DE2261553C2

DE2261553C2 - Generatorschaltung für ein elektronisches Musikinstrument

Info

Publication number: DE2261553C2
Application number: DE19722261553
Authority: DE
Inventors: Takeshi Hamamatsu Shizuoka Adachi
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1971-12-29
Filing date: 1972-12-15
Publication date: 1982-09-02
Also published as: NL170987B; NL170987C; NL7217779A; DE2261553A1

Description

a) daß an die Tongeneratoreinheit mindestens zwei Selektoren (11, 12; 38, 39, 40, 41) angeschlossen sind,

b) daß der dem einen Selektor (11; 38) zugeordnete Frequenzteiler (16; 47) eine Frequenzteilung durch eine gerade Zahl und der dem anderen Selektor (12; 39,40,41) zugeordnete Frequenzteiler (17; 50,54,58) eine Frequenzteilung durch eine ungerade Zahl vornimmt,

c) daß die dem einen und dem anderen Frequenzteiler (16, 17; 47, 50, 54, 58) von dem jeweils zugeordneten Selektor (U, 12; 38, 39, 40, 41) zugeleiteten Tonsignalfrequenzen zueinander mindestens den Abstand einer Oktave plus einer Terz aufweisen.

2. Generatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mischer (20; 75,76,77) zugeleiteten frequenzgeteilten Tonsignalfrequenzen ein Verhältnis von etwa 1 zueinander haben.

3. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade Zahl der Frequenzteilung »2« ist und die ungerade Zahl größer ist als »2« ist.

4. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzgeteilte eine Tonsignalfrequenz in etwa ein ganzzahliges Vielfaches der frequenzgeteilten zweiten Tonsignalfrequenz ist.

5. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ungerade Zahl der Frequenzteilung »3« ist

6. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ungerade Zahl der Frequenzteilung »5« ist.

7. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ungerade Zahl der Frequenzteilung »9« ist.

8. Generatorumschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein erster Frequenzteiler (47) als Frequenzteilerkaskade (43, 48, 49) mit erstem und nachfolgenden Kaskadenelement(en) mit jeweiliger Frequenzhalbierung aufgebaut ist und

daß mindestens ein weiterer zweiter Frequenzteiler (50,54,58) als Frequenzteilerkaskade (44,51,52,53; 45, 55, 56, 57; 46, 59, 60, 61) mit einem erste Kaskadenelement (44; 45; 46) mit einer ungeraden Zahl der Frequenzteilung größer als »2« und mit nachfolgenden Kaskadenelementen (51, 52, 53; 55, 56,57; 59,60,61) mit jeweiliger Frequenzhalbierung aufgebaut ist.

9. Generatorschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß drei zweite als Frequenzteilerkaskaden aufgebaute Frequenzteiler (50, 54, 58) mit zugeordneten Selektoren (39,40,41) vorgesehen sind;
daß die ersten Kaskadenelemente (44, 45, 46) der folgenden zweiten Frequenzteiler (50 44 38) jeweils eine ungerade Zahl der Frequenzteilung haben, die größer ist als die Zahl des ersten Kaskadenelementes (44, 45) des vorausgehenden zweiten Frequenzteilers (50, 54); und daß Schaltelemente (St bis S_{2) für eine gwünschte Verbindung von Frequenzausgängen (08,016, 032,08', 016', 032', 08", 016", 032", 08'", 016'", 032'") mit Mischern (75, 76, 77) vorgesehen sind.

10. Generatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Frequenzteilern (16, 17) und dem Mischer (20) durch die Tastatur (13) betätigbare Gatter (18, 19) vorgesehen sind.

11. Generatorschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gatter (18) zur Bildung einer stetigen Hüllkurve (Fig.6A) für das Ausgangssignal des Frequenzteilers (16) und

das Gatter (19) zur Bildung einer gedämpften Hüllkurve (Fig.6B) für das Ausgangssignal des Frequenzteilers (17) ausgelegt ist.

