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Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zur Freguentumsetzung und Speicherung
von elektrischen Tonsignalen von Musikinstrumenten mittels Digitaltechnik.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Frequenzumsetzung
und Speicherung von elektrischen Tonsignalen von Musikinstrumenten mittels Digitaltechnik,
und bezieht sich in erster Linie auf Musikinstrumente mit elektrischen Abtastsystemen,
beispielsweise Gitarren, und befaßt sich mit der Erzeugung von musikalischen Tonsignalen.
Das Bestreben, die musikalische Ausdrucksfähigkeit der konventionellen Musikinstrumente
auf elektrische Wege zu vergrößern, ist bekannt. Die Mehrzahl der Verfahren die
diesen Zweck dienen, basieren auf periodischen oder aperiodischen Änderung des Amplitudenwerts,
oder/und der Anteil der harmonischen Oberwellen eines Tonsignais. Eine ander wirkungsvollere
Möglichkeit stellt die Frequenzumsetzung dar, bei dem eine Ausgangsschwingung erzeugt
wird und deren Frequenz von der Frequenz der Eingangsschwingung abweicht. Derartige
Vorrichtungen fUr Musikinstrumente haben bis jetzt den Nachteil aufgewiesen, daß
angezupfte oder angeschlagene Saiten-
Saiteninstrumente oder andere
Schlaginstrumente wegen des ständig anderlichen Amplitudenwerts und des unregelmäßig
änderlichen harkonischen Oberwellenteils während des Abklingvorgangs als Tonquelle
nicht verwendet werden konnte.
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Ein anderer Nachteil der bisherigen Vorrichtungen zur Frequenzumsetzung
ist, daß die Frequenzvervielfachung wo das Frequenzverhältnis der Ein- und Ausgangsschwingung
größer ist als 1:2, sich einfach nur fUr Eingangsschwingungen mit relativ kleinen
Frequenzbereich realisieren lassen.
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Bei Musikinstrumenten beträgt der Frequenzbereich mindestens zwei
und eine halbe Oktave und es ist bis jetzt bei diesem Frequenzbereich noch nicht
gelungen, zuverlässige Vorrichtungen zur Frequenzvervielfachung, außer Frequenzverdopplung,
mit ertragbaren Aufwand zu schaffen.
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Um die musikalische Ausdruckfähigkeit bei angezupften oder angeschlagenen
Saiteninstrumenten und anderen Schlaginstrumenten zu vergrößern, ware es erwünscht,
die ständige Minderung des Amplitudenwerts während des Abklingvorgongs zu vermeiden.
Derartige Voirichtungen arbeiten bis heute mit irgend einer Art von RUckkopplung
die den Nachteil aufweisen, daß der RUckkopplungsfaktor stark Frequenzabhängig ist,
außerdem wandert sich bei Eintritt des Ruckkopplungsvorgangs der harmonische Oberwellenanteil.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Frequenzumsetzung
fUr alle Musikinstrumente, einschließlich aller Arten von Saiteninstrumenten und
für den menschlichen Gesang zu schaffen.
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Des weiteren ein Vdrfahren zu schaffen zur Frequenzvervielfechung
zit unbegrenzten Frequenzverhöltnis zwischen der Ein- und Ausgangs schwingung. Beispielsweise
ein Verhältnis von 1:8, bei dem die Ausdie
Ausgangs schwingung
drei Oktaven höher ist als die Eingangsschwingung oder neben dem Verhältnis nach
den zweier Potenzen bei den Ausgangsschwingungen mit Oktavintervallen, bezogen auf
die Eingangsschwingung, entstehen. Auch das Verhöltnis nach den ganzen Zahlen, bei
denen zusätlich die harmonischen Oberwellen, beispielsweise der Quint, entstehen.
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Des weiteren ein Verhältnis nach Bruche, bei dem Ausgangsschwingungen
entstehen welche mit der Eingangsschwingung nicht harmonisch im Verhältnis sind.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung,
bei welcher unabhängig von der Änderung des Amplitudenwerts der Eingangs schwingung,
der Amplitudenwert der Ausgangsschwingung exakt konstant bleibt, auch dann, wenn
die Eingangsschwingung völlig abgeklungen ist und die Ausgangsschwingung so lange
konstant halt bis eine neue Eingangsschwingung mit abweichender Frequenz erscheint.
Diese Vorrichtung bezieht sich in erster Linie auf angezupfte oder angeschlagene
Saiteninstrumente oder andere Schlaginstrumente.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung fUr angezupfte oder angeschlagene
Saiteninstrumente oder ander Schlaginstrumente vorgesehen, bei dem die Zeitdauer
einer der ersten Perioden der Eingangsschwingung mit der ersten Zeitnormal tl verglichen
wird und das Meßergebnis anschließend speichert. Die gespeicherte Information, welche
der Frequenz der Eingangsschwingung entspricht, wird mit einem zweiten Zeitnormal
"t2" standig -verglichen, wodurch eine Ausgangs schwingung entstehen kann.
