CH638353A5 - Schaltungsanordnung zur amplitudenkontrollierten erzeugung eines akustischen signals. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur 40 stromzweige auch eine Nichtlinearität des bipolaren Transi-amplitudenkontrollierten Erzeugung eines akustischen Signals stors auszugleichen. Sind in den Basisstromzweigen beispiels-mittels einer ein Frequenzspektrum angebenden Folge digita- weise ohmsche Widerstände vorgesehen, so erfolgt dieser Ausler Signale, die in einen analogen Signalverlauf umgesetzt wer- gleich durch'geeignete Wahl ihrer Widerstandswerte. Ebenso den, mit dem ein elektroakustischer Wandler angesteuert wird, ist es jedoch auch möglich, anstelle ohmscher Widerstände

Es ist bereits bekannt, das Frequenzspektrum eines akusti- 45 entsprechend dimensionierte Transistoren zu verwenden, so sehen Signals bzw. eines Klangs in Form digitaler Signale zu dass durch sie die Widerstandsfunktion und die Schaltfunkspeichern und diese digitalen Signale zur Erzeugung des durch tion zur Einschaltung des jeweiligen Stromzweiges in ein und sie bestimmten akustischen Signals jeweils zyklisch auszulesen demselben Element verwirklicht ist.

und in eine Analogsignalfolge umzusetzen. Diese kann dann Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann im verstärkt und über einen Lautsprecher als elektroakustischer 50 Basisstromzweig so erweitert werden, dass nicht nur die Wandler wiedergegeben werden. Erzeugung des akustischen Signals, sondern auch sein Abklin-

Zur Digital-Analogumsetzung sind Schaltungsanordnun- gen oder Anschwellen möglich wird. Hierzu ist die Schalgen bekannt, die mit einem gegengekoppelten Operationsver- tungsanordnung derart weiter ausgebildet, dass der jeweils stärker arbeiten, an dessen Eingang entsprechend unterschied- wirksam schaltbare Basisstromzweig zwei Widerstände entlichen digitalen Werten gestufte Stromzweige angeschaltet 55 hält, die jeweils zu einer Gruppe von n bzw. m Widerständen werden können, die durch eine Referenzspannungsquelle gehören, von denen die eine Gruppe in vorgegebener Reihen gespeist werden. Am Ausgang des Operationsverstärkers wird folge ihrer Widerstände entsprechend einem Abklingen oder dann eine Spannung abgegeben, die proportional dem am Anschwellen des akustischen Signals und die andere Gruppe

Eingang jeweils eingestellten Strom ist. durch die Folge digitaler Signale wirksam schaltbar ist. Wenn

Dieses bekannte Prinzip der Digital-Analogumsetzung und eo bei dieser Weiterbildung beispielsweise ein Zähler zum zykli-anschliessenden Verstärkung eines akustischen Signals erfor- sehen Einschalten der Basisstromzweige der erstgenannten Art dert eine relativ hohe Betriebsspannung. Es eignet sich nicht vorgesehen ist und die Widerstände dieser Basisstromzweige für niedrige Betriebsspannungswerte in der Grössenordnung fortlaufend mit ansteigenden Werten bemessen sind, so ergibt von etwa 1 bis 2 V, wie sie in Kleingeräten zur Speisung inte- sich zusätzlich zu der Amplitudensteuerung durch die digita-grierter Schaltungen zur Verfügung stehen. 65 len Signale in den Stromzweigen der zweitgenannten Art eine

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung Amplitudensteuerung entsprechend einer Dämpfung oder zur amplitudenkontrollierten Erzeugung eines akustischen Si- einem Anschwellen je nach der Charakteristik, gemäss der der gnals anzugeben, für die eine nur geringe Betriebsspannung in Zähler die Stromzweige erstgenannter Art auswählt.

