DE2105449A1

DE2105449A1 - Musikinstrument

Info

Publication number: DE2105449A1
Application number: DE19712105449
Authority: DE
Inventors: Edward Fredkin; Marvin L Minsky
Original assignee: TRIADEX Inc
Current assignee: TRIADEX Inc
Priority date: 1970-02-16
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1971-08-26
Also published as: FR2078623A5; JPS5926034B1; US3610801A

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. B E£ E T 2 sen.

Dr.-inä. R. β - α τ ζΐ 65-16.6θ4Ρ 5. 2. 1971

8München22, Steinsdorfetr. 10

Triadex Incorporated, Newton Upper Falls (Mass.), V.St.A,

Musikinstrument

Die Erfindung betrifft ein Musikinstrument, das digitale logische Glieder oder digitale Verknüpfungsglieder (auch Logikglieder genannt) verwendet.

In den letzten Jahren sind große Anstrengungen gemacht worden, Instrumente und/oder Verfahren zur synthetischen Erzeugung oder Komposition von Musik zu entwickeln, d. h., wobei ein Bediener nur wenig Auflagen hinsichtlich I der Form der Komposition macht, währen'd die Einzelheiten der Noten- oder Tonfolge und des Rhythmus automatisch vom Musikinstrument bestimmt werden. Dazu hat man sich insbesondere eines verhältnismäßig großen Universalrechners bedient, also unter Verwendung eines gespeicherten Programms. Zu diesem Zweck sind beträchtliche Anstrengungen unternommen worden, um die verschiedenen Musikarten zu analysieren und die Voraussetzungen für gefällige Musik zu ermitteln.

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Diese Voraussetzungen sind dann in das Musikkompositionsprogramm aufgenommen worden, wobei verschiedene statistische Verfahren und Näherungen benutzt wurden. Bei einem derartigen bekannten Verfahren zur Erzeugung von Musik werden verschiedene ausgeklügelte Auflagen dem Ausgang eines Programms auferlegt, das selbst so aufgebaut ist, daß es eine Folge von Zahlen erzeugt, die einen hohen Grad von statistischer Zufälligkeit zeigen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß ein hoher Grad von statistischer Zufälligkeit nicht notwendig ist, sondern daß dafür die Erzeugung von logischen Folgen von Noten oder Musiktönen mit sehr langer Wiederholungsperiode vorzuziehen ist. Diese Erkenntnis erlaubt den Bau von relativ einfachen Musikinstrumenten, die trotzdem automatisch verhältnismäßig gefällige Musik abgeben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Musikinstrument zur automatischen Erzeugung von gefälligen Folgen von Musiktönen oder -klängen zu schaffen, wobei ein derartiges Musikinstrument insbesondere eine große Vielzahl derartiger Folgen oder Kompositionen erzeugen können soll, während gleichzeitig nur eine sehr geringe Steuerung durch einen Bediener notwendig ist; ferner soll das Musikinstrument einfach zu bedienen sein, einen kompakten Aufbau haben und wenig Leistung aufnehmen sowie zuverlässig arbeiten.

Das erfindungsgemäße Musikinstrument kann Musik erzeugen oder komponieren, d. h. gefällige Folgen von Musiknoten oder -klängen erzeugen. Das Musikinstrument hat einen Tongenerator, der verschiedene Musiknoten in Abhängig-

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keit von einer vorbestimmten Kombination ihm zugeführter Steuersignale erzeugt. Ferner ist ein Register vorhanden, das eine Einrichtung zur Speicherung mehrerer Bits von Digitalinformation in gegebener Reihenfolge hat, wobei die gespeicherte Information entsprechend einem vorbestimmten Schema oder Muster in Abhängigkeit von dem Register zugeführten EingangsSignalen veränderlich ist. Dem Register ist eine Einrichtung zugeordnet, um die gespeicherte Digitalinformation an mehreren ausgewählten Punkten des Registers zu lesen. Mindestens eines der in das Register eingespeisten Eingangssignale wird entsprechend einem vorwählbaren oder einstellbaren Code aus Bits der Information I gewonnen, die aus dem Register gelesen wird. Ein anderes Eingangssignal des Registers ändert sich entsprechend einer vorbestimmten periodischen Funktion. Der Tongenerator wird dann in Abhängigkeit von Steuersignalen betätigt, die sich wie entsprechende vorwählbare Logikfunktionen der im Register gespeicherten Information ändern.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigent

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Musikinstruments, das eine Digitalelektronik aufweist;

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Zählers, der für verschiedene Abwandlungen des Ausführungsbeispiels von Flg. 1 geeignet ist, z* B. die in Fig. 3 bis 5 abgebildeten, um zusätzliche Variationen der Muaikformen zu ermöglichen!

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Fig. 3 das Blockschaltbild eines wahlweisen Aueführungsbeispiels eines Folgegenerators, der mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zusammen verwendet werden kann, um Verzierungen zu erzeugen;

Fig. k das Blockschaltbild eines wahlweisen Rhythmusgenerators, der für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 benutzt werden kann;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer wahlweisen Noten-

wählschaltung, die für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 verwendet werden kann, um Oktavenverschiebungen im Ton zu bewirken; und

Fig. 6 das Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Musikinstruments, ebenfalls mit Digitalelektronik.

