DE2362050A1

DE2362050A1 - Elektronisches musikinstrument

Info

Publication number: DE2362050A1
Application number: DE2362050A
Authority: DE
Inventors: Ralph Deutsch
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-13
Publication date: 1974-06-27
Also published as: JPS4993010A; DE2362050C3; US3809789A; DE2362050B2; JPS5236694B2

Description

Dr.D.Thomsen PATE NTANWALTS BÜRO

W. Weinkauff Telefon (089) 530211

Dr. I. Ruch

Telex 5-24303 topat

PAT ENTANWÄLTE

München: Frankfurt/M.: Dr. rer. nat D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff Dr. rer. nat I. Ruch (Fuchshohl 71}

8000 M Onchen 2 Ka!ser4.udwlg-Pla!z β 13. Dezember 1973

. Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha
Hamamatsu, Japan

Elektronisches Musikinstrument

Obersehwingungsbegrenzunp; wird in einem "elektronischen Musikinstrument des.-Typs verwendet, bei dem Töne dadurch erzeugt werden, daß die Amplituden an aufeinanderfolgenden Stichproben- oder Abtastpunkten einer Musiktonwellenform errechnet und diese Amplituden in Töne umgewandelt werden, wenn die Berechnungen in Realzeitbetrieb durchgeführt werden. «Jede Amplitude wird errechnet, indem nicht weniger als W indi- '

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vidueU errechnete diskrete Wellenform-Fourier-Komponenten als Suidme gespeichert werden. Gemäß der Erfindung wird eine Oberschwingungsunterdrückungsvorrichtung vorgesehen,· um die in jeder Amplitudenberechnung enthaltenen Fourier-Komponenten nur.auf solche zu begrenzen, die Frequenzen unterhalb eines bestimmten Wertes, vorzugsweise innerhalb des normalen menschlichen Hörbereiches, haben.

So ist ersichtlich, daß die Erfindung ein System zum Vermindern der Rechentaktfrequenz-Anforderungen eines elektronischen Musikinstruments betrifft, wobei Töne dadurch erzeugt werden, daß die Amplituden an aufeinanderfolgenden Stichproben- oder Abtastpunkten einer komplexen Wellenform errechnet und diese Amplituden auf Musiktöne oder -klänge umgewandelt werden, wenn die Berechnungen durchgeführt sind. Das System begrenzt die für jeden Ab— tastpunkt errechneten Fourier-Komponenten auf solche, die eine Frequenz unterhalb eines gewählten Wertes innerhalb des menschlichen Hörbereiches haben.

Die Erfindung bezieht sich auf die schwebenden USA-Patentanmeldungen Nr. 225,883 ("Computer-Orgel", eingereicht am 14. Februar 1972) und Nr. 298,365 ("Computer-Orgel mit paralleler Datenverarbeitung", eingereicht am

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17. Oktober 1972). Auf diese Offenbarungen wird hier Bezug' genommen.

Ein einzigartiges Verfahren digitaler Wellenformerzeugung in einem elektronischen Musikinstrument wird in der oben erwähnten USA-Patentanmeldung Nr. 225»883 offenbart. Dort wird Wellenformsynthese dadurch erreicht., daß die Stichproben- oder Abtastpunktamplituden einer komplexen Wellenform mit regelmäßigen ZeitIntervallen errechnet und diese Amplituden in Musiktöne umgewandelt werden, wenn die Berechnungen in Realzeitbetrieb durchgeführt werden. Ein diskreter Fourier-Algorithmus wird eingeführt, um die individuellen harmonischen Teil schwingungen ah jedem Abtastpunkt zu berechnen, wobei eine gespeicherte Gruppe Fourier-Koeffizienten verwendet wird, welche die resultierende Wellenform kennzeichnen. Die- Berechnungen werden mit einer konstanten Taktzeit ohne Rücksicht auf die Grundfrequenz des Tones durchgeführt. Ein Verfahren zum Vermindern der Rechentaktfrequenz-Anforderung in einer Computer-Orgel dieses Typs ist in der oben erwähnten USA-Patentanmeldung Nr. 298,365 offenbart. In diesem System werden verschiedene Untergruppen der Fourier-Komponenten in getrennten parallelen Verarbeitungskanälen berechnet. Beispielsweise kann in einer Computer-Orgel, in der sechzehn Fourier-Komponenten zur Erzielung jeder Abtastpunktamplitude ausgewertet werden,

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die Rechentaktfrequenz durch gleichzeitiges Berechnen von acht Komponenten in einem Verarbeitungskanal und der anderen acht harmonischen Oberschwingungen in einem zweiten parallelen Kanal halbiert werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer anderen Losung zum Vermindern der Rechentaktfrequenz-Anforderungen einer solchen Computer-Orgel. Die Rechentaktfrequenz wird teilweise durch die von dem System erzeugte Höchstfrequenzkomponente bestimmt. Da der menschliche Hörbereich begrenzt ist, besteht keine Notwendigkeit zur Erzeugung von Teilschwingungen oberhalb eines gewissen oberen Wertes innerhalb dieses Bereichs. Durch Begrenzen der ,errechneten FourierKomponenten auf einen solchen Bereich wird eine bedeutende Verminderung der Rechentaktfrequenz erreicht. Oberschwingungsbegrenzung kann an sich oder in Verbindung mit der zuvor beschriebenen parallelen Verarbeitung verwendet werden, um eine noch größere Verminderung der Systemtaktfrequenz zu erhalten.

