-Speichers übertragbar ist, und dessen Speicherinhalt vorzugsweise in einer vorgegebenen Richtung verschiebbar ist. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise die zur Erleichterung des Akkordmustervergleichs durchgeführte Randjustierung bei der Ausgabe der Korrekturfaktoren durch entsprechende Zurückverschiebung im Ausgabespeicher berücksichtigen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur selbsttätigen Tonhöhenkorrektur gemäß einer harmonieabhängigen variablen Stimmung, insbesondere der harmonischen Stimmung, für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Noteneingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Tonerzeugungseinrichtung, an die die Noteneingabesignale anlegbar sind, insbesondere unter Verwendung einer Tonhöhensteuerung der vorstehend beschriebenen Art.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) Bei einem, einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster stellt man durch Vergleich mit den Akkordmustern einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern fest, ob eines dieser Akkordmuster vorliegt;
• b) bei Vorliegen eines dieser Akkordmuster wird das Eingabesignalmuster durch ein entsprechend diesem Akkordmuster korrigiertes Eingabesignalmuster ersetzt und an die Tonerzeugungseinrichtung angelegt.

Um lediglich einen Akkordmustervergleich in dem einer Oktave entsprechenden 12-Ton-Raum vornehmen zu müssen, wird vorgeschlagen, daß man das Eingabesignalmuster auf eine vorgegebene Oktave (Definitionsoktave) projiziert und mit den sich ebenfalls jeweils auf eine Oktave beschränkenden Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht.

Dieser Vergleich kann bei einer ersten Alternative dadurch vorgenommen werden, daß man das Eingabesignalmuster innerhalb der Definitionskurve so lange als Ganzes halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt, bis ein Signal an einem vorgegebenen Ende der Definitionsoktave liegt, und daß man das in dieser Weise verschobene Signalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht, wobei bei den Akkordmustern jeweils ebenfalls ein Akkordton am vorgegebenen Ende der Oktave liegt.

Man kann jedoch auch so vorgehen, daß man die Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern innerhalb der Oktave zyklisch halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt und die auf diese Weise verschobenen Akkordmuster jeweils mit dem unverschobenen Eingabesignalmuster vergleicht. Die erste Alternative hat den Vorteil, daß man mit einer geringen Anzahl von Verschiebeschritten auskommt. Die zweite Alternative hat den Vorteil, daß man lediglich ein einziges Akkordmuster pro Akkord-Typus zu vergleichen hat, wenn auch mit längerer Rechenzeit, wohingegen bei der ersten Alternative, beispielsweise bei einem Dur-Dreiklang, insgesamt drei diesem Dreiklang zugeordnete Akkordmuster mit dem Eingabesignalmuster zu vergleichen sind.

Um bei Vorliegen eines der Akkordmuster das Eingabesignalmuster durch ein enstprechend korrigiertes Eingabesignalmuster ersetzen zu können, sind den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern Signalmuster zugeordnet, die entweder bereits den korrigierten Eingabesignalen entsprechen können (beispielsweise durch Angabe der jeweiligen Tonfrequenz) oder die, bevorzugt, Korrektursignale für die Eingabesignale bilden.

Damit sich die den Akkordmustern zugeordneten Signalmuster ebenfalls auf eine Oktave beschränken können, wird, zur einfachen Berücksichtigung der anfänglichen Verschiebung des Eingabesignalmusters bzw. der Akkordmuster, vorgeschlagen, daß man bei Übereinstimmmung des Eingabesignalmusters innerhalb der Definitionsoktave mit einem Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein dem jeweiligen Akkordmuster zugeordnetes, auf eine Oktave beschränktes Signalmuster in einen Ausgabespeicher lädt und das Signalmuster der Anzahl der Verschiebeschritte halbtonweise im Ausgabespeicher in entgegengesetzter Richtung ggf. zyklisch verschiebt. Die Verschieberichtung ist also entgegengesetzt der anfänglichen Verschiebung des Eingabesignalmusters bzw. der Akkordmuster. Im Falle der zyklischen Verschiebung des Akkordmuster innerhalb der Oktave, d. h. mit Einspeisung des Speicherinhalts vom Überlauf- Ende des Speichers zum anderen Speicherende, erfolgt dementsprechend im Ausgabespeicher eine zyklische Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung. Die Korrektursignale stehen anschließend in der entsprechenden Position der Oktave, so daß nunmehr lediglich die Eingabesignale, gleichgültig in welcher der möglichen Oktaven sie stehen, zu korrigieren sind. Die Korrektursignale beziehen sich bevorzugt auf relative Frequenzänderungen, insbesondere angegeben in Cents, um Unabhängigkeit von den Oktaven zu erreichen.

Um für die variablen Stimmungen ein festes Bezugssystem zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß man das einem vorbestimmten Grundton des jeweiligen Akkordmusters zugeordnete Signal der Signalmuster entsprechend der vorgegebenen festen Stimmung festlegt. Im Falle der temperierten Stimmung orientiert sich der Gundton des Akkords also an dem entsprechenden Ton in der temperierten Stimmung. Im einfachsten Falle stimmen beide Töne überein.

Es wurde jedoch erkannt, daß in letzterem Falle zwei unmittelbar aufeinanderfolgend gespielte unterschiedliche Akkorde unangenehm klingen können, insbesondere dann, wenn in beiden Akkorden die gleichen Töne in unterschiedlicher Funktion vorkommen. Aufgrund der jeweils akkordspezifischen und daher unterschiedlichen Frequenzkorrektur dieser Töne, liegen sie in beiden Akkorden bei unterschiedlicher Tonhöhe, was bei entsprechendem Frequenzunterschied als unangenehm empfunden wird. Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung dieses Nachteils vorgeschlagen, daß man das dem vorbestimmten Grundton des Akkords zugeordnete Signal des Signalmusters gegenüber der vorgegebenen festen Stimmung korigiert. Um die gewünschte variable Stimmung auch hier zu erhalten, legt man die den übrigen Tönen des Akkordmusters zugeordneten Signale des Signalmusters, vom Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung fest. Die Korrektur des Grundtons wird dann so vorgenommen, daß die Frequenzdifferenzen gleicher Töne möglichst klein sind.

Es hat sich herausgestellt, daß man im allgemeinen dann eine brauchbare Frequenz-Zusatzkorrektur erhält, wenn man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß der entsprechend korrigierte, von der Tonerzeugungseinrichtung abgegebene Ton höher oder tiefer liegt als der Grundton in der vorgegebenen festen Stimmung, je nachdem, ob die entsprechend dem Signalmuster korrigierten Akkordtöne im Mittel tiefer bzw. höher liegen als die unkorrigierten Akkordtöne in der festen Stimmung.