Gemäß Fig. 1 hat der Tongeneratorteil des Musikinstruments ein 16-Bit-Schieberegister 11, das als Serienakkumulator zusammen mit einem 1-Bit-Addierer 15 betrieben wird, um die Frequenz der erzeugten Note zu bestimmen oder zu steuern. Obwohl hier Serienbetrieb gezeigt ist, kann auch Parallelbetrieb vorgesehen werden. Ein abstimmbarer Oszillator 13 erzeugt ein Rechteck-Taktsignal, das in den Schiebeeingang des Schieberegisters 11 über eine Leitung 14 eingespeist wird, um periodisch die im Schieberegister 11 gespeicherten Daten weiterzuschieben. Das vom Oszillator 13 erseugte Signal hat eine relativ hohe Frequenz, d. h., die Frequens betrfcgt ein Mehrfaohe· der su ersehenden möeheten

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Tonfrequenz und wird daher als schnelles Taktsignal FC bezeichnet»

Von der letzten Stufe des Schieberegisters 11 beim Verschieben abgegebene Daten werden in den Addierer 15 über eine Leitung 16 als das eine Eingangssignal eingespeist, während das Ausgangssignal vom Addierer 15 dem Eingang des Schieberegisters 11 zugeführt werden. Das Schieberegister 11 und der Addierer 15 bilden so einen 16-Bit-Serienakkumulator. Das heißt,, eine binäre Zahl, die durch das Schieberegister 11 läuft, kann kumulativ ύ

erhöht werden, indem ein geeignetes Binärsignal in den anderen Eingang des Addierers 15 in geeignetem Serienformat eingespeist wird. Die umlaufende Binärzahl wird zweckmäßigerweise die Summe oder der akkumulierte Gesamtwert genannt. Die Periode, die zum Durchlaufen der 16-Bit-Summenzahl durch das Schieberegister 11 nötig ist, d. h. die Periode, die gleich dem i6fachen Wert der Periode des Oszillators 13 ist, bildet ein Basis—Zeitsteuerintervall des gesamten Musikinstruments., Das schnelle Taktsignal FC vom Oszillator 13 wird auch über eine Leitung 16 einem If-Bit-Zähler 1:7 zugeführt* Aus gangs signale von jeder Stufe des Zählers 17 werden in eine Decodiermatrix 19 eingespeist, die an sechzehn entsprechenden Ausgängen Impulssignale "

T0-T15 abgibt, die während aufeinanderfolgender Zustände des Zählers 17 auftreten. Der Zähler 17 und der Decodierer 19 zeigen daher eine Funktion oder einen Betrieb, die bzw., der dem eines Ringzählers ähnlich ist, und die verschiedenen Taktimpulse T0-T15 dienen dazu, die einzelnen Bitstellen im Binärwort zu identifizieren, das im Serienakkumulator umläuft, der das Schieberegister 11 einschließto Es werden jedoch nicht alle diese Signale verwendet, wie ersichtlich werden wird.

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Ausgewählte der Taktimpulse, d. h. T5-T1O, werden in eine Codiermatrix 4t eingespeist. Die Codiermatrix h\ verknüpft die Taktimpulse Τ5-Τ1Ό in verschiedenen Kombinationen,, um an jeder der acht Ausgangsleitungen ein serielles Binärsignal abzugeben, das eine Zahl darstellt, die die Frequenz einer entsprechenden Musiknote bzw. eines -tons mit dem gewünschten Grad an Genauigkeit bestimmt. Die verschiedenen Ausgangsleitungen entsprechen den Musiknoten C, D, E, F, G, A, B und C* und sind entsprechend identifiziert« Die Matrix kl arbeitet also als serieller Notengenerator· Das serielle Format, in dem die Notenfrequenzzahlen codiert werden, wird so gewählt, daß es dem im Serienakkumulator mit dein Addierer 15 und dem Schieberegister 11 benutzten Format entspricht. Eines der acht Notensignale wird durch eine übliche Auswahlgatterschaltung 50 in Abhängigkeit von einem binären 3-Bit-Ansteuersignal ausgewählt, das über Leitungen 51 — 53 zugeführt wird« Das ausgewählte Notensignal wird dann in den übrigen Eingang des Addierers 15 über eine Leitung 5^- eingespeist.

Aus der vorangegangenen Erläuterung ist erkennbar, daß «ine Zahl, die die Frequenz einer ausgewählten Musiknote darstellt, wiederholt zur Summe addiert wird, die im Schieberegister 11 umläuft. Da die addierten Zahlen nur Bitstellen entsprechend den Taktimpulsen T5-TTO einnehmen, ist ersichtlich, daß die höherwertigen Bi ta teil en nur Daten sepeiehern, die die Saldierung von Übertragsignalen von der wiederholten Addition darstellen.« Torausgesetzt, daß die wiederholte Addition gleichmäßig oder mit einer konstanten Frequenz unter Steuerung durch den Oszillator 13 durchgeführt wird, so kann gezeigt; werden» daß Jede der höherwertigen Bitstellen in der umlaufenden Summe selbst

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ein Signal ist, das eine Frequenz hat, die la wesentlichen proportional sur ausgewählten Notenfrequenz ist, d. tu, wie durch die Signale bezeichnet, die durch die Matrix kl gebildet werden» Es gibt zwar einen kurzzeitigen Fehler oder ein Zittern, jedoch ist die Langzeitproportionalität im wesentlichen genau.