In einer Computer-Orgel des beschriebenen Tjps wird die Tonwellenform in Realzeitbetrieb erzeugt. Dies wird vorteilhaft (aber nicht notwendigerweise) dadurch erreicht, daß jede Stichproben- oder Abtastpunkt amplitude in einem festgelegten Zeitintervall t errechnet wird. Alle individuellen Fourier-Komponenten werden innerhalb dieses Intervalls er-

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_ 5 —

rechnet. Zur genauen Wellenformsynthese muß die Abtastfrequenz größer als die Nyquist-Frequenz f^ sein, die doppelt so groß wie die Frequenz f^ der von dem System ausgewerteten höchsten Fourier-Komponente ist. Beispielsweise ist die höchste 8-Fuß-Tonhöhe auf einem Uormalorgelmanual G_n mit einer Grundfrequenz fg· = 2,095 kHz. Falls sechzehn Fourier-Komponenten zum Zusammensetzen dieses Tones berechnet werden, entspricht die von der Orgel ausgewertete höchste Fre-. quenz f, der sechzehnten Harmonischen von - G„, Das heißt;

^fh ^{= 16f}H * -^6C2_t.O95 kHz) =53,488 kHz (Gl. 1)

Infolgedessen ist dieUyqüist-Frequenz fji·

f_N> 2f_h = 66,976 kHz " (Gl. 2)

Dies bestimmt die obere Grenze für das Berechnumgsintervall t_x zu:

(Gl, 3)

Jedoch müssen alle Berechnungen der einzelnen Harmonischen innerhalb dieses Intervalls t_erfolgen. Somit muß jede Berechnung, wenn sechzehn Fourier-Komponenten in einem einzigen Kanal ausgewertet werden, in einer Takt zeit t durchgeführt werden. Infolgedessen wird die Rechentaktfrequenz f des Systems für ein monophones Instrument gegeben durch:

f_ = J— »■ r- >16 f_w = 16(66,976 kHz) = i_s072 MH₂ (G1.4) ^{C τ}ορ ^rx ? "

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Für eine polyphone- Orgel, mit; der K Töne auf einmal gespielt werden können, müssen die harmonischen Teilschwingungen aller Töne für jeden Abtastpunkt innerhalb des Zeitintervalls t„ ausgewertet werden. Somit wird für ein polyphones Einkanal-Instrument die Rechentaktfrequenz f ' gegeben durch.:

V - Kf₀ .(Gi. 5)

In einem System, in dem K » 12 ist und das gleichzeitiges Spielen von zehn Tastentönen und. zwei Pedaltönen ermöglicht, ist die Rechentaktfrequenz f ·: -

f ' = 12 f % (12) (1,072 MHz) = 12,859 MHz (Gl. 6) c c ■

Diese verhältnismäßig hohe. Rechentakt frequenz kann bei Verwendung des Oberschwingungsbegrenzungssystems nach der Erfindung bedeutend verkleinert werden. Das System zieht Vorteil aus der Tatsache, daß für Töne in der fünften und sechsten Oktave viele der höheren Harmonischen oberhalb des Hörbereiches des durchschnittlichen Zuhörers liegen. Beispielsweise (vgl. Tabelle I hinten) hat die sechzehnte Harmonische des Tones C^ (die Taste von C in der sechsten Oktave) 16,744- kHz und liegt somit oberhalb des Hörbereiches des durchschnittlichen Erwachsenen. Bei G^ liegt die sechzehnte Harmonische mit 33,488 kHz weit außerhalb des normalen Hörbereiches. Eine genaue Wellenformsynthese ohne merklichen Verlust an Realität oder Wiedergabetreue kann erreicht werden, wenn nur diejenigen Harmonischen verwendet werden,

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deren Frequenzen unter einer gewissen Grenze innerhalb des' Hörbereichs des typischen Zuhörers liegen. Durch Ausschluß harmonischer Teilschwingungen oberhalb dieser Grenze von den Weilenformamplitudenberechnungen wird die ITyquistf-Fre— quenz bei gleichzeitiger Herabsetzung der Rechentaktfrequenz des Systems vermindert.

Zur Verans.chaulichung können die Wellenformamplituden berechnet werden, wenn nur solche Harmonischen verwendet werden, die eine Frequenz unterhalb 12,9 kHz haben. Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, werden alle sechzehn Fourier^Komponenten in die Amplitudenberechnungen für jeden Ton bis einschließlich G₁- einbezogen. Für diese Töne hat die sechzehnte Harmonische eine Frequenz unterhalb 12,y kHz. Für G^,- sind nur fünfzehn Fourier-Komponenten in der Amplitudenberechnung enthalten, da die sechzehnte Harmonische eine Frequenz oberhalb 12,y kHz hat. In gleicher Weise werden die Amplitudenberechnungen für andere Töne zwischen G^r und G,-, auf die in Tabelle I angegebenen Harmonischen begrenzt. Bei CU werden nur sechs Komponenten zum Zusammensetzen der Wellenform verwendet, da die sechste Harmonische eine Frequenz von 12,558 kHz hat und die siebente Harmonische oberhalb 12.,9 kHz liegt.

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Die oben diskutierten Nyquist-Kriterien können zur Bestimmung der Taktfrequenz-Anforderungen des Systems auf dieses Beispiel angewandt werden. Da die von dem System ausgewertete Höchstfrequenzkomponente (die dreizehnte Harmonische von Bc) eine Frequenz f, = 12,841 kHz hat, beträgt die Rechentaktfrequenz f für ein monophones Instrument:

f_c Z 16 % > (16; (2) (12,84-1 kHz) = 410,9 kHz (Gl. V)

und die Rechentaktfrequenz f ' für ein polyphones Zwölf-Ton-•System (K = 12} ist:

V ^ 12 f ■ = 4,y$Q MHz . (Gl. 8)

Somit wird für eine Computer-Orgel, "bei der die harmonischen Teilschwingungen auf solche unterhalb 12,9 kHz be- grenzt sind, die Rechentaktfrequenz um einen Faktor von etwa 2,77 verglichen mit einem System reduziert, bei dem alle sechzehn Harmonischen für jeden Ton bis zu C₇ berechnet werden. Dies stellt deutlich eine sehr ausgeprägte Verminderung der Rechentaktfrequenz in, dem System dar und ermöglicht, daß die Computer-Orgel unter "Verwendung von zur Zeit verfügbaren mikroelektronischen integrierten Schaltungen leichter hergestellt werden kann.

