DE1023958B

DE1023958B - Octave voltage divider circuit for electrical musical instruments, especially electronic organs, for changing the level of an output waveform rich in overtones in octave steps

Info

Publication number: DE1023958B
Application number: DEV11486A
Authority: DE
Inventors: Ernst Schreiber; Paul Schreiber
Original assignee: WERK FERNMELDEWESEN VEB
Current assignee: WERK FERNMELDEWESEN VEB
Priority date: 1956-11-07
Filing date: 1956-11-07
Publication date: 1958-02-06

Description

Oktavspannungsteilerschaltung für elektrische Musikinstrumente, insbesondere elektronische Orgeln, zur oktavmäßig abgestuften Pegeländerung einer obertonreichen Ausgangswellenform Bei elektrischen Musikinstrumenten., die nach dem subtraktiven Verfahren, d. h. mit einer Aussiebung des gewünschten Klangspektrums aus einer sehr obertonreichen Schwingung, arbeiten, wird in der Regel nur eine einzige Filteranordnung für eine Klangfarbe innerhalb eines ganzen Registers, z. B. einer elektronischen Orgel, vorgesehen. Dieses Filter hat also so viel Tonstufen zu formen, als es dem Tastenumfang eines Manuals der Orgel entspricht. Um bei einer elektronischen Orgel den Flötenchor bzw. den Prinzipalchor nachzubilden, werden ausschließlich Filtereinheiten mit Tiefpaßcharakteris.tik verwendet. Da zur -Nachbildung einer bestimmten Klangfarbe für diesen Bereich - wie bereits erwähnt - nur eine einzige Filteranordnung verwendet wird, würden die höheren Grundtöne bei gleichbleibender Eingangsspannung zu stark gedämpft werden. Deshalb legt man vor die Eingänge der Filter Dämpfungsnetzwerke, die diese unerwünschte Dämpfung ohne Veränderung des harmonischen Inhaltes ausgleichen. Die tieferen Grundtöne werden dabei stärker gedämpft als die höheren Grundtöne, d. h.. die Grundtöne werden im Verhältnis zur Filterkurve amplitudenmäßig dosiert.Octave voltage divider circuit for electric musical instruments, in particular electronic organs, for the octave-like graded level change of an overtone-rich Output waveform in electric musical instruments. That after the subtractive Procedure, d. H. with a screening of the desired sound spectrum from a very Overtone-rich oscillation, working, will usually only have a single filter arrangement for a timbre within a whole register, e.g. B. an electronic Organ, provided. So this filter has as many pitches to shape as it does The range of keys of a manual corresponds to the organ. To with an electronic organ To reproduce the flute choir or the principal choir are exclusively filter units used with low-pass characteristics. As for the simulation of a certain timbre for this area - as already mentioned - only a single filter arrangement is used the higher fundamental tones would be too strong if the input voltage remained the same be dampened. Therefore, attenuation networks are placed in front of the inputs of the filters, which compensate for this undesirable attenuation without changing the harmonic content. The lower fundamental tones are attenuated more strongly than the higher fundamental tones, d. h .. the fundamental tones are dosed in relation to the filter curve in terms of amplitude.

Diese Vorgänge sind in den Abb. 1 bis 5 a, 51) dar gestellt.These processes are shown in Figs. 1 to 5 a, 51).

In Abb. 1 ist das Linienspektrum einer Sägezahn schwingung mit extrem kurzer Rücklaufzeit dargestellt mit den Amplituden der einzelnen Teiltöne 0 bis 24.In Fig. 1 the line spectrum of a sawtooth oscillation is extreme short return time shown with the amplitudes of the individual partials 0 to 24.

