DE1935306B2

DE1935306B2 - Computerorgel

Info

Publication number: DE1935306B2
Application number: DE1935306A
Authority: DE
Inventors: Ralph Sherman Oaks Calif. Deutsch (V.St.A.)
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1969-07-11
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE1935306A1

Description

8. Computerorgel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (24) zur Erzeugung harmonischer Töne eine digitale Darstellung von m Perioden der verschiedenen Wellenformen enthält, wobei

m = 2, 4, 8 beträgt, jede der m Perioden — Abtastpunkten entspricht, und die Auslesung von m Perioden aus dem Speicher mit einer Geschwindigkeit von Nf erfolgt, wodurch harmonische Töne erzeugt werden.

9. Computerorgel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (24) weiter eine digitale Darstellung von ρ Perioden der Wellenform enthält, wobei jede Periode durch W Worte dargestellt ist, die Auslesung von ρ Perioden mit einer Geschwindigkeit von

Ra Wf

erfolgt, worin Ra das Verhältnis der Frequenz eines erzeugten anharmonischen Tones und der Frequenz/ des musikalischen Tones ist, um für perkussionsmusikalische Töne charakteristische anharmonische Obertöne zu erzeugen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Computerorgel zur elektronischen Erzeugung von Musik in Echtzeit, mit mehreren Tastaturschaltern, denen jeweils eine bestimmte wiederzugebende Tonhöhe zugeordnet ist, mit mehreren Registerschaltern, denen jeweils eine Art von Orgelpfeifen, deren Klang wiederzugeben ist, zugeordnet ist, und mit einem digitalen Speicher, in dem die den charakteristischen Klängen der Art von Orgelpfeifen entsprechenden Wellenformen gespeichert sind.

Wellenformgeneratoren, mit deren Hilfe auf digitale Weise Wellenformen beliebiger Art erzeugt werden, sowie auch digitale Speichereinrichtungen sind bekannt. Weiter ist es bekannt, einen Digitalrechner zur mathematischen Berechnung von Wellenfornien für Musik zu verwenden. Hierzu sind wiederum verschiedene Verfahren bekannt, nach denen Musiktöne über Rechnerprogramme vorprogrammiert und gespeichert werden. Eine Wiedergabe der Musik in Echtzeit durch einen Musiker, der das elektronische

spielt, ist jedoch bei keinem dieser bei Verfahren vorgesehen.

dem immer zunehmenden Trend der Verwenvon elektroniscben Orgeln bzw. Computerb sich ehöht Afd d

nische Töne, beispielsweise A^r_ 2' oder Γ Flöte oder Mensur verwendet werden, beim Anschlag einer bestimmten Note dieselbe eine Harmonische der gedrückten Taste sein muß. Wenn beispielsweise die

ergeben sich erhöhte Anforderungen an die 5 Taste C, mit einem 4'-Register gedrückt wird, dann

g g ie

_eue Tonwiedergabe derartiger Instrumente, elektronische Nachahmung von komplexen mu-Tönen von luftbetriebenen Orgelpfeifen 9t hingegen ein schwierig zu lösendes technisches

g g g

muß die tatsächlich erzeugte Note gleich 2 · C_t = C₄ sein. Solange Oszillatoren zur Erzielung von Orgeltönen verwendet werden, müssen erhebliche zusätzliche Stromkreise vorgesehen sein, uinj zu gewähr-

blem dar. In der Vergangenheit wurden verschie- m leisten, daß der gewünschte Ton erklingt, wenn har-5 Verfahren verwendet, um diese Nachahmung monische Register gewählt werden. Dieses Problem !erreichen, wobei der Erfolg dieser Versuche sehr ist noch schwieriger bei Veränderungsregistem, d. h. aiedlich war. 2-2/3-Flöte oder 1-3/5-Mensur, weil die erzeugte

den meisten bekannten Verfahren zur elek- Note nicht harmonisch mit der niedergedrückten lien Stimulierung von luftbetriebenen Orgel- 15 Taste in Beziehung sthet

wird eine Mehrzahl von Oszillatoren ver- Ein anderer Versuch zur Simulierung von luft-

Diese Oszillatoren erzeugen im wesentlichen betriebenen Orgelpfeifen besteht in der tatsächlichen lige Töne mit einer der angeschlagenen Aufnahme von derartigen Tönen, beispielsweise auf entsprechenden Grundfrequenz und v-rschie- Magnetband oder gewöhnlich auf Filmlichtspur. Die nen, in den Orgeltönen enthaltenen Obertönen, ao -elektronische Orgel verwendet dann bestimmte Ar-Der Ausgang dieser Oszillatoren wird mit geeigneter ten von Abtastelementen, die entweder Fotodetek-Amplitudenabstufung gemischt, wodurch sich korn- toren oder magnetische Detektoren aufweisen, um plexe Wellenformen ergeben, die den von Luft be- die aufgenommenen Noten wiederzugeben, sobald triebenen Orgelpfeifen entsprechen. Dieser Versuch die Tasten bzw. Fußpedale gedrückt werden. Wähmittels mehrerer Oszillatoren komplexe Lauteffekte as rend diese Technik eine genaue Wiedergabe der zu erzielen, bringt je nach der Art der Verfeinerung Orgeltöne ermöglicht, so benötigt sie doch eine Abdes Filterns und Mischern der Signale und der Art nähme der Orgeltöne für jede Note. Weiterhin erder verwendeten Oszillatoren unterschiedlichen Er- geben sich Schwierigkeiten, da die Wiedergabe elekfolg. tromechanisch erfolgt und der Betrieb nicht voll-

Das Verfahren mit Oszillatoren weist verschiedene 30 kommen elektronisch stattfindet Nachteile auf. Erstens ist eine große Anzahl vnn Os- Bei einem anderen Verfahren zur Erzeugung von

zillatoren notwendig. So können beispielsweise für Tönen für elektronische Orgeln wird ein mit Zähnen elektronische Orgeln besserer Qualität 300 bis versehenes Zerhackerrad verwendet. Das Zerhacker-400 Oszillatoren innerhalb eines einzigen Instruments rad rotiert mit verschiedenen Geschwindigkeiten Verwendung finden. Zweitens sind die Ausgänge der 35 und erzeugt Töne, indem ein Lichtstrahl mechanisch Oszillatoren im wesentlichen Sinuswellen, so daß ein zerhackt wird, der in einer Fotozelle gemessen wird, sehr großer Aufwand an Formungs- und Abgleich- Die Form der Zähne bestimmt die Form der erzeugkreisen notwendig ist, um die Ausgänge dieser Os- ten Wellenform. Auch bei diesem Verfahren treten zillatoren zur Simulierung eines Orgeltones in ge- die mit mechanischen Elementen vorhandenen Proeigneter Weise zu mischen. Eine geringfügige Drift 40 bleme auf. Zusätzlich ergibt sich die Schwierigkeit, von einem oder mehreren Oszillatoren kann dabei daß die erzeugte Wellenform nicht genau dem Ton eine beträchtliche Verminderung der naturgetreuen einer Orgelpfeife entspricht.

Wied rgabe der komplexen Wellenform ergeben. Wenn ein Orgelton synthetisiert wird, ist es not-

Drittc s erweist es sich als schwierig, für jede Stufe wendig, die Anstiegflanke sowie die Abfallflanke der Tonleiter die gleiche komplexe Wellenform zu 45 jeder Note in geeigneter Weise zu formen, um die erzeugen. Beispielsweise können die Oszillatoren, die mechanische Verzögerung bei der Erzeugung und beim Anschlagen der Taste C₁ — d. h. zur Erzie- Beendigung eines mit einer luftbetriebenen Orgellung der Note C der ersten Oktave — verwendet pfeife erzeugten Tones zu simulieren. Bei bekannten werden, eine andere Wellenform erzeugen als die elektronischen Orgeln wird die Anstieg- bzw. Abfall-Oszillatoren, die zur Erzielung der Note B₁ mit dem- 50 charakteristik gewöhnlich durch Laden und Entladen selben Register verwendet werden. Dieses Problem eines Kondensators erzielt, wodurch sich ein logwird dadurch kompliziert, daß dieselbe Note auch arithmischer Anstieg und Abfall der Vergleichsin verschiedenen Oktaven dieselben Wellenformen Spannungsamplitude ergibt. Die Amplitude der erhaben sollte. zeugten Note wird dann gegenüber der Vergleichs-Eine weitere Komplikation besteht darin, daß die 55 spannung normalisiert, wodurch sich ein Ton mit meisten luftbetriebenen Orgeln mehr als eine Art einer geeigneten Anstieg- und Abfallcharakteristik von Pfeifen — beispielsweise Flöte, Baßpfeife, Men- ergibt. Dieses Verfahren begrenzt jedoch die versur usw. — aufweisen. Bei elektronischen Orgeln schiedenen Anstieg- und Abfallcharakteristiken soist es somit wünschenswert, diese verschiedenen Ar- wohl in Zeit als auch Geschwindigkeit. Wenn somit ten von Orgelpfeifenarten zu simulieren. Solange 60 ungewöhnliche Anstiegcharakteristiken gewünscht eine Mehrzahl von Oszillatoren verwendet wird, er- sind — beispielsweise um Cymbellen oder Glocken fordert dies, daß die Formungs- und Kombinations- zu simulieren — ist zusätzlich ein relativ äufkreise zum Verbinden der Oszillatorausgänge für wendiger Formungskreis notwendig, jede dieser verschiedenen Arten von Kreisen ver- Die bekannten elektronischen Orgeln arbeiten ferschieden kombiniert werden. 65 ner auf Analogbasis, so daß eine Anpassung an die Ein weiteres, die Verwendung von Oszillatoren in den letzten Jahren entwickelte mikroelektronische komplizierendes Problem zur Erzielung von simu- Technologie schwierig durchzuführen ist. lierten Orgeltönen besteht darin, daß sobald harmo- Ziel der Erfindung ist es, eine Computerorgel zu

schaffen, die die obengenannten Nachteile nicht auf- F i g. 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weist und die unter Verwendung bekannter mikro- Ausführungsform des eine starre Diodenschaltung elektronischer Technologien die Erzeugung von aufweisenden Wellenformspeichers und der Steuer-Tönen erlaubt, welche in sehr weitem Maße den von kreise gemäß Fig. 1,

luftbetriebenen Orgeln erzeugten Tönen entsprechen, 5 Fig. 5 eine graphische Darstellung der digitalen wobei die Computerorgel von einem Musiker in weit- Ausgänge des Wellenformspeichers gemäß Fig. 4 gebend üblicher Technik direkt gespielt werden beim gleichzeitigen Niederdrücken von zwei Tasten, kann. ;.- wobei Fig.5a und 5b eine Darstellung der ersten .Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch er- bzw. der zweiten Note, Fig. 5 c die Summierung der reicht, daß für jeden Registerschalter nur eine cha- ίο digitalen Darstellungen von Fig. 5a und 5b und rakteristische Wellenform in Form der digitalisierten F i g. 5 d eine durch den Digkal-Analog-Konverter Werte der Amplitude der genannten Wellenform an gemäß F i g. 1 in eine analoge Form umgewandelte mehreren diskreten Abtastpunkten gespeichert und Wellenform entsprechend der summierten Digitalbei Betätigung eines Tastaturschalters mit einer sol- werte von F i g. 5 c dargestellt ist,
chen Geschwindigkeit ausgelesen wird, daß nach 15 F i g. 6 eine Kurvendarstellung einer typischen AnUmwandlung des ausgelesenen Signals in ein Ana- stieg-, Dauer- und Abfallcharakteristik eines auf logsignal das dem ausgelesenen Signal entsprechende einer Orgel gespielten Tones,
Tonsignal dieselbe Grundfrequenz wie der dem be- F i g. 7 eine Darstellung des durch einen programtätigten Tastaturschalter zugeordnete Ton aufweist. mierten Schiebevorgang durchgeführten Tonabfalls

Weiterbildungen der Erfindung bzw. zweckmäßige ao einer digitalen Wellenform,

Ausführungsfonnen ergeben sich aus den An- F i g. 8 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines

Sprüchen. Stromkreises, welcher nach dem Niederdrücken einer

Die Computerorgel gemäß der Erfindung arbeitet Taste und anschließenden Loslassen derselben die vollkommen auf digitaler Basis. Die erfindungs- Erzeugung eines genügend langen Tones zur Forgemäße Orgel speichert in digitaler Form eine WeI- »5 mung des Tonabfalls ermöglicht,
lenform, die der Art der zu simulierenden Orgel- F i g. 9 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Anpfeifen entspricht Dieses gespeicherte digitale Signal stieg- und Abfallsteuerkreises der erfindungsgemäßen wird zur Erzeugung von musikalischen Noten ent- elektronischen Orgel gemäß F i g. 1,
sprechender Wahl von Hand- und Fußtasten ver- Fig. 10 eine Darstellung einer typischen Wellenwendet, wobei im wesentlichen identische Wellen- 30 form mit logarithmischem Anstieg, welcher durch formen auftreten — unabhängig davon, welche Note programmierte Verschiebung und Subtraktion digiin welcher Oktave gespieit wird. Ferner wird nur ein taler Werte der Wellenform gemäß F i g. 4 erzeugt einziger Frequenzstandard verwendet, wobei dieser ist,

Frequenzstandard die Wellenform der erzeugten F i g. 11 ein Diagramm einer anderen Anstiegs-Note nicht beeinflußt 35 wellenform, die durch geeignete Programmierung

Die erfindungsgemäße Computerorgel ermöglicht der Anstieg- und Abfallsteuerkreise gemäß der Er-

die einfache Verwendung von verschiedenen Re- findung erzielbar ist, und

gistern und erlaubt eine gewünschte Wahl von An- Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Speistieg- und Abfallcharakteristiken der erzeugten mu- cherschemas zur Simulierung harmonischer Registei sikalischen Töne. Ferner kann eine beliebige Anzahl 40 und von Mutationsregistern gemäß der Erfindung,
von Wellenformen entsprechend den verschiedenen In dem Folgenden soll auf die Zeichnung — ins-Formen von Orgelpfeifen erzeugt werden, ohne daß besondere Fig. 1 — Bezug genommen werden, in zusätzliche Oszillatoren oder Frequenzstandarde not- welcher ein einfaches Blockdiagramm der erfindungswendig sind. Da das Gerät vollkommen auf digitaler gemäßen Computerorgel dargestellt ist. Gemäß diesel Basis arbeitet können in sehr einfacher Weise 45 Figur ist jeweils ein mit jeder Handtaste oder Fuß· serienfabrizierte mikroelektronische Kreise verwen- pedal in Verbindung stehender Schalter mit einei det werden. Eingangsleitung zu einem Frequenzsynthetisierei

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im fol- oder Frequenzzusammensetzer 10 verbunden. Wenr

genden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beispielsweise die Handtaste für C der Oktave C

erläutert und beschrieben werden, wobei auf die so gedruckt wird, wird ein Schalter geschlossen, durcl

Zeichnung Bezug genommen ist Es zeigt welchen ein Eingangssignal auf der Leitung 11 zi

F ι g. 1 em ereiachtes Blockdiagramm der erfin- dem Frequenzzusammensetzer 10 erzeugt wird. Ii

dongsgemäSen Computerorgel, gleicher Weise wird durch das Niederdrücken de;

F i g. 2 a eise typische Wellenform, die in digitaler mit der Note B der ersten Oktave B₁ in Verbindung

Weise innerhalb des einen Teil der elektronisches 55 stehenden Schalters ein Signal auf der Leitung 12

Orgel von Fig. 1 badenden WeQeaformspeichers während des Niederdrückens des mit der NoteC de

speicherbar ist, achten Oktave C₈ in Verbindung stehenden Schalter

Fig. 2b ein Diagramm der Ampliradenzunahme ein Eingangssignal an der Leitung 13 erzeugt,

der in Fig. 2a dargestellten Wellenform an verschie- So, wie dies im folgenden in Verbindung mi

denen Meßpunktea, So F i g. 3 noch näher beschrieben sein sou, erzeugt de

Fig. 2c eine mögliche digitale Darstellung der Frequenzzusammensetzer 10 diskrete Frequenzaus

Amplitude der η Fig. 2a dargestellten Wellenform gangssignaie für jeden Eingang der Tastenschaitet

• an den in Fig. 2bdargestellten Meßpunkten, Wenn beispielsweise der SchalterC₁ gewählt ist, er Fig. 2d eine typische digitale Darstellung der zeugt der Frequenzzusammensetzer 10 entlang de Amplitudenzunahme von F i g. 2 b, €5 Leitung 14 ein Ausgangssigna! mit der Frequen

* Fig. 3 ein Blockdiagramm des im Rahmen der NC_x, wobei N eine ganze Zahl und C₁ die Frequen vorliegenden Erfindung verwendbaren, in Fig. 1 der Musiknote C der ersten Oktave ist. Der be dargestellten Frequeazzusammensetzers, stimmte Wert von N soll im folgenden noch genaue

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definiert werden. In gleicher Weise bewirkt das d. h. 48 · 32,70 Hz. Der Steuerverteiler 20, der fest-Niederdrücken der Taste B₁ ein Ausgangssignal ent- stellt, welcher der Steuerkreise 22 zu diesem Zeitlang der Leitung 15 von dem Frequenzzusammen- punkt nicht veiwendet ist, gibt beispielsweise dieses setzer 10 mit der Frequenz NB₁, wobei N dieselbe Signal ah den Steüerkreis 22 m. Der Steuerkreis 22 π ganze Zahl und B₁ die Frequenz der Musiknote B 5 gibt demzufolge wiederholt das 48. Wort in Digitalder ersten Oktave ist. Schließlich bewirkt das Nieder- darstellung an den Wellenformspeicher 24, wobei drücken der Taste C₈ ein Ausgangssignal in dem jedes Wort zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer Frequenzzusammehsetzer 10 entlang der Leitung 16 Geschwindigkeit von 48 · 32,70 Worten pro Sekunde •mit der Frequenz TVC₈, wobei N dieselbe ganze Zahl abgegeben wird, was der Signalfrequenz des Freund C₈ die Frequenz der Note C der achten Oktave ίο quenzzusammensetzers 10 entspricht. Da; die ist. Wenn mehrere Tasten gleichzeitig gedrückt wer- 48 Worte einer kompletten Periode der gespeicherten den, erzeugt der Frequenzzusammensetzer ebenfalls Wellenform entsprechen, wird die Wellenformperiode eine Mehrzahl von Ausgangssignalen. Werden somit mit einer Geschwindigkeit von 32,70 Hz wiederholt, die Tasten C₁ und B₁ gleichzeitig gedrückt, erzeugt was genau der Frequenz der gewählten Note C₁ entder Frequenzzusammensetzer 10 gleichzeitige Aus- 15 spricht,
gangssignale an den Leitungen 14 und 15. Unter weiterer Bezugnahme auf F i g. 1 ergibt sich,

An Hand von F i g. 1 ergibt sich ferner, daß die daß ein Tabulatorregister 25 vorgesehen ist, mit wel-Ausgänge des Frequenzzusammensetzers 10 über chem die verschiedenen, innerhalb des Wellenformeinen Steuerverteiler 20 den Steuerkreisen 22 α bis Speichers 24 eingespeicherten Wellenformen wählbar 22 η zugeführt werden. Die Anzahl der Steuerkreise ao sind. Jede dieser Wellenformen kann beispielsweise 22 einer bestimmten Orgel hängt von den besonderen charakteristisch für eine verschiedene Art von Orgel-Konstruktionen der Orgel ab. Bei der in F i g. 1 dar- pfeifen sein.

gestellten Ausführungsform wird je ein Steuerkreis Gemäß F i g. 1 ist ferner ein Impulsfiankensteuer-

22 für jede gleichzeitig gespielte Note verwendet. kreis 26 vorgesehen, der die digitalen Signale des

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel können 35 Wellenformspeichers 24 derart beeinflußt, daß die

beispielswiese 10 Steuerkreise 22 verwendet werden, Anstiegzeit und die Abfallzeit jeder Note geformt

da es unwahrscheinlich ist, daß mehr als 10 Hand- wird. Schließlich ist ein eine Summiereinrichtung

und Fußpedale gleichzeitig gedrückt werden. oder ein Summierkreis 28 vorgesehen, mit welchem

In F i g. 1 ist ferner ein Speicher oder Wellenform- die Mehrzahl der gleichzeitig an der Tastatur angespeicher 24 vorgesehen, der eine digitale Darstellung 30 schlagenen Noten kombiniert werden. Der Summiervon einer oder mehreren typischen Wellenformen kreis 28 erzeugt somit ein einziges digitales Ausenthält, die mit den verschiedenen Arten von luft- gangssignal, das der Summe der erzeugten Wellenbetriebenen Orgelpfeifen erzielbar sind. So, wie dies formen entspricht. Ein Digitalanalogkonverter 30 im folgenden im Zusammenhang mit F i p. 4 noch wandelt das digitale Signal des Summierkreises 28 in beschrieben sein soll, wird jede Wellenform in ge- 35 ein einziges Analog-Audiosignal um, das verstärkt eigneter digitaler Form für anschließende Weiter- und zum Antrieb eines in den Figuren nicht darverarbeitung gespeichert. Beispielsweise kann eine gestellten Lautsprechers verwendbar ist
bestimmte Wellenform durch 48 8-Bitworte gespei- Die Funktionsweise der elektronischen Orgel gechert sein, wobei jedes 8-Bitwort der Amplitude der maß der Erfindung ist in Verbindung mit Fig. 2a Wellenform zu einer bestimmten Meßwertzeit ent- 40 leichter erkennbar, welche eine typische komplexe spricht. Wellenform darstellt, die mit einer luftbetriebenen

Sobald eine bestimmte Taste gedrückt wird, er- Orgelpfeife erzeugt ist. Gemäß Fig. 2a wird die zeugt der Frequenzzusammenseteer 10 eine Fre- Wellenform 32 im Hinblick auf ihre Amplitude zu quenz, die als Zeitbasis für den Steuerkreis 22 dient. einer Mehrzahl von Zeitpunkten abgetastet. Die An-Der Steuerkreis 22 wiederum gibt die gespeicherte 45 zahl der Abtastpunkte ist nicht kritisch. Es hat sich digitale Darstellung jeder Wellenform — und zwar jedoch herausgestellt, daß — sowie dies in F i g. 2 a je ein Wort zu jedem Zeitintervall — ab, so daß die dargestellt ist — 48 Abtastpunkte pro Periode ausGeschwindigkeit der Abgabe von dem von dem Fre- reichend sind, um eine ausgezeichnete Wiedergabe quenzzusammensetzer 10 abgegebenen Signal ab- einer Wellenform zu erzielen.

hängt. Durch Wahl der ganzen Zahl N gleich der so Wie dies in Fig. 2c dargestellt ist, kann die Anzahl der gespeicherten Worte in digitaler Dar- Amplitude der Wellenform 32 zu jedem der 48 Abstellung innerhalb des Wellenformspeichers 24 wird tastpunkte durch ein 8-Bitbinärwort dargestellt sein die gesamte Wellenform wiederholt mit der Frequenz Jedes 8-Bitwort ergibt 128 Amplitudenwerte unc des gewünschten Musiktons wiedergegeben. Am einen algebraischen Plus-Minus-Wert. Die Verwen Ausgang des Wellenformspeichers 24 treten somit 5s dung von 8-Bitworten für die Danteilung der Atn ein oder mehrere Musiktöne ia digitaler Form auf, plitude der Wellenform 32 ermöglicht eine Fest wobei jeder Ton eine Wellenform aufweist, die der legung der Amplitude in digitaler Form mit eine innerhalb des Wellenformspeichers 24 gespeicherten Genauigkeit größer als 1 %. Dk Verwendung voi Wellenform entspricht und die Frequenz der der 48 Abtastpunkten in Verbindung oat 8-BitwWtet gewählten Note entspricht. ^6o zur Darstellung der Wellenformamplitude bei jedes

Die obige Beschreibung im Zusammenhang mit der 48 Abtastpunkten ermöglicht theoretisch di

F i g. 1 läßt sich in Form eines Beispiels leichter ver- Wiedergabe der Wellenform der harmonischen Fre

stehen. Es wird angenommen, daß die gespeicherte quenz und 23 harmonischen Obertönen. Die Anzal