jo Die Erfindung betrifft eine Generatorschaltung für ein mit additiver Klangformung arbeitendes elektronisches Musikinstrument gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige gattungsgemäße Generatorschaltung

ist aus der US-PS 34 10 948 bekannt. Ähnlich wie die vorgenannte bekannte Generatorschaltung weist auch eine aus der DE-OS 21 26 837 bekannte Generatorschaltung im Prinzip einen Aufbau als »Individualtongeneratorsystem« auf, wobei jedoch beiden Druckschriften konkrete Hinweise auf schaltungstechnische Realisierungsmöglichkeiten zur Erzeugung von Schwebungen bei Tonsignalen, um eine möglichst natürliche Tonerzeugung zu halten, nicht zu entnehmen sind.
Aus AUDIO (Oktober 1968, Seite 52 ff.) ist es bekannt, bei Frequenzteiler-Generatorschaltungen Schwebungen zu erzeugen. Beim Drücken jeder Taste werden bei dieser Generatorschaltung zwei Tonsignale erzeugt, die aus Grundton und ObertöTien bestehen. Die Grundtöne der beiden Tonsignale weisen zueinander einen Schwebungseffekt auf. Um dies zu erreichen, ist es jedoch bei der bekannten Generatorschaltung erforderlich, zwei Sätze von Oszillatoren vorzusehen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, derartige Schwebungen mit einem verminderten Schaltungsaufwand zu erzeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine gattungsgemäße Generatorschaltung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 auf.
Durch die Schwebungsfrequenz klingt der Ton während des Erschwingens unstabil, was jedoch dem Klangbild von natürlichen Musikinstrumenten nahe kommt. Des weiteren hat die erfindungsgemäße Generatorschaltung den Vorteil, daß Grundton und Harmonische bzw. Oberschwingungen nicht wie starr abhängig hinsichtlich Phasenwinkel und Frequenz wirken und auch ein Vibrationseffekt erreichbar ist.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele weiter

erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Generatorschaltung für ein mit additiver Klangformung arbeitendes elektronisches Musikinstrument;

F i g. 2 eine Einzelheit zu F i g. 1;

Fig.3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfühmngsform;

F i g. 4 eine Einzelheit zu F i g. 3;

Fig.5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform;

F i g. 6A u. F i g. 6B den Signalverlauf eines Tones, der mit der Aüsführungsform nach F i g. 5 erzeugt werden kann;

F i g. 7 u. F i g. 8 Blockschaltbilder einer weiteren Ausführungsform. ι i

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild für eine Generatorschaltung gezeigt, in der eine Grundschwingung und eine Oberschwingung gemischt werden können. Mit 11 und 12 sind an sich bekannte Selektoren bezeichnet, welche an Tonsignale der Noten Q bis Cs bzw. Cj bis Ca geschaltet sind. Die Selektoren 11 und 12 sind ferner mit einer Pedalanordnung 13 verbunden, die Pedale für die Noten C₂ bis C3 enthält Durch Niederdrücken eines Pedales werden erste und zweite Tonsignale mit einem zugehörigen Frequenzverhältnis erzeugt. Die Selektoren 11 und 12 sind so eingerichtet, daß sie nur ein einzelnes Tonsignal ableiten, selbst wenn mehrere Pedale in der Pedalanordnung 13 gleichzeitig gedrückt werden.

Wenn beispielsweise in der Pedalanordnung 13 ein jo Pedal 21 für die Note A₂ gedrückt wird, leitet der erste Selektor 11 ein erstes Tonsignal ab, entsprechend der Note Aa, und der zweite Selektor 12 ein Tonsignal, entsprechend der Note Ea. Diese ersten und zweiten Tonsignale gehen an Verstärker 14 bzw. 15 und dann an einen ersten Frequenzteiler 16 mit einem Teilungsverhältnis 2 und einen zweiten Frequenzteiler 17 mit einem Teilungsverhältnis 3. Am Ausgang der Frequenzteiler 16 bzw. 17 entsteht ein /43-Signal bzw. annähernd ein /4.2-Signal. Nach der Frequenzteilung werden beide Tonsignale einem ersten und zweiten Gatter 18 bzw. 19 und dann einem Mischer 20 zugeführt. Die Gatter können bekannter Art sein und von der Pedalanordnung 13 derart gesteuert werden, daß der Durchgang von Tonsignalen lediglich dann möglich ist, solange ein Pedal gedrückt ist. Einzelheiten der Selektoren, der Pedalanordnung und der Gatter können der US-PS 35 98 892 entnommen werden.

