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System zur Erzeugung elektronischer Nusik Die Erfindung betrifft ein
System zur Erzeugung elektroni:# scher Musik und insbesondere ein System zur Umwandlung
eines Toneingangssignals mit einer bestimmten Klangfarbe in ein Tonausgangesignal
mit einer davon verschiedenen Klangfarbe und/ oder verschiedenen TonhÖhe, Amplitude
sowie anderen abweichenden charakteristischen Merkmalen.
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Es sind Ziele der Erfindung, Einrichtungen zu schaffen, um Toneingangssignale
elektronisch in Tonausgangssignale zu verarbeiten, um Toneingangssignale in Schwingungsformen
mit hohem Anteil harmonischer Frequenzen, die dieselbe Grundfrequenz wie das Toneingangssignal
oder ein Vielfaches davon
aufweisen und bezÜglich ihrer Amplitude
von Periode zu Periode dem Toneingangssignal entsprechen, umzuwandeln, um ein Toneingangssignal
einer bestimmten Klangfarbe in ein Tonausgangssignal einer anderen Klangfarbe umzuwandeln,-
und um ein Toneingangssignal einer bestimmten Frequenz in ein Tonausgangssignal
einer Frequenz umzuwandeln, die ein Vielfaches oder einen Bruchteil dieser bestimmten
Frequenz darstellt.
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Gemäß der Erfindung wird ein Toneingangssignal analysiert,-um. dessen
Grundfrequenz und die Amplitude jeder Periode derselben festzustellen. Anschließend
werden Ausgangsschwingungsformen mit-einem hohen harmonischen Inhalt erzeugt, z.B.
Rechteck-und dägezahnschwingungen, deren Frequenz der Grundfrequenz und-deren' Amplitude
Periode fÜr Periode der Amplitude des Toneingangssignals entspricht. Die sich daraus
ergebenden Signale werden sodann in bekannten-Klangfarbenfiltern verarbeitet
, um die gewänschten Veränderungen in der Klangfarbe des Signals zu erhalten
und anschließend in Tonsignale zurÜck umgewandelt, die die gewÜnschte von dem Toneingangssignal
verschiedene Klangfarbe aufweisen. Diese Verarbeitungsvorgänge des Signals kÖnnen
eine Frequenzverdopplung bzw. Frequenzteilung einschließen, um die TonhÖhe des Signals
zu ändern.. Eine derartige Verarbeitung eines Toneingangssignals kann
z.B.
dafÜr verwendet werden, um ein T-oneingangssignal in ein Tonausgangssignal eines
Instruments umzuwandeln, um das
Eingangssignal eines Instruments
in ein Ausgangssignal umzuwandeln, das der Klangfarbe eines anderen Instruments
ent-.spricht, und um ein Eingangssignal mit einer bestimmten Klangs farbe und Grundfrequenz
in ein Ausgangssignal einer anderen Klangfarbe und derselben oder einer verschiedenen
Grundfrequenz bzw. derselben Klangfarbe und einer verschiedenen Grundfrequenz umzuwandeln.
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In der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Begriff Tonsignal
nicht nur die einen Ton verursachende Druckschwingung sondern auch das entsprechende
elektrische Signal verstanden, das gleichzeitig mit einer.Tonschwingung,.z.B. durch
die Verwendung eines elektromagnetischen oder anders gearteten Tonabnebmers erzeugt
wird, wie er bei elektrischen Gitarren Verwendung f indet.
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Eine beispielsweise'AusfÜhrungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt; es zeigen: Fig.1 ein Blockdiagramm des Gesamtsystems zur Umwandlung
eines Toneingangssignals in ein Tonausgangssignal gemäß der Erfindung; Fig.2 ein
Schaltbild der signalverarbeitenden Einheit gemäß der Erfindu ng; Fig.3,4,5 und
6 verschiedene Schwingungsformell, wie sie in der-signalverarbeitenden Einheit
gemäß Fig.2 auftreten, und deren relative zeitliche Zuordnung.
In
dem Blockdiagramm gemäß Fig.1 ist eine Tonabnehmereinheit 10 dargestellt,
die z.B. aus einem Mikrophon zur Umwandlung einer Stimme oder eines Instrumentaltones
in ein elektrisches Signal dient, das als Eingangssignal der signalverarbeitenden
Einheit 11.zugefÜhrt wird, in welcher das Signal in Rechteck-und Sägezahnschwingungen
umgesetzt wird, die bezÜglich der Frequenz und der Amplitude dem Eingangssignal
entsprechen. Die von der Einheit 11 gelieferten Sägezahn- und Rechteck-Ausgangsschwingungsformen
werden als 4- Fuß, 8 Fuß und 16 Fuß Signale Über die Leitungen 12
geeigneten Klangfarbeiifiltern 13 zugefÜhrt. Die Ausgangssignale der-Klangfarbenfilter
werden im Verstärker 14 vereinigt und anschließend Über den Lautsprecher
15 abgestrahlt. Offensichtlich kann gemäß Fig.1 jede beliebige Anzahl von
1 bis n an Tonabnehmern sowie signalverarbeitenden Einheiten Verwendung finden.