Besonders bevorzugt wird das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß die Verschiebung einer mittleren Frequenz der Akkordtöne auf Grund der Korrektur der Akkordtöne durch das Signalmuster wenigstens angenähert kompensiert wird. Im Falle der Verwendung von relative Frequenzänderungen angebenden Korrektursignalen wird vorgeschlagen, daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal mit einem eine relative Frequenzänderungen angebenden Zusatzkorrektursignal korrigiert, welches dem Mittelwert der ebenfalls relative Frequenzänderung angebenden Korrektursignale für die Eingabesignale den Betrag nach, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, entspricht.

Eine besondere Beachtung muß bei kleinen Septakkorden dem Ton mit der Funktion der Kleinen Septime im Akkord geschenkt werden. In Temperierter Stimmung weist dieser Ton den Wert von 1000 Cents im Verhältnis zum Grundton des Akkordes auf. In historischer Zeit wurde die Kleine Septime einer Tonleiter häufig auf den Wert 7/4 zum Grundton eingestimmt, was dem Frequenzverhältnis des 7. Obertones einer Naturtonreihe entspricht. Dieser Wert ist jedoch für die heutige Musizierpraxis unbrauchbar, da er mit 969 Cents zu weit entfernt vom Wert der Temperierten Stimmung ist.

Einen brauchbaren Wert bietet das Frequenzverhältnis wie es im Dominantenseptakkord innerhalb einer harmonisch gestimmten Dur-Tonleiter vorkommt. Im Dominantenseptakkord wird der Grundton durch die Quinte der betreffenden Tonart gebildet, die Kleine Septime dagegen durch die Quarte der darüberliegenden Oktave. Die Quinte hat ein Frequenzverhältnis von 3/2 zum Grundton der Tonart, die darüberliegende Quarte der nächsten Oktave ein Verhältnis von 2 × 4/3=8/3 zum Grundton der Tonart. Also verhält sich die Kleine Septime des Dominantseptakkord zu dessen Grundton wie 8/3 : 3/2=16/9. Dies entspricht 997 Cents zum Akkordgrundton. Nach Ausführung der schon erwähnten Zusatzkorrektur hat dieser Ton im Kleinen Durseptakkord eine Korrektur von vorzugsweise +1 Cent zur Frequenz der temperierten Stimmung, was sich gut anhört.

Bei einem Kleinen Mollseptakkord vergrößert sich jedoch der Abstand der Frequenz des Tones mit der Funktion der Kleinen Septime im Akkord infolge der schon erwähnten Zusatzkorrektur von Mollakkorden vom Wert -3 Cents auf ca. -9 Cents vom Wert der Temperierten Stimmung, was zu unangenehmen Frequenzsprüngen führt, wenn der betreffende Ton in unmittelbarer Folge zweier verschiedener Akkorde einmal die Funktion der Kleinen Septime einnimmt und einmal die Funktion der Kleinen Terz. Ein Ton mit der Funktion der Kleinen Terz im Molldreiklang einen Korrekturwert von +10 Cents, was gegenüber der vorerwähnten -9 Cents der Septime im Kleinen Mollseptakkord einen Frequenzsprung von +19 Cents darstellt. Dieser Frequenzsprung wäre sehr hoch.

In Erwägung kommt auch, die Kleine Septime im Kleinen Mollseptakkord im Verhältnis einer harmonisch gestimmten Kleinen Terz mit dem Frequenzverhältnis von 6/5 zur Quinte des Akkordes einzustimmen. Dies würde eine Stimmungsverhältnis der Kleinen Septime zum Grundton von 6/5 · 3/2=18/10 ergeben, bzw. von 1017 Cents.

Nach Ausführung der Zusatzkorrektur für Mollakorde von ca. -6 Cents hätte dieser Ton also eine Frequenz von 1011 Cents zum Grundton des Akkordes. Rechnerisch gibt das eine geringe Frequenzänderung, wenn dieser Ton im Nachfolgenden als Kleine Terz eines Molldreiklanges wiederkehrt. Beim Anhören wirkt eine derartige hohe Kleine Septime im Akkord jedoch unangenehm.

Es wird deshalb vorgeschlagen, daß man bei einem Kleinen Moll-Septakkord nur die Akkordtöne "Kleine Terz"und "Reine Quinte", vom korrigierten Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung korrigiert, jedoch den Akkordton, "Kleine Septime" entsprechend der festen Stimmung festlegt. Dies gibt einen deutlich verbesserten Klang gegenüber einem nur temperiert gestimmten Akkord.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei den nachfolgenden Eingabesignalmustern feststellt, ob der entsprechende Ton bzw. die entsprechenden Töne des Eingabesignalmusters im Akkordmuster vollständig enthalten sind und zutreffendenfalls diesen Ton bzw. diese Töne entsprechend dem Akkordmuster korrigiert. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, daß unmittelbar nach dem Spielen eines Akkordes aus der Menge der vorgegebenen Muster und dessen Erklingen in harmonischer Stimmung auch dessen Einzeltöne oder Kombinationen von Einzeltönen dieses Akkords gespielt werden können, ohne daß sich die Stimmung dieser Töne verändert. Dies ist sehr von Vorteil, wenn beispielsweise einem Chor ein Akkord zur Intonation vorgespielt wird und danach noch die Einzeltöne dieses Akkords vorgespielt werden sollen.

Bei einer mehrmanualigen Eingabeeinrichtung wird vorgeschlagen, daß man bei jedem Manual gesondert das jeweils zugeordnete Eingabesignalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht. Da im allgemeinen auf einem der Manuale Begleit-Akkorde gespielt werden, können diese selbst dann identifiziert werden, wenn auf einem anderen Manual akkordfremde Töne, beispielsweise sog. Durchgangstöne, gespielt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei einem der Manuale die nachfolgenden Eingabesignalmuster sämtlicher Manuale daraufhin überprüft, ob der bzw. die entsprechenden Töne im Akkordmuster vollständig enthalten sind. Es werden also die akkordidentischen Töne sämtlicher Manuale korrigiert, während die nicht zum festgestellten Akkordmuster gehörenden Töne die Frequenzen der Temperierten Stimmung beibehalten.

Anstelle oder zusätzlich zur vorgeschlagenen Zusatzkorrektur der Grundtonfrequenzen der Akkorde, zur Vermeidung mißtönender Frequenzunterschiede gleicher Töne aufeinanderfolgender Akkorde, wird vorgeschlagen, daß man bei zwei aufeinanderfolgenden Eingabesignalmustern, die jeweils zwei unterschiedlichen Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern entsprechen, feststellt, ob in beiden Akkordmustern derselbe Ton vorkommt und zutreffendenfalls eine derartige Zusatzkorrektur beim zweiten Eingabesignalmuster vornimmt, daß die übereinstimmenden Töne in beiden Akkorden im wesentlichen dieselbe Höhe aufweisen oder zumindest eine einen vorgegebenen Wert von vorzugsweise kleiner 8 Cents nicht überschreitende Frequenzdifferenz aufweisen. Bevorzugt betrifft diese Zusatzkorrektur lediglich den übereinstimmenden Ton, so daß sich eine dementsprechende geringfügige Abweichung im zweiten Akkord von der variablen Stimmung ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von mit I-VI bezeichneten Tabellen am Schluß der Beschreibung sowie anhand der Zeichnung erläutert.