In Abb.2 ist das gleiche Spektrum im logarithmischen Ampl.itudenmaß db dargestellt; Abb.3 zeigt das Klangspektrum einer Flöte, das aus der Säg.' ezahnschwingung gemäß Abb.2 nach Durchgang durch die Klangfarben?-Filteranordnung gemäß Abb. 4 erzielt wird.In Fig.2 the same spectrum is shown in the logarithmic amplitude measure db; Fig.3 shows the sound spectrum of a flute that comes from the saw. ' tooth oscillation according to Fig. 2 is achieved after passing through the timbre? -filter arrangement according to Fig. 4.

Aus Abb.3 geht hervor, daß die Dämpfungskurve des Filters nach Abb. 4 eine sehr steile Dämpfungscharakt:eristik aufweisen muß, um aus dem ob.ertonreichen harmonischen Inhalt der Ausgangswellenform gemäß Abb. 2 das gewünschte Flötenspektrum zu erzielen. Da aber auch alle Grundtöne des gesamten Spielbereiches durch die einzige Filteranordnung nach Abb. 4 gehen, werden die Grundtöne mit zunehmender Tonhöhe ebenfalls in steigendem Maße gedämpft. Diese Erscheinung wirkt sich mit zunehmender Tonhöhe nachteilig durch abnehmende Lautstärke aus.From Fig. 3 it can be seen that the attenuation curve of the filter according to Fig. 4 a very steep damping character: eristics must have in order to get out of the overtone-rich harmonic content of the output waveform according to Fig. 2 the desired flute spectrum to achieve. But since all the basic tones of the entire play area are through the only one If the filter arrangement is as shown in Fig. 4, the fundamental tones become higher with increasing pitch also dampened to an increasing extent. This phenomenon affects with increasing Pitch is disadvantageous due to decreasing volume.

Zur Beseitigung dieses Nachteiles wurde bisher - mindestens oktavmäßig - durch Oktavspannungsteiler 1 gemäß der Schaltungsanordnung nach Abb. 5 b ein Pegelausgleich vorgenommen. Dieser Oktavspannungs;teiler wirkt nur rein ohmisch und verändert nicht die Klangfarbencharakteristik der Filterkurve. Die in Abb.51) dargestellten zwölf Widerstände 2 dienen zur Entkopplung der zusammengefaßten zwölf Halbtöne in der 3. Oktave. Gleiche Anordnungen liegen an den übrigen Oktaveingängen. Die Schalter 3 symbolisieren die Tastschalter der Tonstufen. Bei elektronischen Orgeln sind entsprechend den Fußtonzahlen (16', 8', 4' usw.) je eine Anordnung nach Abb. 5 b erforderlich.To eliminate this disadvantage, up to now - at least an octave - By octave voltage divider 1 according to the circuit arrangement according to Fig. 5 b a level compensation performed. This octave voltage divider only has a purely ohmic effect and does not change the timbre characteristics of the filter curve. The twelve shown in Fig. 51) Resistors 2 are used to decouple the summarized twelve semitones in the 3rd octave. The other octave inputs have the same arrangements. The switches 3 symbolize the key switches for the tone levels. The same applies to electronic organs The footnote numbers (16 ', 8', 4 'etc.) each require an arrangement according to Fig. 5b.