Die einzelnen signalverarbeitenden Einheiten kÖnnen identisch aufgebaut sein, so
daß die Beschreibung einer Einheit fÜr das Verständnis der Anlage ausreichendlist.
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Das Schaltbild der signalverarbeitenden Einheit 11 ist in Fig.2
dargestellt. Die verschiedenen während des Betriebs der Schaltung gemäß Fig.2 auftretenden
Schwingungsformen wurden des leichteren Verständnisses wegen in die Schaltung eingezeichnet
und mit den Fig.3 entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Ein Toneingangssignal,
das durch die Schwingungsform 501
charakterisiert ist, wird vom-Mikrophon
10 Über einen Kondensator 21 an die Basis eines Verstärkers 22 zum Kappen
der Signale Übertragen. Die gekappte und invertierte Schwingungsform 502
stellt das Ausgangszignal des Verstärkers-22 dar, das nur die Frequenzinformation
der Eingangsschwingungsform 501 enthält. Die ÄSchwingungsform 502
wird sodann durch den Kondensator 23 und den Widerstand 24 differenziert,
so
daß sich die Schwingungsform 503 ergibt, aus der sich nach der Gleichrichtung
durch die Diode 25 die Schwingungsform 504 ableitet. Damit wirdan diesem
Punkt der Verarbeitung des Eingangssignals 501 fÜr jeden Nulldurchgang in
negativer Richtung dieser Schwingungsform ein Triggerimpuls geschaffen. Die auf
positiven Nulldurchgängen beruhendenImpulse werden durch die Diode eliminiert.
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Die Schwingungsform 504 wird in eine sägezahnförmige Schwingungsform
505 mit Hilfe der Transistoren 26 und 30 und dem Netzwerk aus
den Widerständen 28 und 29 und den Kapazitäten 27 und 32 umgewandelt.
Zwischen den Triggerimpulsen der Schwingungsform 504 wird der Transistor
26 in Sperrichtung vorgespannt, so daß sich der Kondensator 27 Über
die Widerstände 28 und 29 langsam aufladen kann. Mit jedem Triggerimpuls
der Schwingungsform 504 wird der Transistor 26 leitend und verursacht eine
rasche Entladung des Kondensators 27, wodurch die sägezahnfÖrmige Schwingung
505 erzeugt wird.
Das Ausgangssignal des Sägezahngenerators
wird Über einen Widerstand 31 an-einen Emitterfolgertransistor
30 angelegt und steht an dessen Ausgang mit niederer Impedanz zur VerfÜgung.
Ein RÜckkopplungskondensator 32 koppelt das Ausgangssignal des Emitterfolgertransisters
30 an den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 28 und 29 zurück
und verbessert damit die Linearität der Schwingungsform 505.
Das Ausgangssignal
505 des Emitterfolgers 30 wird in eine Rechteckschwingung und zwar
in eine zeitsymmetrische Rechteckschwingung mit Hilfe der-den-Transistor
33 und die Diode 34 umfassenden Schaltung umgewandelt. Wenn die lineare Sägezahnschwingung
505 Über einen Kondensator 35 an einen Verbraucher angelegt wird,_
hängt das neue Gleichstromniveau von der Art des Verbrauchers ab. Wenn der Verbraucher
linear und das gleichstrommäßige Nullpotential in der Mitte liegt, nimmt das neue
Gleichstromniveau die in Fig.3 mit 524 bezeichnete Lage ein, wobei die Bereiche
520 und 521 sowie die Zeitabschnitte 522 und 523 einander
gleich sind. Ein derartiger beidseitiger Verbraucher wird durch'die Diode 34 dargestellt,
die während des Zeitabschnittes 522 leitend ist, wogegen der Transistor
33 während des Zeitabschnittes 523 leitet. Ein linearer Verbraucher
wird durch die Verwendung einer Überwiegend ohmischen Impedanz in Form des Widerstands
336 sichergestellt. Damit wird erreicht, daß-das Niveau 524 am Punkt der
Basisvorspannung des Transistors 33
der beginnenden Leitfähigkeit
gehalten wird. Somit leitet der Transistor 33 während des Zeitabschnitts
523 und ist während des Zeitabschnitts 522 gesperrt, wodurch eine
Rechteckschwingung 506 am Ausgang des Transistors 33 verursacht wird.