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	Grundfrequenz CHz)	- 9 -...-. TABELLE I Frequenz der- 16ten	2362050 Höchste Harmonische kleiner als 12,9 kHz	Harmonische (L)	15
Φηη	554,4 587,3	Oberschwingung CkHz)	Frequenz CkHz)		14
^D*5	622,3	8,870 9,397	\ IkU CJ J		'13
	. 659,3	9,957			13
Ή	698,5	10,549		■ ■ . "■	12 .
	740,0	11,176			11
G₅	784,0 ·	11,840			10
^G»5	830,6	12,544		10
^A5	880,0	13,290	12,459	9
*^A5.**	■ 932,3	. 14,080	12,320	.9
^B5	987,8	14,917	12,120	• .8
°6	1046,5	15,805	12,841	8
^C#6	1108,7	16,744	12,558	"7
D₆	1174,7	17,740	12,196	- 7 '
^D#6	1244,5	18,795	11,747	6
^E6	1318,5	19,912 '	12,445	6
¹S	1396,9	21,096	11,867	6·
^F*6	1480,0	22,350	12,572
^G6	1568,0	23,680.	11,840
^G#6	1661,2	25,088 .	12,544
^Ae	1760,0	26,579	11,628
^A#6	1864,7	28,160	12,320
^B6	1975,5	29,835	11,188
^C7	2093,0	31,608	11,853
	33,488	12,558

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Eine ausführliche Beschreibung der Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung gegeben, in der gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren bezeichnen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Computer-Orgel mit Oberschwingungsbegrenzung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der in der Computer-Orgel nach Fig. 1 verwendeten logischen Oberschwingungsunterdrückungsschaltung;

Fig. 3 typische Musiktonwellenforraen, die mit einer Computer-Orgel unter Verwendung der logischen Oberschwingungsunterdrückungsschaltung der Fig. 2 erzeugt werden;

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm, das die Unterdrückung der Berechnungen von Fourier-Komponenten während der Erzeugung der in Fig. 3 gezeigten Musiktonwellenformen veranschaulicht;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der in der Computer-Orgel der Fig. 1 ver^ wendeten logischen Oberschwingungsunterdrückungsschaltung;

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Pig. 6 typische Musiktonwellenformen, die- unter Verwendung der logischen Oberschwingungsunterdrückuhgsschaltung der E¹Xg. 5 erzeugt sind;

Fig. 7 ein Zm "tablauf diagramm, das die Oberschwingungsbegrenzung in einer polyphonen Computer-Orgel veranschaulicht; und

Fig. 8 ein Blockschaltbild, das die Einfügung der Oberschwingungsbegrenzung in eine Computer-Orgel mit paralleler Verarbeitung zeigt.

Die folgende ausführliche Besehreibung umfaßt die zur Zeit als am besten erachteten Formen zur Durchführung der Erfindung. Diese Beschreibung ist nicht in einem begrenzenden Sinne aufzufassen, sondern lediglich zu dem Zweck", der Ve ranschaulichung der -allgemeinen Grundsätze der Erfindung gegeben, da der Rahmen der Erfindung am besten durch die Patentansprüche definiert ist.. ■

Konstruktive und funktionelle Kennwerte, die den zuerst beschriebenen Formen der Erfindung zugeordnet werden, werden auch den später beschriebenen Formen zuerkannt, falls nicht solche Merkmale offensichtlich unanwendbar "sind oder falls keine besondere Ausnahme gemacht ist.

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Die Computer-Orgel 10 nach Fig. 1 arbeitet in der Weise, daß sie über ein Tonsystem 11 einen von den Manualschaltern 12 gewählten Ton erzeugt. Dies wird dadurch erreicht, daß die diskreten Fourier-Komponenten berechnet werden, die Amplituden an aufeinanderfolgenden Stichproben- oder Abtastpunkten einer den gewählten Ton kennzeichnenden Wellenform zugeordnet sind. Die Komponenten werden in einem Akkumulator 13 algebraisch summiert, der am Ende jedes Berechnungszeitintervalls t die Amplitude an dem laufenden Abtastpunkt enthält. Diese Amplitude wird über eine Torschaltung 14-, die durch das t -Signal auf einer Leitung 15 betriebsbereit gemacht ist, an einen. Digital-rAnalog-Umsetzer 16 geliefert, der an das Tonsystem 11 eine der gerade berechneten Wellenformamplitude entsprechende Spannung liefert. Die Berechnung der Amplitude an dem nächsten Abtastpunkt wird dann eingeleitet, so daß die von dem Umsetzer 16 abgegebene Analog spannung eine in Realzeitbetrieb erzeugte Musiktonwellenform enthält.

Die Periode der errechneten Wellenform und somit die Grundfrequenz des erzeugten Tons wird durch eine von den Manualschaltern 12 gewählte Frequenzzahl R hergestellt. Eine Gruppe solcher den Tönen des Instruments entsprechenden Frequenzzahlen wird in einem Frequenzzahlspeicher 17 gespeichert. Die Wellenform selbst und somit die Tonqualität des

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- -15 -

erzeugten Musiktons wird durch-eine Gmppe Oberschwingungskoeffizienten C_n hergestellt, die in einem Speicher 18 gespeichert sind und beim Berechnen der Fourier-Komponenten an jedem Abtastpunkt verwendet werden.

Die Wellenformamplitude X₀CqRJl an Jedem Abtastpunkt wird in Übereinstimmung mit der folgenden diskreten Fourier-Darsteilung einer stichprobenartig abgetasteten periodischen komplexen Wellenform berechnet:

X₀CqR) =_n*₌₁ C_n sin· JJ nqR für q = 1,2.,3,- ... (Gl. 9 λ

wobei R die' oben erwähnte Frequenzzahl ist und η = 1,2,3, ..., L die auszuwertende Fourier-Komponente bezeichnet. Der Wert η = 1 entspricht der Grundschwingung, η = 2 der zweiten Harmonischen, η =3 der dritten Harmonischen usw. Der Oberschwingungskoeffizient C definiert die relative Amplitude der entsprechenden n-^ten Fourier-Komponente.