Wellenform durch 48 8-Bitworte dargestellt ist, so der Harmonischen ist somit für ausgezeichnete Wk

daß N gleich 48 ist. Wenn nun die Handtaste C₁ ge- 65 dergabe jedes Orgelpfeifentons sowie für die mei

drückt wird, erhält der Frequenzzesamtnensetzer 10 sten anderen tonanhakenden Musikinstrumente au;

über die Leitung 11 ein Eingangssignal und erzeugt reichend,

somit ein Ausgangssignal mit der Frequenz 48C₁. Während die Wellenform 32 gemäß Fig. 2a i

9 ' ίο

bezug auf ihre Amplitude zu jedem Abtastpunkt der Oszillator 35 wahlweise ein Kristalloszillatoi

durch die digitale Darstellung gemäß Fi g. 2 c genau oder irgendein anderer Frequenzstandard sein kann,

festgelegt werden kann, so ist es auch ebenfalls mög- Der Ausgang des Oszillators 35 wird einem Teilei

hch, dieselbe Wellenform 32 durch die Amplituden- 36a, dem ersten einer Serie von Teilern 36« bis

zunähme festzulegen. Derartige Darstellung der 5 36 g, zugeführt, welche die Ausgangsgröße des

Amphtudenzunahme benötigt weniger Bits, wodurch vorigen Teilers durch einen Faktor 2 halbieren. Dem-

die Speicherkapazität des Wellenformspeichers 24 zufolge tritt am Ausgang des Teilers 36 a eine Fre-

vermmdert wird. In F ig 2 d sind die Amplituden- quenz NC_s/2 = NC₁ auf. In gleicher Weise wird die

zunahmen — d. h. die Differenz zwischen aufeinan- Ausgangsgröße des Teilers 36g von der Frequenz

derfolgenden Abtastpunkten - für die Wellenform ₁₀ NC₁Jl auf die Frequenz MT. halbiert, während die

32 durch die Werte 33 angegeben. So entspricht bei- Ausgangsgröße des Teilers 36 g auf WC /2 = NC

spielsweise der Wert 33 a der Differenz der Amplitu- halbiert wird. Selbstverständlich entspricht N der

den der Wellenform 32 an den Abtastpunkten 1 ganzen Zahl entsprechend der Anzahl von Abtast-

und 2. In gleicher Weise gibt der Wert 33 b die Diffe- punkten der gespeicherten Wellenform 32

renz der Amplituden der Wellenform 32 an den Ab- i₅ Die Ausgangsgrößen des Oszillators 36 und der

tastpunkten 2 und 3 wieder Fιg 2d zeigt eine mög- Teiler 36a bis 36g werden gemäß Fig. 3 entspre-

hche binare Darstellung der Amphtudenzunahme chend Toren 37a bis 37 ft zugeführt. Ein zweiter Ein-

F° ι ' ^gth· Mt ηH- _t enformspeicher 24 _ßemaß gang jedes Tores 37 ist mit den Tastaturschaltern der

F ι g. 1 enthalt die digitale Darstellung der W eilen- entsprechenden Hand- und Fußpedale verbunden. So

form 32 wahlweise in der Amplitudenform gemäß ao empfängt beispielsweise das Tor 37 a einen Torein-

Il _ηΜ° °i^{er VOr}„^ZU|^SWefH ^{in der Amplituden}- *"« ^C8 des Tastaturschalters entsprechend der C_s-

zunahmeformgemäß Fig. 2d. Taste der Orgeltastatur In eleicher Weise emnfänet

Eine derartige digitale Darstellung einer bestimm- das Tor 37/, Eingangssignal^ te Te ers 3?g mi

ten Wellenform wird zur Erzeugung aller Noten der einer Frequenz NC_S Ld einen TöreinEanV C vot

Tonleiter für eine gewünschte Orgelstimme verwen- _a5 dem Tastaturschalter entsprechend der Tali? T

det. Der Wellenformspeicher 24 kann jedoch eben- Ausgang des Tores 37« tS« K? ti

falls die digitale Darstellung von mehreren verschie- mit de/preque^C au das TrS D

denen Wellenformen enthalten, wobei jede charak- Taste C dIrch^haCt κ ί,^

teristisch für eine verschiedene Art von Orgelpfeifen J^J^t ^LSf t S d b äh d i id

e Art von Orgelpfeifen J^Jv^t ^LSfAS

ist. Sowie dies bereits erwähnt worden ist, wird das 30 gang des Tores 17 „ j„i fernem, aau der aus

.Tabulatorregister 25 dazu verwendet, die Wahl der prtinrt 1 λ "⁸^⁰? ^Fl|J, T"

ld diitl Wllf h E fZLl^™* *" ^Tores*^7h ^der

.g erendet, die Wahl der prtinrt 1 λ ^? |J, T

auszulesenden digitalen Wellenformen vorzunehmen. Eng 14fZLml^™* *" ^Tores*^7h ^de _R ^r wodurch die Art von Orgelpfeifen bestimmt wird, die Fi g^entspricht^{equenzzusammensetzers 10} 8^eraaß mit der erfindungsgemäßen elektronischen Orgel Das Verhältnic „™ ■.

simuliert werden soll ^S ₃₅ Frequenzen in ?· TZ-T" "^"«nanderliegenden

Die tatsächliche Form der innerhalb des Wellen- " taSSta^^^W ^a^ formspeichers 24 digital zu speichernden Wellenform AnordnuJ?^" SvrftSni, ^ ^ T- ?^ß Tu kann dadurch festgelegt werden, daß luftbetriebenc ständen SgeördnSn Mm^"⁸,^·¹¹ t^l ^A K Orgelpfeifentöne aufgenommen und dieselben elek- eine Γρρ^Κΐοη 3er ip^{11 hochstens durC} _h ^h ironisch im Hinblick auf ihre Amplitude bei den 40 werden kann ^ί ρ T ^Frecl^{uenzen erreicht}

Abtastpunkten vermessen werden. ⁴ Ξ^ηϊ,,? 1« fT^{ng der VOn dem Frec}l^uenz-

Da die gespeicherte digitale Darstellung einer ein- ^^S^S£^^^dK^^'S^aC zelnen Wellenform 32 zur Erzielung jeder Note der spricht^ Der FdSr η· λ u ^{etWa 1%/185 ent}" elektronischen Orgeltonleiter verwendet wird, hat 4-HM W-^m ^AnnaherunS ^beträ8^{l etwa}

die Frequenz des ursprünglich aufgenommenen 45 Oktave' St'rait äShT¹"¹?^{1 S1}°^{h innerhalb ei}"^e/ Tones keinen Einfluß. Demzufolge besteht für die W^FehleTfJiS?^{1 trOtzdem}. ⁿ«^{r etwa} ^51Ο~⁵ Wahl der Referenzwellenform die Möglichkeit, eine werden da dersXif Tfif ™ ^Kauf 8^enommen bestimmte Art von Orgelpfeifen zu untersuchen und 2Ξ^ mit e.ner^ sewöhn'S'^n''Γ ? If": "?' jene auszuwLhlen, die die beste akustische Darstel- stimm™. Sett f" ⁸ °^{dCT Klavierab}" lung - unabhängig von der Höhenlage der bestimm- _So S3 fTL 3 Z ΐ« f "," , , ten Note - «gibt. Die Referenzwellenfonn wird 39 vS~ehe„⁸ *£* «» ^fralauf«»der Multivibrator dann atf eine normierte Frequenz standardisiert, WenTS MuW^^ *£*?*" ^*™" ^NBi ^ fedem 48 Abtastpunkte pro Periode festgelegt werden ten FreaueT Γ-^T ? T ^{genaa der} ^*⁰⁰⁵**'

In dem Folgenden soll auf Fig. 3 Bezug genom- dem Ausem dJ cL·« ^ ? J??* ^Am^ⁿ^ "* men werden, in welcher eine vorteilhafte Ausfüh- 55 / J = ^inl^J^S*™ ^durch ** Gleichung nmgsfonn des m Fig.l dargesteOten Frequenz- daß der Mu t^h^^f⁶⁰· ^Um ^m g^hrleisten, zosammensetzers 10 dargestellt ist Wie dies an Hand FrequenzT« ^^ j? ^™^{111 der} gewünschten von F i g. 3 sich ergibt, erzeugt ein Oszillator 35 ein ΞΓζΖΪ'^ ^'gender Stromkreis ver-AusgaagssigBai mit der Frequenz /, =-. Mnal der einem TeSLTS^ ^^{808 des} «^»atorsSS Frequenz der höchsten Note - in diesem Fall C_n-Bo Xeou™ ^Δ £^^ahtt> ^{der Λ} ^A^^m^' welche mit der ernndungsgemäSen Orgel erzeugt GteSS J^^L^"^{ators 3S durch 196 teilt} werden stril. Wie dies S erwähnt wurden is? m? SeTJlT ί* ^{AuS8ang des} Multivibrators 39 oitspricht N der Anzahl von Abtastponkten der WeI- der fl^T^ k ⁶^^{011 Tei!}«ta«s 41 zugeführt, lenform 32. Bei der in F i g. 2 dargestellten Wellen- Dk Si^ ί« *

form 32 mit 48 Abtastpunkten ist somit N = 48 65 sj^ale SZXZL ⁴¹ "^^{6001 md} £«*&*&- Da die Frequenz C₈ - 4186,01 Hz ist, ist die Aus- ehS VeinSclSKf¹¹^^{6 8}^ V185,wdche gangsfrequenz des OziHators 35 /, = NC, = 48 · der MulnvSS^fi²?⁶^⁸¹"* ^werden *****& 4186,01 Hz - 200928,48 Hz. Es'sei bemerkt, daß quen/f- aS7s^ ^ u^CT ^*⁰*⁰ ^**** ^Fre*

quenz ;, - νB₁ läcft, ma beisniel«w«<E>> rfi_P Mnt* β.

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zu erzeugen, dann weisen die beiden dem Frequenz- Die Ausgänge /₃ und /₁₂ der Multivibratoren 45 Vergleichskreis 42 zugeführten Eingangssignale der und 50 und die Ausgänge /₄, /₅ ... /_u der in F i g. 3 Frequenz/,/196 und /g/185 genau dieselbe Frequenz nicht dargestellten Multivibratoren werden entspreauf, so daß am Ausgang des Vergleichskreises 42 chenden Sätzen von Halbierungsteilern zugeführt, kein Fehlersignal auftritt. Wenn jedoch der Multi- 5 wodurch Ausgangssignale entsprechend den Noten vibrator 39 mit einer geringfügig verschiedenen Fre- NA₀₆, NA#$ ... NC#₂, WC^₁ erzeugt werden. Beiquenz läuft, dann ist/j/185 nicht genau gleich//196, spielsweise wird das Ausgangssignal/₃ des Multiso daß der Vergleichskreis 42 ein Fehlersginal er- vibrators 45 über die Teiler 53 a bis 53/ zur Erzeugt. Dieses Fehlersignal des Vergleichskreises 42 zeugung entsprechender Signale mit der Frequenz wird dem Multivibrator39 zurückgeführt, wodurch io NA*_b bis NA^₁ zugeführt. Die Signale NA#_Ί bis derselbe beschleunigt bzw. verlangsamt wird. Das NA^₁ werden Toren 54a bis 54g zugeführt, welche Fehlersignal gewährleistet somit, daß der Multivibra- Steuersignale von entsprechenden Tasten A^.. tor 39 ein Ausgangssignal abgibt, das genau der ge- /U„ ... A „, enthalten. Demzufolge enthalten die wünschten Frequenz /₂ = NB₁ = (NC₈/196) · 185 Ausgangssignale der Tore 54a bis 54g Signale mit ist. Der Ausgang/₂ des Multivibrators 39 dient dann 15 den Frequenzen N/4„₇. NA#_b ... NA^₁. In gleicher als Frequenzstandard für die Taste B jeder Oktave Weise werden von entsprechenden Tastaturschaltern der erfindungsgemäßen digitalen elektronischen durch Eingangssignale C-. C₀ „ ... C#, gesteuerte Orgel. Signale mit den Frequenzen NCu₁, NC#„ ... NC_n

Der Ausgang des Multivibrators 39 mit der Fre- erzeugt, indem die Ausgänge des Multivibrators 50

quenz NB₇ wird einem zweiten Satz von Teilern 43a ao und Teilers 55a bis 55/ an Tore 56a bis 56g heran-

bis 43/ zugeführt, die in analoger Weise zu den geführt werden.