Das RÜckkopplungsnetzwerk aus den Widerständen 37 und 38 dient dafür,
daß durch die Toleranzen der charakteristischen Werte des Transistors keine Lnderungen
auftreten. Es sei bemerkt, daß die Symmetrie der Rechteckschwingung 506
bezüglich
der Zeitachse im wesentlichen frequenzunabhängigist. Diese Symmetrie der Schwingungsform
506 wird trotz irgendwelcher zeitlicher Unsymmetrien der Eingangsschwingungsform
501 erzielt. Dieses Ergebnis ergibt sich dadurch, dal-.-..nur die negativen
Nulldurchgänge der Schwingungsform 501
ausgenützt werden, die zu der Schwingungsform
504 fÜhren, welche ihrerseits wiederum die fÜr die Erzeugung der sägezahnfÖrmigen
Schwingungsform 505 ausschlaggebende Schwingungsform ist. Die zeitsymmetrische
Rechteckschwingung 506 wird schließlich durch die Teilung der Freq#lenzperiode
in zwei gleiche Hälften gewonnen.
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Nachdem eine symmetrische Schwingungsform 506 hergestellt wurde,
die bezüglich der Frequenz gleich der Grundfrequenz des Toneingangssignals ist,
verbleibt'noch die Schaffung einer Amplitude, die fÜr jeden Zyklus dieser Schwingungsform
der Amplitude des entsprechenden Zyklus des Toneingangssignals-Q.ntspricht. Zur
Steuerung der Amplitude der
Rechteckschwingung ist es nicht notwendig,
die Amplitude. festzustellen, bevor die eine Hälfte eines gegebenen Zyklus aufgetreten
ist. Diese Tatsache ermÖglicht die Messung der Spitzenamplitude einer steuernden
Schwingungsform. während der ersten Hälfte des Zyklus der Rechteckschwingung, um
diese Amplitudeninformation zu speichern und dann fÜr die Steuerung der Amplitude
der zweiten Hälfte der Rechteckschwingung zu verwenden. Beim LÖschen des Speicherelements
am Ende eines jeden Zyklus wird die Amplitude_jedes Zyklus der Rechteckschwingung
eine Funktion der öpitzenamplitude des entsprechenden Zyklus der steuernden Schwingung.
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Diese Wirkung wird durch die Amplitudensteuerung erzielt, welche den
Koppelkondensator 39, die Diode 40, den Speicherkondensator 41, den Emitterfolgertransistor
42, den Widerstand 43, den Verstärker 44, die Diode 45, das Differenzierungsnetzwerk
aus dem Kondensator 145 und dem Widerstand 46 und dem Transistor 47 umfaßt. Die
Eingangsschwingungsform 501 wird Über den Kondensator 39 an die Diode
40 angelegt, die nur die positiven Teile der Schwingungsform 501 durchläßt,
wodurch die positive Spitzenspannung der Schwingungsform 501 im Speicherkondensator
41 festgehalten wird und von diesem in Form der Schwingung 509 a-#igezeigt
wird. Der L%itterfolger 42 Überträgt diese Schwingungsform Über den Widerstand 43
auf den Leitungsabschnitt 48, auf welchem diese mit der Über die Diode 45 zugefÜhrte
Schwingungsform
506 verbunden wird. Die positiven Anteile der ßSchwingungsform
506 werden durch die Diode 45 nicht Übertragen; dadurch wird während dieses
Teils.des Zyklus die Spannung auf dem Leitungsabschnitt 48 durch das posi-
tive
Niveau der Schwingungsform 509 bestimmt. Die negativen Anteile der Schwingungsform
506 werden über die Diode 45 zum Leitungsabschnitt 48 Übertragen und veru
rsachen, daß die Spannung der Schwingungsform 509 am Widerstand 43.abfällt
und die Spannung des Leitungsabschnittes 48 unter den Sperrspannungswert
an der Basis des Transistors 44 abfällt. Damit wird auf-dem Leitungsabschnitt 48
die Schwingungsform 510 erzeugt, deren Amplitude bei jedem Zyklus eine direkte
Funktion der Spitzenamplitude der Schwingungsform 501 fÜr denselben Zyklus
ist..