Die Tabelle I gibt die Bezeichnung der Funktion der Töne einer Reihe ausgewählter Akkorde in der hier gewählten Darstellung an.

Die Tabelle II gibt die Frequenzverhältnisse der Töne eines Akkords zueinander an, und zwar sowohl in der harmonischen Stimmung als auch in der temperierten Stimmung.

Die Tabelle III zeigt eine Aufstellung über die zu korrigierenden Akkorde mit den zugeordneten Korrekturwerten.

Die Tabelle IV gibt zu jedem der ausgewählten Akkorde die im Akkorderkennungs-Speicher gespeicherten zugeordneten Akkordmuster an.

Die Tabelle V ordnet die Akkordmuster-Nummern gemäß Tabelle IV den Notenbeispielen gemäß Fig. III zu.

Die Tabelle VI zeigt die Auswirkung einer halbtonweisen Akkordmusterverschiebung.

Fig. 1 zeigt ein Notenbeispiel (Übergang von einem e-Moll- Akkord zu einem C-Dur-Akkord) samt Tabelle zur Erläuterung der Zusatzkorrektur.

Fig. 2 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema.

Fig. 3 zeigt eine Reihe von mit a-n bezeichneten Notenbeispielen.

Fig. 4 zeigt die Belegung einer Reihe von für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Speichern.

Fig. 5 zeigt die obere Hälfte eines Ablaufdiagramms.

Fig. 6 zeigt die untere Hälfte des genannten Ablaufdiagramms.

Bei dem im folgenden näher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Tonhöhensteuerung wird von einer festen Stimmung ausgegangen, die der temperierten Stimmung entspricht mit Einteilung einer Oktave in 12 gleiche Halbtöne, also mit einem Frequenzverhältnis von

entsprechend 100 Cents. Es sind jedoch auch andere feste Ausgangsstimmungen denkbar, wie z. B. die in der DE-PS 25 58 716 angegebenen Stimmungen. Um verschiedene Tonarten spielen zu können und auch Tonart-Modulationen durchführen zu können, ist es bei Instrumenten, die, im Gegensatz beispielsweise zu Streichinstrumenten und Blasinstrumenten, während des Spiels vom Spieler nicht nachgestimmt werden können, erforderlich, eine derartige feste Stimmung vorzusehen, so bei den Tasteninstrumenten Klavier und Orgel (mit Pfeifen oder elektronisch). Gemäß der Erfindung soll nun für Instrumente, welche mehrstimmiges Spiel erlauben und somit das Spielen von Akkorden, selbsttätig eine Frequenzkorrektur der Töne derart vorgenommen werden, daß die Akkorde harmonisch rein gestimmt sind. Das Instrument muß hierzu eine Tonerzeugungseinrichtung aufweisen, welche die Erzeugung von frequenz-korrigierten Tönen zuläßt. Diese Voraussetzung ist bei "elektronischen Orgeln" bzw. "Synthesizern" von vorneherein gegeben. Es ist jedoch auch denkbar, eine Pfeifen-Orgel einzusetzen, bei welcher jedem einzelnen Ton mehrere Pfeifen unterschiedlicher Tonhöhe (z. B. Länge) zugeordnet sind mit wahlweiser Ansteuerung der jeweils gewünschten Pfeife. Auch ist eine Pfeifen-Orgel einsetzbar, bei welcher Pfeifen mit variabler Tonhöhe (z. B. variabler Länge) verwendet werden, um während des Spiels die gewünschte Nachstimmung der Pfeife zu ermöglichen.

Die Tabelle V gibt diejenigen Akkorde an, welche für die harmonisch reine Stimmung vorgeschlagen werden, wobei je nach Anwendungsfall weniger wichtige Akkorde wegfallen können oder weitere Akkorde hinzu kommen können. Auch werden Akkorde mit mehr als vier verschiedenen Noten im Ausführungsbeispiel nicht berücksichtigt. Alle Akkorde werden nicht nur in ihrer Grundstellung gemäß Tabelle I (Grundton G als tiefster Ton) erkannt und korrigiert, sondern auch in allen Umkehrungen, Lagen und Verdoppelungen. Dies wird dadurch erreicht, daß alle Töne aus allen Oktaven auf eine als "Definitions-Oktave" bezeichnete, beispielsweise aus den 12 aufeinanderfolgenden Halbtönen von c′ bis h′ bestehende Oktave projiziert werden. Betrachtet man beispielsweise die drei Akkorde des Beispiels a gemäß Fig. 3, so ist bei dem mit a 1 bezeichneten C-Dur-Akkord der Ton C der tiefste Ton, wenn er auf die Definitionsoktave von c′ bis h′ projiziert wird, der Ton E ist der nächsthöhere und der Ton G der höchste auf dieser Definitionsoktave, so daß dieser Akkord sich auf der Definitionsoktave genauso wie abgebildet darstellt und durch das Akkordmuster Nr. 1 gemäß Tabelle IV identifiziert werden kann. Der Akkord a 2 ist ein As-Dur- Dreiklang, bei dem dessen Töne, auf die genannte Definitionsoktave projiziert von unten nach oben in der Reihenfolge C, Es und As gelesen würden, was dem Akkordmuster Nr. 2 gemäß Tabelle IV entspricht. Dementsprechend wird der F-Dur-Dreiklang als Beispiel a 3 von unten nach oben in der Reihenfolge C, F und A gelesen und entspricht dem Akkordmuster Nr. 3 aus Tabelle IV.

Die gespielten Akkorde erscheinen also bei der Projektion auf die Definitionsoktave in ihrer Grundstellung oder in einer ihrer Umkehrungen, unabhängig davon, in welcher Lage, Verdoppelung oder Umkehrung sie gespielt werden. Die Lage des Akkordes in der Definitionsoktave muß nicht der Lage entsprechen, in der der Akkord gespielt wird, sondern hängt von Anfangs- und Endton der gewählten Definitionsoktave ab und davon, aus welchen konkreten Tönen der jeweils gespielte Akkord besteht. Wie aus Tabelle IV weiter hervorgeht, kann anhand der Darstellung der Töne auf der Definitionsoktave und des spezifischen Rasters jedes Akkordes die Funktion der einzelnen Töne des Akkordes (hier als Buchstaben G, M, T, Q, R und S gemäß Tabelle I dargestellt) bestimmt werden und so kann jedem Ton mit einer bestimmten Funktion im Akkord ein ganz bestimmter Korrekturwert von Temperierter zu Harmonischer Stimmung zugeordnet werden.