Teilern 36 a bis 36 g die Ausgangsfrequenz /₂ = NB₁ Die Erzeugung von musikalischen Tönen mit einer des Multivibrators 39 sukzessive halbieren. Die Tei- erfindungsgemäßen digitalen elektronischen Orgel ist ler 43a bis 43/ erzeugen Ausgangssignale mit den in Verbindung mit Fig. 4 leichter verständlich, die Frequenzen NB₉, NB _&.. .NB₁, die entsprechenden »5 eine vorteilhafte Ausführungsform des Weilenform-Toren 446 bis 44A zugeführt sind. Das Tor 44 α emp- Speichers 24 und der in F i g. 1 dargestellten Steuerfängt das Eingangssignal mit der Frequenz/Vu₇ direkt kreise 22α bis 22 η darstellt. An Hand von Fig. 4 von dem Multivibrator 39. Jedes der Tore 44 a bis erkennt man, daß eine starre Diodenmatrix oder 44 ή erhält ferner ein Torsteuersginal der mit S₇, B₀ Diodenschaltung 60 zur Speicherung der digitalen ... ß, bezeichneten Tastaturschalter. Wenn somit die 3° Darstellung der Amplitudenzunahmen einer Wellen-Taste von Β_Λ gedruckt wird, erhält das Tor 44 b ein form, beispielsweise der Wellenform 32 und ihre Eingangssignal B₅ des Tastaturschalters, wodurch das digitale Darstellung mit Meßpunkten gemäß Fig. 2 a Signal NB₀ von dem Teiler 43 a zur Erzieluung einer und 2 c, verwendet worden ist. Die Diodenschaltung Ausgangsfrequenz NB₆ durchgelassen wird. 60 kann derart ausgebildet sein, daß sie aus mikro-

Dasselbe Prinzip wird für die anderen Töne der 35 elektronischen integrierten Schaltkreisen besteht, in 12-Tonleiter zur Erzielung der Frequenz/₃ welchen eine große Anzahl von Dioden in Form = NAu₁ ... /,2 = ΝΟ#_Ί verwendet. Beispielsweise einer Matrix von Zeilen und Spalten auf einem einwird der Ausgang des Multivibrators 45 mit der zigen mikroelektronischen Plättchen angeordnet sind. Frequenz/3 = NA^₁ innerhalb eines Teilers 46 durch Zur Speicherung einer an 48 Punkten abgetasteten 185 geteilt, und das Ausgangssignal einem Frequenz- 40 Wellenform weist die in F i g. 4 dargestellte Divergleichskreis 47 zugeführt. Der zweite Eingang des odenschaltung 60 48 Reihen von Dioden auf, von Frequenzvergleichskreises 47 mit einer Frequenz Z₂/ denen jede einem digitalen Wort — entsprechend 196 wird durch einen Teiler 48 erzeugt, der ein Ein- der Wellenformamplitude bzw. der Zunahme der gangssignal von dem Multivibrator 39 erhält. Das Amplitudenwerte zwischen entsprechenden Abtast-Fehlersignal von dem Frequenzvergleichskreis47 ge- 45 punkten gemäß Fig 2a und 2c — entspricht. Die währleistet, daß der Multivibrator 45 ein Ausgangs- Anzahl der Spalten der Diodenschaltung 60 entsignal mit genau der gewünschten Frequenz/₃ = NAn₁ spricht der Anzahl vor. Bits jedes Wortes in digitaler erzeugt. Darstellung. Gemäß F i g. 4 weist die Diodenschal-

Der Ausgang des Multivibrators 45 mit der Fre- tung 60 beispielsweise 48 Reihen — d. h. die Reihen

quenz /, wird gemäß F i g. 3 innerhalb eines Teilers _5o 61 bis 66 auf — von denen jede einem digitalen

49 durch 196 geteilt und dem Eingang eines nicht Wort — entsprechend der Wellenformamplitude

dargestellten Frequenzvergleichskreises zugeführt, der bzw. der Amplitudenzunahme zwischen den Abtasl-

mit dem Multivibrator zur Erzielung der Frequenz punkten 1, 2 ... 48 — entspricht. Für jede gespei-

/₄ = NA₁ in Verbindung steht. Dieses Verfahren cherte Wellenform — beispielsweise den 8'-Mensur-

wird mit Hilfe des Multivibrators 50 wiederholt, der 55 ton — sind innerhalb der Diodenschalöing60 6Spal-

ein Ausgangssignal mit der Frequenz /₁₂ = NC«-, tea 67a bis 67/ vorgesehen. Dies ermöglicht (Se

erzeugt, welches Ausgangssignal innerhalb eines Tei- Speicherung von o-Bk-AnTphtudenzamahme-Worten.

iers 59 durch I8S dividiert und mit der Frequenz Selbst verständlich können Worte anderer Länge —

/m/196 eines Freqaenzvergjeichskreises 52 verglichen beispielsweise 8-Bit-Araplituden-Worte — ebenfafls

wird. In analoger Weise erzeugt lter Freqnenzver- 60 zur Verwendung einer geeigneten Anzahl von Spal·

gleichskreis 52 ein Fehlersignal, wodurch gewähr- ten innerhalb der Diodenscbaltong 60 verwendet

leistet wird, daS der Multivibrator 50 mit der ge- werden,

wünschten Frequenz läuft. Bei Kreuzungspunkten der Diodenschaltang 60,

Der Stromkreis entes typischen Frequenzvergleichs- an welcher Diodes vorhanden sind, wird eine binäre

kreises 42 und des Multivibrators 39 ist far den Fach- 65 »Null« gespeichert, während an den KreazMngs-

mann bekannt Diese Stromkreise können beispiels- punkten der Spalten und Reihen, an welchen Dioden

weise in ähnlicher Weise wie die »Früh«- und »Spät«- eingesetzt sind, ei&e binäre »Eins« gespeichert ist. Bei

Tore bei Suchradste aufgebaut sein. dem in Fig. 4 dargesteütea Beispiel ist em der

«I

I 14

ersten Abteststelle entsprechendes Amplituden- Reiben der Diodenschaltung 60 gespeicherten digha-

zunabjne-Wort an den Matrixkreuzungen der Reihe len Worte. Treten diese Ausgangsworte mit einer Ge-

IiI mit «tea Spalten 67 β bis 57/ dargestellt. Da an schwindigkeit von 48 C,-Worten pro Sekunde auf.

feinem dieser Kreuzungspunkte eine Diode vorhan- da 48 Worte vorhanden sind. Da dieselben aufeinanflen Ist, ist das gespeicherte digitale Wort der Reihe 5 derfolgend durch den RingzähIer70a erzeugt werden,

61 »OQQ0OO«. In der zweiten Reihe 62 hingegen er- erscheint ein Satz von 48 Worten mit einer Geschwin-

kennt man, daß an den Kreuzungspunkten mit den digkeit C₁ wiederholt an den Ausgängen der Spalten

Spalten 676, 67 c und 67 e Dioden 68 angeordnet 67 α bis 67/.

sind. Demzufolge ist das gespeicherte Wort innerhalb So wie dies bereits erwähnt worden ist, wirkt die iHeser zweiten Abtastposition »011010«. io Abtastung der in Fig. 4 dargestellten Diodenschal-

Die Diodenschaltung 60 kann viele Spalten haben, tung 60 durch den Ringzähler 70 c Ausgangssignale die in einzelne Gruppen aufgeteilt sind, wobei jede auf den Leitungen 67a bis 67/ und 69a bis 69/. Die Gruppe der Spalten eine digitale Darstellung einer Wahl, welche diese Sätze von Ausgangssignalen von verschiedenen Wellenform ergibt. Demzufolge kann dem in F i g. 1 dargestellten Impulsflankensteuerkreis jedeGruppe von Speicherstellen einem verschiedenen 15 26 abgenommen wird, wird durch die Einstellung Orgelton entsprechen. Bei dem in Fig. 4 dargestell- des Tabulatorregisters 25 bestimmt. Wenn beispielsten Ausführungsbeispiel weist die Diodenschaltung weise das 8'-Mensurtabulatorregister eingestellt ist, 60 12Spalten auf, die in zwei Gruppen von 6 Spalten ist das in Fig. 4 dargestellte Tor 71 angeschaltet, geteilt sind. Die 6 Spalten 67 α bis 67/ entsprechen während ein dem 8'-Flötentabulatorregister entspredabei der Wellenform eines 8'-Mensurtones, wäh- ao chendes Tor 72 abgeschaltet ist. Durch Wahl der 8'-rend die 6 Spalten 69 a bis 69/ die digitale Darstel- Flötentabulatorregistcr kann selbstverständlich der lung einer Wellenformcharakteristik von einer 8'- Ausgang der Spalten 69 α bis 69/ der Diodenschal-Flöte entsprechen, tung 60 durchgeschaltet werden, indem das Tor 72

Sobald eine bestimmte Orgel-Handtaste und Fuß- geschlossen wird.

pedal gedrückt wird, wird von dem Frequenzzusam- »5 Bei eingeschaltetem 8'-Mensurtabulatorregister

mensetzer 10 gemäß F i g. 1 und 3 ein Signal mit wird das Ausgangssignal des Tores 71 in Sätzen von

der Frequenz Nf erzeugt, wobei N der Anzahl der in 48 6-Bit-Worten wiederholt, wobei jedes Wort einer

dem Wellenformspeicher 24 gespeicherten Abtast- Amplitudenzunahme der gespeicherten 8'-Mensur-

punkten — d. h. 48 für die Diodenschaltung 60 von wellenform an einem der 48 Abtastpunkten ent-

F i g. 4 — und / der charakteristischen Frequenz der 30 spricht. Der Satz von 48 Worten wird kontinuierlich

gewählten Musiknote entspricht. Wenn somit bei- wiederholt, solange ein Eingangssignal dem bis 48

spielsweise die Taste C₁ gedrückt wird, erzeugt der zählenden Ringzähler 70 α zugeführt ist. Die Ge-

Frequenzzuiammensetzer 10 an der Leitung 13 ein schwindigkeit, mit welcher die Worte am Ausgang

Ausgangssignal mit der Frequenz NC₁ = 48 C₁. Ge- des Tores 71 erscheinen, beträgt 48 C₁, so daß eine

maß Fig. 1 verbindet der Steuerverteiler 20 das Si- 35 vollkommene Wellenform bzw. Periode mit der Fre-

gnal mit der Frequenz 48 C, mit einem zu dem be- quen? C₁ ausgelesen wird. Am Ausgang des Tores 71

treffenden Zeitpunkt nicht verwendeten Steuerkreis tritt somit eine digitale Darstellung der Musiknote

42α bis 42η. der Frequenz C, auf. Die digitale Darstellung ent-

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform spricht selbstverständlich der innerhalb der Dioden-

besteht jeder Steuerkreis 22 aus einem Ringzähler 40 schaltung 60 gespeicherten Wellenform, d. h. bei-

70 a bis 70n. Jeder Ringzähler 70 ist derart ausge- spielsweise der 8'-Mensur, wobei die Geschwindig-

bildet, daß er für jeden Zählimpuls weiterzählt und keit der Abtastung von der gewählten Note der Orgel-

beitn Erreichen der maximalen Zählung erneut mit handtaste oder Fußpedals entspricht. Die Ausgänge

»1« zu zählen anfängt. Der Ringzähler 70 weist eine des Tores 71 werden den Eingängen der Tore 75 a bis

maximale Zählzahl N gleich der Anzahl von Abtast- 45 75 η zugeführt, die dazu dienen, das Datenwort einem

punkten dei gespeicherten Wellenform auf. Bei dem bestimmten mit der angeschlagenen No*e in Verbin-

in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zählt so- dung stehenden Impulsanstieg und -abfallsteuerkreis

mit jeder Zähler 70 bis zu 48, worauf er sich zurück- zuzuführen. Dies ist wichtig, wenn ein Akkord auf

stellt und, solange ein Eingangssignal vorliegt, erneut der Orgel gespielt wird, indem beispielsweise die bei-

mit 1 zu zählen anfängt. 50 den Tasten C₁ und B₁ gleichzeitig angeschlagen wer-

In Form eines Beispiels sei angenommen, daß beim den.