Der Wert W bezeichnet die größte Anzahl Fourier-Komponenten, die in irgendeiner Amplitudenberechnung durch die Orgel 10 enthalten sind. Im allgemeinen ist die Verwendung von 16 Harmonischen (W = 16) zum Zusammensetzen von Orgelpfeif entönen ganz zufriedenstellend. Die Zahl L gibt die Anzahl der in einer besonderen Amplitudenberechnung enthalte-

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nen Fourier-Komponenten an. Gemäß der Erfindung hängt die Zahl. L davon ab, welcher Ton erzeugt wird. Eine geeignete logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung 20, von der · Ausführungsbeispiele in Fig. 2 und 5 gezeigt sind, begrenzt nur solche Komponenten, deren Frequenzen unter einem vorgewählten Wert beispielsweise innerhalb des menschlichen Hörbereiches liegen. Wie oben erörtert wurde, vermindert dies die Rechentaktfrequenz-Anforderungen des Instruments 10.

Die Computer-Orgel 10 nach Fig. 1 erfüllt die Gleichung 9 dadurch, daß sie den Amplitudenwert X_Q(qR) für jeden Stichproben- oder Abtastpunkt während eines Zeitintervalls t errechnet. Die Amplituden der einzelnen harmonischen Teilschwingungen F^ⁿ' = C sin - nqR für jede der L harmonischen

" Λ

Teilschwingungen werden während aufeinanderfolgender Zeitintervalle t_n_, die durch einen Taktgeber 21 und einen Zähler 22 hergestellt werden, getrennt errechnet. Bei dem ersten In-

(1)

tervall t ^ wird die Amplitude F^v ^J der ersten Harmonischen

(1)

(n = 1) berechnet. Dieser Wert F^v ^J wird in dem Akkumulator

(2) plaziert. Zu dem Intervall t ₂ wird die Amplitude F^K - der

zweiten Eourier-Komponente errechnet und zu dem Inhalt des Akkumulators 13 hinzugefügt. Zur Zeit t -, wird die Amplitude

CP9

F^' der dritten Harmonischen berechnet und im Akkumulator addiert. Die Zahl W der Wiederholungen dieses Vorgangs wird von der logischen Oberschwingungsunterdrückungsschältung 20

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- -15-

in Zusammenarbeit mit dem Zähler 22 .gesteuert. ■ Dei? Vorgang . wird beendet, wenn alle der speziellen Amplitudenberechnung zugeordneten*Fourier-Komponenten ausgewertet worden sind. Bei einer solchen Beendigung.entspricht die in dem Akkumulator enthaltene algebraische Summe der Amplitude ■ ·

« 5 F^^n/ ' (Gl. 10)

nil . . ·

für den durch den Wert qR bezeichneten Stichproben- oder Abtastpunkt.

Wie früher bemerkt wurde, wird die Wellenformamplitu-

de x„(qR) in dem Akkumulator 13 an den Digital-Analog-Umsetzer ο

16 am Ende des Berechnungsintervalls t„ durchgetastet. Der Akkumulator 15 wird dann durch das Signal auf der Leitung 15 , gelöscht, und nachher Wird die Berechnung der Amplitude an dem nächsten Abtastpunkt eingeleitet. Der Wert qR wird ver- größert, und die Amplituden F ^ der L harmonischen Teilschwingungen xverden für den von dem neuen Wert von qR bezeichneten Abtastpunkt berechnet. Eventuell wird die gesamte Wellenform erzeugt, wobei das Tonsystem 11 .den Ton wiedergibt, wenn die Amplitudenberechnungen durchgeführt sind, ;

In dem System nach Fig. 1 enthält ein Tonintervalladdierer 23 den Wert qR, der den Stichproben- oder Abtast- . punkt identifiziert, an dem die Wellenformamplitude allgemein

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ausgewertet sind. Dieser Wert qR wird am Anfang jedes Berechnungsintervalls t dadurch vergrößert, daß die gewählte Frequenzzahl R zu dem früheren Inhalt des Addierers 23 addiert wird. Der gewählte Wert B wird an den Addierer 23 über eine Torschaltung 24- geliefert, die durch das t -Signal auf der Leitung 15 betriebsbereit gemacht wird. Im allgemeinen " hat der Addierer 23 den Modul M, wobei M das Produkt der Zahl R für irgendeinen Ton mal der Anzahl Punkte für die Dauer dieses Tones ist. Der Wert M ist eine Konstruktionskonstante des Systems, die.teilweise zu der Rechentaktfrequenz des Systems in Beziehung steht.

Zur Berechnung jeder harmonischen Teilschwingung werden die Werte nqR (für η = 1,2,3 ··♦ LJ in einem Oberschwingungsintervallädierer 25 erhalten, der vor jeder Amplitudenrechenperiode gelöscht wird. Beim Auftreten des ersten t -Taktimpulses einer neuen Periode wird der in dem Tonintervalladdierer 23 enthaltene laufende Wert qR in den Oberschwingungsintervalladdierer 25 über eine Leitung 26 und eine Torschaltung 27 gegeben. Bei jedem nachfolgenden Taktimpuls t__ wird der Wert qR zu dem früheren Inhalt des Addierers 25 addiert. Als Ergebnis enthält dann der Oberschwingungsintervalladdierer 25 den Wert nqS,¹ wobei η = 1»2, ... L für die n-te harmonische Teilschwingung allgemein ausgewertet wi-rd. Vorzugsweise hat- auch der Ober-

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Schwingungsintervalladdierer 25 den Modul M.