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Bei einer genaueren Betrachtung der Amplitudensteuerung unter Berücksichtigung
der Schwingungsformen gemäß Fig.3 erkennt man, daß die Schwingungeform
501 den Kondensator 41 während der Zeit 523 auflädt-und dadurch den
Teil 526
der Srhwingungeform 509 verursacht. Der Abschnitt
526
der Schwingungsform hat im wesentlichen dieselbe Form und Anglitude-wie
der Abschnitt 527 der Schwingungsform 5019 da die Amplitude
530 der Schwingt#ngo:t.orm.509 im wesentli,chen gleich-der AmPlitude
529 der Schw.ingungsform 501 ist. Während den Z*-itabschnitte-523
wird die Rechteckschwing=g 506 Uber die-Diode 45 auf # den- #LeItungsabschnitt
48
Übertragen, wodurch die Basisvorspannung des Transistors 44 unter-das Sperrniveau
sinkt.-Während dieser Zeit hat die Schwingungsform 509 keinen Einfluß auf
den Transistor-44-, so daß deren Opannung am 1-Iiderstand 43 abfällt. Da die Diode
45 während des Zeitabschnitts 531 nicht leitet, steuert die Schwingungsform-509
und legtdie Amplitude der Schwingungsform 510-auf den Wert 530 fest.
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Die an die Basis des Verstärkers--44 angelegte Schwingungsform
510 erzeugt die-gewÜnschte Rechteckschwingung, die als Ausgangssignal in
Form der Schwingung 511 auftritt. Die Schwingungsform 511 wird durch
den Kondensator 145 und den Widerstand 46 differenziert, so daß man die Schwingungsform
512 erhält, wobei jeder positive Xulldurchgang der Schwingungsform
511 einen entsprechenden positiven Nadelimpuls der Schwingungsform
512 erzeugt, welcher den Transistor 47 kurzzeitig leitend macht und den Speicherkondensator
4-1 entlädt.
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Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf den grund-' sätzlichen
Sigaalfluß. in der signalverarbeitenden Einheit. 11. Einige Feinheiten der
eignalverarbeitenden Einheit werden im folgenden beschrieben.- Es sei darauf
hingewiesen" daß die Erzeugung des Grundsignals der eignalverarbeitenden Einheit
d. . he' die- Schwingungsform 506, von den noga-t,i:v' gerichteten
Nulldurchgängen des Eingangssigna113 501 abhäzigig
ist,
wobei fÜr jeden Nulldurchgang ein Zyklus einer Rechteck-.# schwingung erzeugt wird.
Diese Nulldurchgänge in negativer Richtung werden durch die Nadelimpulse der Schwingungsform
504 festgehalten. Wie in den Zeichnungen dargestellt, besitzt das Eingangssignal
501 keinen negativen Nulldurchgang während der Grundperiode. Dieses Eingangssignal
ist jedoch Üblicherweise ein komplexes Signal, wie es aus dem zweiten Minimum der
Schwingungsform 501 an der Stelle 536 gemäß Fig.3 hervorgeht. Bei
einer Vergrößerung der Amplitude dieses Eingangssignals ändert sich die Schwingungsform,
so daß ein Zustand erreicht werden kann, in welchem das Minimum 536 die Nullinie
schneidet, wodurch ein fälschlicher Nebenniilldurchgang erzeugt wird, welcher augenblicklich
eine Verdopplung der Frequenz der Schwingungsform 506
verursachen wÜrde. Um
dies auszuschalten, wird ein Austastsignal erzeugt, das die ;"jchwing-Lmgsform 504
fÜr den g:rÖßten Teil der Periode zwischen den Nadelimpulsen austastet, wenn die
Gefahr des Auftretens derartiger unerwÜnschter Nulldurchgänge gegeben ist.. Die
Austastschaltung ist in dem RÜckkopplungsweg zwischen dem Kondensator
51 und dem Transistor 52 angebracht.
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Die sägezahnfÖrmige xichwingung 505 wird Über den Kondensater
51 an die Basis des.Transistors 50 angelegt. Der Transistor
55 und die dazu gehörige A3chaltung reagieren auf das sägezahnfÖrmige Eingangssignal
in derselben Weise wie die
Schaltung 33 zur, Erzeugung einer
Rechteckschwingung. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Last derart ausgelegt
istt daß eine zeitunsymmetrische Rechteckschwingung 507 an 13telle der symmetrischen
Rechteckschwingun& 506 erzeugt wird. Dabei erstreckt sich der Abschnitt
532 der Schwingung 507 Über etwa 90% des Zeitabschnit-tes 525-.