Inr abgebildeten Ausführungsbeispiel wird die Summen-Zahl, die im Register 11 umläuft, während des T2-ImpulsIntervalls durch ein Abtastgatter 55 abgetastet, wobei der T2-Impuls vom Decodierer 19 in das Gatter 55 über eine für diesen Zweck vorgesehene Leitung 56 eingespeist wird. Das abgetastete Signal wird einem Flipflop 57 zugeführt, um ein symmetrisches Rechtecksignal zu erzeugen, das den Zustand des ausgewählten Bit in der umlaufenden Summe angibt. Dieses Rechtecksignal wird dann verstärkt durch einen Verstärker 59 und in einen Lautsprecher 61 eingespeist. Der Lautsprecher 6i erzeugt so einen Ton oder einen Mueikklang mit einer Grundfrequenzkomponente, die proportional der ausgewählten Notenfrequenz wie durch die Matrix 4i definiert ist. Diese Note ist in der Frequenz auch der Frequenz des Oszillators 13 proportional. Daher kann durch Änderung oder Einstellung der Ausgangsfrequenz des Oszillators 13 die Höhe der erzeugten Noten je nach Vunsch nach oben oder unten skaliert werden. Das Frequenzverhältnis zwischen einer ausgewählten Note und der nächsten bleibt jedoch unverändert, da diese Proportionalität durch die Frequenz zahl en beistimmt 1st, die durch die Codiermatrix kl definiert sind.

Derjenige Teil des Musikinstrumentβ von Fig. 1, der dl« FoIje bestiaat, in der dl· Noten gespielt werden, hat •la Schieberegister 65 *··!««·t*r Line·, ■· Β· το* 32 Bits.

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Ein zweiter abstimmbarer Oszillator 69 erzeugt ein zweites Taktsignal, Langsamtaktsignal genannt, das in den Schiebesteuereingang des Schieberegisters 65 eingespeist wirdo Die im Schieberegister 65 gespeicherten Daten werden so periodisch weitergeschoben. Von verschiedenen, ausgewählten Stufen des Schieberegisters 65 abgenommene Signale werden Auswählanschlüssen jedes von vier getrennten einpoligen 10-Lagen-Schaltern SWI-SW^ zugeführt. Diese Signale sind mit X1-X1O bezeichnet. Die ersten beiden Schalter SW1 und SV2 steuern die digitale Rückkopplung des Schieberegisters 65, wobei die durch diese Schalter ausgewählten Signale in einem EXKLUSIVES ODER- oder Antivalenz-Gatter 57 kombiniert werden, dessen Ausgangssignal oder dessen Komplement als Eingangssignal dem Schieberegister 65 zugeführt wird. Da die im Schieberegister 65 vorhandenen, gespeicherten Daten periodisch unter Steuerung durch ddn Oszillator 69 verschoben werden, sind die neuen Daten, die in das Schieberegister eingeführt werden, eine logische Funktion der Informationsbits, die vom Schieberegister selbst an ausgewählten Punkten erhalten werden. Das Schieberegister 65 erzeugt daher eine relativ komplizierte Binärfolge, die eine sehr lange Wiederholungsperiode haben kann, was von der Einstellung der Schalter SW1 und SW2 abhängt. Die Komplexität und Länge des erzeugten Musters können gewünschtenfalls erhöht werden, indem die Anzahl der zusammengeschalteten Bauteile erhöht wird, z. B. durch Einbau zusätzlicher Schalter zu den Schaltern SW1 und SW2, und durch Änderung der Zusammenschaltung, z. B. durch Verwendung anderer und komplizierterer logischer Funktionen anstelle des Antivalenz-Glieds 67. Gewünschtenfalls kann auch eine Einrichtung -vorgesehen sein, die das Register vorlädt, um den Anfangspunkt in der Folge oder Funktion

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zu definieren und um die Duplizierung von Folgen zu erlauben.

Die durch, die anderen beiden Schalter SW3 und ausgewählten Signale werden als. zwei der drei Signale» die das Notenauswählgatter 50 steuern, verwendet· Das andere Steuersignal, das über eine Leitung 51 zugeführt wird, wird von einer festen Stelle im Schieberegister 65 erhalten. Es ist also, ersichtlich, daß die zu irgendeinem Zeitpunkt gespielte N^te als vorwählbare logische Funktion oder Verknüpfungsfunktion der im Register 65 gespeicherten ' Λ Information bestimmt wird, wobei die spezielle Funktion von der Einstellung der Schalter SW3 und SVk abhängt. Da die im Schieberegister 65 gespeicherten Daten periodisch unter Steuerung durch den Oszillator 69 verschoben werden, ändert sich die gespielte Note in einer Folge, die sowohl von der Einstellung der Schalter SW3 und SVk als auch vom speziellen Muster oder der speziellen Folge der Binärsignale abhängt, die durch das Schieberegister 65 in Abhängigkeit von den speziellen Einstellungen der Schalter SW1 und SW2 erzeugt wird. Die Frequenz, mit der die gespielte Note sich ändert, hängt selbstverständlich von der Betriebsfrequenz des Oszillators 69 ab. Anders ausgedrückt, der Oszillator 69 bestimmt das Grundtempo. Daher kann das " Tempo eingestellt werden, ohne daß die* Höhe der gespielten Noten beeinträchtigt wird, indem die Betriebsfrequenz des Oszillators 69 geändert wird. Obwohl die Betriebsfrequenz des Oszillators 69 das Grundtempo bestimmt, sei darauf hingewiesen, daß die gespielte Note nicht notwendigerweise die Tonhöhe einmal während jeder Schwingung des Oszillators ändert. Obwohl das binäre Muster oder die binäre Folge, die durch. Schieberegister 65 erzeugt werden, typi-