Ein Adressendecoder 28 entnimmt aus einer Sinustabellenschaltung 29 den Wert sin £.nqR, der dem über eine

Leitung 50 von dem Oberschwingungsintervalladdierer 25 erhaltenen Argument nqR entspricht. Die Sinustabellenschaltung 29 kann einen Festspeicher umfassen, der Werte von sin f_r $

für 0<iz5<2W bei Intervallen von D speichert, wobei D die ,Auflösungskonstante des Speichers bedeutet.

Der über eine Leitung 31 gelieferte Wert sin f. nqR

wird mit dem Koeffizienten C für,die entsprechende n-te Harmonische durch eine- Multipliziereinrichtung 32 multipliziert. Das Multiplikationsprodukt stellt die Amplitude F^ⁿ^ der η-ten harmonischen Teilschwingung dar und wird über die Leitung-33 an den Akkumulator 13 geliefert. Der zugehörige Koeffizient C wird aus dem Oberschwingungskoeffizientenspeicher 18 durch eine Adressensteuereinheit 34· entnommen, die mit von dem Zähler 22 über eine Leitung 3b erhaltenen Zeitsteuersignalen fortgeschaltet wird. Die Ablesung des Oberschwingungskoeffizientenspeichers 18 wird durch die logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung 20 für solche Fourier-Komponenten höherer Ordnung gesperrt, die in einer speziellen Amplitudenberechnung nicht enthalten sind. Dies wird über eine Betrieb-Sperrsignalleitung 36 erleichtert. - ■ " .

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Fig. 2 zeigt als Beispiel eine SchaltungsanOrdnung 20A₁ die' als logische Oberwellenunterdrückungsschaltung 20 der Fig. 1 verwendet werden kann. Mit dieser Schaltungsanordnung wird jede Berechnung der Wellenformamplitude in einem festgesetzten Zeitintervall t unabhängig davon durchgeführt, wie-viele Fourier-Komponenten in dieser Berechnung enthalten sind. Das Intervall t wird von dem Zähler 22 hergestellt, der t Impulse mit der Systemtakt-

cp

frequenz f von dem Taktgeber 21 über eine Leitung 37 erhält. Der Zähler 22 hat vorzugsweise den Modul 16 und erzeugt auf den Leitungen 5i?a - 35d ein 4-Bit-Binärsignal, das die entsprechenden Rechenzeitsteuerimpulse t ,, bis t ^Jg bezeichnet. Wie in dem Zeitablauf diagramm der Fig. 4 angegeben ist, treten diese Zeitsteuersignale aufeinanderfolgend in dem- Zeitintervall t auf. Das Signal t wird erhalten, Wenn sich der Zähler 22 zurückstellt.

Wenn ein Ton zwischen G^₁- und C₁-, an den Manualschal tem 12 gewählt wird, erhält die logische Schaltung 2OA einen Eingang auf der entsprechend bezeichneten Leitung. Eine Codiereinrichtung 40, die ODER-Schaltungen 41-46 und einen 1 aus 10-Binär-Codierer 47 enthält, gibt an die Leitungen 48a - 48d ein Signal, das in Binärcode die höchste Fourier-Komponente (L.) angibt, die in der Berechnung der Wellenformamplitude für diesen Ton enthalten sein soll.

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Am Anfang jeder Berechnungsperiode wird eine Flip-Flop-Schal tung 4-9 auf "1" durch das t -Signal auf der Leitung 15 eingestellt. Der Ausgang "1" der Fiip-Flop-Schaltung 49 wirkt wie ein Betriebsbereitschaftssignal, auf der Leitung an den Oberschwingungskoeffizientenspeicher 18. Auf diese Weise bleibt die Flip-Flop-Schaltung 4-9 während der anfänglichen Berechnungsperioden t- ^, P_CT>2 · ·* ^aui> "^" eingestellt, der Speicher 18 ist betriebsbereit und die' Berechnung der Fourier-Koeffizienten wird nicht unterbunden.

Die Berechnungsimpulse t_ct)x|» ^ν-η?» ··· ^aus■ ^dem Zähler 22 werden mit dem Bezeichnungssignal für die- größte Harmonische (LJ auf den Leitungen 48a - 48d durch eine Vergleichs-, schaltung 50 verglichen. Venn Koinzidenz auftritt, wodurch angezeigt wird, daß die höchste Harmonische gerade ausgewer-. tet wird und daß nachfolgende Harmonische unterdrückt werden müssen, wird ein Aus gangs signal auf der Leitung ^I von der Vergleichsschaltung 50 erzeugt. Wach einer kurzen Verzögerung (kürzer als ein Intervall t__), die von einer Ver-

op

zögerungsschaltung 52 hergestellt wird, stellt das üoinzidenzausgangssignal von der Vergleichsschaltung 50 die Flip-Flop-Schaltung 49 auf "0" zurück. Dadurch wird das Betriebsbereitschaftssignal auf der Leitung 36 beendet, und nachfolgende Ablesung aus dem Oberschwingungskoeffizientenspeicher

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18 wird unterbunden. Infolgedessen wird bei nachfolgenden Berechnungszeiten, wenn höhere Harmonische normalerweise berechnet werden wurden, der Ausgang des Oberschwingungskoeffizientenspeichers 18 Null. Der Ausgang F^ⁿ' der Oberschwingungsamplituden-Hültipliziereinrichtung 32 wird ebenfalls Null. Die höheren Harmonischen werden wirksam unterdrückt .