Es wird nun die Wirkungsweise der Generatorschaltung nach F i g. 1 erläutert Wenn eine Taste 21 der Pedalanordnung 13 zur Note A₂ gedrückt wird, wird — wie vorher beschrieben — ein erstes Tonsignal entsprechend der Note Aa (440 Hz) und ein zweites Tonsignal entsprechend der Note Ea (329,63 Hz) abgeleitet Wie in Fig.2 zu sehen, wird das erste Tonsignal hinsichtlich der Frequenz halbiert zu einer Frequenz von 220 Hz im ersten Frequenzteiler 16, und das zweite Tonsignal wird durch den zweiten Frequenzteiler 17 in ein Signal der Frequenz 109,88 Hz geteilt Dessen Ausgangssignal entspricht der Grundschwingung eines Tonsignals der Note A₂. Am Ausgang des ersten Frequenzteilers 16 entsteht die zweite Oberschwingung zum Tonsignal entsprechend der Note A₂. Am Ausgang des Mischers 20 werden eine Grundschwingung und eine zweite Oberschwingung erhalten, deren Frequenz nahezu, aber nicht exakt das Zweifache der Grundschwingung ist, wobei ein annähernd getreues Klangbild wit aus einem natürlichen Musikinstrument erhalten wird. Um ein solches Tonsignal der Note A₂ zu bekommen, braucht man Tongeneratoren für die Noten Aa und Ea, die innerhalb eines Oktavenabstands liegen, so daß der Schaltungsaufwand für die Tongeneratoren vereinfacht wird.

Wenn die Generatorschaltung nach F i g. 1 für eine Pedalanordnung in einer elektronischen Orgel ausgeführt ist, wozu noch ein Manual mit herkömmlicher Frequenzteileranordnung gehört, so kann die Orgel ein gutes Zusammenspiel bringen, weil die Grundschwingung des Pedaltones durch eine Frequenzteilung mit ungeradem Teilungsverhältnis abgeleitet wird (3 in Fig. 1), während die Grundschwingungen der Manualtöne durch Frequenzteilung mit geraden Teilungsverhältnissen (gewöhnlich 2, 4, 8,...) erhalten werden, so daß beide nicht in einem exakten ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen.

Die vorangehende Beschreibung betrifft den Fall, daß eine Grundschwingung der Note A₂ und ihre zweite Oberschwingung zusammengesetzt werden. Um ein Tonsignal entsprechend der Note Ci (32,70 Hz) zu bekommen, kann eines der folgenden Verfahren benutzt werden:

Verfahren 1

C₄ (261,63 Hz)
G₃ (196,00 Hz)
E₃ (164,81 Hz)

Verfahren 2

C₅ (523,25 Hz) G₄ (392,00 Hz) E₄ (329,63 Hz) D₄ (293,67 Hz) ■

Verfahren 3

C₄ (261,63 Hz) D₄ (293,67 Hz) E₄ (329,63 Hz) D₄ (293,67 Hz) -

: 2 ->· 130,81 Hz » vierte Harmonische von C,
: 3 -* 65,33 Hz « zweite Harmonische von C₁
: 5 — 32,96 Hz « Grundschwingung von C_:.

: 2 — 261.63 Hz » achte Harmonische von C,
: 3 -» 130,67 Hz « vierte Harmonische von C₁
: 5 -► 65,93 Hz « zweite Harmonische von C,
: 9 -~ 32,63 Hz « Grundschwingung von C₁.

■: 2 — 130,81 Hz « vierte Harmonische von C,
: 3 - 97,89 Hz » dritte Harmonische von C₁
: 5 — 65,93 Hz « zweite Harmonische von C₁
: 9 — 32,63 Hz = Grundschwingung von C₁.

Wie dargestellt, wird ein Tonsignal dadurch gewonnen, daß als Frequenzteilungsverhältnis für die Grundschwingung die größte ungerade Zahl bei der Frequenzteilung des jeweiligen Verfahrens benutzt o5 wird, die keine Zweierpotenz bezüglich des Frequenzteilungsverhältnisses für eine zugehörige Harmonische ist.

F i g. 3 ist ein weiteres Blockschaltbild einer Genera-

torschaltung, insbesondere um einen Vibralionseffekt beim erzeugten Ton zu erhalten. Die der F i g. 1 entsprechenden Teile tragen dieselben Bezugszeichen. Der erste Selektor 11 empfängt Tonsignale entsprechend den Noten C₃ bis C₄ (130,81 Hz bis 261,63 Hz), und der zweite Selektor 12 Signale entsprechend den Noten £. bis E₅ (329,63 Hz bis 659,26 Hz), die einen Abstand von einer Oktave und einer Terz haben gegenüber den Noten Ci und C₄. Des weiteren ist ein zweiter Frequenzteiler 17 mit dem Teilungsverhältnis 5 vorgesehen. Ein Gatter 21 ist dem Mischer 20 ausgangsseitig angeschlossen.