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Es besteht die gleiche Proportionalitat zwischen den Frequenzen
der
Ein- und Ausgangsschwingung und zwischen der Größe der beiden Zeitnormale : t1 faus
t2 = Fein Durch das Variieren der Verhdltnisse der beiden Zeitnormale, sind beliebige
Frequenzverhdltnisse der Ein- und Ausgangsschwingungen erzielbar.
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Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung fUr Musikinstrumente mit
relativ konstanten Amplituden, wie beispielsweise Blasinstrumente, werden nacheinander
mehrere Perioden der Eingangsschwingung ständig mit der ersten Zeitnormal verglichen
und immer neu gespeichert. Damit kann die Frequenz der Ausgangsschwingung die kontinuierliche
Frequenzdnderung der Eingangsschwingung untergegebenen Frequenzverholtnis der Ein-
und Ausgangsschwingung auch kontiunierlich folgen.
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Auf Grund dieser Maßnahmen können angezupfte oder angeschlagene Saiteninstrumente
oder andere Schlaginstrumente als Tonquelle fUr Vorrichtungen zur Frequenzumsetzung
verwendet werden. Diese Musikinstrumente besitzen die Eigenschaft, nach dem Einschwingvorgang
kurzzeitig relativ oberwellenfreie Tonsignale oder Tonsignale mit günstigerem Grundton
- Oberwellenverhältnis zu liefern.
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Die Erfindung nutzt diese Eigenschaften dadurch aus, daß nur eine
der ersten Perioden der Eingangs schwingung Frequenzbestimmend ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß mit einfachen Variieren
der Verhältnisse der beiden Zeitnormale eine Frequenzumsetzung entsteht. Des weiteren
der Vorteil, daß die Ausgangsschwingung fUr unbegrenzt lange Zeit erhalten bleiben
kann.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, hauptstich lich
fUr flngezupfte oder angeschlagene Saiten instrumente oder andere Schlaginstrumente,
wird mit Zeichnung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm welches die grundsätzlichen Merkmale
darstellt; Fig. 2 eine graphische Darstellung, der bei dem Frequenzumsetzer gemäß
Fig. 1 auftretenden Schwingungen.
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Die Eingangsschwingung (1-1) wird mit Gleichrichter (21) gleichgerichtet,
anschließend mit Tiefpass (22) gesiebt, wonach Gleich spannung (12) entsteht, dessen
Größe mit dem Amplitudenwert der Eingangsschwingung (11) proportional ist. DurchHochpass.(23)
werden nur die relativ schnellen Änderungen der Gleichsponnungsgröße zu Schmitt-Trigger
(24) zugeführt, welcher so bemessen ist, daß nur bei sprunghafter Amplitudenwertsteigerung
der Eingangsschwingung (11) einen Startimpuls (13) liefert.
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Die analoge Eingangsschwingung (11) wird durch Schmitt-Trigger (25)
in Rechteckimpuls (14) umgewandelt, der das J-K Flip-Flop (30) speist. Der RUckstelleingang
(51) des J-K Flip-Flop (30) ist mit dem Ausgang (61) des Schmitt-Trigger (24) verbunden
damit J-K Flip-Flop (30) nur fUr die Dauer des Startimpuls (13) geöffnet wird, außerdem
durch die ZurUckfUhrung des Q Ausgang-(63) des angeschlossenen J-K Flip-Flop (31)
auf dem J-Vorbereitungseingang 41) des J-K Fltp-Flops~(3Q)
J-K Flip-Flop
(30) kann nur zweimal umkippen, entsteht Steuerimpuls (15) fur Frequenzteiler (34).
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Anmerkung: Alle nicht erwähnten J-Vorbereitungseingdnge der J-K Flip-Flops
( 30, 31, 32 und 33 ) liegen auf Logikpegel "1".
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Der Taktgenerator (27) speist mit dem Taktimpuls (17) J-K Flip-Flop
(32), Zähler (37) und durch einen 16:1 Frequenzteiler (34) auch Zähler (35).
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Steuerimpuls (15), dessen Dauer mit der Eingangsschwingungsperiodendauer
gleich ist, durch RUckstelleingang (54) öffnet Frequenzteiler (34) exakt fUr eine
Periodendauer und unter dieser Zeit zählt Zdhler (35).
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Nach Beendigung des Zdhivorgangs am Ausgang (68) des Zählers (35)
entsteht eine Information in Form einer Zahl in binär Code, dessen Größe exakt von
der Frequenz der Eingangsschwingung (11) abhangt.
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Am Q Ausgang (62) des J-K Flip-Flop (30) erscheinende invertierte
Steuerimpuls (16) öffnet J-K Flip-Flop (32 u. 33) durch ihre Rückstelleingänge (52
u. 53) nur dann, wenn Frequenzteiler (34) gesperrt ist. J-K-Flip-Flop (32) kann
auch durch die Zu; ruckfuhrung des Q Ausgangs (66) des angeschlossenen J-K Flip-Flops
(33) auf dem J-Vorbereitungseingang (42) des J-K Flip-Fop (32) nur zweimal umkippen.