Die Codiereinrichtung 40 wird natürlich mit Bezug auf die höchste Harmonische (L) ausgewählt, die für jeden zu erzeugenden Ton gewünscht wird. Somit entsprechen für . das Beispiel der Tabelle I die auf den Leitungen 48a - 48d vorgesehenen Signale der binären Darstellung des in dieser Tabelle angegebenen Wertes L. Beispielsweise tritt ein Eingang an dem Codierer 47 auf der Leitung 54 auf,· wenn die Taste G-V gewählt wird. Der Codierer 47 erzeugt auf den Leitungen 48a - 48d ein Signal L = 15. Wenn der Zähler 22 das Zeitintervall t ^r- erreicht, ist das Signal auf den Leitungen 35a - 35d identisch mit dem Signal auf den Leitungen 48a - 48d. Als Ergebnis erzeugt die Vergleichsschaltung 50 einen Köinzidenzausgang, wodurch die Flip-Flop-Schaltung 4y zurückgestellt wird und die Ablesung aus dem Oberschwingungskoeffizientenspeicher während der Zeit t „ς- unterbunden wird (vgl. Fig. 4;. Der sechzehnte Fourier-Koeffizient ist somit in der Amplitudenberechnung nicht enthalten.

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In gleicher Weise liefert die ODER-Schaltung 46, wenn der Ton Awg, Bg oder Cn gewählt wird, einen Ausgang aus einer Leitung 55, wodurch der Codierer 47 veranlaßt wird, auf den Leitungen 48a - 48d die binäre Darstellung des Wertes L - 6 zu geben. Die Vergleichsschaltung 50 bewirkt dann, daß die Flip-Flop-Schaltung 49 auf "0" nach t g zurückgestellt wird, wodurch die Berechnung der siebenten bis sechzehnten Fourier-Komponente wirksam unterbunden wird.

Wenn irgendein Ton zwischen G. und G_n. gewählt wird, erhält die Codiereinrichtung 40 einen Eingang.Infolgedessen stellt das Signal (binär OOOO)'auf den Leitungen 48a - 48d L = 16 dar. Die Flip-Flop-Schaltung 41 "bleibt während der gesamten Berechnungsperiode auf "1" eingestellt, und alle sechzehn Harmonischen werden berechnet.

Der Oberschwingungskoeffizientenspeicher 18 und die Speicheradressensteuereinheit 34 werden vorteilhaft so ausgebildet, daß sie einen kommerziell verfügbaren Festspeicher (ROM) mit integrierter Schaltung, wie den Signetics-Typ 8223, verwenden. Diese Vorrichtung enthält eine Adressensteuerschal tung, die eine binärcodierte Adresse, wie die auf den Leitungen 35 gelieferte Adresse, erhält und automatisch aus der entsprechenden Speicherzelle ein.Wort bis zu acht Bits entnimmt. Dieselbe integrierte Schaltung enthält eine opei-

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cherausgang-Betrieb/Sperr-Schaltung, die von einem "Bauteil-Betriebsbereitschafts"-Eingang gesteuert wird, mit dem die Leitung 36 (S¹Ig-. 2) verbunden werden kann. Die in dem Speicher 18 gespeicherten Oberschwingungskoeffizienten-Istwerte beruhen natürlich auf äner Konstruktionswahl, die von der gewünschten Tonqualität des von der Orgel 10 erzeugten Klanges abhängt. Nur als Beispiel gibt die folgende Tabelle II typische Oberschwingungskoeffizientenwerte C , die einen Orgelklang des Diapason-Typs erzeugen.

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TABELLE II (DIAPASON)

Koeffizient	(Relative Amplitude)
C₁ ■■-.,'■	127
G₂	. · 71
G₃	90
°4	36
'S	23
^G6	25 .
^C7	■ 8
V	8
^C9	4
^G1O	4
C₁₁	2
C₁₂	2
	2
	'.■'■■ 1
C₁₅	1
	1

Im Speicher 18 gespeicherter Wert

. _(Bezibel-Äquivalent.)

Q db

-ΛΛ

-24

-31

-38.

-38 -38 -42 -42 -42

Der 1 aus· lO-Binär-Codierer· 47 kann eine herkömmliche Diodenreihe mit zehn Eingangsleitungen und vier binarcodierten Aus gangs leitungen aufweisen. Solche "Vorrichtungen

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sind in dem Standardwerk "Computer Logic" von Ivan Flqres, Prentice Hall, 1960, Kapitel 11.8, gezeigt. Der Zähler 22 kann ein 4-Bit-Binärzähler des Signetics-Typs 8280 sein, der in einem einzigen integrierten Schaltungsbauteil enthalten ist. Die Vergleichsschaltung 50 kann ein 4-Bit-Komparator des Signetics-Typs 8269 mit integrierter Schaltung sein.

In einer abgeänderten Ausführungsform der logischen Schaltung 2OA kann die Codiereinrichtung 40 weggelassen werden. Die Zahl L, welche die für jeden Ton zu "berechnende höchste Fourier-Komponente angibt, kann dann in dem Speicher 17 zusammen mit der entsprechenden Frequenzzahl R gespeichert werden, Wenn ein Ton mit den Schaltern 12 ausgewählt wird, wird die zugeordnete Zahl L aus dem Speicher 17 entnommen und über die Leitungen 54a-54d direkt an die Vergleichsschaltung 50 geliefert. Die logische Schaltung 2OA arbeitet in der gerade beschriebenen Weise im Sinne einer Begrenzung der Erzeugung von Harmonischen.

Bei Verwendung der logischen Oberwellenunterdrückungsschaltung 2OA der Fig. 2 berechnet die Computer-Orgel 10 der Fig. 1 jede Stichproben- oder Abtastpunktamplitude in einem fixierten Zeitintervall t unabhängig davon, wieviele Fourier-Komponenten in dieser Berechnung enthalten sind. Dies spiegelt sich in den Wellenformen der Fig. 3 wieder, die

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typische Amplitudenwerte angeben, die an- den Digital-Analog-Umsetzer 16 während der Erzeugung der Tone G₇, SV und G₁-geliefert werden. Obgleich aufeinanderfolgende Attastpunktamplituden zu festgelegten Zeitintervallen t berechnet werden, unterscheidet sich die pro Periode errechnete Punktanzahl für jeden Ton.