Drücken der Taste C₁ der in F i g. 4 dargestellte Wenn C₁- und Bj-Eingänge zur gleichen Zeit auf-

Ringzähler 70 a zur Verfügung steht. Der Steuerver- treten, erzeugt der Frequenzzusammensetzer 10 unter

teiler 20 leitet das Signal mit der Frequenz 48 C, von der Voraussetzung, daß N = 48 beträgt, Ausgangs-

der Leitung 13 des Frequenzzusammensetzers 10 an 55 signale mit den Frequenzen 48 C₁ und 48 B₁. Der

den Eingang des 48 Stellen zählenden Ringzählers Steuerverteiler 20 leitet beispielsweise das Signal 48 C₁

70a. Dadurch bewirkt der Ringzähler 70α aufeinan- an den Ringzähler 70α während das Signal 48 B₁

derfolgende Ausgänge an den Reihen 61, 62... 66 beispielsweise dem Ringzähler 706 zugeführt ist. In

mit einer Geschwindigkeit, die identisch der Frequenz diesem Fall erhalten somit beide Ringzähler 70 α, 70 b

48 C₁ ist. Wenn der Ringzähler 70 α somit ein Aus- 60 Zugang zu der Diodenschaltung 60. Der Ringzähler

gangssignal an einer bestimmten Reihe der Dioden- 70 a erzeugt dabei an den aufeinanderfolgenden Rei-

schaltung 60 — beispielsweise der Reihe 62 — er- hen 61 bis 66 Ausgangssignale mit einer größeren

zeugt, werden gleichzeitig Ausgangssignale an allen Geschwindigkeit als der Ringzähler 70 b. Jedesmal,

Spalten 67 a bis 67/ und 69 a bis 69/ erzielt, die mit- wenn von dem Ringzähler 70 α ein Datenwort zuge-

tels Dioden 68 bzw. 68' mit den entsprechenden Rei- 65 führt wird, wird gemäß F i g. 4 das Tor 75 α gleich-

hen verbunden sind. Die Spalten 67 α bis 67 / enthal- zeitig durch dasselbe Signal — d. h. das Signal 48 f_a —

ten demzufolge aufeinanderfolgend 6-Bit-ParaIlel- betätigt, welches ebenfalls dem Ringzähler 70 α zuge-

signale entsprechend den in aufeinanderfolgenden führt ist. Demzufolge wird jedes Wort des Ringzäh-

ters 70a über das Tor 75« dem in Verbindung mit 4sm Riagzähler 70α stehenden Anstiegs- und Abfallsieuerkreis zugeführt

In gleicher Weise wird jedesmal beim Verarbeiten «ines Wortes des Ringzählers 706 der Diodenschal· tung 6Θ dasselbe durch das Tor 756 durchgelassen, weiches Tor 756 von dem Ringzähler 70 6 ebenfalls ein Signal 48 f_b erhält. Demzufolge wird jedes Wort des Wdlenfonnspeichers 24 in Verbindung mit jedei Note gleichzeitig den Ausgängen getrennter Tore zugeführt. In dem vorliegenden Fall treten am Ausgang 4es Tores 7Sa nur Worte in Verbindung mit dem Ton C₁ auf, während der Ausgang des Tores 756 nur Worte in Verbindung mit dem Ton B₁ erhält.

Die Ausgänge der Tore 75 a bis 75 η können direkt dem in Fig. 1 dargestellten Summierkreis 28 zuge- ©hrt werden, so daß der Impulsflanken-Steuerkreis 36 übersprungen wird. Unter diesen Umständen soll die Funktionsweise des Summierkreises 28 in Verbindung mit F i g. 5 a bis 5 c erörtert sein. _ao

Bei dem oben beschriebenen Beispiel beim gleichzeitigen Drücken der Tasten C₁ und B₁ treten an den Toren 75 a und 75 b Ausgangssignale auf, welche direkt dem Summierkreis 28 zugeführt sein können. Ein Teil der dem Summierkreis 28 zugeführten Si- as gnale ist in den Fig. 5a und 5b dargestellt, üemäß F i g. 5 besteht ein typisches Ausgangssignal des Tores 75fl aus einem Satz von digitalen Worten, die aus Einfachheitsgründen in Form eines 4-Bitwortes dargestellt sind, wobei jedoch ebenfalls 6-Bit, 7-Bit und mehr Bit-Worte vorgesehen sein können, welche den in den aufeinanderfolgenden Reihen der Diodenschaltung 60 gespeicherten Worten entsprechen. Die Worte werden mit einer Geschwindigkeit 48 C₁ ausgelesen, weil diese Geschwindigkeit der Geschwindigkeil entspricht, mit welcher der Ringzähler 70 a die Diodenschaltung 60 abtastet. Das Ausgangssignal des Tores 756 besteht gemäß Fig. 5b aus einem ähnlichen Satz von Worten, die von dem Ringzähler 70 mit einer Geschwindigkeit 48 B₁ von der Diodenschaltung 60 abgelesen werden.

Der Summierkreis 28 arbeitet in der folgenden Art und Weise: Ursprünglich ist derselbe auf Null gestellt. Sobald aufeinanderfolgende Eingangssignale an einem der Tore 75 a bis 75 η direkt oder über den Impulsflankensteuerkreis einlaufen, wird derselbe zu dem vorhergehenden Wert hinzuaddiert und so lange auf dem betreffenden Wert gehalten, bis das nächste Eingangssignal einläuft. Bei dem in F i g. 5 c dargestellten Beispiel gelangt die erste nicht Null betragende Amplitudenzunahme bei dem Binärwert 1001 von dem Gatter 756 an den Summierkreis 28. Dieser Wert wird dem NuHwert addiert und die Summe 1001 gespeichert. Sobald die nächsten Amplitudenzunahmewerte — d.h. beim vorliegenden Beispiel gemäß Fig. 5a der Binärwert 1100 des Gatters 75 a — dem Summierkreis 28 erreicht, wird derselbe der zu diesem Zeitpunkt gespeicherten Summe 1001 hinzuaddiert, wodurch sich eine neue Summe 1101 ergibt. Die nächste Zunahme 1001 des Gatters 75 a wird wiederum in dem Summierkreis 28 gespeicherten Summe 1101 zuaddiert, wodurch sich eine neue Summe 1110 ergibt. Diese Arbeitsweise wird kontinuierlich fortgesetzt.

Die innerhalb des Summierkreises 28 in digitaler Form gespeicherte Summe wird innerhalb des in Fig. 1 dargestellten Digital-Analog-Konverters 30 in eine analoge Wellenform umgewandelt. Bei dem in

F i g. 5 dargestellten Beispiel weist das Analogausgangssignal des Digital-Analog-Konverters 30 die in F i g. 5 d dargestellte Form auf, die der digitalen Summe von Fig. 5c entspricht. Die analoge Wellenform des Konverters 30 entspricht der Summe der WeUenformen der Diodenschaltung 60, sobald mehrere Tasten gedruckt werden. Wenn hingegen nur eine Taste gedruckt ist, erhält selbstverständlich der Summierkreis 28 nur ein Eingangssignal, so daß das Ausgangssignal des Digital-Analog-Konverters 30 einer einfachen gewählten Note entspricht.

Die Speicherung von Amplitudenzunahmen innerhalb der Diodenschaltung 60 erleichtert eine vereinfachte Summierung und Analogkonversion innerhalb des Summierkreises 28 und des Konverters 30. Selbstverständlich kann ebenfalls eine Amplitudendarstellung verwendet werden. Während bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel zur Festlegung der Wellenfonnamplitudenzunahmen nur 4 Bits verwendet werden, so können ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung andere Bitzahlen verwendet werden.

Ein typisches Ausgangssignal des Digital-Analog-Konverters 30 ist in F i g. 5 d in Form einer Stufenfunktion dargestellt. Da die Abtastpunkte jeder Note in zeitlicher Hinsicht sehr kurz hintereinander folgen, erzeugt das analoge Signal bei Zuhörern den Eindruck eines normalen Audiosignals mit einer außergewöhnlichen Ähnlichkeit einer luftbetriebenen Orgelpfeife. Da das Analogsignal eine Stufenfunktion ist, enthält das Ausgangssignal des Digital-Analog-Konverters 30 höhere Frequenzkomponenten, die den unstetigen Änderungen der Stufen entsprechen. Diese höheren Frequenzkomponenten können durch Verwendung eines Tiefpaßfilters mit einer Grenzfrequenz unter 20 000 Hz ausgesiebt werden. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, ein derartiges Tiefpaßfilter vorzusehen. Die der Stufenfunktion entsprechenden Hochfrequenzkomponenten erzeugen nämlich Zischgeräusche, die ebenfalls bei luftbetriebenen Orgelpfeifen auftreten und die gewöhnlich bei elektronischen Orgeln durch Rauschgeneratoren erzeugt werden.

Tabelle I

Tonhöhe	Frequenz	Periodendauer	Dauer von
			7 Perioden
	(in Hz)	(in m sek)	(in m sek)
C₁	32,70	30,58	214,06
C₂	65,41	15,290	157,03
C₃	130,81	7,695	78,51
C₄	261,63	3,848	39,26
C₅	523,25	1,924	19,63
Ce	1 046,50	0,962	9.82
c,	2 093,00	0,481	4,91
c„	4 186,01	0,241	2,46

Um möglichst genau den Ton von wirklichen Orgelpfeifen zu simulieren, ist es wichtig, daß jede erzeugte Note eine nicht Null betragende Anstiegsund Abfallzeit aufweist. In F i g. 6 ist eine allgemeine Darstellung der Amplitude-Zeitabhängigkeit eines mit einer Orgelpfeife erzeugten, einzelnen Tones dargestellt. Dieser Ton besteht somit im wesentlichen aus drei Abschnitten, die in dem folgenden »Anstiegs«-, »Dauer«- und »Abfall«-Bereich genannt sind. Während des Anstiegsbereiches des Tones steigt

sn? 138/40

17 ' ι»

die Amplitude innerhalb eines Zeitraumes t_x bis zu Der Multivibrator 86 hat Vorzugsweise erne Emihrem maximalen Wert an. Die Zeit i, entspricht bei schaltzeit, die gleich oder großer als 7 Jenoden des 8'-Orgelpfeifen im allgemeinen einer Zeitdauer zwi- zu spielenden Tones — m diesem,fan v.. ist. Am sehen 10 und 100 Millisekunden. Entsprechend der Ausgang des Multivibrators 86 tritt ein iaι Fig 8 darvorstehenden Tabelle I betragen die Anstiegszeiten 5 gestelltes Rechtecksignal END auf, das dem ODER-bis zur Erreichung des Zeitpunktes /, etwa 7 Grund- Gatter 82 zugeführt ^ .^^jJf^rS™ **I? ™f schwingungen. "* »- « _{Tor 37A}- _selbst nach dem Losen der Taste C₁ für

Sobald die maximale Amplitude erreicht ist, wird einen Zeitraum größer oder gleich als 7 Penoden der

dieselbe in etwa konstant aufrechterhalten, solange Frequenz der Note C₁ in seinem Anzustand gehalten

die Taste gedrückt bleibt Der durch die Zeitpunkte^ io wird. Demzufolge ermöglicht der in M g. 8 aarge-

und U festgelegte Zeitraum entspricht deci Dauerbe- stellte, oder ein äquivalenter Stromkreis, daß em

reich des Tones. Wenn schließlich die Taste losge- Ausgangssignal der synthetisierten frequenzJVC₁ zur

lassen wird, unterbricht der Ton nicht abrupt, son- Verfugung steht, solange die Taste C₁ gedruckt ist, so-

dem nimmt exponentiell ab, wobei der Ton erst bei f₃ wie über einen zusätzlichen Zeitraum hinaus, der

abklingt Die Abfallsdauer entspricht ebenfalls in i_S genügend lang ist um dem in F«g. 1 dargestellten

etwa 7 Perioden der Grundfrequenz. Impulsflankensteuerkreis 26 eine abfallende Impuls-

Die va F i g. 6 dargestellte Amplitudenform tritt bei flanke an Stelle einer abrupten Beendigung des Tones

jeder individuellen Note auf. Wenn zwei oder mehr erzeugen zu lassen.