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scherweise während eines relativ langen Zeitintervalls ohne Wiederholung andauert, können verschiedene Intervalle häufig auftreten, in denen keine Änderung in den für die Notenauswahl verwendeten speziellen Bits sich zeigt. Das ist vorzugsweise der Fall für gefällige Musik. Obwohl die Möglichkeit einer Notenänderung für jede Schwingung des Oszillators 69 besteht, können die tatsächlich gespielten Noten während einiger der durch den Oszillator 69 bestimmten Grundtakte andauern. Das heißt, der Oszillator 69 bestimmt das Grundtempo, jedoch können einzelne Noten verschieden lang auftreten. Daher ändert eine Verstellung der Schalter SW1-SW4 nicht nur die Folge, in der verschiedene Noten gespielt werden, sondern auch den Rhythmus oder die Verteilung der Notendauer· Obwohl die Folgen oder Verteilungen, die durch das Schieberegister erzeugt werden, typischerweise ziemlich lang sind, wie bereits erwähnt wurde, zeigen sie grundsätzlich einen Wiederholung«- oder periodischen Charakter, und es ist festgestellt worden, daß bei nur geringen Auflagen hinsichtlich der durch die Schalter SVI-SW^ gemachten Auswahl eine sehr gefällige Musik durch das erfindungsgemäße Musikinstrument erzeugt wird.

Die musikalischen Themen oder Kompositionen, die durch das Musikinstrument von Fig· 1 erzeugt werden, können weiter variiert werden, indem «ine oder mehrere der in Fig. 3 bis 5 abgebildeten Modifizierschaltungen^ztisätzlichvTrorgesehen werden, wobei jede Modifixierschaltung für einen Betrieb im Zusammenhang mit einer entsprechenden Zähl- oder Steuerschaltung wie in Fig. 2 abgebildet geeignet ist. Gemäß Fig. 2 werden das Langsamtaktsignal SC und ausgewählte der von den verschiedenen Stufen des Schieberegisters 65

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abgegebenen Signale festen Lagen oder Polen eines Wählschalters SW5 zugeführt. Einer der Schalterpole (AUS) ist nicht angeschlossen, um die entsprechende Modifizierschaltung abschalten zu können. Das durch den Schalter SV5 ausgewählte Signal wird einem 3-Bit-Abwärtszähler 71 zugeführt, der, wie noch erklärt werden wird, die Frequenz des Auftretens der entsprechenden Themamodifizierung steuert. Der Abwärtszähler 71 kann auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, z. B. einen Wert, der durch einen 3-Bit-binärcodierten Schalter wie 73 bestimmt wird, und zwar nach Einspeisung eines Ansteuersignals in einen SETZEN-Eingang des M Zählers. Der Zähler 71 gibt auch ein FERTIG-Signal ab„ wenn der Zähler vom vorbestimmten, voreingestellten Wert auf Null zurückgezählt worden ist. Das FERTIG-Signal und das Langsamtaktsignal SC werden in einem NAND-Gatter 75 verknüpft, um ein Signal zu liefern, das die Voreinstellung des Zählers steuert. Diese Rückkopplungsverbindung bewirkt, daß der Abwärtszähler 71 auf den vorbestimmten Wert während des nächsten Takts eingestellt wird, der auf denjenigen folgt, in dem das FERTIG-Signal ausgelöst wurde« Daher wird, nachdem das ausgewählte Ereignis so häufig wie die voreingestellte Zahl stattgefunden hat, ein FERTIG-Signal für"eine Taktperiode erzeugt. Wie bereits erwähnt wurde, wird eine Schaltung, wie in Fig. 2 abgebildet, mit f jeder der Modifizierschaltungen verwendet, so daß, wenn alle drei Modifizierschaltungen benutzt werden, drei Schaltungen gemäß Fig. 2 mit dem Musikinstrument von Fig. 1 Verwendung finden. Die FERTIG-Signale von den Fig.-2-Schaltungen werden als VERZIERUNG-, TEMPO- oder OKTAVE-Steuersignale eingespeist, wie in Fig. 3-5 angedeutet ist·

Die in Fig. 3 abgebildete Modifizierschaltung liefert

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eine Verzierungsnote in Intervallen oder nach Folgen von Ereignissen, die durch den Betrieb der entsprechenden Zählschaltung von Fig. 2 bestimmt sind. Das VERZIERUNG-Signal, das durch die entsprechende Schaltung von Fig. 2 abgegeben wird, wird in einem EXKLUSIVES ODER- oder Antivalenz-Gatter 77 mit dem Signal verknüpft, das vom Notenfolgewählschalter SW4 erhalten wird (Fig. 1), wobei dieses Signal dasjenige Signal ist, das das niedrigstwertige Bit im 3-Bit-Notenauswählcode bestimmt. Das Ausgangssignal vom Gatter 77 wird dann in die Notenauswählschaltung 50 anstelle des Auswählschaltersignals eingespeist.