Anhand von Fig. 2 in Verbindung mit Tabelle II soll demonstriert werden, daß auch bei jeweils individuell harmonisch reiner Stimmung aufeinanderfolgender Akkorde hörbare Unzuträglichkeiten auftreten können. In Fig. 1 oben ist der Übergang von einem e-Moll-Dreiklang zu einem C-Dur-Dreiklang dargestellt. Um ein festes Bezugssystem zu haben, wird beispielsweise der jeweilige Akkordton in der Funktion G in der festen (temperierten) Stimmung festgelegt, also beim Grundton e (=330 Herz). Die Töne g (mit Funktion M) und h (mit Funktion Q), welche dementsprechend bei temperierter Stimmung (s. Tabelle II) Frequenzen von 392 (=300 Cents) und 494 Herz (=700 Cents) haben würden, werden dann auf die Frequenzen 396 Herz und 495 Herz korrigiert. Dementsprechend wird der Grundton c (mit Funktion G) des C-Dur Akkords auf 523 Herz festgelegt mit den harmonischen Frequenzen 392 und 327 für die tieferliegenden Töne e (mit Funktion Q) und g (mit Funktion T).

Vergleicht man nun die beiden untersten Töne beider Akkorde, die beide demselben Ton, nämlich dem Ton e entsprechen, so haben diese unmitelbar aufeinanderfolgend gespielten Töne durch die Korrektur zur harmonischen Stimmung eine Frequenzdifferenz von ca. 1%. Dies gilt auch für die beiden mittleren Töne der Akkorde mit 396 bzw. 392 Herz. Ein derartiger Frequenzunterschied unmittelbar aufeinander gespielter, an sich gleicher Töne, ist hörbar und wird als unangenehm empfunden.

Um diesen Effekt zu vermeiden, werden die nach wie vor harmonisch gestimmten Dur-Dreiklänge als Ganzes zu höheren Frequenzen verschoben und dementsprechend die nach wie vor harmonisch rein gestimmten Moll-Dreiklänge zu tieferen Frequenzen. Gemäß Tabelle III hat sich als besonders vorteilhaft eine Frequenzverschiebung der Dur-Dreiklänge nach oben um 4 Cents und eine Frequenzverschiebung der Moll- Dreiklänge nach unten um 6 Cents herausgestellt.

Aufgrund dieser Zusatzkorrektur liegt der Frequenzunterschied der betreffenden Töne nunmehr mit jeweils 1 Herz unter 1/3% und ist folglich nicht mehr hörbar.

In Tabelle III sind in der dritten Spalte von rechts die bevorzugten Zusatzkorrekturen für die angegebenen Akkorde aufgeführt.

Fig. 2 zeigt ein rein schematisches Schaltungsdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens. Eine Eingabeeinrichtung 10 zur Eingabe von Noten-Eingabesignalen in der festen Stimmung ist symbolisiert als eine Reihe von Klaviertasten 12 zur Betätigung von jeder Taste 12 zugeordneten Schaltern 14. Die von den Schaltern 14 ausgehenden Leitungen 16 sind zu einer Sammelleitung 18 zusammengefaßt. Eine Tonerzeugungs- Einrichtung 20 weist eine Tonsignal-Ausgabeschaltung 22 auf, die im allgemeinen mit Tonfrequenz-Generatoren versehen ist, und die über eine Leitung 24 einen oder mehrere Lautsprecher 26 ansteuert. Anstelle des Lautsprechers 26 kann, zur "Musik-Zwischenspeicherung", auch ein Aufzeichnungsgerät, wie z. B. Tonband, vorgesehen sein. Die Leitung 18 mündet in eine Akkordmuster-Erkennungsschaltung 28, von der wiederum eine Leitung 30 ausgeht zur Verbindung der Schaltungen 28 und 22. Die Eingabeeinrichtung 10 sowie die Tonerzeugungs- Einrichtung 22 entsprechen in Aufbau und Funktion den entsprechenden Bauelementen herkömmlicher elektronischer Tasteninstrumente.

Die Akkordmuster-Erkennungsschaltung 28 ist über eine Leitung 31 mit einer Steuerschaltung 32 verbunden, welche wiederum über eine Leitung 33 mit einer Signalmuster-Speicherschaltung 34 verbunden ist. Die Steuerschaltung 32 ist zusätzlich über eine Leitung 35 mit der Tonsignal-Ausgabeschaltung 22 verbunden.

Die generelle Funktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist die folgende:

Über die Leitung 18 werden der Akkordmuster-Erkennungsschaltung 28 die Noten-Eingabesignale zugeführt. Die Akkordmuster-Erkennungsschaltung überprüft, ob ein einem Akkord entsprechendes Eingabesignalmuster aus mehreren unterschiedlichen Tönen einem Akkordmuster aus einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern entspricht. Ist dies der Fall, so wird dies der Steuerschaltung 32 gemeldet, die aus der Signalmuster-Speicherschaltung 34 die diesem Akkord zugeordneten Korrektursignale abruft und über die Leitung 35 an die Tonsignal-Ausgabeschaltung 22 weiterleitet, die dementsprechend die ihr über die Leitung 30 zugeführten Noten- Eingabesignale korrigiert und als korrigierte Ausgabesignale an den Lautsprecher 26 abgibt.

Das beschriebene Verfahren ist natürlich nicht auf eine derartige elektrische Schaltungsanordnung beschränkt, sondern kann auch durch entsprechend programmierte programmgesteuerte Einrichtungen realisiert werden.

In den Fig. 4 und 5 ist ein entsprechender Programmablauf wiederum rein schematisch dargestellt. Die im Programmablauf- Schema angesprochenen Speicher sind in Fig. 4 näher erläutert. Man erkennt einen Definitions-Oktave-Speicher 40 mit zwölf Speicherplätzen 42, die der Reihe nach jeweils einen Halbton der Tonleiter, beispielsweise beginnend beim Ton c, aufweisen. Ein Akkordspeicher 44 hat gleichen Aufbau. Ein Arbeitsspeicher 46 weist ebenfalls zwölf Speicherplätze auf; der Arbeitsspeicher 46 ist jedoch als Schieberegister-Speicher ausgebildet, so daß die Speicherplätze lediglich von 1-12 durchnumeriert sind und keinem Ton der Tonleiter zugeordnet sind. Ein Schiebezähler 48 ist dem Arbeitsspeicher 46 zugeordnet und zählt die jeweils durchgeführten Verschiebeschritte jeweils um einen Speicherplatz, entsprechend einem Halbton der Tonleiter.