Die Schwingimgsform 507 erscheint,nachdem sie das eine Diode enthaltende
RC-Netzwerk passiert hat, als Schwingungsform 508 an der Basis des Transistors
52. Das Spannungsniveau des Abschnittes 533 der Schwingungsform
508 ist derart gewählt, daß der Transistor 52 leitend wird, wobei
er bei einem Spannungsniveau,das geringfÜgig darunter liegt, gesperrt ist. Daraus
ergibt sich, daß der Transistor 26-während des Zeitabschnitts 533 und während
der Transistor 52
leitet, ausgetastet wird. Die Form und die Amplitudenwerte
der Schwingungsform 508 werden derart ausgewählt, daß der Transistor
26 von einem 5% des Zeitabschnittes 525 ausma--chenden :Punkt
bis zu einem etwa 90% dieses Zeitabschnittes ausmachenden Punkt ausgetastet
werden kann. Diese Randbereiche fÜr die Austastperiode sind notwendig, um sicherzustellen,
daß die Nulldurchgänge der Schwingung des Grundsignals nicht ausgetastet werden.
In diesem Fall wÜrde nämlich der Transistor 26 durch den dem wahren Nulldurchgang
entsprechenden Nadelimpuls der Schwingungsform 504 positiv und gleichzeitig durch
den Transistor 52
.negativ angesteuert werden, so daß das System nicht arbeiten
wÜrde.
Das Netzwerk aus den Elementen 54, 559 56 und
57 eliminiert die Einschwi-ngimpulse 1010 und 1011, die in
Fig.4 dargestellt sind. In Fig.4 ist die Virkungsweise der Austastschaltung während
des Einschwingzustandes dargestellt, wogegen die vorausgehende Beschreibung und
die in Fig.3 dargestellten Schwingungsformen das Verhalten im eingeschw-ungenen
Zustand angeben. Die Schwingungsform 1001 entspricht der sägezahnförmigen
Schwingung 505, die am Ausgang des Transistors 30
auftritt, wenn ein
Eingangssignal zum Zeitpunkt 1007 anfängt und zum Zeitpunkt 1008 endet.
Die Schwingungsform 1002 tritt an der Basis des Transistors 50 auf, wogegen
die Schwingungsform 1003 der Schwingungsform 507 entspricht, die am
Kollektor des Transistors 50 erscheint. Das differenzierende Netzwerk mit
den Elementen 54 und 55 erzeugt eine Schwingungsform 1004, von der die Diode
56 nur den negativen Anteil Überträgt9 so daß die Schwingungsform
1005 entsteht, aus der die Einschwingimpulse 1010 und 1011
eliminiert sind. Diese Einschwingimpulse kÖnnen Frequenzhalbierungen--verursachen,
wenn TÖne schnell wiederholt werden. Da es mÖglich ist, wenn ein zweiter Ton während
der Zeitdauer 1009 be-
ginnt, daß ein tatsächlicher oder gewÜnschter während
der Zeit der Schwingungsform 504 auftretender Nulldurchgang durch den Einschwingimpuls
1010 ausgetastet werden würde, muß, wenn nur ein gewÜnschter öder tatsächlicher
Nulldurchgang ausgetastet wirdg das-gesamte System danach fÜr den Rest des Tones
mit der halben Frequenz- arbeiten undjeden
anderen tatsächlichen
Nulldurchgang als störenden Nulldurchgang zurÜckweisen.
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Die Schwingungsform 1005 hat keine positiven'Werte, welche,
wenn sie an den Transistor 52 angelegt werden, den Transistor 26 zwischen
den Tönen austasten und das System unempfindlich für den Beginn-eines Tones machen
würden. #..lenn man jedoch die Schwingungsform 1005 Über den Kondensator
59 überträgt, ergibt sich die Schwingungsform1006, die der Schwingungsform
508 mit einem Ruhewert Null entspricht. Der -111derstand 60 dient
der Abstimmung der Impedanz, um einen sehr langsamen Anstieg des Teiles
533 der Schwingungsform 508 zu verursachen und eine wirkungsvolle
Austästung während des gesamten Zeitabschnittes 533 sicherzustellen. Die
Diode 61
hält den unteren Wert der Schwingungsform 508 auf dem Potential
der Masse und bewirkt dadurch eine wirkungsvollere Ansteuerung des Transistors
52.
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Der Zeitabschnitt 1012 stellt die ZeitverzÖgerung zwischen dem Beginn
eines Tones und des Wirkens der Austastschaltung dar. Diese Verzögerung-verursacht
keinerlei Schwierigkeiten,' da der Beginn der Austastung immer etwas später als
der Beginn eines Tones bei der betrachteten Art der Musik oder der Toneingangssignale
eingeleitet wird. Vielmehr wirkt sich die VerzÖgerungszeit 1012 als Vorteil für
viele Fälle aus, bei denen der Ton als Sprechton oder mit einem Einschwingvorgang
beginnt,
der einen großen Anteil aperiodischer Komponenten,nicht harmonischer Komponenten
oder Komponenten umfaßt, die-eine rasche Frequenzverschiebung aufweisen. In diesen
Fällen gibt die VerzÖgerungsperiode 1012 genÜgend Zeit fÜr die Stabilisierung des
Signals bevor die Austastung beginnt, was anderenfalls verursachen kÖnnte, daß die
Austastschaltung einer falschen Frequenz folgt oder in anderer Weise nicht funktioniert.