Am Q Ausgang (64) des J-K Flip-Flops (32) erscheint Speicherbefehlimpuls (18) fUr
Speicher (36) und ar Q Ausgang (65) des J-K Flip-Flops (33) erscheint Rückstellipuls
(19) fUr Zähler (35).
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Kurz nach Beendigung des Zähivorgongs in Zähler (35) wird durch Speicherbefehlsimpuls
(18) die Information an die Speicher (36) Ubergeben, danach wird durch Ruckstellimpuls
(19) die Information in Zähler (35) geluscht, damit die Fähigkeit fUr einen neuen
Zählvorgang gegeben wird.
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Der Zähler (37) zahlt standig die Taktimpulse (17) des Taktgenerators
(27). Zwischen dem Zähler (37) und Speicher (36) ist ein Vergleicher (26) angeschlossen,
welcher bei Ubereinstimmen der Informationen des Speichers (36) und Zahler (37)
einen Ausgangsimpuls liefert. Dieser Ausgangs impuls rUckstellt Zähler (37) auf
Null, womit Zähler (37) wieder von vorne zu zählen beginnt bis Informationen des
Speichers (36) und Zähler(37) wieder Ubereinstimmen. Dann entsteht wieder ein Ausgangsimpuls,
gleich Ruckstellimpuls fUr Zähler (37) und dieser Vorgang wiederholt sich periodisch,
bis in Speicher (36) die gleiche Information ist.
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Weil die Frequenz der Taktimpulse (17) 16-mal größer ist, als am Ausgang
(67) des Frequenzteilers (34) erscheinende Zählimpuls fUr Zähler (35), fUr Erreichen
eines bestimmten Zahlwerts in Zähler (37) wird 16-mal kleinere Zeit benötigt, als
in Zähler (35).
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Unter der Dauer des Zählvorgangs in Zähler (35), gleich Periodendauer
der Eingangsschwingung (11), entsprechende Zeit werdende Informationen des- Speichers
(36) und Zähler (37) 16-mal Ubereinstimmen, was sechzehn-Ausgangsimpulse unter der
Periodendaue r der Eingangsschwingung (11) als Folge hat, die Ausgangsimpuls frequenz
wird zwangslaufig das sechzehn-fache der Frequenz der Eingangsschwingung (11) sein.
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Die Ausgangsimpule des Vergleicher (26) besitzen eine sehr kleine
Impulsdauer nur on den Verzögerungszeiten des Zählers (37) und
und
Vergleicher (26) abhängt.
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Aus diesem Grund sind die Ausgangs impulse fUr musikalische Zwecke
nicht verwendbar, sie steuern lediglich nur Frequenzteiler Flip-Flop (38) und Frequenzteiler
(39).
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FUr Erzeugung der Ausgangsschwingungen mit "Quint"-Verhältnisse, bezogen
auf die Eingangsschwingung, wurde ein 3:1 Frequenzteuler (39) eingesetzt. Die folgende
Tabelle zeigt die Frequenzverhöltnisse der Frequenzteiler-Flip-Flop-Ausgänge (71,
72, 73, 74, 75, 76, 77 und 78) wo "f" die Frequenz der Eingangsschwingung ist: Ausgang
Frequenz-Verhultn. Register-Fußlage 70 8 f 0/2' 71 8 f 1/2' 72 4 f 1' 77 3 f 1 1/3'
Quint 73 2 f 2' 78 1,5 f 2 2/3' Quint 74 1 f 4' 75 0,5 f 8' 76 0,25 f 16' 76 0,25
f 06' Bei einer anderen beispielsweisen AusfUhrungsform der Erfindung hauptsächlich
für Musikinstrumente mit relativ konstanten Aplituden, wie beispielsweise Blasinstrumente,
wird Gleichrichter (21), Tiefpass (22), Hochpass (23) und Schmitt-Trigger (24) weggelassen
und statt J-K Flip-Flops (30 und 31) wird ein einfacher Frequenzteiler eingesetzt.
Durch diese Maßnahme steuert jede zweite Periode der Eingangsschwingung (11) durch
Schmitt-Trigger (25) und statt J-K Flip-Flop (30 und 31) eingesetzte Frequenzteiler
den 16:1 Frequenzteiler (34), folglich nach jeder zweiten Periode der Eingongsschwingung
(11) wird ein neuer Vergleich zwischen Speicher (36) und Zähler3(0@@)vorgenommen,
damit kann
damit kann die Frequenz der Ausgangs impulse des Vergleichers
(26) die kontiunierliche Frequenzänderung der Eingangsschwing ung (11) unter dem
Frequenzverhaltnis von 1:16 zwischen der Eingangsschwingung und Ausgangsimpulse,
auch kontiunierlich folgen. Weiterhin besteht kein Unterschied zwischen den beiden
beschriebenen AusfUhrungsformen der Erfindung.
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- Ansprüche -