InAbb. 5 a ist die Wirkung dieses Oktavspannungsteilers 1 in Verbindung mit der Wirkung des Klangfarbenfilters nach Abb.4 einer Flöte veranschaulicht. In Abb. 5 a zeigt die Kurve a die Wirkung des Filters nach Abb. 4. Die Kurve b zeigt den oktavmäßigen Dämpfungsverlauf des Oktavspannungsteilers 1 nach Abb. 5 b. Die Kurve c stellt die Resultierende der beiden Kurven a, b dar. Wie aus dem Verlauf der Kurve c ersichtlich ist, wird das Spannungsniveau der 5. Oktave ausschließlich durch den Dämpfungsverlauf der Kurve a bestimmt. Um aber in den Olctaven 1 bis 4 die gleiche Lautstärke zu erhalten, müssen alle Pegel auf gleiches Niveau, d. h. auf das N N iveau der 5. Oktave, herabgesetzt werden. Diese -Notwendigkeit hat zur Folge, daß der nun sehr kleine Nutzpegel nur noch einen geringen Abstand vom Störpegel hat. Bekanntlich setzt sich der Störpegel aus dem Eingangsrauschen des Vorverstärkers, dem Rauschen der Eingangswiderstände, unvermeidlichen Brummspannungen und sonstigen Einstreuungen zusammen. Dieser Störpegel wird nicht durch die Filteranordnung und die Oktavspannungsteiler bestimmt, da er im wesentlichen erst im nachgeschalteten Vorverstärker entsteht. Jede Verstärkung des Nutzpegels bedeutet auch gleichzeitig eine gleich große Verstärkung des Störpegels. Ein geringer Abstand zwischen Stör- und Nutzpegel verschlechtert merkbar die Klangqualität.In Fig. 5 a is the effect of this octave voltage divider 1 in conjunction illustrated with the effect of the tone color filter according to Fig. 4 of a flute. In Fig. 5 a, curve a shows the effect of the filter according to Fig. 4. Curve b shows the octave attenuation curve of the octave voltage divider 1 according to Fig. 5 b. the Curve c represents the resultant of the two curves a, b. As from the course the curve c can be seen, the voltage level of the 5th octave is exclusive determined by the damping curve of curve a. But to get into Olctave 1 to 4 To get the same volume, all levels must be at the same level, i.e. H. to the N level of the 5th octave. This -necessity has to The result is that the now very small useful level is only a short distance from the interference level Has. As is well known, the interference level is made up of the input noise of the preamplifier, the noise of the input resistances, inevitable ripple voltages and others Interspersions together. This interference level is not due to the filter arrangement and the octave voltage divider is determined, since it is essentially only in the downstream Preamplifier is created. Each amplification of the useful level also means simultaneously one the same large amplification of the noise level. A short distance between the interference level and the useful level noticeably deteriorates the sound quality.

Der . Erfindung liegt die doppelte Aufgabe zugrunde; erstens einen wesentlich höheren Nutzpegel und zweitens einen größeren Abstand zwischen Stör-und Nutzpegel zu erreichen. Hierbei soll die Klangcharakteristik jedoch unverändert bleiben. Diese Ziele sind nach der Erfindung bei einer Oktavspaniiungsteilerschaltung zur oktavmäßig abgestuften Pegeländerung einer obertonreichen Ausgangswellenform dadurch erreicht, daß zusätzlich eine harmonische Dämpfung eines Teiles der durch die Charakteristik einer Klangfarbe (z. B. Flöte) festgelegten Dämpfung der Ausgangswellenform in Dämpfungsgliedern erfolgt, die oktavmäßig getrennt und in ihrer Wirkung abgestuft in den Oktavspannungsteilerabschnitten untergebracht sind. Hierdurch ist die Klangqualität des Musikinstruniontes wesentlich erhöht, da der hörbare Nutzanteil des Klanges im Verhältnis zum Störanteil beträchtlich vergrößert ist. Als weiterer Vorteil der erhöhten Nutzspannung ergibt sich eine geringere notwendige Verstärkung zur Erzielung der gleichen Ausgangsspannung, wodurch sich der Störpegel anteilmäßig noch weiter vermindert, weil er der Verstärkung proportional ist. Außerdem wirkt sich die bei der erfindungsgemäßen Schaltung erreichte Verflachung der Klangfarben-Grundfilterkurven günstig in der Hinsicht aus, daß die Lautstärkeunterschiede bei Klangfarben mit unterschiedlichem Dämpfungsverlauf geringer werden. Es ist nämlich zu beachten, daß der Oktavspannungsteiler für jede Fußtonlage nur einmal vorhanden ist und alle Klangfarben mit unterschiedlichem Dämpfungsverlauf in der gleichen Fußtonlage von diesem einzigen Spannungsteiler korrigiert werden müssen. Dies ist nur durch eine Ausgleichsmöglichkeit unter allen Klangfarben dieser Fußtonlage möglich. Je flacher die Klangfarben-Grundfilterkurven verlaufen, um so enger sind die Grenzen, innerhalb denen diese liegen.Of the . The invention is based on the double task; first one much higher useful level and secondly a larger distance between interference and To achieve the useful level. Here, however, the sound characteristics should remain unchanged stay. These objects are in accordance with the invention in an octave voltage divider circuit for the octave-like level change of an output waveform rich in overtones achieved in that, in addition, a harmonic damping of part of the through the characteristic of a timbre (e.g. flute) attenuation of the output waveform takes place in attenuators, which are octave-wise separated and graded in their effect are housed in the octave voltage divider sections. This makes the sound quality of the musical instrument unit is significantly increased, as the audible useful portion of the sound is considerably increased in relation to the proportion of interference. Another advantage of the increased useful voltage results in a lower gain required to achieve this the same output voltage, which proportionally increases the noise level even further decreased because it is proportional to the gain. It also has an impact the circuit according to the invention achieved flattening of the tone color basic filter curves favorable in that the volume differences in tone colors with different attenuation progression become smaller. It should be noted that that the octave voltage divider is only available once for each pitch and all of them Tones with different attenuation in the same foot pitch from this single voltage divider must be corrected. This is only through one Possibility of compensation under all timbres of this footnote range possible. The flatter the tone color basic filter curves run, the narrower are the limits within where these lie.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist in Abb. 6 dargestellt, und zwar zeigt Abb. 6 a die Klangsynthese des gleichen Registers wie in Abb. 5 a, während Abb. 6b den Schaltungsaufbau zeigt.An embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown in Fig. 6, namely Fig. 6a shows the sound synthesis of the same Register as in Fig. 5 a, while Fig. 6b shows the circuit structure.