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Der Kondensator 58 im Austast-RÜckkopplungsnetzwerk dient lediglich
der Erzeugung eines zeitlichen Spielraumes 534, der durch den abgerundeten Teil
535 der Schwingungsform-508 geliefert wird.
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Für bestimmte Arten der an die eignalverarbeitende Einheit
11 angelegten Toneingangssignale, die z.B. weniger komplexe Veränderungen
aufweisen, d.h. nahezu sinusförmig sind, ist das verfeinerte System mit einem Sägezahngenerator.der
Austastschaltung und der Schaltung zur Erzeugung von Rechteckschwingungen nicht
unbedingt erforderlich. In derartigen Fällen kann die abgekappte und invertierte
Schwingungsform 502, die am Kolldktor des Transistors 22 zur Verfügung steht,
direkt Über die Diode 45 an den Leitungsabschnitt 48 in der Amplitudensteuerung
angelegt-weräen, worauf eine Amplitudensteuerung in der oben beschriebenen Weise
von Zyklus zu Zyklus erzielt wird. FÜr diesen Zweck ist ein Schalter 125
vorgesehen. Wenn dessen Schaltarm am Kontakt 125a
liegt, wird das
Toneingangssignal in dem verfe-inerten Schaltkreis mit dein Sägesahngenera-tor,
dessen lustastschaltung und der Schaltimg fÜr die Gewinnung der Rechteckschwingung
verarbeitet. Venn, jedoch der Schaltarm des Schal.-bers 12-5 am Kontakt
125 liegt, wird das kusgangssignal des: Transistors 22, cl.h. die Schwi-ngtmgsform
502 direkt an die Diod-e,45 ge-
koppelt. Es ist offensichtlich, daß
gewu"n-sc-htenfa-Ils eine signalverarbeitende Einheit mit, geringerer Leist=gsfähi--g#-keit
gebaut weräen kann, in der nur eine direkte Kopplung der Schwingungsform
502 an die Dlode 45 vorgesehen ist und der Sägezahngenerator, dessen Austastschaltung
und die #3chaltung zur Erzeugung der Rechtecksch:wingungweggelassen werden.
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Wie bereits hervorgehoben, ist es ein prinzipieller Zweck der vorliegenden
Erfindung, ein Toneingangssignal eines bestimmten Charakters in ein Tonausgangssignal
eines anderen Charakters umzuwandeln, wie z.B. das Signal mit dem Klangcharakter
eines bestimmten Instrumentes in ein Signal mit dem Klangcharakter eines anderen
Instrumentes. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, daß man die EinhÜllende
des Signals während der Signalverarbeitung auswählen kann, so daß sie dem gewÜnschten
musikalischen Eindruck am Ausgang entspricht. Dieser Vorgang wird im Netzwerk
161 und durch den Auswählschalter 62 ausgefÜhrt. Wenn der Schalter
62 in der Position 63 liegt, wird-das Ausgangssignal 511 nicht
beeinflußt und es folgt der Einhüllenden*
des Eingangssignals
501- Wenn Üas Eingangss:i.gnal einer gezupften Saite entspricht, besitzt
die Einhüllemde des lusgangss-ignals denselben Verlauf, wie er als Eihhüllende
701
in Fig.5 dargestellt ist. Bef-indet sich der Schalter in der Position
64, so wird -e=,e Ei-nhülle-:nd-e für die Sch:wingungsform 511 des Ausgangs-s:ignals
erzeugt', die der Einh-Ullenden 702 entspricht, -welche einen allmählicheren
Anstieg und nicht den _Anstieg der einem i#D'rhlag entsprechenden Einhüllenden
'701 aufweist. Der all-mähl:iche Anstieg wird durch den Kondensator
67 verursacht, der eine gewisse Zeit für die Aufladung Übez die Diode
68 benötigt und daher das Niveau 530 am Beginn eines Tones etwas erniedrigt.
Befindet sich der Schalter 62 in der Schaltposition 65, dann wird
die Einhällende 703 erzeugt, die einen flachen Scheitel besitzt und Orgeltonlage
hat. Der flache Scheitel wird durch die Diode 68 verursacht, die auf einer
festen Spannung gehalten wird, so daß das Niveau 530 diesen Spannungswert
niemals übersteigt. In der Schalterposition 66 wird eine Einhüllende 704
erzeugt, die eine Kombination der Einhüllenäen' 70 2 und 703 ist.