Da der Betrieb des Antivalenz-Gatters 77 tatsächlich das Signal vom Schalter SW4 komplementiert, jedesmal, wenn das VERZIERUNG-Signal vorhanden ist, wählt die Notenauswählschal tung 50 eine Note aus, die musikalisch zu derjenigen benachbart ist, die sonst ausgewählt würde. Da das VERZIERUNG-Signal nach einem Zeitintervall entsprechend einer Periode des Langsamtaktsignals des Oszillators 69 komplementiert wird, dauert die "benachbarte" Note für gerade einen Takt an, und im Ergebnis entsteht eine Verzierung.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. k wird das Ausgangssignal vom Langsamtaktoszillator 69 in einen zweifach untersetzenden Zähler oder ein Flipflop 79 eingespeist, um ein Halbfrequenzsignal zu gewinnen. Das TEMPO-Signal vom entsprechenden Fig.-2-Zähl«r triggert ein Flipflop 81, das seinerseits ein Auswählgatter 83 steuert· Das Auswählgatter 83 erlaubt, daß entweder das direkte oder das Halbfrequenzsignal, erhalten vom Oszillator 69, in den Schiebereingang des Schieberegisters 65 eingespeist wird. Da-

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her wird jedesmal, wenn der Zähler von Fig. 2 ein TEMPO-Signal erzeugt, das Flipflop 81 in den entgegengesetzten Zustand versetzt, so daß das tatsächliche Tempo oder die tatsächliche Taktfrequenz entweder verdoppelt oder halbiert werden, was vom vorhergehenden Zustand des Flipflops abhängt. Auf diese Weise kann das Tempo der erzeugten Musik um einen Faktor Zwei nach Folgen von Ereignissen variiert werden, die durch den Betrieb der entsprechenden Zählschaltung von Fig. 2 bestimmt wird.

Die in Fig. 5 abgebildete Modifizierschaltung arbei- ä tet so, daß sie wahlweise, um eine Oktave, die gesamte Höhe der erzeugten Notenfolge ändert. Die tatsächliche Frequenz des Übertragssignals, das von der Summenzahl abgetastet wird, die im Serienakkumulator umläuft, kann gut halbiert werden, indem ein Bit in der Summenzahl herausgesucht wird, das um eine Stelle höher als das ursprüngliche ist« Da der Akkueulatoriim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 im Serienbetrieb arbeitet, kann das ausgewählte Bit durch Änderung der Abtastzeit variiert werden. Xn der Modifizierschaltung von Fig. 5 wird ein Auswählgatter 85 durch ein Flipflop 87 gesteuert, um entweder die T2-Taktimpulse oder die T3-Taktimpulse zum Abtastgatter 55 durchzulassen. Das Flipflop 87 wird seinerseits durch das OK- f TAVE-Signal gesteuert, das von der entsprechenden Fig.-2-Zähl-Schaltung stammt. D_aher wird jedesmal, wenn die Zählschaltung einen OKTAVE-Signalimpuls erzeugt, der Zustand des Flipflops 87 umgekehrt, und die resultierende Änderung in der Abtastzeitsteuerung bewirkt, daß die Höhe der erzeugten Notenfolge um eine Oktave geändert wird· Diese Änderung geht nach oben oder unten, je nachdem, welchen Zustand das Flipflop 87 vorher eingenommen hatte·

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Da das Auftreten der verschiedenen Themamodifikatio-

nen nach Wunsch oft oder weniger oft veranlaßt werden kann, z. B. durch Wahl niedriger oder hoher Vorwahlzählstände und durch Änderung der Art des Eingangssignals, das den Zähler weiterzählt, ist ersichtlich, daß beträchtliche zusätzliche Variationen in die erzeugte Komposition durch die in Fig. 2 - 5 gezeigten abgewandelten Ausführungsbeispiele gebracht werden können.

Obwohl das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 Schieberegister sowohl zur Bestimmung der Folge der gespielten Noten als auch zur Synthese der Frequenzen oder Töne entsprechend diesen Noten verwendet, können geeignete Schemata und Notenfrequenzen auch durch mehrstufige Zähler mit wahlweise steuerbarer digitaler Rückkopplung erzeugt werden. Ähnlich wie ein Schieberegister ist ein mehrstufiger Zähler mit Rückkopplung eine Art Register, das eine Einrichtung zur Speicherung von mehreren Bits digitaler Information in gegebener Reihenfolge hat. Ferner ist die gespeicherte Information ähnlich variierbar entsprechend einem vorbestimmten Muster in Abhängigkeit von in das Register eingespeisten Eingangssignalen_o Anders ausgedrückt, Schieberegister und mehrstufige Zähler sind verschiedene Registerarten· Fig. 6 zeigt die Gesamtansicht eines Musikinstruments, das ein Zählregister mit digitaler Rückkopplung anstelle der Schieberegister von Fig· 1 verwendet.

Wie in den vorangegangenen Ausführungebeispielen verwendet das Musikinstrument von Fig. 6 einen ersten Oszillator 101, der ein langsames Taktsignal abgibt und die Basis-Zeitsteuereinheit für den Rhythmus oder die Notenfolge bildet. Ein zweiter Oszillator 103 gibt ein schnelles Taktsi-

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gnal ab, das die Basis-Zeitsteuereinheit für Frequenzsynthese darstellt«.