Die Systemtaktfrequenz f kann den kleinsten- oben in

Gleichung 7 (oder in Gleichung 8 für ein; polyphones System) gegebenen Wert haben. In der Praxis* wird jedoch die Takt fr e,— quenz geringfügig höher als der kleinste Wert gewählt, um einen Sicherheitsfaktor S größer als 1,000 für die Nyquist-Kriterien zu liefern. Um die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung unerwünschter Schwebungstöne oder Geräusche auf- einem Minimum zu halten, kann dieser Sicherheitsfaktorgeringfügig größer

1/12-als 2 . gewählt werden, welches das Intervall zwischen zwei benachbarten Tönen in einer gleichmäßig temperierten Tönleiter ist. Beispielsweise kann der Sicherheitsfaktor S = 2¹ »57/Ί2 _ 1,082 gewählt werden. Bei Verwendung dieses Sicherheitsfaktors sind die Nyquist-Frequenz f„* und die Taktfreqiienz f * für ein monophones Instrumentensystem:

f_F* * Sf_N -(1,082) (2> (12,8^-1 kHz> W 27,797 kHz (Gl;11) f_c* = Sf_c - 16

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Der mit der logischen Schaltung .20A der Fig. 2 verwendete Taktgeber 21 kann somit diese Frequenz f * haben. Für eine solche Ausführungsform werden die Wellenformaraplituden bei aufeinanderfolgenden fixierten Zeitintervallen t =5r-* berechnet, so daß die Zahl der Stichproben- oder

^{x 1}N
Abtastpunkte pro Periode des erzeugten Tones gegeben wird

durch:

Punkte/Periode . = ^_on) (01,13)

; Beispiele sind für den Ton C„ (f,„ ν = 2,093 kHz)

τ- ~ ^s 13»3 Punkte pro Periode der erzeugten

Wellenform vorhanden. Die unten gegebene Tabelle III enthält e'ine Liste der Punkte pro Periode für andere Töne zwischen G₁- und Cr₇. Die Frequenzzahlen R, die bei einer solchen monophonen Einkanal-Ausführungsform verwendet werden, sind auch in der Tabelle III offenbart. Diese Werte werden aus der folgenden Beziehung erhalten: ·

Beispielsweise ist für C„ die Frequenzzahl:

^Bfn ^ " - 1,204-74- (Gi. 15)

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-"■-■- Im allgemeinen sind die Frequenz zahlen R keine ganzen Zahlen. So wird der Tonintervalladdierer 23 (Fig. Ό nicht genau auf Null am Ende Jeder Periode der erzeugten Wellenform "zurückgestellt", sondern auf eine Zahl, die sich •jede Periode ändert. Auf diese Weise haben aufeinanderfolgende Perioden desselben Tones geringfügig unterschiedliche Abtastpunktamplituden als die vorhergehende Periode. Dieser Effekt ist in einem polyphonen, System nützlich, da er eine "Entkopplung" herstellt-, wenn zwei Töne gleichzeitig gespielt werden.

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Ton

Frequenz 2093,00

1975,53 1864,65 1760,00 1661,22 . 1567,98 1479,98 1396,91

1318,51 1244,51

117^,66

1108,73 1046,50 987,77 932,33 880,00 830,61

783,99 739,99 698,46 659,25 622,25 587,33 554,36

523,25

TABELLE III Zahl R 1,20474 1,13712 1,07330 1,01306

,95621

,90254

,85188

,80407 ,75894 ,71634

,67614 ,63819

,60237 ,56856 ,53665 ,50653 ,47810

,45127 ,42594

,40203 ,37947 ,35817 ,33807 ,31909

,30119

Punkte/Periode 13,3 14,1

14,9 15,8 16,7 17,7 18,8

19,9 21,1 22,3 23,7 25,1 26,6 28,1 29,8 31,6 33,5

35,5 37,6

39,8

42,2 44,7 47,3 50,1

53,1

U 0 9 8 2 6 / 0 7 Q

Fig,. 5 zeigt eine andere Ausführungsform 2OB für die logische Oberschwingungsunterdrüclcungsschaltung 20 der Fig.1, In dieser Ausführungsform liefert der Zähler 22b einen getrennten Ausgang auf einer der sechzehn Leitungen t-. bis t y,r- für jede der entsprechenden Berechnungszeiten. Der Oberschwingungskoeffizientenspeicher 18b wird von einer Gruppe von sechzehn Registern 61a - 61p gebildet, welche die entsprechenden Koeffizienten C^. bis C_-1^- der Harmonischen speichern. Die Speicheradresse'nsteuereinhext 'Jfib wird von einer Gruppe Torschaltungen 62a - 62p gebildet, die jeweils, dem entsprechenden Register 61a - 61p zugeordnet sind und von den entsprechenden von dem Zähler 22 erhaltenen Signalen t y, - t >,£- betätigt werden. Auf diese Weise tastet die Torschaltung 62a, wenn das erste Berechnungszeitsteiiersignal ΐ_οχ>ι auftritt, den Koeffizienten C^ von dem Register 61a über eine Sammelschiene 63 an die Oberschwingungsamplituden-Multipliziereinrichtung 32 durch.

Die logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung 2OB arbeitet in der Weise, daß sie den Zähler 22a zurückstellt, nachdem die höchste gewünschte Fourier-Komponente berechnet worden ist. Beispielsweise wirddas Signal, falls die Taste C₁, an den Manualschaltern 12 gewählt ist, auf der Leitung G„ über eine ODER-Schaltung 64· an eine UND-Schaltung 65 zur Erzielung deren Betriebsbereitschaft geliefert. Wenn

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der Zeitsfceuerimpuls te auftritt, der bei der Berechnung der sechsten Harmonischen entsteht, wird der Impuls t c über die UND-Schaltung 65 an eine Sammelschiene 66 durchgetastet. Nach einer von einer Verzögerungsschaltung 67 hergestellten Verzögerung von weniger als dem Zeitintervall t

wird der Berechnungszeitintervallimpuls t ' erzeugt. Dieser

Jv.

stellt den Zähler 22b zurück und beendet die laufende Berechnung der Wellenformamplitude. Die siebente und höhere Fourier-Komponenten werden nicht ausgewertet, und die Berechnung der Wellenformamplitude an dem nächsten Abtastpunkt beginnt unverzüglich. Eventuell wird die in Fig. 6 gezeigte Wellenform Gr₇ erzeugt.