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Weitere Vorteile der Erfindung sowie mögliche Weiterbildungen ergeben sich aus der folgenden Erläuterung anhand der Figuren. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Schaltungsanordnung zur Umsetzung digitaler Werte in analoge Stromwerte,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Schaltungsanordnung ähnlich Fig. 1, bei der jedoch zusätzlich ein Abklingen bzw. Anschwellen des erzeugten akustischen Signals möglich ist,

Fig. 3 die Blockdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung in Form einer Schaltungsanordnung, die nach dem in Fig. 2 gezeigten Prinzip arbeitet, jedoch die gleichzeitige Erzeugung mehrerer akustischer Signale bzw. Töne als Klang ermöglicht und

Fig. 4 eine charakteristische Abklingkurve, die bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3 verwirklicht werden kann.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur amplitudengesteuerten Erzeugung eines akustischen Signals dargestellt, die im wesentlichen als ein Analog-Digitalumsetzer arbeitet und von einem Nur-Lese-Speicher bzw. Festwertspeicher ROM angesteuert wird. Dieser Speicher ROM enthält ein in Form digitaler Werte in an sich bekannter Weise gespeichertes Klangspektrum. Die digitalen Werte werden an den Ausgängen 1 bis n zyklisch ausgelesen, wobei die Reihenfolge dieses Auslesens durch einen Adressierzähler ADC gesteuert wird. Durch Ändern der Auslesegeschwindigkeit kann die Frequenz des in Form digitaler Werte gespeicherten Klangspektrums verschoben werden, was gleichfalls bereits für sich bekannt ist.

Zur Umsetzung der an den Ausgängen 1 bis n ausgelesenen digitalen Werte dient ein Netzwerk, das aus Widerständen R1 bis Rn und mit diesen in Reihe geschaltetenTransmissions-gattern Gl bis Gn besteht. Dieses Netzwerk ist im Basisstromkreis eines Transistors T angeordnet, mit dem ein Lautsprecher L in Reihe an das Betriebsspannungspotential V bzw. an Bezugspotential angeschaltet ist. Bei Ansteuerung eines der Transmissionsgatter Gl bis Gn durch einen digitalen Wert an einem der Ausgänge 1 bis n des Speichers ROM wird das jeweilige Transmissionsgatter Gl bis Gn durchgeschaltet, so dass ein oder ggf. auch mehrere Stromzweige mit jeweils einem Widerstand R1 bis Rn in den Basisstromkreis des Transistors T eingeschaltet werden. Dadurch wird der Effekt einer umschaltbaren Stromquelle im Basisstromkreis erzeugt, womit der Basisstrom des Transistors je nach eingeschalteten Widerständen R1 bis Rn variiert wird und der Kollektorstrom, der durch den Lautsprecher L fliesst, einen entsprechend analogvariablen Verlauf erhält.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung arbeitet z.B. mit einer Betriebsspannung von 1,2 V, so dass der Lautsprecher L bei einem Innenwiderstand von 8 Ohm eine Leistungsaufnahme von 125 mW hat. Die Schaltung eignet sich wegen ihrer Einfachheit sehr gut zum integrierten Aufbau. Die Transmissionsgatters Gl bis Gn können dann beispielsweise in CMOS-Technik aufgebaut sein. Entsprechende Lösungen sind dem Fachmann bekannt. Es ist auch möglich, anstelle jeweils eines ohmschen Widerstandes R1 bis Rn und eines Transmissionsgatter Gl bis Gn in jedem Stromzweig einen Schalttransistor anzuordnen, der durch die digitalen Werte an den Ausgängen 1 bis n des Speichers ROM angesteuert wird und dessen Innenwiderstand entsprechend dem jeweils erforderlichen Widerstandswert bemessen ist. Auch eine solche Lösung kann vom Fachmann in integrierter Technik leicht realisiert werden.