Das erste Tonsignal aus dem Selektor 11 erfährt im ersten Frequenzteiler 16 eine Teilung der Frequenz im Bereich von 65,40Hz bis 130,81 Hz, und das zweite Tonsignal aus dem Selektor 12 von 65,92 Hz bis 131,86 Hz. Daher besteht zwischen der geteilten Frequenz aus dem ersten Tonsignal und derjenigen aus dem zweiten Tonsignal ein Unterschied von 13,6 cent, nämlich, es entsteht eine Schwebungsfrequenz von 0,52 Hz bis 1,04 Hz. So vibriert der Baßton mit einer Frequenz von etwa 1 Hz.

Wenn der zweite Selektor 12 mit Tonsignalen entsprechend den Noten G₃ bis G₄ (196,00Hz bis 392,00 Hz) gespeist wird, und der zweite Frequenzteiler 17 ein Teilungsverhältnis von 3 hat, dann erhalten die geteilten Frequenzen aus den ersten und zweiten Tonsignalen eine Differenz von nur 2 cent. Dabei wird der Frequenzunterschied im mittleren Bereich der Ausgangsoktave vermindert auf nur etwa 0,2 Hz. Solch kleiner Frequenzgang ergibt einen markanten Schwebungseffekt, besonders nicht bei raschen Anschlägen.

Wenn der zweite Frequenzteiler 17 die Teilungsverhältnisse 7 oder 9 hat, dann ergeben die geteilten Frequenzen aus den ersten und zweiten Tonsignalen Unterschiede von 65 oder 4 cent. Ein Unterschied von 65 cent ist zu groß, während ein Unterschied von 4 cent zu gering ist Daher wird für den zweiten Frequenzteiler 17 meistens ein Teilungsverhältnis von 5 bevorzugt.

Das zweite Tonsignal im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 erfährt eine Frequenzteilung durch 5. Jedoch liefert dabei der Frequenzteiler am Ausgang keinen Anteilsfaktor von 50%, was eine unbefriedigende Klangfarbe ergibt Dieser Nachteil kann beseitigt werden, indem der zweite Selektor 12, wie in Fig.4 dargestellt, mit Primärsignalen gespeist wird, entsprechend den Noten £5 bis E₆, also eine Oktave höher als die Noten £4 bis £5 in Fig.3, und wobei ein dritter Frequenzteiler 22 mit dem Teilungsfaktor 2 dem zweiten Frequenzteiler 17 nachgeschaltet wird.

F i g. 5 ist ein weiteres Blockschaltbild einer Generatorschaltung, wobei ausgangsseitig Töne erzeugt werden können, die beim Anschlagen mit unstabilen Frequenzabständen einschwingen. Übereinstimmende Elemente tragen die gleichen Bezugsnummern wie bei den anderen Ausführungsbeispielen. Wie aus Fig.5 ersichtlich, wird der erste Selektor 11 gespeist mit Primärsignalen entsprechend den Noten Os bis Ca, und der zweite Selektor 12 mit Signalen entsprechend den Noten £4 bis £5. Der zweite Frequenzteiler 17 hat das Verhältnis 5. Ein erstes Gatter 18 liefert ein Ausgangssigna] vom ersten Frequenzteiler 16 mit einer konsts ten Hüllkurve, wie aus Fig.6A ersichtlich. Ein zweites Gatter 19 liefert ein Ausgangssignal vom zweiten Frequenzteiler 17 mit einer gedämpften Hüllkurve, wie in Fig.6B dargestellt Wegen der Einzelheiten dieser Gatter sei auf die US-PS 35 71 481 verwiesen.

Soweit das Ausgangssignal des zweiten Frequenzteilers 17 ein Frequenzverhältnis von nahezu 1 gegenüber demjenigen des ersten Frequenzteilers 16 hat, können für den zweiten Frequenzteiler 17 die Teilungsfaktoren 3 oder 7 anstatt 5 verwendet werden. Die Generatorschaltung nach F i g. 5 erzeugt Tonsignale mit instabilen Obertönen während einer sehr kurzen Zeil beim Anschlagen des Tones, wobei trotzdem eine Grundschwingung vorhanden ist, wonach konstante Tonsigna-Ie kommen, so daß der Klangverlauf eines natürlichen Musikinstruments nachgeahmt wird.