Orgeltasten gleichzeitig gedrückt werden, sollte vor- Die Erzeugung der F i g. 7 dargestellten abfallenden zugsweise jeder erzeugte Ton unabhängig voneinander ao Wellenform wird durch den in F ι g. 9 dargestellten der in Fig. 6 dargestellten Amplitudencharakterutik Ansneg-Abfall-Kreis hervorgerufen. Vorteilhafterentsprechen. Aus diesem Grunde sind unabhängige weise i?t der beispielsweise in F ι g. 9 dargestellte Impulsflankensteuerkreise für jedes der in F i g. 4 dar- Stromkreis mit den Ausgängen der in F ι g. 4 dargegestellten Tore 75 a bis 75 η vorgesehen, wobei die an stellten Tore 75a bis 75 η verbunden. Entsprechend denselben auftretenden Ausgangssignale jeweils einem 25 F i g. 9 werden die von der Diodenschaltung 60 geeinzigen gewählten Ton entsprechen. Der gewünschte maß 4 abgelesenen digitalen Worte in einer 6-Bit Amplitudenanstieg und -abfall kann auf digitale parallelen Form von dem Tor 75a dem Schiebe-Weise erzeugt werden, sowie dies im folgenden be- register 90 zugeführt. In Fig. 9 gibt die Zahl »6« schrieben sein soll. innerhalb des Kreises an, daß es sich um Daten han-

An Hand von Fig. 7 erkennt man, daß die expo- 30 delt, die in 6-Bit-Parallelform auftreten,
nentielle Abfallskurve 80 durch eine Stufenfunktion Gemäß Fig. 9 ist das Schieberegister 90 durch über die Dauer von 7 Perioden r der Grundfrequenz einen Schiebesteuerkreis 91 gesteuert, der in bekannannäherbar ist. Gemäß Fig. 7 ist die Amplitude ter Weise die AnzahlI von Positionen steuert, mit welwährend der ersten Periode nach dem in Fig. 6 dar- chen das Schieberegister 90 jedes von dem Tor 75a gestellten Zeitpunkt t₂ durch den Wert /1/2 darge- 35 einlaufende Wort verschiebt. Bei der in Fig. 9 darstellt, wobei A die Tonamplitude während des Dauer- gestellten Ausführungsform steuert der Schiebesteuerbereiches ist. Während der zweiten Periode beträgt kreis 91 das Schieberegister 90 derart, daß jedes von die Amplitude /4/4, während der dritten /4/8 usw. dem Tor 75 a einlaufende Signal nach rechts verscho-Eine derartige Amplitudenstufenfunktion kann in ben wird, wobei die Anzahl der verschobenen Positiosehr einfacher Weise erzeugt weiden, indem eine Tei- 40 nen dem Ausgangssignal eines Zählers 92 entspricht, lung der Binärzahl nach Verschiebung nach rechts Wenn demzufolge der Zähler 92 »1« zählt, bewirkt vorgenommen wird. Eine Verschiebung um einen der Schiebesteuerkreis 91, daß das Schieberegister 90 Stellenwert entspricht einer Teilung durch 2, während jedes von dem Tor 75 a erhaltene Signal um eine eine Verschiebung um 2 Stellenwerte einer Teilung Position nach rechts verschiebt. Jedes verschobene durch 4, um drei Stellenwerte einer Teilung durch 8 <is Wort wird dann parallel von dem Schieberegister 90 usw. entspricht. einem Gatter 93 zugeführt.

Um den exponentiellen Abfall gemäß F i g. 7 zu Um die Abfallfunktion zu erreichen, beginnt der erreichen, muß zuerst das von dem Frequenzzusam- Zähler 92 zu zählen, sobald ein einer bestimmten mensetzer 10 erzeugte Signal über den Zeitpunkt des Note entsprechender, innerhalb des Kreises von Loslassens der Taste hinaus aufrechterhalten werden, iio F i g. 8 erzeugter ΕΛ/D-Impuls als Eingangssignal an In Fig. 8 ist eine derartige Möglichkeit aufgezeigt, einem Startzählkreis 95 auftritt. Beim Triggern durch um diese Funktion durchzuführen. Gemäß F i g. 8 den END-lmpuh stellt der Startzählkreis 95 den Zähentspricht ein Tor 37A' dem in Fig. 3 dargestellten ler 92 auf »1« und löst einen Zählvorgang des Zählers Tor 37 A, welches ein Signal mit der Frequenz AZC₁ 92 aus. Der Zähler 92 rückt jeweils um »1« vorwärts, von de™ Teiler 36gerhält. Das Tor 37h' erhält eben- 55 sobald ein /„-Impuls einläuft. An Hand von Fig. 4 falls von der Taste C₁ über ein ODER-Gatter 82 ein erkennt man, daß die /„-Impulse von einer Position Eingangssignal. Entsprechend dem Ausführungsbei- 48 des Ringzählers 70a abgeleitet werden. Der Zähspiel F i g. 3 wird das Tor 37 h' durchgeschaltet, wenn ler 92 wird somit nach jeder kompletten, aus 48 Dadie Taste C₁ gedrückt wird. Das durch die Taste C₁ tenworten bestehenden Wellenform von der Diodenerzeugte Signal wird ebenfalls durch einen Konden- <« schaltung 60 über das Tor 75 a um »1« weitergesator 83 oder einen Widerstand 84 gemäß F i g. 8 dif- schaltet. Da — wie bereits erwähnt — diese 48 Worte ferenziert, wodurch beim Drücken von C₁ ein positi- einer vollkommenen Periode der zu erzeugenden muver Impuls, beim Loslassen ein negativer Impuls er- sikalischen Note entsprechen, ist es einleuchtend, daß zeugt wiru. Eine Diode 85 leitet den positiven Impuls der Zähler 92 nach jeder kompletten Periode des an Masse, während die mit einem Multivibrator 86 in 65 Tones um »1« weiterzählt.

Verbindung stehende Eingangsklemme 87 jeweils Wenn beispielsweise die Taste C₁ gedrückt und einen negativen Impuls 87' erhält, wenn die Taste C₁ gemäß F i g. 8 eine Frequenz NC₁ aufweisendes Ausgelöst wird, gangssignal des Tores 37/1 mit Hilfe des Steuerver-

tellers 20 dem Ringzähler 70 α zugeteilt worden ist, flflnJ bei» Lösen der Taste C₁ ein END-ltapius ausgelost Dieser EJVP-ImpuIs erregt gemäß F i g. 9 den ftartzählkreis *>, so daß der Zähler 92 zu zählen be-M₀Hi. Während der ersten Periode der Note C nach §em Auftreten des EiVD-Impulses — A h. während der ersten 48 Worte von der Diodenschaltung 60 — gia innerhalb des Schieberegisters 90 eine Verschiebung WQ eine Position nach rechts auf, da der Zähler 92 seine Zählposition »1« gestellt ist. Da die Ver-Schiebung des digitalen Wortes um eine Position nach rechts einer Teilung durch 2 entspricht, weist jedes dieser ersten 48 Worte einen Amplitudenzunahmewert mit nur der Hälfte jenes Wertes auf, der einem aaverschobenen digitalen Wort entspricht. Demzufolge beträgt die effektive Amplitude des resultierten analogen Tones zwischen den Zeitpunkten r, und /₂ 4· τ,Άι'2, wobei A die Amplitude des aufrechterhaltenen Tones gemäß Fig. 7 ist. Zum Zeitpunkt t₂ -f r erreicht der Ringzähler 7Oe seine 48. Position, aa so daß ein Signal /₀ auftritt und der Zähler 92 in seine Zählpobition »2« gelangt. Der Schiebesteuerkreis 91 bewirkt somit, daß das Schieberegister 90 alle einlaufenden Worte des Tores 75 a um zwei Positionen nach rechts verschiebt. Diese Rechtsverschiebung um zwei Positionen entspricht einer Teilung durch »4«. Demzufolge beträgt während der aufeinanderfolgenden 48 Worte — d. h. der nachfolgenden Periode des Tones C₁ — die effektive Amplitude /1/4, so wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Dieses Verfallren wird während der aufeinanderfolgenden Signalabgaben der Diodenschaltung 60 so lange wiederholt, bis bei 7 τ eine Verschiebung bis in die 7. Position stattgefunden hat, was einer Teilung durch 128 entspricht. Die dabei auftretende Amplitude ist dann im wesentlichen Null. Zum Zeitpunkt 8 τ wird der Schiebesteuerkreis 91 abgeschaltet, indem ein DEC-Impuls auftritt, durch welchen gemäß der Tabelle von F i g. 9 die Zählung am Ende der 7. Zählung beendet wird. Das DEC-Signal wird durch einen nicht dargestellten logischen Kreis erzeugt, so wie dies allgemein bekannt ist. Dieser logische Kreis ist dabei verantwortlich für das Zeitsignal mit der Frequenz Nf₁₁, das ENi Signal und die Zählung «ξ 7 des Zählers 92 nach dem Auftreten des EWD-Signals.

Während der AWallperiode wird das Tor 93 durch den DEC-Impuls durchgeschaltet. Demzufolge erscheinen die von dem Schieberegister 90 hergeleiteten Datenworte am Ausgang eines ODER-Gatters 96 und sind somit am Eingang des Summierkreises 28 ver- so fügbar. Es sei bemerkt, daß der Zähler 92 eine beliebige Länge aufweisen kann, wobei es nicht notwendig ist, daß das Schieberegister 90 derart programmiert ist, daß es nach jeder Periode eines erzeugten Tones konstant um einen Wert wsiterschiebt. Wenn ein schnellerer Abfall gewünscht ist, können der Schiebesteuerkreis 91 und der Zähler 92 so ausgelegt sein, daß der Zähler 92 nach jeder Periode um 2, 3 oder andere Werte weiterschiebt. Dies kann dadurch erreicht werden, indem der Zähler 92 mit geeigneten Ausgängen des Ringzählers 70 a gesteuert ist. In gleicher Weise kann ebenfalls ein langsamerer Abfall erreicht werden, indem der Zähler 92 jedes 2., 3. oder 4. Auftreten von /_o weitergeschaltet wird. Selbstverständlich können geeignete programmierte Steuereinrichtungen vorgesehen sein, um eine be-, stimmte Abfallcharakteristik wahlweise je nach Wunsch der Bedienungsperson oder durch Einspeicherung in geeigneten Programmiereinrichtungen verfügbar zu machen.

In dem Folgenden soll auf F i g. 10 Bezug genommen werden, in welcher in graphischer Weise dargestellt ist, wie die ansteigende Flanke eines Tonss gemäi) F i g. 6 ebenfalls auf digitale Weise gesteuert werden kann. Gemäß Fig. 10 kann ein exponentiel- lix Anstieg der Amplitude durch eine Stufenfunktion simuliert werden, bei welcher jede Stufe der Zeitdauer ι gleich einer Periode des zu erzeugenden Tones ist. Die erste Stufe weist eine Amplitude Λ -AII, die nächste Stufe eine Amplitude A-A /4, die nächste Stufe A-AIZ usw. auf. Eine derartige ansteigende Wellenform kann durch eine einfache Schiebe- und Subtraktionsschaltung erreicht werden.

Ucater neuerlicher Bezugnahme auf Fig.9 sei wiederholt, daß beim Ansteigen die Wellenformen auftreten sollten, sobald eine Taste gedruckt ist Wenn beispielsweise die Taste C₁ gedruckt wird, wird beispielsweise gemäß F i g. 8 das Auftreten eines Nj_a = NC,-Impulses an dem Tor 37 A' durch nicht dargestellte geeignete Logikkreise festgestellt, die einen Ansteigtorimpuls ATT erzeugen. So wie dies in der Wahrheitstabelle von F i g. 9 dargestellt ist, tritt das Signal ATT auf, sobald Nj_a — d. h. im vorliegenden Fall 48 C, — wahr ist, sobald der Zähler 92 nach Nf _a bis ^ 7 gezählt hat und sobald ein END-Impuls nicht vorliegt. Dies bedeutet, daß ein ATT-Impuls ausgelöst wird, sobald eine Taste gedrückt wird.