Die Widerstände R1 bis Rn können Widerstandswerte haben, die im Verhältnis 1:2:4... 2" zueinander stehen. Auf diese Weise erhält man einen Digital-Analogumsetzer, der die Umwandlung eines Dualwertes oder eines natürlichen, binärcodierten Dezimalwertes ermöglicht. Abweichend von diesem

Verhältnis der Widerstands werte sind die Widerstände R1 bis Rn vorteilhaft so dimensioniert, dass durch sie die Nichtline-arität der Verstärkung des Transistors T berücksichtigt wird. Diese Nichtlinearität kann nämlich durch geeignete Wahl der Widerstandswerte ausgeglichen werden.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, deren unterer Teil mit Widerständen Rlb bis Rnb und Transmissionsgattern Gib bis Gnb der in Fig. 1 gezeigten Schaltung entspricht und deren oberer Teil ein gesteuertes Anschwellen oder Abklingen des akustischen Signals ermöglicht. Bei der elektronischen Erzeugung von Klängen, z.B. des Klanges einer Glocke oder eines angeschlagenen Stabes, ist es nämlich erforderlich, die Amplitude des akustischen Signals abhängig von der Zeit derart zu steuern, dass sie dem Amplitudenverlauf des mechanischen, zu imitierenden Originalinstruments möglichst genau entspricht. Es ist bereits bekannt, zum Abklingen akustischer Signale eine Kondensatorentladung zu verwenden und mit dem Entladestrom oder der Entladespannung den Verstärkungsfaktor eines Verstärkers zu steuern. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung ermöglicht nun mit dem oberen Netzwerk aus Widerständen Ria bis Rma und Transmissionsgattern Gl a bis Gma eine Steuerung der Digital-Analogumsetzung im unteren Netzwerk so, dass ein Anschwellen oder Abklingen des mit dem Lautsprecher L wiedergegebenen akustischen Signals möglich ist. Hierzu ist ein Abklingzähler TC mit Ausgängen 1 bis m vorgesehen, der beispielsweise ein Schieberegister sein kann. Dieser Zähler steuert mit seinen Ausgangssignalen an den Ausgängen 1 bis m sequentiell die Transmissionsgatter G la bis Gma an und bewirkt dadurch nacheinander die Einschaltung eines oder mehrerer Widerstände Ria bis Rma. Wenn die Widerstandswerte der Widerstände Ria bis Rma fortlaufend zunehmen, so wird bei fortlaufender Ansteuerung der mit ihnen in Reihe geschalteten Transmissionsgatter Gla bis Gma an dem in Fig. 2 gezeigten unteren Netzwerk mit den Widerständen Rlb bis Rnb und den Transmissionsgattern Gib bis Gnb eine fortlaufend niedrigere Spannung abfallen. Dadurch wird es möglich, einen Klang, der mit dem unteren, in Fig. 2 gezeigten Netzwerk aus in dem Speicher ROM gespeicherten digitalen Werten erzeugt wird, stufenweise anschwellen oder abklingen zu lassen, je nachdem, in welcher Reihenfolge die Widerstände Ria bis Rma durch den Zähler TC wirksam geschaltet werden. Die Übergänge von einer Schaltstufe zur anderen werden mit einem Kondensator C geglättet, der zwischen den Verbindungspunkt der beiden Netzwerke und den Emitter des Transistors T bzw. Bezugspotential geschaltet ist. Die Übergänge zwischen den einzelnen Schaltstufen erfolgen dann mit einer Zeitkonstanten, die durch die Kapazität des Kondensators C, den jeweils wirksamen Widerstand Rlb bis Rnb des unteren Netzwerks und den jeweils wirksamen Widerstand Ria bis Rma des oberen Netzwerks bestimmt ist. Im folgenden wird anhand der Fig. 4 noch erläutert, wie die Widerstände Ria bis Rma zu dimensionieren sind, um einen besonders vorteilhaften Verlauf einer Abklingkurve zu erreichen.