Die F i g. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Generatorschaltung. Ausgangssignale von Tongeneratoren 31 entsprechend den Noten Ci bis Bj werden durch eine Kette von Frequenzteilern 32 bis 37, jedesmal mit dem Faktor 2, geteilt. Erste bis vierte Selektoren 38 bis 41, die über eine Pedalanordnung 42 gesteuert werden, empfangen von der Kette der Frequenzteiler Tonsignale entsprechend den Noten C₃ bis C₄, G₄ bis G5, £5 bis E₆ und D₆ bis D₇. Die Ausgänge des ersten bis vierten Selektors 38 bis 41 liegen an vier verschiedenen Frequenzteilern 43 bis 46, die Bestandteil von Frequenzteilerkaskaden 47,50,54 und 58 sind. Die Frequenzteiler 43 bis 46 haben jeweils die Faktoren 2,3, 5 und 9. Ein Ausgang des Frequenzteilers 43 führt zu einer ersten Frequenzteilerkaskade 47, mit den Teilern 48 und 49 mit dem Faktor 2. Ein Ausgang des Frequenzteilers 44 geht zu einer zweiten Frequenzteilerkaskade 50, mit den Frequenzteilern 51,52 und 53,

jo jeweils mit dem Faktor 2. Ein Ausgang des Frequenzteilers 45 führt zu einer dritten Frequenzteilerkaskade 54, mit den Frequenzteilern 55, 56 und 57, jeweils mit dem Faktor 2. Ein Ausgang des Frequenzteilers 46 ist zu einer vierten Frequenzteilerkaskade 58 mit den

j5 Frequenzteilern 59, 60 und 61 gelegt, mit dem Teilungsfaktor 2. Ein Ausgang 08 vom Frequenzteiler 43, ein Ausgang 08' von dem Kaskadenelement 51 der zweiten Frequenzteilerkaskade 50, ein Ausgang 08" von dem Kaskadenelement 55 der dritten Frequenzteiler-

4(i kaskade 54, und ein Ausgang 08'" von dem Kaskadenelement 59 der vierten Frequenzteilerkaskade 58 haben annährend und nicht exakt die gleiche Frequenz. In ähnlicher Weise sind die Ausgänge 016, 016', 016" und 016'" der Frequenzteiler 48,^2, 56 und 60 annähernd

₄-, und nicht exakt frequenzgleich. Die Ausgänge 032,032', 032" und 032'" haben ebenfalls annähernd und nicht exakt die gleiche Frequenz. Wie in F i g. 8 dargestellt, gelangen die Ausgangssignale 08, 016 und 032 von der Frequenzhalbierung im Frequenzteiler 43, die Ausgänge 08', 016' und 032' von der Frequenzdrittelung im Frequenzteiler 44, die Ausgänge 08", 016" und 032" von der Frequenzteilung durch 5 im Frequenzteiler 45 und die Ausgänge 08'", 016'" und 032'" von der Teilung durch 9 im Frequenzteiler 46 zu den Gattern 7i bis 74.

Die ersten vier Gatter 71 bis 74 sind von der Pedalanordnung 42 gesteuert und jedes enthält wiederum drei Gatter.

Ausgänge von den individuellen Gattern sind zu zwölf handbetätigbaren Schaltern 5i bis Sn geführt Die Ausgangssignale 08, 08', 08" und 08'" werden über die Schalter Si, St, Sj und Sw und zu einem ersten als Klangfilter gestalteten Mischer 75 geführt Die Ausgänge 016,016', 016" und 016"' werden über die Schaher S₂, Sb, 5g und Stt an einen zweiten als Klangfilter

es ausgebildeten Mischer 76 geführt Die Ausgänge 032, 032', 032" und 032"' werden über die Schalter S₃, S₆, Sg und Si₂ zu einem dritten als Klangfilter ausgelegten Mischer 77 geführt Diese Schalter Si bis Su können

einzeln wie gewünscht vom Spieler betätigt werden und liefern die Grundschwingung oder Oberschwingungen bzw. in etwa Harmonische, zur Erzeugung von Schwebungseffekten. Der Spieler kann die Schalter Si bis S]2 einzeln oder kombinationsweise nach Wunsch schließen, um bestimmte Klangfarben für die jeweilige Musik zu gewinnen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Generatorschaltung für ein mit additiver Klangformung arbeitendes elektronisches Musikinstrument mit einer Tongeneratoreinheit, mit der Tongeneratoreinheit nachgeschalteten Ganzzahl-Frequenzteilern, einem an die Ganzzahl-Frequenzteiler angeschlossenen Mischer und einer Tastatur zur Steuerung von Selektoren zur Auswahl der dem Mischer zuzuleitenden Tonsignalfrequenzen, dadurch gekennzeichnet,