Das Auftreten eines A ΓΓ-Impulses bewirkt eine Erregung des Schiebesteuerkreises 91. Dieser bewirkt, daß das Schieberegister 90 jedes von dem Tor 75a empfangene Wort um eine Anzahl von Plätzen gleich der Zählung des Zählers 92 nach rechts verschiebt. Der Zähler 92 wird durch das von der Position 48 des Ringzählers 70 a abgeleitete Signal }_a fortgeschaltet. Das Auftreten eines Signals Nf₀ beeinflußt den Startzählkreis 95 derart, daß der Zähler 92 mit Null anfangend zu zählen beginnt. Der ΛΓΓ-Impuls steuert ebenfalls ein Tor 97, wodurch das verschobene Ausgangssignal des Schieberegisters 90 einem Subtraktionskreis 98 zugeführt wird. Der Subtraktionskreis 98 empfängt ebenfalls jedes unverschobene Wort direkt von dem Tor 75 β. Das Ausgangssignal des Subtraktionskreises 98 ist ein digitales Wort, das der Differenz zwischen den unverschobenen Worten des Tores 75 a und dei von dem Schieberegister 90 an dem Tor 75ο geleiteten verschobenen Worte entspricht. Der binäre Differenzwert wird durch ein ebenfalls durch den A 7T-Impuls gesteuertes Tor 99 einem ODER-Gatter 96 zugeführt.

Es sei bemerkt, daß, sobald eine Taste gedrückt wird, die ersten 45 Worte der Diodenschaltung 60 nicht durch das Schieberegister 90 verschoben werden, da der Zähler 92 anfänglich durch das Signal Nf _a auf Null gestellt ist. Da das durch das Tor 97 geleitete unverschobene Wort innerhalb des Subtraktionskreises 98 von dem unverschobenen Wort des Tores 75 a subtrahiert wird, ist der Ausgang des Tores 99 während der ersten Periode des Tones »Null«, wie dies in Fig. 10 zwischen den Zeitpunkten 0 und τ dargestellt ist. Zu dem Zeitpunkt τ, bei welchem der Ringzähler 70a seine 48. Position erreicht hat, wird ein Impuls /„ erzeugt, der den Zähler 92 in seine Zählposition »1« bringt. Während des darauffolgenden Auslesens der 48 Worte der Diodenschaltung 60 — d. h. während der zweiten Periode des Tones — ist jedes in das Schieberegister 90 ein-

21 ^r ' / 11

gelesene Wort um eine Position nach rechts gescho- Standes der Kerne und zur Einspeicherung von Daten

ben. Da die Verschiebung um eine Position nach in die Magnetkerne wegen des destruktiven Auslesens

rechts gleich einer Teilung durch »2« ist, erhält der derartiger Speicherelemente vorgesehen sind. Ferner

Subtraktionskreis 98 gemäß Fig. 10 während des können beschichtete Draht- oder Dünnfilmspeicher

Zeitraumes r bis 2r, direkt von dem Tor 75a ein 5 ebenfalls in Verbindung mit dem Wellenformspeicher

ungeschehenes Signal und von dem Schieberegister 24 verwendet werden.

90 a ein Signal; dessen Wert durch »2« geteilt ist. Während die Funktionsweise des Wellenfornispei-Demzufolge ist das Ausgangssignal des Tores 99 ein chers 24 mit paralleler Auslesung beschrieben worden Satz von digitalen Worten, in Form von Amplituden- ist, so kann ebenfalls eine Serienauslesung verzunahmen, die dem halben Wert des in der Dioden- jo wendet werden. Es sei daran erinnert, daß die Amschaltung 60 gespeicherten Wertes entsprechen. In plitude bzw. die Amplitudenzunahmen der im Wellengleicher Weise wird in der Periode zwischen 2 r und formspeicher 24 eingespeicherten digitalen Worte mit 3r der Zähler 93 auf »2« gestellt, wodurch das einer Geschwindigkeit ausgelesen werden, die N mal Schieberegister 90 jedes einlaufende Wort um 2 Posi- der Frequenz des zu erzeugenden Tones ist, wobei N tionen nach rechts verschiebt. Demzufolge subtrahiert 15 die Anzahl der Abtastpunkte ist. Im allgemeinen ist der Subtraktionskreis 98 von dem unverschobenen der höchste Ton der Ton C₈ mit einer Frequenz von Signal des Tores 75a ein Signal mit der Amplitude 4186,Oi Hz. Demzufolge ist die maximale Geschwin-1/4. Demzufolge beträgt gemäß Fig. 10 die sich er- digkeit, mit welcher aufeinanderfolgende Abtastgebende Amplitude A-A/4, d. h. 0,75 A. Während punkte abgetastet werden, in der Größenordnung von der darauffolgenden Schritte werden Wellenformen »0 50 msek bei 48 Abtastpunkten pro Periode. 50 msek erzeugt, so wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Nach- sind jedoch ausreichend, um eine serienmäßige Ausdem der Zähler 92 bis auf »7« gezählt hat, endet der lesung von 6 bis 8 Bits zu ermöglichen, die zur Dar-/ίΤΓ-Impuls, so daß das Ende des Anstiegbereiches stellung einer Wellenformamplitude bzw. Amplitudenerreicht ist zunähme bei jedem Abtastpunkt notwendig sind.

Beim Ende des Anstiegbereiches wird gemäß der as Eine serienmäßige Auslesung kann entweder mit Wahrheitstabelle von Fig.9 ein St/S-Impuls erzeugt, einer Diodenschaltung oder mit einer anderen Art der der Impulsamplitude im Dauerbereich entspricht. von digitalen Speichereinrichtungen in Verbindung mit In diesem Fall ist der Schiebesteuerkreis 91 ausge- dem Wellenformspeicherkreis 24 verwendet werden, schaltet, da weder ein ATT- noch ein D£C-Impuls Während gemäß Fig. 4 beispielsweise jedes Ausauftritt. Die Tore 97 und 99 sind somit gesperrt. 30 gangssignal des Ringzählers 70 α bis 70« direkt mit Demzufolge gelangt jedes Wort der Tore 75 in das einer Reihe von Diodenschaltungen 60 verbunden ist. Schieberegister 90, welches nicht verschoben wird, so können die Verbindungen ebenfalls über Tore geso daß die Signale unverschoben über das von dem macht werden. An Stelle von 6 Spalten 67a bis 67/ S£/S-Impuls angesteuerte Tor 93 dem ODER-Gatter in direkter Verbindung mit dem Tor 71 können ge-96 und von da dem Summierkreis 28 zugeführt 35 eignete Kreise vorgesehen sein, um diese Spalten 67 a werden. bis 67/ hintereinander abzutasten, so daß am Tor 71

Ahnlich wie während des Impulsabfallbereiches ein serienmäßiges Eingangssignal auftritt. Wenn dem-

beschränkt sich die obige Beschreibung auf einen zufolge der Ringzähler 70α eine Zählung von 2

logarithmischen Anstieg. Die vorliegende Erfindung durchführt, wird die Reihe 62 der Diodenschaltung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch einen ge- 40 60 über dieses Tor erregt. Anschließend daran wer^

eignet programmierten Schiebesteuerkreis 91 und den die Spalten 67 a bis 67/ hintereinander mit einer

Zähler 92 können ebenfalls andere Anstiegwellen- genügend hohen Geschwindigkeit abgetastet, so daß

formen erzeugt werden. Beispielsweise kann die in alle 6 Spalten abgetastet sind, bevor die Ringzähler

Fig. 11 dargestellte Wellenform erzeugt werden, in- 70a eine Zählung bis auf 3 durchführen. Das seriendem Kombinationen von Verschiebungen bzw. Ver- 45 mäßige Abtastsignai der Diodenschaltung 60 kann

Schiebungen und Subtraktionsabläufen in geeigneter dann einem nicht dargestellten 6-Bitregister zugeführt

Weise programmiert werden. Die Wellenform van werden, wobei dieses Register dazu verwendet wird.

F i g. 11 ist in jenen Fällen von Bedeutung, in wel- ein paralleles Ausgangssignal an die weiteren digi-

chen Instrumente mit Anschlageigenschaften — bei- talen elektronischen Kreise zu übermitteln. Bei dieser spielsweise Glocken — simuliert werden sollen. Ahn- 5· splatentnäfiigen Abtastung kämen die Tore zwischen

lieh wie beiao TonabCall, kann ein bestimmter Anstieg den Ringzählern 70a bis 7Or and den Reihen 61

durch vorprogrammierte Log* oder gespeicherter fofc 66 der Diodenschaltung 60 mit geeigneter zeit-

Piogiamme dnrcfa Einstellung bestimmter Schalter Scher Beziehung erregt werden, so daß gewährleistet

wen der Bedienungsperson oder durch Lochkarten ist, daß — falls gewünscht sein sollte — mehr als BHt einem bestimmter Anstieg/Abfallprogramm er- κ eine Reihe der Diodenschalrung 60 nicht gleichzeitig

zielt werden. abgetastet wird.

Obwohl in der obigen Beschreibung der Wellen- Ein anderes Merkmal der erfindungsgemäßen digiformspekher 24 nät einer starren Diodenschaltung 60 taten elektronischen Orgel besteht darin, daß eine beschrieben worden ist, so ist die vorliegende Erfin- intramanuelle Kopplung der Tasten ohne mechadang nicht darauf beschränkt Prinzipiell können 60 nische oder elektrische Kopplung zn den Tasten erbeliebige digitale Speicher verwendet werden. Bei- reicht werden kann, so wie dies bisher notwendig se kann der Wellenformspeicher 24 ein war. Beispielsweise sei anen, daß ein Flöten-Standardmagnetkernspeicher sein, so wie er bsi elek- register verwendet ist, daß aber eine 4'-Orge!stimme trostseben Rechnern verwendet wird. In diesem Fall an Stelle einer 8'-Orgdstimme gewünscht ist. Wenn können dk Steuerkreise 22a bis 22 η Ringzähler 65 die Taste C₃ gedrückt wird, maß die Orgel in diesem enthaften, die von dem Frequenzzusammensetzer 10 Fall den Ton C₄ — d. h. 2-C₉ — mit derselben angetrieben sied, wobei geeignete Einspeicher- und oder ähnlichen Flötenorgelstimme wie die 8'-Floten-Aasfesekreise zur Feststellung des magnetischen Zu- stimme erzeugen. Große Orgeln erzengen diesen

Effekt, indem getrennte Orgelpfeifensätze für das 4'-Register vorgesehen sind, die verschieden von dem der 8'-Örgeipfeifen sind. Die erfindungsgemäße digitale elektronische Orgel kann in sehr einfacher Weise diese Funktion simulieren.

In Fig. 12 ist ein vereinfachtes Diagramm einer Speichereinrichtung für den Wellenformspeicher 24 dargestellt, die die Verwendung von harmonischen und Mutationsregistern erlaubt. Innerhalb des Speicherbereichs 101 sind digital 48 Worte gespeichert, die eine Periode der Wellenform einer bestimmten Art von 8'-Orgelpfeifen — beispielsweise 8'-Flöten — entsprechen. Diese Worte sind genau analog den in Fig. 2c und 2d für eine typische Wellenform 32 von Fi g. 2 a. Sowie dies bereits beschrieben worden ist, wird bei einer Periode von 48 Worten mit einer Abtastgeschwindigkeit von 48mal des gewählten Tones das gewünschte Signal mit der gewählten Frequenz erzeugt.

Es sei angenommen, daß für dieselbe Wellenform

— beispielsweise Flöte — eine 4'-OrgelstinuTu; gewünscht ist. Durch Auslesen von 2 Perioden der gespeicherten Wellenform — beispielsweise Gruppen von 24 Worten — in den Speicherbereich 102 gemäß Fig. 12 mit einer Geschwindigkeit, bei welcher eine einzelne Periode des Speicherbereiches 101 normal ausgelesen wird, ergibt sich ein resultierender Ton mit doppelter Frequenz der gedrückten Taste. Wenn beispielsweise die Taste C₃ gedrückt wird, während das 4'-Register gewählt ist, erzeugt der Ausgang des Frequenzzusammensetzers 10 eine Frequenz mit der Geschwindigkeit NC₁₁. Wenn dies zum Auslesen der Spalte 102 verwendet wird, die in 48 Worten zur Speicherung von 2 Perioden derselben Wellenform verwendet ist, dann ist die erzeugte Ausgangsfrequenz 2 · C₃ = C₄. Zur Erzielung einer realistischen Wellenstellung kann die Wellenform des 4'-Registers

— d. h. die Wellenform, von der zwei Perioden in dem Bereich 102 gespeichert sind — unterschiedlich von der Form der ursprünglichen, innerhalb des Speicherbereiches 101 gespeicherten Wellenform des 8'-Registers gemacht werden.