In Fig. 3 ist in Blockdarstellung eine Schaltungsanordnung dargestellt, die das in Fig. 2 gezeigte Prinzip verkörpert, wobei jedoch zur Klangerzeugung mehrere Anordnungen aus einem Nur-Lese-Speicher ROM und einem Digital-Analogumsetzer einander parallelgeschaltet sind, die durch einen gemeinsamen Adressierzähler ADC angesteuert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei derartige Anordnungen vorgesehen. Sie bieten den Voteil der möglichst naturgetreuen Simulation eines Klanges, der mit einem mechanischen Instrument erzeugt wird. Derartige Instrumente haben die Eigenschaft, bei Anschlagen eines Tons auch andere Töne mit verringerter Amplitude anzuregen. Ferner enden die angeschlagenen Töne bei Anschlagen des nächsten Tones nicht abrupt, sondern sie zeigen ein Ausschwingverhalten. Werden nun

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mehrere Anordnungen aus einem Klangspeicher ROM und einem Digital-Analogumsetzer D/A verwendet, gleichzeitig aber nur eine Abklingkurve diesen mehreren Anordnungen überlagert, so kann bei geeigneter Anpassung der Amplitudenverhältnisse der einander parallelgeschalteten Anordnungen zu- s einander ein natürlich erscheinendes Klangbild erzielt werden. In Fig. 3 ist der Parallelschaltung der drei aus einem Speicher ROM und einem Digital-Umsetzer D/A bestehenden Anordnungen ein gemeinsames Netzwerk zur Erzeugung einer Abkling- oder Anschwellkurve vorgeschaltet, das gleichfalls io einen Digital-Analogumsetzer D/A darstellt und, wie in Fig. 2 gezeigt, durch einen Abklingzähler TC gesteuert wird. Ein Kondensator C zum Glätten der Übergänge zwischen den Abklingstufen ist zwischen den Emitter und den Basisstromkreis des Transistors T geschaltet. 15

In Fig. 4 ist eine Abklingkurve dargestellt, wie sie in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 und 3 erzielt werden kann. Abhängig von der Zeit kann der Lautsprecherstrom 'JL, ausgehend von einem maximalen Wert, in mehreren Stufen bis zu sehr geringen Werten abfallen, bis er schliesslich den Wert 20 Null erreicht. Es ist beispielsweise möglich, bei acht Abklingstufen für die ersten vier Stufen jeweils eine Verringerung der Ausgangsspannung am Lautsprecher um 5 dB und für die nächsten vier Stufen eine Verringerung der Ausgangsspannung am Lautsprecher um 3 dB vorzunehmen. Die Übergänge zwischen den einzelnen Stufen sind nicht hörbar, da sie durch den jeweils vorgesehenen Glättungskondensator C ausgeglichen werden.

Dabei kann die letzte Abklingstufe durch die Entladung des Glättungskondensators C dargestellt werden, wobei dann ein unendlicher hoher bzw. kein Widerstand des Abklingnetzwerks in den Basisstromkreis des Transistors T eingeschaltet wird. Der letzte Ton einer auf diese Weise gesteuerten Tonfolge reisst also nicht abrupt ab, sondern klingt aus. Es ist auch möglich, nicht einen monotonen Abklingvorgang zu erzeugen, sondern einen nach dem erfindungsgemässen Prinzip erzeugten Klang mehrmals ansteigen und abfallen zu lassen, wodurch Schwebungen simuliert werden können.

Durch gleichzeitiges Wirksamschalten mehrerer für das Abklingnetzwerk vorgesehener Widerstände, also von Widerständen Ria bis Rma in der in Fig. 2 gezeigten Schaltung, kann mit relativ wenigen Widerstandswerten eine vielstufige Abklingkurve realisiert werden. So ist es beispielsweise möglich, mit fünf Widerstandswerten ein neunstufiges Abklingen zu erzeugen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Schaltungsanordnung zur amplitudenkontrollierten hinaus auch zum Aufbau in integrierter Technik eignet. Erzeugung eines akustischen Signals mittels einer ein Fre- Diese Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung ein-quenzspektrum angebenden Folge digitaler Signale, die in gangs genannter Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass einen analogen Signalverlauf umgesetzt werden, mit dem ein 5 durch jedes digitale Signal die Einschaltung eines ihm entspre-elektroakustischer Wandler angesteuert wird, dadurch gekenn- . chenden analogen Stromwertes als Basisstrom eines bipolaren zeichnet, dass durch jedes digitale Signal die Einschaltung Transistors steuerbar ist, der mit dem elektroakustischen eines ihm entsprechenden analogen Stromwertes als Basis- Wandler in Reihe geschaltet ist.