In Abb. 6 a zeigt die Kurve a, wieder die Wirkung des Klangfarbenfilters nach Abb.4, jedoch mit dem Unterschied, daß jetzt der Dämpfungsverlauf eine wesentlich verringerte Steilheit hat. Dies kann bekanntlich z. B. durch Verminderung der Anzahl der Tiefpaßglieder erzielt werden, ist also nur eine Frage der Auslegung. Infolge der geringeren Steilheit der Kurven ist auch der Pegelausgleich nach Kurve b gemäß Abb. 6 a geringer gegenüber dem Pegelausgleich nach Kurve b der Abb. 5a. Darüber hinaus unterscheidet sich die Kurve b gemäß Abb. 6a dadurch von der Kurve b gemäß Abb. 5 a, daß in den einzelnen Oktaven 1 bis 5 die Teilabschnitte der Kurve b außer der pegelmäßigen Änderung noch eine zusätzliche harmonische Dämpfung aufweisen.In Fig. 6 a curve a shows again the effect of the timbre filter according to Fig.4, but with the difference that now the damping curve is a significant has reduced steepness. This can be known z. B. by reducing the number the low-pass elements are achieved, is therefore only a question of design. As a result The level compensation according to curve b is also in accordance with the lower steepness of the curves Fig. 6 a less compared to the level compensation according to curve b in Fig. 5a. About that In addition, the curve b according to Fig. 6a differs from the curve b according to FIG Fig. 5 a, that in the individual octaves 1 to 5, the sections of curve b except the level change still have an additional harmonic attenuation.