Genau in der gleichen Weise kann ein 2'-Register erzielt werden, welches gemäß Fig. 12 Zugang mit einem Speicherbereich 103 verbunden ist. Bei dem 2'-Register wird beim Anschlag der Taste C, ein Ton erzeugt, der 4 · C₃ = C₅ ist. Sowie dies in F i g. 12 dargestellt ist, enthält der Speicherbereich 103 4 Perioden der gewählten Wellenform, wobei jede Periode 12 Worten entspricht. Wenn demzufolge der Speicherbereich 103 nrit einem 8'-Toa entsprechend 48 C₃ abgetastet wird, dann ist der erzeugte Ton die vierte Harmonische, welche in der 2'-Oktave liegt. In gleicher Weise wird ein l'-Register erhalten, wenn der Speicherbereich 1Φ4 mit 8 Perioden zu je 6 Worten mit einer 8-Freqnenz ausgelesen wird. In diesem Fall wird beim Drücken der Taste C₃ ein Ton C₈ erzeugt.

Während die harmonischen Register genau und einfach entsprechend der oben angegebenen Schaltanordnung erzieibar sind, ist es schwieriger, Mutationsregister ohne intramanuelle Kopplungen zu erreichen. Es ist jedoch ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß Mutationsregister mit genügender Genauigkeit und ohne Kopplung erzielbar sind. Gewohnlich ist durch elektrische oder mechanische Kopplung der Tasten ein 2-2/3-Register vorgesehen, dessen Wirkung in Tabelle II dargestellt ist.

Tabelle 11

Gedruckte
Taste

Frequenz
(in Hz)

Von Orgel
erzeugter Ton

Frequenz
(in Hz)

C₄

261,63	G₅	783,99
293.66	A₅	880,00
329.63	B₅	987,77
369.99	*Cl,,**	1108,73
415.30	*0„**	1244,51
466.16	F_b	1396,91
523,25	G₆	1567.98

Eine 2-2/3-Orgelpfeife entspricht ungefähr der dritten Harmonischen einer 8'-Orgelpfeife. Der Fehler zwischen der wahren 2-2/3-gekoppelten Frequenz und der dritetn Harmonischen der gedrückten Taste ist für das Frequenzband der Orgel in der folgenden Tabelle III dargestellt:

Tabelle III

Ge	Frequenz	Dritte Har	Wahre 2-2/3'	Fehler
drückte		monische	gekuppelte
25 Taste			Frequenz
	(in Hz)	(in Hz)	(in Hz)	(in Hz)

C₁	32,70	98,10	98,00	0,10
	65,41	196,23	196,00	0,23
30 (-?	130,81	392,43	392,00	0,43
	261,63	784,89	783.99	0,90
ei	523,25	1 569,75	1 567,98	1,77
c_e	1 046,50	3 139,50	3 135,96	3,54

Die 2-2/3-Register werden gewöhnlich nicht oberhalb des Tones C₅ verwendet. Demzufolge ergibt sich, daß diese Register ohne Kopplung erzielbar sind, indem eine Speicheranordnung verwendet wird, so wie sie durch den Speicherbereich 105 in Fig. 12 dargestellt ist. Bei dem Speicherbereich 105 werden 3 Perioden der gewünschten Wellenform — jede zu 16 Worten — gespeichert. Sobald der Speicherbereich 105 mit einer 8'-Frequenz — entsprechend 48mal des Tones der angeschlagenen Taste — ausgelesen wird, ergibt sich ein Ausgangssignal entsprechend der dritten Harmonischen. So wie dies an Hand von Tabelle III ersichtlich ist, ist dies eine genügend gute Annäherung an die Wahl 2-2/3-gekoppelte Frequenz.

Eine größere Schwierigkeit ergibt sich zur Erzielung eines 1-3/5-Registers, durch harmonische Erzeugung ohne intramanuelle Koppler. Dieses Problem ist durch die folgende Tabelfe IV dargestellt.

SS Tabelle	60	C₁	rv	Fünfte	Wahrer	Frequenz	Fehler der
Ge		65 c\	Ffctjuenz	Hanno	1-3/5*		fünften
druckte				nische	Ton		Harmo
Taste	c					nischen
	C₆					Annähe
					rung
	(in Hz)		(HiHz)	(in Hz)
(in Hz)	163,50	_Es	164,81	-1,31
32,70	327,05	^E\	329,63	-2,58
65,41	654,05		659,26	-5,21
130,81	1 308,15		1 318,51	-9,36
261.63	2 616,26		2 637,02	-20,77
523,25				509538/40

Es ist einleuchtend, daß die fünfte Harmonische eine äußerst ungenaue Annäherung an das wahre 1-3/5-gekoppelte Register ist. Ein anderes Schema zur Erzielung einer besseren Annäherung bildet ein Merkmal der vorliegenden Erfindung. Das Verhältnis zwischen einer gedrückten Taste und dem wahren ,1-3/5-gekoppelten Ton ist R = 5,0397. Demzufolge beträgt der Fehler bei der Verwendung der fünften Harmonischen etwa 4·%.

Tn dem Folgenden soll auf den in Fig. 12 dargestellten Speicherbereich 106 Bezug genommen werden. Dabei werden 11 Perioden mit einer Referenzwellenform in 105 Speicheradressen gespeichert. Wenn diese Worte mit einer 8'-Registerfrequenz ausgelesen werden, dann ist das Verhältnis zwischen der ^'-Frequenz und der des 105-Worte-Registers des Speicherbereiches 106

R' = -~ XIl = 5,0286.

Tabelle V

Gedrückte Taste

Frequenz

(in Hz)

E' Frequenz

{in Hz)

Wahre 1-3/5' Fehler Frequenz

(in Hz)

32,70

65,41

130,81

261,63

523,25

164,44
328,87
657,74

1 315,48

2 630,96

164,81
329,63
659,26

1 318,51

2 637,02

-0,37
-0,74
-1,52
-3,03
-6,16

Bei Verwendung dieser Anordnung wird der Frequenzfehler auf weniger als 3% der Grundfrequenz reduziert. Die vorstehende Tabelle V stellt die mit einem derartigen Speicherbereich 106 von Fig. 12 zur Erzielung des 1-3/5-Registers ohne Kopplung erzielbaren Resultate dar.

Die Anordnung für die 1-3/5-Register stellt ein weiteres Merkmal der Erfindung dar. Bisherige elektronische Orgeln waren darauf beschränkt, Töne zu

ίο erzeugen, die Mischungen der fundamentalen und harmonischen Obertöne enthalten. Die vorliegende erfindungsgemäße digitale elektronische Orgel kann teilweise harmonische oder anharmonische Obertöne je nach Wunsch des Konstrukteurs erzeugen. An-

harmonische Obertöne werden in gleicher Weise wie die oben dargestellte Anordnung in Verbindung mit dem Speicherbereich 106 von Fig. 12 erzeugt. Es sei angenommen, daß N die Anzahl der Worte für ein 8-Register ist, wobei im Rahmen der obigen Be-

ao Schreibung beispielsweise 48 Worte aufgeführt worden sind, W die Anzahl der innerhalb des anharmonischen Wellenformspeichers gespeicherten Worte, ρ die Anzahl der Perioden der Referenzwellenform innerhalb von W, dann ergibt sich R_a = NpIW, wo-

»5 bei R„ das Verhältnis der anharmonischen Frequenz zu dem 8'-Registersignal ist, das durch Wahl der manuellen Tasten gewählt worden ist. Die Möglichkeit anharmonische Obertöne zu erzeugen, ist insbesondere für Theaterorgeln wichtig, denn viele

Schlagtöne sind aus anharmonischen Obertönen zusammengesetzt. Dies gilt insbesondere für Glockenspiele, Glocken usw.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Computerorgel zur elektronischen Erzeu-J. gong von Musik in Echtzeit, mit mehreren Tasta-

tuKchaltern, denen jeweils eine bestimmte • wiederzugebende Tonhöhe zugeordnet ist, mit mehreren Registerschaltern, denen jeweils eine Art von Orgelpfeifen, deren Klang wiederzugeben pt, zugeordnet ist, und mit einem digitalen Speieher, in dem die den charakteristischen Klängen der Arten von Orgelpfeifen entsprechenden Wellenformen gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Registerschalter (2S) nur «ine charakteristische Wellenform in Form der digitalisierten Werte der Amplitude der genannten Wellenform an mehreren diskreten Abtasipunkten gespeichert und bei Betätigung «eines Tastaturschalters (A₁-G₈) mit einer solchen Geschwindigkeit ausgelesen wird, daß nach Um- ao Wandlung des ausgelesenen Signals in ein Analügsignal das aus dem ausgelesenen Signal entsprechende Tonsignal dieselbe Grundfrequenz wie der dem betätigten Tastaturschalter (A₁-G₈) zugeordnete Ton aufweist

2. Computerorgel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenabtastwerte nach dem Loslassen des zugehörigen Tastaturschalters (^₁-G₈) während eines Zeitraumes ausgelesen werden, welcher nicht kleiner ist als sieben Perioden des zugeordneten Tones, wobei die Amplitude des sich ergebenden elektrischen Ausgangssignals während jeder Periode auf die Hälfte reduziert wird, und daß die Amplitude des Musiktones dadurch logarithmisch von Null bis auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird, daß jeweils die Hälfte der Differenz Avischen dem vor ■ gegebenen Wert und dem auftretenden Wert während jeder Periode über eine Zeitdauer addiert wird, welche nicht kleiner ist als sieben Perioden des zugeordneten Tones.

3. Computerorgel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an verschiedenen Stellen des Speichers (24) gespeicherten digitalisierten Werte der Amplitude an den einzelnen Abtastpunkten bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Tastaturschalter Cd₁-G₈) und/oder Registerschalter (25) in einer Summiereinrichtung (28) summiert werden.

4. Computerorgel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Tastaturschaltern (A₁-G₆) und dem Speicher (24) ein Frequenzsynthetisierer (10) verbunden ist, welcher bei Betätigung eines Tastaturschalters (A₁) ein steuerndes Lesesignal mit einer Frequenz Nf erzeugt, W-! .,.■ gleich einem ganzzahligen Vielfachen N der Frequenz / des dem gewählten Tastaturschaltcr (A₁) zugeordneten Tones ist, wobei N gleich der Zahl der Abtastpunkte der gespeicherten Wellenform ist.

5. Computerorgel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (24) aus einer Diodenmatrix (60) besteht, welche eine Mehrzahl von digitalen Worten enthält, die in N Reihen (61. bis 66) von L Spalten (67 α bis 67 e; 69 α bis 69/) angeordnet sind, wobei L die Anzahl von Bits pro Wort ist, daß ein Ringzähler (70) durch das Lesesignal zum Weiterzähler gebracht wird, wodurch den folgenden Reihen (61 bis 66) der Matrix (60) eine Spannung zugeführt wird, und daß die Summiereinrichtung (28) die in dsn L Spalten der Matrix (60) auftretenden Signale kombiniert, wenn die Spannung zugeführt wird.

6. Computerorgel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal Nf dem Speicher (24) über einen Signalabklingkreis (Fig. 8) zugeführt wird, welcher beim Lösen des ihm zugeordneten Tastaturschalters (^₁-G₈) ein steuerndes Ausgangssignal abgibt.

7. Computerorgel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuzätzlich ein Schieberegister (90) vorgesehen ist, welches die aus dem Speicher (24) gelesenen Worte programmgemäß weiterschiebt, und daß weiter ein Subtraktionskreis (98) vorgesehen ist, welcher die verschobenen Worte von den nicht verschobenen Worten subtrahiert und dadurch die musikalische Note beeinflußt