Ein Akkorderkennungs-Speicher 50 weist jeweils einem der Akkordmuster gemäß Tabelle IV zugeordnete Speicherzeilen 52 auf jeweils mit zwölf Speicherplätzen 54. Wie ein Vergleich, beispielsweise der ersten vier Speicherzeilen, mit der Tabelle IV Akkordmuster Nr. 1-4 ergibt, entspricht die Speicherplatzbelegung im Akkorderkennungs-Speicher 50 den Akkordmustern. Es sind bei den hier zur Korrektur vorgeschlagenen Akkorden neununddreißig Zeilen 52 vorgesehen.

Ein Korrekturfaktoren-Speicher 56 ist gleichfalls in neunundreißig Zeilen 58 zu je zwölf Speicherplätzen 60 organisiert. Während beim Akkorderkennungs-Speicher entsprechend dem jeweiligen Akkordmuster entweder eine"1" (d. h. Akkordton) oder eine "0" (d. h. kein Akkordton) steht, sind, beim Korrekturfaktoren-Speicher 56 an denjenigen Speicherplätzen, die den im Akkorderkennungs-Speicher 50 mit "1" versehenen entsprechenden Speicherplätzen entsprechen, die dem jeweiligen Ton gemäß Tabelle III zugeordneten Korrektursignale eingespeichert. Diese Korrektursignale entsprechen jeweils der Gesamtkorrektur in Cents aus der zweiten Spalte von rechts der Tabelle III. Betrachtet man beispielsweise die dritte Zeile im Korrekturfaktoren-Speicher 56, die dem Akkordmuster Nr. 3 zugeordnet ist, so ist im ersten Speicherplatz die Zahl "6" eingespeichert - dies deshalb, weil dieser Ton gemäß Tabelle IV seiner Funktion nach dem Ton mit der Funktion Q (=Quinte) entspricht, welchem Ton wiederum gemäß Tabelle III, oberste Zeile eine Korrektur von +6 Cents zugeordnet ist. Die den mit "0" belegten Speicherplätzen 50 ihrem Orte nach entsprechenden Speicherplätze 60 des Speichers 56 sind ebenfalls mit "0" belegt.

Schließlich ist noch ein Ausgabespeicher 62 vorgesehen wiederum mit zwölf Speicherplätzen, die durchnumeriert sind, um anzudeuten, daß auch dieser Speicher als Schieberegister- Speicher ausgebildet ist.

Bei der prinzipiellen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 können die Speicher 40, 44, 46 und 50 der Schaltung 28 zugeordnet sein, der Speicher 56 der Schaltung 34 sowie der Speicher 62 der Schaltung 32.

Der Verfahrensablauf bzw. Programmablauf geht aus den Fig. 5 und 6 hervor. Ausgehend vom Startblock 70 wird im nächstfolgenden Entscheidungsblock 72 geprüft, ob die von der Tonerzeugungseinrichtung 10 abgegebenen Eingabesignale unverändert sind, d. h. ob der momentane Schaltzustand weiter bestehen bleibt, also beispielsweise eine oder mehrere Tasten unverändert gedrückt sind. Ist dies der Fall, so springt das Programm zum später noch zu erläuternden Block 74 und dann zum "Return-Block" 76. Das Ergebnis ist die unveränderte Ausgabe der wie bisher korrigierten Eingabesignale an die Tonerzeugungseinrichtung 20, so daß die eben gespielten Töne in unveränderter Stimmung weiterhin erklingen.

Sind dagegen die Eingabesignale verändert, so wird das Eingabesignalmuster gemäß einem Block 84 in den Definitions- Oktave-Speicher 40 geladen, und zwar in der Weise, daß dann beispielsweise die dem Ton c zugeordnete Speicherzelle 42 mit "1" belegt wird, wenn eine oder mehrere dem Ton c in irgendeiner Oktave jeweils zugeordneten Tasten gedrückt sind. Im übrigen erhalten die Speicherplätze den Speicherinhalt "0". Im Ergebnis sind also gleichnamige Töne beliebiger Oktaven durch die logische Funktion "oder verknüpft, so daß man die gewünschte Projektion des eingegebenen Akkords auf die Definitions-Oktave erhält.

Im darauffolgenden Block 86 wird überprüft, ob der nunmehr angeschlagene Akkord ausschließlich aus Akkordtönen des zuletzt angeschlagenen und als Akkordmuster erkannten Akkords besteht. Ergibt diese Prüfung im Entscheidungsblock 88, daß eine reine Wiederholung vorliegt, so wird zur Verkürzung des Verfahrens zum Block 74 übergegangen, mit dem Ergebnis, daß der neue Akkord mit den Frequenzkorrekturen entsprechend dem zuletzt gespielten Akkord ertönt, wobei der neue "Akkord" auch aus lediglich einem einzelnen Akkordton des vorher gespielten, als Akkordmuster erkannten Akkords bestehen kann.

Weicht der neue Akkord jedoch in wenigstens einem Ton von diesem vorher gespielten Akkord ab, so schreitet das Programm zu einem Entscheidungsblock 89 weiter, in welchem geprüft wird, ob das Eingabesignalmuster lediglich einem Einzelton entspricht. Ist dies der Fall, so geht das Programm zu einem Block 80 über, in welchem der bereits erwähnte Ausgabespeicher 62 gelöscht wird, ebenso wie der Akkordspeicher 44 in einem nachfolgenden Block 82, woraufhin das Programm wiederum zu einem Block 74 weiterschreitet zur Ausgabe des dem Einzelton entsprechenden Eingabesignals an die Tonerzeugungseinrichtung 20, und zwar ohne Korrektur, da die Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher auf "0" gesetzt sind. Der Einzelton ertönt also in temperierter Stimmung.

Wird dagegen festgestellt, daß das Eingabesignalmuster mehreren Tönen entspricht, so wird der Inhalt des Definitions- Oktave-Speichers 40 gemäß einem Block 90 in den Arbeitsspeicher 46 geladen. Der Schiebezähler 48 wird in einem anschließenden Block 92 auf die Zahl "0" gesetzt. Die nächste Programmschleife dient dazu, den Speicherinhalt des Arbeitsspeichers so weit zu verschieben, bis eine "1" an den z. B. linken Rand der den Arbeitsspeicher 46 bildenden, schieberegisterartigen Speicherzeile angelangt ist. Man kann dies auch als Randjustierung bezeichnen. Auf diese Weise soll der Vergleich mit den Akkordmustern im Akkorderkennungs- Speicher erleichtert werden, da der Inhalt der entsprechenden Zeilen 52 dieses Speichers 50 ebenfalls randjustiert ist, wie Fig. 4 zu entnehmen ist.