Der Oszillator 103 steuert aufeinanderfolgende Zählstufen 105 - 109 an, die eine maximale Frequenzteilung ergeben, die ausreicht, um die niedrigste zu spielende Note zu erreichen. Die letzte Zählstufe 109 steuert einen Lautsprecher 111 über einen Verstärker 113 und ein Flipflop 115 an, das ein abgeglichenes oder symmetrisches Signal wie oben beschrieben abgibt. Die Zählkette ist mit mehreren verkoppelten digitalen Rückkopplungsschleifen 117 bis 121 versehen, die jeweils ein entsprechendes Gatter 123 "

bis 128 haben, damit jede Schleife, wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Die einzelnen Rückkopplungsschleifen werden so gewählt, daß die Änderung in der endgültigen Ausgangsfrequenz, die durch Änderung des Zustands jedes Gatters hervorgerufen wird, eine gewünschte musikalische Bedeutung hat. Zum Beispiel sind die verschiedenen Gatter so angeordnet, daß sie Änderungen in der Frequenz in Form einer Oktave (2 : 1), einer Quinte (3 t 2), einer Quart (k t 3), einer Dur (etwa 64 : 57) und einer Terz (etwa 63 t 50) hervorrufen» Diese Verhältnisse können durch im Handel erhältliche, integrierte Logikschal tkrei se erreicht werden. Bei diesem Ausführungs- J beispiel werden also die verschiedenen Töne oder Frequenzen durch wahlweise Frequenzteilung oder -zählung erzeugt und nicht durch wiederholte Addition oder Akkumulation einer auf die gewünschte Frequenz bezogene Zahl, wie es im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der Fall ist.

Für die Notenfolge steuert der Langsamtakt-Oszillator 10t einen Zähler an, der mehrere Binärstufen ihi -

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aufweist. Die letzte Stufe lhk liefert das Takt- oder Schiebeeingangssignal an ein achtstufiges Schieberegister 145· "Überlaufen·· des Schieberegisters 1^5 triggert ein Umschalt-Flipflop 146, und das Ausgangssignal des Flipflops wird seinerseits zum Eingang des Schieberegisters rückgekoppelt, um einen Rückkopplungsbetrieb zu gewährleisterio Gewünschtenfalls kann diese Rückkopplungsfunktion weiter durch Daten abgeändert werden, die von verschiedenen Stufen im Schieberegister abgenommen werden, wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 1, um weitere Änderungen von langzeitigen, periodischen Folgen zu erzielen·

Die Tonschiebegatter 123 - 128 werden als vorwählbare logische Funktionen der verschiedenen Digitalsignale gesteuert, die von den Zählstufen iki - ikh und von den verschiedenen Stufen oder Punkten des Schieberegisters 1^5 erhalten werden. Es versteht sich, daß sehr viele Kombinationen dieser Signale geschaffen werden können, die entsprechende Notenfolgen erzeugen. Ein spezieller Satz von Wählschaltern ist im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 abgebildet, doch können verschiedene Arten von Schalt- und/oder Logik-Gattern verwendet werden· Diese Funktion der Kombination verschiedener Steuersignale ist daher in Fig. 6 allgemein als Permutativschaltkreis 16O abgebildet. Es ist auch ersichtlich, daß dieser Schaltkreis verwendet werden kann, um eine Rückkopplung zu den verschiedenen Zählstufen 141 - ikk vorzunehmen, wobei die Rückkopplung eine logische Funktion der in den Zählstufen iki - 144 vorhandenen Signale und der durch das Schieberegister 145 laufenden Informationsbits ist. Die Verwendung von verschiedenen Kombinationen von Rückkopplungssignal en bewirkt, daß die Zählstufen 1*H - ikk und das

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Schieberegister 1^5 eine große Vielfalt von periodischen Folgen erzeugen, die typischerweise eine sehr lange Wiederholungsperiode haben. Daher können die durch den Syntheseteil dieser. Schaltung erzeugten Notenfolgen genau so stark wie die vom Instrument nach Fig» I erzeugten Folgen variiert werden»

Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele einen elektronischen Aufbau haben und insbesondere für die Verwendung von digitalen Logikbausteinen oder von LSI-Integrationstechnik (integrierte Großschaltkreise) geeignet sind, können auch andere Ausführungsbeispiele unter Verwendung von mechanischen oder Fluid-Logikelementen gebaut werden· Die mechanischen Äquivalente für die erfindungsgemäß verwendeten verschiedenen Logikelemente sind bereits bekannt»

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Claims

Patentansprüche

Πy Musikinstrument, gekennzeichne t durch

einen Tongenerator, der eine Vielfalt von Musiknoten bei Einspeisung von vorbestimmten Kombinationen von Steuersignalen erzeugt;

ein Register, das eine Einrichtung hat, um mehrere Bits digitaler Information in einer gegebenen Reihenfolge zu speichern, wobei die gespeicherte Information entsprechend einem vorbestimmten Schema in Abhängigkeit von den EingangsSignalen des Registers änderbar ist;

eine Einrichtung zum Lesen vom im Register gespeicherter digitaler Information an verschiedenen ausgewählten Funkten des Registers;

eine Einrichtung zur Einspeisung in das Register mindestens eines ersten Signals, das entsprechend einem vorwählbaren Code aus Informationsbits erhalten wird, die von den ausgewählten Punkten stammen;

eine Einrichtung zur Einspeisung in das Register eines zweiten Eingangssignals, das sich nach einer vorbestimmten periodischen Funktion ändert; und

eine Einrichtung zur Einspeisung in den Tongenerator von Steuersignalen, die jeweils als vorwählbare Logikfunktionen der im Register gespeisten Information variieren·