Es ist beabsichtigt, daß, wenn das Toneingangssignal der signalverarbeitenden Einheit
von einer ausdrucksstarken Musikquelle kommt, die Schalterposition 63 am
wahrscheinlichsten verwendet wird, damit das ausdrucksstarke Tonsignal am Ausgang
wieder erscheint. Die eine oder die andere der Schalterpositionen 64,
65 und 66 würde wahrscheinlich verwendet werden, um den musikalischen
Charakter des Ausgangssignals zu
verändern,- wenn das Eingangssignal
von-einem Instrument geliefert-wird, das z.B. wie eine Gitarre eine-festliegende
EinhÜllende besitzt.
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Ein weiteres Merkmal des vorliegenden signalverarbeitenden Systems
ist eine Sperrschaltung für minimale Eingangsamplituden. Wenn das Signal-Raus.chverhältnis-hinreichend
klein wird und einen wahllosen Betrieb des Z-'ägezahngenerator-s 26,
27,
30 verursacht, ist es wÜnschenswert,-eine Sperrschaltung zu besitzen, die zu
arbeiten beginnt, wenn die Amplitude des Eingangssignals unter einen gewissen Wert
abfällt. Dieses Ergebnis wird erreicht, indem das Eingangsrechtecksignal
502
am Kollektor des Transistors 22 abgenommen, durch die Diode
71 auf einen gewissen maximalen Wert begranzt wird,und dieses Signal-Über
die Diode 73 Übertragen und schließlich der negative gleichgerichtete Wert
des Signals am Kondensator 74 integriert wird. Solange die Schwingungsform
502 eine Amplitude aufweist, die den durch die Diode 71 festgelegten
Schwellwert übersteigt, spannen die verhältnismäßig negativen Werte am Kondensator
74-den Transistor 47 derart vor, daß er nicht leitet. Wenn jedoch der Amplitudenwert
der Schwingungsform 502 unter den Schwellwert der Diode 71 fällt,
lädt sich der Kondensator 74 positiv auf und ändert die Vorspannung an der Basis
des Transistors 47 derart, daß dieser - zu 1 . eiten beginnt-, und
dadurch die Basis des Transistors 42 tastet, wodurch die Amplitudensteuerung unwirksam
gemacht wird und irgendwelche Ausgangssignale der signalverarbeitenden Einheit verhindert,
werden.
Die Wirkungsweise dieser Sperrschaltung wird an Hand der
Schwingungsformen gemäß Fig.6 näher erläutert. Die Schwingungsform 1101 stellt
die Eingangsschwingungsform dar, wogegen die Schwingungsform 1102 die entsprechende
Rechteckwelle darstellt, die am Ausgang des Transistors 22 auftritt. Zum Zeitpunkt
1106 wird die Amplitude der Schwingungsform 1102 für eine zuverlässige Arbeitsweise
der folgenden Stufen zu klein. Die Schwingungsform 1103 ist diejenige, die
auf der negativen Seite der Diode 71 infolge der Begrenzung der Amplitude
durch die Spannung 1107 auf der positiven Seite der Diode 71. Die
Spannung 1107 ist derart ausgewählt, daE die Schwingungsform 1103
zum Zeitpunkt 1108 kurz vor dem Zeitpunkt l-'06 auf den Wert Null reduziert
wird. Die Ochwingungsform 1103 wird Über den Kondensator 72 übertragen
und. durch die Diode 73 gleichgerichtet, wodurch die Schwingungsform 1104
am Kondensator 74 entsteht,- Der Widerstand 75 ist derart ausgewählt, daß
an der Basis des Transistors47 ein positiver Ruhewert vorhanden ist, wodurch der
Transistor leitet und das Signal. an der Basis des Transistors 42 kurzschließt.
Dadurch wird verhindert, daß die Amplitudensteuerung irgendwelche Signale Überträgt.
Wenn der Spitzenwert des Eingangssignals 1101 derart ist, daß der 'L-D'pitzenwert
der jSch:wingungsform 1-02 grÖßer als der Spannungswert 1-107 ist, wird die am Kondensator
74 integrierte Spannung auf einem Wert gehalten, durch welchen der Transistors 47
gesperrt wird. Dadurch ist die Amplitudensteuerung in der Lage, in der beschriebenen
Weise normal zu arbeiten; Dementsprechend
ist die Schwingungsform
1105 die EinhÜllende der Ausgangsschwingungsform 511, in welcher der
Teil 1110 die Virkungsweise des Schwellwerts der Sperrschaltung wiedergibt
und der in gestrichelten Linien dargestellte Teil 1109 das auslaufende Ende
der EinhÜllenden 1105 bezeichnet, welches aperiodische Signale aufweisen
wÜrde, wenn es nicht durch den Schwellwert der Sperrschaltung eliminiert wÜrde.