In einem auf den Block 92 folgenden Entscheidungsblock 94 wird hierzu geprüft, ob in der Speicherzelle Nr. 1 des Arbeitsspeichers 46 sich eine "1" befindet. Ist dies nicht der Fall, so schreitet das Programm zu einem Block 96 fort, um den Inhalt des Arbeitsspeichers 46 um eine Zelle (entsprechend einem Halbton) nach links zu verschieben. Gleichzeitig wird im Block 98 der Speicherwert des Schiebezählers 48 um "eins" erhöht. Anschließend kehrt das Programm zum Entscheidungsblock 94 zurück. Die auf diese Weise gebildete Schleife wird so oft durchfahren, bis die Randjustierung erreicht ist, d. h. in der Speicherzelle 1 eine "1" gespeichert ist.

Das Programm fährt dann fort zu einem Block 100 (Fig. 6). Hierbei wird der Akkorderkennungs-Speicher 50 angesteuert, und zwar dessen erste Zeile mit dem Akkordmuster Nr. 1. In der nachfolgenden Programmschleife wird der randjustierte Inhalt des Arbeitsspeichers 46 der Reihe nach mit sämtlichen Akkordmustern verglichen, bis entweder Gleichheit mit einem bestimmten Akkordmuster festgestellt worden ist oder bis sämtliche Akkordmuster ohne Übereinstimmung durchgeführt worden sind. In einem Block 102 der Schleife wird das jeweilige Akkorderkennungs-Muster mit dem Inhalt des Arbeitsspeichers verglichen. In einem nachfolgenden Entscheidungsblock 104 wird zu einem nächstfolgenden Entscheidungsblock 106 innerhalb der Schleife übergegangen, falls das momentane Akkorderkennungs-Muster dem Inhalt des Arbeitsspeichers nicht entspricht. Im Entscheidungsblock 106 wird überprüft, ob bereits sämtliche Akkordmuster durchgeprüft worden sind. Ist dies noch nicht der Fall, d. h. die aktuelle Akkordmuster-Nummer ist kleiner als die höchste Akkordmuster-Nummer (im Beispiel gemäß Fig. 4: 39), so geht das Programm auf einen Block 108 über, in welchem veranlaßt wird, daß die nächstfolgende Zeile des Akkorderkennungs- speichers 50 angesteuert wird. Anschließend kehrt das Programm innerhalb dieser Schleife zum Block 102 zurück.

Falls im Entscheidungsblock 104 dagegen festgestellt wird, daß der gespielte Akkord einem Musterakkord entspricht, d. h. der Inhalt des Arbeitsspeichers dem einer Speicherzeile des Akkorderkennungs-Speichers voll entspricht, verläßt das Programm die besagte Schleife und geht vom Entscheidungsblock 104 auf einen Block 110 über, gemäß welchem der Inhalt des Akkordspeichers 44 aktualisiert wird durch Übernahme des Inhalts des Definitions-Oktave-Speichers 40.

Es folgt ein Block 112, gemäß welchem diejenige Speicherzeile des Korrekturfaktoren-Speichers 56 angesteuert wird, deren Nummer der der momentan angesteuerten Zeile des Akkorderkennungs-Speichers 50 entspricht, also der Nummer desjenigen Akkordmusters, welches als identisch mit dem momentan gespielten Akkord festgestellt worden ist. Diese Zeile wird in einem nachfolgenden Block 114 in den Ausgabespeicher 62 kopiert.

Entsprechend dem Akkorderkennungs-Speicher 50 sind auch im Korrekturfaktoren-Speicher 56 die Inhalte der Speicherzeilen 58 randjustiert. Um die auf diese Weise ermittelten randjustierten Korrekturfaktoren bei der Tonerzeugung den gespielten Akkordtönen in ihrer unverschobenen Lage zuordnen zu können, wird die Randjustierung dieser Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher 62 rückgängig gemacht. Hierzu dient eine auf den Block 114 folgende Programmschleife. Anschließend an den Block 114 wird, als Teil der Schleife, ein Entscheidungsblock 116 angefahren, bei welchem überprüft wird, ob überhaupt eine Randjustierung in der durch die Blöcke 94, 96 und 98 gebildeten Schleife hatte durchgeführt werden müssen. Bei von vorneherein randjustiertem Akkord im Definitions-Oktave-Speicher (d. h. bei einem den Ton c enthaltenden gespielten Akkord, sofern die Definitionsoktave mit dem Ton c beginnt) ist eine Verschiebung im Arbeitsspeicher natürlich nicht erforderlich. In letzterem Falle würde der Schiebezähler weiterhin den Wert "0" haben. Ist dies nicht der Fall, so folgt in der Schleife auf den Block 116 ein Block 118, gemäß welchem der Speicherinhalt des Ausgabespeichers 62 als Ganzes nach rechts, also zur nächsthöheren Zellen-Nummer verschoben wird. Anschließend wird in einem Block 120 der Wert im Schiebezähler um eins erniedrigt. Dann kehrt die Programmschleife zurück zum Entscheidungsblock 116. Die Schleife wird also so oft durchlaufen, bis der Schiebezähler den Wert "0" hat, so daß im Ergebnis die Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher an derselben Stelle stehen wie die Töne der Definitions-Oktave.

Zur Speicherplatzbelegung des Ausgabespeichers 62 sei ergänzt, daß dann, wenn beispielsweise festgestellt wird, daß das Akkordmuster Nr. 4 vorliegt, der Ausgabespeicher dementsprechend an den Positionen 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11 und 12 jeweils F=0 aufweist und an Position 1 F=-6, an Position 4 F=10 und Position 8 F=-4. F=0 bedeutet, daß keine Tonhöhenkorrektur bei dem betreffenden Ton vorzunehmen ist, also dieser in temperierter Stimmung erklingt. Ansonsten wird der Ton entsprechend dem angegebenen Korrekturfaktor (in Cents) korrigiert.

Da die anfängliche Verschiebung innerhalb der Oktave des Arbeitsspeichers (in der Schleife mit den Blöcken 94, 96 und 98) später in der Schleife 116, 118, 120 innerhalb der Oktave des Ausgabespeichers (mit identischem Akkordmuster) lediglich rückgängig gemacht wird, besteht nicht die Gefahr des Überfließens des Ausgabespeichers, d. h. die Gefahr, daß ein von Null verschiedener Korrekturfaktor aus dem Speicher herausgeschoben wird.