Die Kurve c gemäß Abb. 6 a veranschaulicht wiederum die resultierende Wirkung der Kurven a, b. Es zeigt sich bei dem Vergleich der Abb. 5 a und 6 a, daß der Nutzpegel p6 gegenüber dem Nutzpegel wesentlich größer ist. Trotzdem ist die Klangfarbencharakteristik, dargestellt durch den Abfallwinkel a, in beiden Fällen gleich. Der Störpegel ist durch die Linie s gekennzeichnet, die in beiden Fällen das gleiche Niveau hat. Der Abstand des Nutzpegels p6 vom Störpegel s ist in Abb. 6 a um den gleichen Betrag gewachsen, um den der Nutzpegel p6 sich gegenüber <lein Nutzpegel p5 vergrößert hat.The curve c according to Fig. 6 a again illustrates the resulting Effect of curves a, b. When comparing Figs. 5 a and 6 a, it can be seen that the useful level p6 is significantly greater than the useful level. Still it is Tone color characteristic, represented by the fall angle a, in both cases same. The interference level is indicated by the line s, in both cases has the same level. The difference between the useful level p6 and the interference level s is shown in Fig. 6 a has grown by the same amount by which the useful level p6 compared to <lein Has increased the useful level p5.

Diese Wirkung ist durch die Schaltungsanordnung nach Abb. 61> erreicht. Der Pegelausgleich in den einzelnen Oktaven wird mittels der Widerstände 4 bis 8 vorgenommen. Diese Widerstände bilden zusammen mit dem Abschlußwiderstand 9 einen Spannungsteiler. Der Widerstand 9 ist ein allen Spannungsteilungen gemeinsames Element und bedeutet den Eingangswiderstand des nächsten Bausteines. Die Wirkung dieser Spannungsteilung ist durch die vertikalen Teile der Kurve b gemäß Abb. 6 a veranschaulicht.This effect is achieved by the circuit arrangement according to Fig. 61>. The level compensation in the individual octaves is made using resistors 4 to 8 performed. These resistors form together with the terminating resistor 9 a Voltage divider. The resistor 9 is an element common to all voltage divisions and means the input resistance of the next component. The effect of this Voltage division is illustrated by the vertical parts of curve b according to Fig. 6 a.

Die Änderung des harmonischen Inhaltes, gekennzeichnet durch die schräg abfallenden Teile der Kurve b nach Abb. 6a, erfolgt durch die Dämpfungsglieder mit Tiefpaßcharahteristik (RC-Glieder). Diese Glieder werden von den Kondensatoren 10 bis 14 und von dein vorhandenen Entkoppehingswiderstand der jeweils gedrückten Taste gebildet. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung sind in Abb.61> diese Entkoppelungswiderstände 15 mir für die 3. Oktave eingezeichnet. Wird z. B. die Taste c in der 3. Oktave gedrückt, so bildet der betreffende Entkoppelungswiderstand 15 zusammen mit dem Kondensator 12 das Tiefpaßglied. das den schräg abfallenden Teil der Kurve in der 3. Oktave der Abb. 6a erzeugt, während der MViderstand 6 in Verbindung mit dein Widerstand 9 den pegelmäßigen Anteil ani Gesamtniveau der Kurve c in Abb. 6 a festlegt.The change in the harmonic content, characterized by the oblique falling parts of curve b according to Fig. 6a, takes place through the attenuators with Low-pass characteristics (RC elements). These elements are made up of the capacitors 10 to 14 and your existing decoupling resistance of the key you pressed educated. For reasons of the simplified representation, these decoupling resistors are shown in Fig. 61 15 drawn in for the 3rd octave. Is z. B. the key c in the 3rd octave pressed, the relevant decoupling resistor 15 forms together with the Capacitor 12 the low-pass filter. that is the sloping part of the curve in the 3rd octave of Fig. 6a generated, while the M-resistor 6 in connection with your Resistance 9 defines the level-wise proportion of the total level of curve c in Fig. 6 a.

Claims

1 P ATL.NTANSPRUCH: -Olttav voltage divider circuit for electrical musical instruments, in particular electronic organs, for the octave-like stepped level change of an output waveform rich in overtones, characterized in that additionally a harmonic attenuation of a part of the attenuation determined by the characteristic of a timbre (e.g. flute) the output waveform takes place in attenuators, which are octave-separated and housed in their effect graded in the octave voltage divider sections.