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Auf Grund der vorausgehenden Beschreibung erhält man am Ausgang des
Transistors 4-4 ein symmetrisches Signal in Form einer Rechteckschwingung 511, deren
Frequenzder Grundfrequenz des Eingangssignals 501 (oder 1101 in Fig.6)
entspricht, und dessen Amplitude von Zyklus zu Zyklus eine Funktion der Eingangssignalamplitude
ist, die selbstverständlicherweise durch die die Einhüllende formenden Netzwerke
161 verändert werden kann. Die Schwingungsform 511 erscheint am Widerstand
81 und wird Über den Kondensator 82 als Rechteckschwingung 514 an
zugehÖrige Klangfarbenfiltereinheiten 13 Übertragen. Gleichzeitig wird die
Schwingungsform 511 Über den Kondensator 83 und den Widerstand 84
differenziert, wodurch die Schwingungsform 512 entsteht. Die negativen Nadelimpulse
dieser Schwingungsform werden ilber*die Diode 85 dem Sägezahngenerator zugeführt,
der das RO-Netzwerk aus den Elementen 86, 87,88 und 89 enthält. Zwischen
den negativen Nadelimpulsen der Schwingungäform 512 wird der Kondensator
86 auf einen positiven Wert aufgeladen und da= vom negativen
Nadelimpuls
der Schwingungsform 512 plÖtzlich entladen, so daß dadurch eine Sägezahnschwingung
513 entsteht.-Diese Schwingung wird sodann im Verstärker
91 invertiert und erscheint als Schwingungsform 515, die wiederum
im Verstärker 92 invertiert wird und als Schwingungsform 516 am Ausgang
erscheint. Die Schwingungsform 516 wird an die zugehÖrige Klangfarbenfiltereinheit
13 angelegt.
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Durch entsprechende Filterung der Rechteckschwingung 514 und der Sägezahnschwingung
516 kann ein Signal einer gewünschten Klangfarbe erzielt werden, das anschließend
im Verstärker 14 verstärkt und einem Lautsprecher 15 zugefÜhrt wird, der
es in Form eines hÖrbaren Tones abstrahlt.
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Die Schaltung gemäß Fig.2 ist die signalverarbeitende Schaltung für
eine 8 Fuß Tonhöhe. Um die nächsthÖhere Oktav oder eine 4 Fuß,TonhÖhe zu
erhalten, wird der 4 Fuß Koppelschalter 93 geschlossen, wodurch der Ausgangskanal
der Rechteckschwingung 94.mit dem Punkt 95 im Ausgangskanal der Sägezahnschwingung
verbunden wird. Beim Schließen des Schalters 93 werden die Schwingungsformen
514 und 515 addiert'. Wenn man die Schwingungsform 515 derart auswählt,
daß die Spitzenamplitude zweimal so groß wie der Schwingungsform 514 ist, so entsteht
im Kanal der Sägezahnschwingung eine Sägezahnschwingung mit der doppelten Frequenz
der Schwingungsformen 515 oder 514. Diese Frequenzverdopplung ist in der
U.S. Patentenmeldung Nr. 474 892 vom 26. Juli 1965 ausführlich
beschrieben.
Um zusätzlich die nächstniedrigere Oktav zu erhalten,
d.h. eine 16 Fuß Tonhöhe, wird die Schwingungsform 505 einem Frequenzteiler
zugefÜhrt, der an die Leitung 96 angeschlossen ist, und in derselben- Weise
wie-in dem-vorliegenden Schaltkreis verarbeitet, wobei das Eingangssignal
501 als Über die Leitung 97 zugefÜhrte Amplitudensteuerung verwendet
wird.
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Wenn eine Viel-zahl von signalverarbeitänden Einheiten verwendet wird,
wobei jede einen getrennten Tonsignaleingang_ besitzt, können deren Ausgänge fÜr
die Sägezahn- und Rechteckschwingung mit den entsprechenden Ausgangskanälen
98
und 99 der vorliegenden Schaltung verbunden werden.
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Somit wird gemäß der Erfindung ein System geschaffen, das ein Toneingangssignal-mit
einer bestimmten Klangfarbe derart verarbeitet, daß ein davon verschiedenes Tonausgangssignal
erhalten wird, wobei das Ausgangssignal Zyklus für Zyklus
der Frequenz und
Amplitude des Eingangssignals entspricht.