Es ist jedoch auch denkbar, die Akkorderkennung derart vorzunehmen, daß für jeden Akkord jeweils ein einziges Akkordmuster, beispielsweise das Akkordmuster Nr. 1 für den Dur-Dreiklang, verwendet wird, welches dann in einem Schiebespeicher mit zwölf Speicherplätzen zyklisch verschoben wird, so daß damit auch die Akkordmuster 2 und 3 zwischenzeitlich vorliegen (Akkordmuster 2 ergibt sich beispielsweise bei einer zyklischen Verschiebung des Akkordmusters Nr. 1 in Tabelle IV nach links um vier Halbtöne). Es muß dann für jeden Akkord das eine Akkordmuster um einen vollen Zyklus (12 Schritte) verschoben werden und jedesmal mit dem gespielten Akkord verglichen werden, wobei eine Randjustierung dieses Akkords nicht erforderlich ist. Bei dieser Verfahrensweise müßte dann der Ausgabespeicher dementsprechend zyklisch organisiert werden mit Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung, entsprechend der Anzahl der bis zur Übereinstimmung der Akkorde erforderlichen Verschiebeschritte.

Es sei kurz auf Tabelle VI hingewiesen, der zu entnehmen ist, daß (bei einer mit dem Ton c beginnenden Definitionsoktave) ein gespielter E-Dur-Dreiklang vier Verschiebeschritte im Arbeitsspeicher 46 nach links erfordert, bis die Randjustierung erreicht ist. Dementsprechend muß dann der der Zeile Nr. 4 des Korrekturfaktoren-Speichers 56 entsprechende Speicherinhalt des Ausgabespeichers 62 um vier Schritte nach rechts verschoben werden, so daß dann beispielsweise der Korrekturfaktor "-6 Cents" an der dem Ton e zugeordneten Speicherstelle steht.

Nach Durchführung der notwendigen Verschiebungen im Ausgabespeicher (Wert im Schiebezähler=Null) wird die besagte Schleife verlassen; das Programm geht vom Entscheidungsblock 116 über zum Block 74. Es werden nun die Eingabesignale entsprechend den Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher korrigiert. Hierbei wird, unabhängig von der Oktave, in der der jeweilige Ton steht, der seiner Benennung im Ausgabespeicher diesem Ton entsprechende Korrekturfaktor zur Korrektur dieses Tones herangezogen. Es wird als eine Art Rück-Projektion auf das ursprüngliche mehroktavige Eingabesignalmuster vorgenommen. Da die Korrekturfaktoren Frequenzverhältnisse angeben, sind diese oktave-unabhängig. Bei vielen gebräuchlichen Tonsignal-Ausgabeschaltungen 22 ist von vorneherein jeder Taste 12 ein Tonfrequenz-Generator zugeordnet. Erfindungsgemäß sind steuerbare Tonfrequenz- Generatoren vorzusehen, die, ausgehend von der temperierten Grundstimmung selbsttätig anhand der Korrekturfaktoren nachstimmbar sind.

Im Ergebnis wird also ein harmonisch korrigierter Akkord von der Tonerzeugungseinrichtung 20 abgegeben, wenn festgestellt worden ist, daß dieser Akkord einem vorgegebenen Akkordmuster entspricht. Kann der Akkord nicht erkannt werden, so wird der Akkord in temperierter Stimmung erzeugt. Hierzu ist in der die Blöcke 102, 104, 106, 108 umfassenden Programmschleife ein zweiter Schleifenausgang vorgesehen, nämlich im Entscheidungsblock 106. Wird im Block 106 festgestellt, daß einerseits der gespielte Akkord mit dem aktuellen Akkordmuster nicht übereinstimmt (Block 104) und andererseits bereits die höchste Akkordmuster-Nummer (z. B. 39) erreicht ist, so geht das Programm vom Block 106 zu einem Block 122 über, gemäß welchem sämtliche Korrekturfaktoren für den Ausgabespeicher 62 auf Null Cents gesetzt werden.

In einem nachfolgenden Block 126 wird der Akkordspeicher 44 gelöscht. Dann geht das Programm wieder zum Block 74 über, also zur Ausgabe der in diesem Falle unkorrigierten Eingabesignale an die Tonerzeugungseinrichtung 20. Anschließend kehrt das Programm über den "Return-Block" 76 wieder zum Programmbeginn (Block 70) zurück. Die gesamte Programmschleife kann, von einer Tastenbetätigung des Instruments unabhängig mit einer festen Wiederholfrequenz durchlaufen werden.

Zum Kleinen Moll-Septakkord (Akkordmuster-Nr. 23) und zum Kleinen Moll-Septakkord ohne Quinte (Akkordmuster-Nr. 27) in Tabelle III sei noch ergänzt, daß in beiden Akkorden der Akkordton mit der Funktion R (kleine Septime) unkorrigiert bleibt, also entsprechend der temperierten Stimmung mit 1000 Cents eingestimmt wird, wohingegen die übrigen Töne in der bei den übrigen Akkorden vorgesehenen, im vorstehenden beschriebenen Weise harmonisch korrigiert werden mit Zusatzkorrektur. Auf diese Weise werden unangenehm hörbare Frequenzsprünge vermieden, wenn der betreffende Ton bei zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Akkorden einmal die Funktion der kleinen Septime einnimmt und einmal die Funktion der kleinen Terz.

Claims (26)

1. Tonhöhensteuerung für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung (10) zur Eingabe von Noten-Eingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Ton-Erzeugungseinrichtung (20), an die die Noten-Eingabesignale anlegbar sind, gekennzeichnet durch

• - eine Akkorderkennungs-Schaltung (28), die bei jedem einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster feststellt, ob dieses Eingabesignalmuster einem Akkordmuster aus einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern entspricht,
• - eine Signalmuster-Speicherschaltung (34), in der für jedes Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein Signalmuster gespeichert ist, und
• - eine Steuerschaltung (32), die dann, wenn die Akkord- Erkennungsschaltung (28) feststellt, daß ein einem der vorgegebenen Akkordmuster entsprechendes Eingabesignalmuster anliegt, die Signalmuster-Speicherschaltung (34) zur Abgabe des dem festgestellten Akkordmuster entsprechenden Signalmusters an die Ton-Erzeugungseinrichtung (20) veranlaßt, zur Erzeugung des jeweiligen Akkords in der variablen Stimmung.

2. Tonhöhensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Signalmuster-Speicherschaltung (34) als Signalmuster Korrektursignalmuster eingespeichert sind zur Korrektur der Noteneingabesignale gemäß der variablen Stimmung und daß eine Korrekturschaltung (Tonsignal- Ausgabeschaltung (22)) vorgesehen ist, an welche die Noteneingabesignale und die Korrektursignale der Korrektursignalmuster anlegbar sind und welche als Ausgabesignale die den Korrektursignalen entsprechend korrigierten Noteneingabesignalen an die Ton-Erzeugungseinrichtung (20) abgibt.

3. Tonhöhensteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Definitionsoktavenspeicher (40) vorgesehen ist, mit 12 jedem Ton einer vorgegebenen Oktave zugeordneten Speicherplätzen (42), wobei bei Überprüfung eines einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmusters dann ein Speicherplatz belegt wird, wenn der diesem Speicherplatz entsprechende Ton im Akkord in einer beliebigen Oktave vorkommt.

4. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsspeicher (46) vorgesehen ist mit 12 Speicherplätzen, in welchen der Speicherinhalt des Definitionsoktavenspeichers (40) übertragbar ist und daß ein Schiebezähler (48) vorgesehen ist, welcher, vom Zählerwert "0" ausgehend, jeweils um "eins" erhöht wird, wenn der Speicherinhalt des Arbeitsspeichers (40) um einen Speicherplatz in einer vorgegebenen Richtung verschoben wird.

5. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Akkordmuster-Speicher (50) vorgesehen ist mit jeweils einer einem der Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordneten Speicherzeile (52), insbesondere mit jeweils 12 Speicherplätzen (54).

6. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Akkordspeicher (44) vorgesehen ist mit 12 jedem Ton einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen zum Einspeichern des zuletzt erkannten Akkords.

7. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrekturfaktor- Speicher (56) vorgesehen ist, insbesondere mit Speicherzeilen mit jeweils 12 jedem Ton einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen, wobei den Speicherzeilen jeweils ein Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordnet ist.

8. Tonhöhensteuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgabespeicher (62) vorgesehen ist, insbesondere mit 12 Speicherplätzen, in welchen der Inhalt der einem erkannten Akkord zugeordneten Speicherzeile (58) des Korrekturfaktoren-Speichers (50) übertragbar ist, und dessen Speicherinhalt vorzugsweise in einer vorgegebenen Richtung, verschiebbar ist.

9. Verfahren zur selbsttätigen Tonhöhenkorrektur gemäß einer harmonieabhängigen variablen Stimmung, insbesondere der harmonischen Stimmung, für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung (10) zur Eingabe von Noteneingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Ton-Erzeugungseinrichtung (20), an die die Noteneingabesignale anlegbar sind, insbesondere unter Verwendung einer Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) Bei einem einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster stellt man durch Vergleich mit Musterakkorden einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern fest, ob eines dieser Akkordmuster vorliegt;
• b) Bei Vorliegen eines Akkordmusters wird das Eingabesignalmuster durch ein entsprechend diesem Akkordmuster korrigiertes Eingabesignalmuster ersetzt und an die Ton-Erzeugungseinrichtung (20) angelegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Eingabesignalmuster auf eine vorgegebene Oktave (Definitionsoktave) projiziert und mit den sich ebenfalls jeweils auf eine Oktave beschränkenden Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Eingabesignalmuster innerhalb der Definitionsoktave so lange als Ganzes halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt, bis ein Signal an einem vorgegebenen Ende der Definitionsoktave liegt, und man das in dieser Weise verschobene Signalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht, wobei bei den Akkordmustern jeweils ebenfalls ein Akkordton am vorgegebenen Ende der Oktave liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern innerhalb der Oktave zyklisch halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt, und die auf diese Weise verschobenen Akkordmuster mit dem unverschobenen Eingabesignalmuster vergleicht.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Übereinstimmung des Eingabesignalmusters innerhalb der Definitionsoktave mit dem Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein dem jeweiligen Akkordmuster zugeordnetes, auf eine Oktave beschränktes Signalmuster in einen Ausgabespeicher (62) lädt und das Signalmuster entsprechend der Anzahl der Verschiebeschritte des Eingabesignalmusters bzw. des Akkordmusters halbtonweise im Ausgabespeicher (62) in entgegengesetzter Richtung ggf. zyklisch verschiebt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Signale der Signalmuster Korrektursignale für die Eingabesignale verwendet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursignale relative Frequenzänderungen angeben, vorzugsweise in Cents.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß man das einem vorbestimmten Grundton des jeweiligen Akkordmusters zugeordnete Signal der Signalmuster entsprechend der vorgegebenen festen Stimmung festlegt und die den übrigen Tönen des Akkordmusters zugeordnete Signale des Signalmusters, vom Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung korrigiert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich das dem Grundton zugeordnete Signal der Signalmuster gegenüber der vorgegebenen festen Stimmung korrigiert und die den übrigen Tönen des Akkordmusters zugeordneten Signale des Signalmusters, vom korrigierten Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung korrigiert.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß der entsprechend korrigierte, von der Tonerzeugungseinrichtung abgegebene Ton höher oder tiefer liegt als der Grundton in der vorgegebenen festen Stimmung, je nachdem, ob die entsprechend dem Signalmuster korrigierten Akkordtöne tiefer bzw. höher liegen als die unkorrigierten Akkordtöne in der festen Stimmung.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß die Verschiebung einer mittleren Frequenz der Akkordtöne auf Grund der Korrektur der Akkordtöne durch das Signalmuster wenigstens angenähert kompensiert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal mit einem eine relative Frequenzänderung angebenden Zusatzkorrektursignalen korrigiert, welches dem Mittelwert der ebenfalls relative Frequenzänderungen angebenden Korrektursignale für die Eingabesignale den Betrag nach, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, im wesentlichen entspricht.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem kleinen Moll-Septakkord nur die Akkordtöne "kleine Terz" und "Reine Quinte", vom korrigierten Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung korrigiert, jedoch den Akkordton, "kleine Septime" entsprechend der festen Stimmung festlegt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei den nachfolgenden Eingabesignalmustern feststellt, ob der entsprechende Ton bzw. die entsprechenden Töne des Eingabesignalmusters im Akkordmuster vollständig enthalten sind und zutreffendenfalls diesen Ton bzw. diese Töne entsprechend dem Akkordmuster korrigiert.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer mehrmanualigen Eingabeeinrichtung bei jedem Manual gesondert das jeweils zugeordnete Eingabesignalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß man nur Eingabesignalmuster vergleicht, welche Akkorden mit wenigstens drei verschiedenen Tönen entsprechen.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei einem der Manuale die nachfolgenden Eingabesignalmuster sämtlicher Manuale daraufhin überprüft, ob der bzw. die entsprechenden Töne im Akkordmuster vollständig enthalten sind.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß man bei zwei aufeinanderfolgenden Eingabesignalmustern, die jeweils zwei unterschiedlichen Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern entsprechen, feststellt, ob in beiden Akkordmustern derselbe Ton vorkommt und, zutreffendenfalls, eine derartige Zusatzkorrektur beim zweiten Eingabesignalmuster vornimmt, daß die übereinstimmenden Töne in beiden Akkorden im wesentlichen dieselbe Höhe aufweisen oder zumindest eine einen vorgegebenen Wert von vorzugsweise kleiner 8 Cents nicht überschreitende Frequenzdifferenz aufweisen.