ström eines bipolaren Transistors (T) steuerbar ist, der mit Bei einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung ergibt dem elektroakustischen Wandler (L) in Reihe geschaltet ist. io sich bei niedriger Betriebsspannung eine ausreichende Lei-

2. Schaljungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch stungsaufnahme des akustischen Wandlers. Wenn dieser ein gekennzeichnet, dass zur Einschaltung mehrerer unterschiedli- Lautsprecher mit einem Innenwiderstand von 8 Ohm ist, so eher Stromwerte mehrere wahlweise wirksam schaltbare Basis- nimmt er in Reihenschaltung mit einem Transistor bei einer stromzweige vorgesehen sind, deren Widerstand jeweils ent- Betriebsspannung von 1,2 V eine Leistung von ca. 125 mW sprechend einem vorgebbaren Basisstromwert bemessen ist. 15 auf. Diese reicht zur gut hörbaren Abgabe eines akustischen

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PATENTANSPRÜCHE der Grössenordnung von 1 V ausreicht und die sich darüber

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch Signals aus. Die Steuerung des bipolaren Transistors erfolgt gekennzeichnet, dass der jeweils wirksam schaltbare Basis- durch die gemäss der Erfindung vorgesehende Einschaltung stromzweig zwei Widerstände enthält, die jeweils zu einer entsprechender analoger Stromwerte durch die digitalen Si-Gruppe von n bzw. m Widerständen gehören, von denen die gnale. Es handelt sich dabei also um schaltbare Stromquellen eine Gruppe in vorgegebener Reihenfolge ihrer Widerstände 20 unterschiedlicher Stromwerte, die durch die digitalen Signale (Ria bis Rna) entsprechend einem Abklingen oder Anschwel- ausgewählt werden. Dadurch ist eine besondere Referenzspanien des akustischen Signals und die andere Gruppe durch die nungsquelle nicht erforderlich, denn für eine Umschaltung der Folge digitaler Signale (1 bis n) wirksam schaltbar ist. Stromwerte bei der Ansteuerung des bipolaren Transistors

4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Basisstromzweig Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (R1 bis ' somit besonders für den Aufbau in integrierter Schaltungs-Rn) und eines Transmissionsgatters (Gl bis Gn) enthält. 30 technik, denn sie besteht aus einfachen Schaltelementen und

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch kommt es nicht auf die absoluten Stromwerte, sondern lediggekennzeichnet, dass der Basisstromkreis mit einem Konden- 25 lieh auf deren Verhältnis zueinander an, um entsprechende sator (C) verbunden ist. Änderungen des Arbeitsstroms des bipolaren Transistors zu

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis erreichen.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis benötigt keine hohen Betriebsspannungen. Ein besonderer 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Basisstromzweig Operationsverstärker zur Digital-Analogumsetzung ist nicht einen Schalttransistor mit einem Innenwiderstand enthält, der erforderlich.

entsprechend dem jeweils vorgebbaren Basisstromwert bemes- Gemäss einer Weiterbildug der Erfindung sind zur Einsen ist. 35 schaltung mehrerer unterschiedlicher Stromwerte mehrere wahlweise wirksam schaltbare Basisstromzweige vorgesehen,

deren Widerstand jeweils entsprechend einem vorgegebenen

Basisstromwert bemessen ist. Diese Weiterbildung macht es möglich, durch Bemessung der Widerstandswerte der Basis-