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2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Register ein Schieberegister (65) ist
(Fig. 1)_O
3· Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einspeisung des ersten Eingangssignals aufweist mehrere Wählschalter (SW1-SW4), deren jeder ein Signal aus einer von einer vorbestimmten Anzahl Stufen des Schieberegisters (65) auswählt, und
ferner ein logisches Gatter (67), um die ausgewählten Signale entsprechend einer vorbestimmten binären logischen ^l Funktion zu verknüpfen und dadurch das erste Eingangssignal zu erzeugen (Fig. 1 ) .
k, Musikinstrument nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß das logische Gatter ein EXKLUSIVES ODER-
oder Antivalenz-Glied (67) ist (Fig. 1),
5. Musikinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einspeisung eines zweiten Eingangssignals ein Oszillator (69) ist, der an das
Schieberegister (65) angeschlossen ist, um die im Schieberegister gespeicherte Information mit einer Wiederholungs- ™ rate zu verschieben, die auf die Betriebsfrequenz des Oszillators bezogen ist (Fig. 1).
6. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Register ein mehrstufiger Zähler (141
bis 144) mit einer Einrichtung (160) zur wahlweisen digitalen Rückkopplung; ist, um wahlweise das Schema der
durch den Zähler erzeugten Zustände zu variieren (Fig. 6).

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7» Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einspeisung eines zweiten Eingangssignals einen Oszillator (1O1) hat, der an den Zähler (i4i - ihk) angeschlossen ist, um den Zähler durch aufeinanderfolgende Zustände mit einer Geschwindigkeit hochzüzählen, die auf die Betriebsfrequenz des Oszillators bezogen ist (Fig. 6),
8. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, , daß der Tongenerator eine Einrichtung zur wahlweisen Erzeugung mehrerer Notensignale, die die entsprechenden Musiknoten darstellen, und eine Gattereinrichtung hat, um ein ausgewähltes der Notensignale in Abhängigkeit von den Steuersignalen durchzulassen»
9. Musikinstrument nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere Wählschalter (SW1-SW4), die jeweils ein Signal aus einer von mehreren vorbestimmten Stufen des Registers (65) auswählen und in die Gatteriinrichtung (67) als die Stetlersignale einspeisen (Fig. 1).
10. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator eine Gattereinrichtung, die zur wahlweisen Änderung einer erzeugten Note betätigbar ist, sowie mehrere Wählschalter (SW1-SW4) aufweist, deren jeder ein Signal aus einer von mehreren vorbestimmten Stufen im Register (65) auswählt und die ausgewählten Signale in die Gattereinrichtung (67) zu deren Steuerung einspeist (Fig. i).
11. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Tongenerator aufweist!

einen digitalen Akkumulator (15» 11)J

eine Einrichtung (13» 16, 19, ^O ^zur Erzeugung mehrerer Digitalsignale, die jeweils einer zu erzeugenden Note (C, B, A, Gr, F, E, D, C) zugeordnet sind und vorgewählte Binärzahlen darstellen, wobei die Werte der Binärzahlen proportional zu den Notenfrequenzen sind;

eine Einrichtung (50, 5*0 zur Auswahl eines der Digitalsignale und zur Einspeisung des ausgewählten Signals in den Akkumulator (15» 11)}

eine Einrichtung (13, 1*0 zur Ansteuerung des digitalen Akkumulators (15, 11), damit dieser wiederholt die durch das ausgewählte Digitalsignal dargestellte Binärzahl zur im Akkumulator gespeicherten Summenzahl addiert; und

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das ein ausgewähltes Übertragsbit in der Summenzahl darstellt, wodurch die Grundfrequenz des Ausgangssignals proportional zur durch das ausgewählte Digitalsignal dargestellten Zahl und damit auch zur durch die Steuersignale bestimmten Notenfrequenz ist (Fig. 1).
12. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator aufweist einen Oszillator (103) und einen mehrstufigen frequenzteilenden Zähler (105 bis 109), der vom Oszillator angesteuert wird, und mehrere digitale Rückkopplungsschleifen (117 - 121) hat, die

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2 1 O 5 A Λ

- zz -

jeweils ein Gatter (123 - 128) aufweisen, um wahlweise die zugehörige Rückkopplungsschleife abzuschalten, so daß die Ausgangssignalfrequenz des Zählers um einen vorbestimmten Faktor geändert wird, und daß die Steuersignale in die Gatter eingespeist werden, um die erzeugte Note in Abhängigkeit von der im Register (i4i - 144) gespeicherten Information zu variieren (Fig. 6).
13· Musikinstrument zur Erzeugung mehrerer Tonsignale mit vorbestimmter skalarer Frequenzbeziehung, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (13, 16, 17, 19, 4i) zur Erzeugung mehrerer jeweils einem Tonsignal entsprechende (c, D, E₉ F, G, A, B, C) Digitalsignale, die verschiedene vorgegebene Binärzahlen darstellen, deren Werte in derselben skalaren Weise wie Tonsignalfrequenzen aufeinander bezogen sind;

einen digitalen Akkumulator (15, 11);

eine Einrichtung (50, 54) zur Auswahl eines der Digitalsignale und zur Einspeisung des ausgewählten Signals in den Akkumulator;

eine Einrichtung (13, 14) zur Ansteuerung des digitalen Akkumulators, um wiederholt die durch das ausgewählte Digitalsignal dargestellte Binärzahl zur vom Akkumulator gespeicherten Summenzahl zu addieren; und

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das ein ausgewähltes Übertragsbit in der Summenzahl dar-

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stellt, so daß die Grundfrequenz des Ausgangssignals proportional der durch das ausgewählte Digitalsignal dargestellten Zahl und damit auch einer entsprechenden Tonfrequenz ist (Fig. 1)*
14. Musikinstrument nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (11) im Serienbetrieb arbeitet, und daß die Digitalsignale im entsprechenden Serienformat erzeugt werden (Fig. 1),
15. Musikinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekenn- M zeichnet, daß die Einrichtung zurAnsteuerung des Akkumulators (15, 11) einen Oszillator (13) hat, der ein Taktsignal (FC) mit vorgewählter Frequenz abgibt, und daß das Taktsignal auch in die digitalsignalerzeugende Einrichtung (17» 19, *n) eingespeist wird_r «™ das Serienformat zu takten, so daß die Höhe der Tonsignale (C, B, A, Gr₁ F, E, D, C) eingestellt werden kann, indem die Frequenz des Oszillators variiert wird, während die Beziehung zwischen den verschiedenen Tonfrequenzen aufrechterhalten wird (Fig. 1).
16. Musikinstrument, gekennzeichnet durch _ A

ein Schieberegister (65) zum Speichern mehrerer Bits digitaler Information in einer gegebenen Reihenfolge;

eine Einrichtung (69) zur Verschiebung der im Schieberegister gespeicherten Daten mit einer vorwahlbaren Wiederholungsrate ;

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eine Einrichtung zum Lesen der im Schieberegister gespeicherten digitalen Information (X1 - X10) an mehreren ausgewählten Punkten des Schieberegisters (65)J

ein erstes Paar von Wählschaltern (SW1, SW2), die jeweils ein Signal aus einer vorbestimmten Anzahl von Stu fen des Schieberegisters auswählen;

ein logisches Gatter (67) zur Verknüpfung der durch das erste Paar von Wählschaltern ausgewählten Signale und zur Einspeisung in das Schieberegister eines ersten Eingangssignals, das eine vorbestimmte logische Funktion der ausgewählten Signale ist;

eine Einrichtung (13» 16, 17» 19» ^O zur Erzeugung mehrerer digitaler N tensignale (C, B, A, G, P, E, D, C), die entsprechende vorgewählte Binärzahlen darstellen, wobei ein digitales Signal für jede von mehreren zu erzeugenden Noten vorhanden ist und die Werte der Binärzahlen proportional den entsprechenden vorbestimmten Musiknotenfrequenzen sind;

einen digitalen Akkumulator (11);

eine Auswahlgattereinrichtung (50) zur Auswahl eines der Digitalnotensignale in Abhängigkeit von mehreren Steuersignalen (51g 52, 53)f die in die Auswahlgattereinrichtung eingespeist werden, wonach das ausgewählte Digitalnotensignal dem Akkumulator (11) zugeführt wird}

ein zweites ^paar von Wählschaltern (SW3, SW4), die jeweils ein Signal aus mehreren Stufen des Schieberegisters (65) auswählen und in die Auswahlgattereinrichtung (50)

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als die Steuersignale einspeisen;

eine Einrichtung (i3» 1*0 zum Ansteuern des digitalen Akkumulators (11) , um wiederholt die durch das ausgewählte Digitalnotensignal dargestellte Zahl zur im Akkumulator gespeicherten Summenzahl zu addieren; und

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das ein ausgewähltes Übertragsbit in der Summenzahl darstellt, so daß die Grundfrequenz des Ausgangssignals proportional zur durch das ausgewählte Digitalnotensignal dargestellten Zahl und damit auch zur entsprechenden Notenfrequenz ist, wodurch sich die Frequenz des Ausgangssignals in einem durch die Einstellung der Wählschalter bestimmten Schema ändert (Fig. 1).
17. Musikinstrument nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine' Einrichtung (71» 73» 75) zum Zählen ausgewählter Ereignisse in der Folge der erzeugten Noten und zur periodischen Änderung eines der Steuersignale nach einem vorbestimmten Zähleretand, um dadurch eine Verzierungsnote abzugeben ^ Fig. 2)·
18. Musikinstrument nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (71» 73» 75) zum Zählen ausgewählter EreL gnisse in der Folge der erzeugten Noten und zur periodischen, vom Zählerstand abhängigen Änderung der Wiederholungsrate, mit der die Daten in dem Register (65) verschoben werden, um dadurch eine Tempoänderung hervorzurufen (Fig. 2).

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19· Musikinstrument nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (71» 73» 75) zum Zählen ausgewählter Ereignisse in der Folge der erzeugten Noten und zur periodischen, vom Zählerstand abhängigen Änderung des Abtastbits der Summenzahl im Akkumulator (11)» so daß die Höhe der erzeugten Notenfolge um eine Oktave geändert wird (Fig. 2).

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