Bei Verwendung der Schaltungsanordnung 2OB der Fig., 5 ist die- zum Berechnen Jedes Amplitudenabtastpunktes benötigte Dauer t_x' keine Konstante für alle Töne, sondern hängt von der Zahl der für jeden Ton berechneten Fourier-Komponenten ab. Somit macht beispielsweise, wenn der Ton D,₆ gewählt wird, das über eine ODER-Schaltung 68 gelieferte Signal eine UND-Schaltung 69 betriebsbereit. Während der Berechnung der zehnten Harmonischen wird das Signal t aq über ^die U^^0-Schaltung 69 an die Sammelschiene 66 durchgetastet. Dies verursacht Beendigung der Amplitudenberechnungsperiode nach Auswertung der ersten zehn Fourier—Komponenten und leitet unmittelbar die Berechnung der nächsten Abtastpunktamplitude

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ein* Als Ergebnis hat die erzeugte D.g-Wellenform das in Fig. 6 gezeigte Aussehen. Es wird bemerkt, daß -für D^₆ ,jedes Abtastpünktintervall eine Dauer t ' /--n ϊ = 1O*-,,, hat,

--■■■■- . X Κϋ_φ&) GP .

während für die Wellenform CU die Dauer ^_xVq-)' - ^*_ΟΌ ist*

Die verschiedenen ODER-Schaltungen 70 - 74- und UND-Schaltungen 75 -* 81 arbeiten derart zusammen, daß zu der Sammelschiene 66 däs-j eilige Zeit steuersignal t_c η - t /tr durchgetastet wird* das zum Begrenzen der Oberschwingungserzeugung für den gewählten Ton geeignet ist. - ' - /

Für Töne zwischen C- und G₁-'werden alle sechzehn Harmonischen erzeugt. In diesem Fall wird das t^ ^g-Signal. auf der Leitung 82 direkt an die Sammelschiene 66 geliefert* um den Zähler 22b zurückzustellen und die Berechnungsperiode am Ende von sechzehn t Intervallen zu beenden. Als Ergebnis

cp

(Fig. 6) werden die Töne G₁- und D₁- und alle anderen Töne mit niedrigerer Grundfrequenz mit Abtastpünktintervallen von gleicher Länge t_x' = 1'St. erzeugt. Natürlich hat "Jeder dieser Töne G₁- bis Gy, eine unterschiedliche Anzahl von Abtastpunkten pro Periode. - · --- · ί

Obgleich nur monophone Ausführungsformen in Fig.1 veranschaulicht sind·, ist die-.Erfindung nicht ■ darauf beschränkt. .Begrenzung der Harmonischen kann somit vorteilhaft auch in einem polyphonen System wie dem.in der oben genannten

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USA-Patentanmeldung Nr. 225 883 beschriebenen System angewandt werden. In einem solchen polyphonen System ist die an den Digital-Analog-Umsetzer gelieferte Vellenformamplitude die Summe der für Jeden Ton des gespielten Akkordes getrennt errechneten Amplituden. Eine solche Berechnung kann auf einer Zeitmultiplexbasis erreicht werden, wie schematisch in Pig.7 für ein (K = 3) polyphones System veranschaulicht ist, in dem drei Töne gleichzeitig gespielt werden können.

Gemäß Fig. 7 enthält jedes Berechnungsintervall t drei aufeinanderfolgende Unterintervalle t^, t-g, t^, während denen die Amplituden für drei Töne getrennt errechnet werden. Jedes dieser Unterintervalle enthält sechzehn kürzere Intervalle t' ', während denen die den entsprechenden Tönen zugeordneten individuellen Fourier-Komponenten berechnet werden. Wenn beispielsweise der Akkord CL-, E^--, G,- gespielt wird, kann die Amplitude von Cg während des Intervalls t. und können die Amplituden von Eg und.Gg während der Intervalle t_B bzw. t_c berechnet werden.

Oberschwingungsbegrenzung des hier beschriebenen Typs kann dann unabhängig während jedes Unterintervalls t. , t_B, t_ß verwendet werden, um die Berechnung von Harmonischen oberhalb des entsprechenden L-Wertes für die gewählten Töne zu unterdrücken. So wird für den Akkord CL·, E_ und &' die Oberschwin-

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gungsbegrenzungsschaltung die·Berechnung von Fourier-Komponenten nach. Auswertung der Komponenten L = 12, L = 9 und L = 8 während der Intervalle t., tg und t^ unterbinden, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Fig. 8 zeigt, wie Oberschwingungsbegrenzung auf eine solche.Computer-Orgel mit paralleler Verarbeitung angewandt werden kann, wie in der oben erwähnten USA-Patentanmeldung Nr. 298,365 dargestellt ist. In dem veranschaulichten System

90 werden die ungeraden Fourier-Komponenten (n = 1,3>5» ...) in einem ersten Verarbeitungskanal 91 und die geraden Harmonischen (n = 2,4,6, ...) gleichzeitig in einem parallelen Verarbeitungskanal 32 berechnet. Die einzelnen in den Kanälen

91 und 92 ausgewerteten Komponenten werden in einer Addier-r schaltung 93 summiert und über eine Leitung 33'· ^an einen Akkumulator 13» einen Digital-Analog-Umsetzer 16 und ein Tonsystem 11 wie in Fig. 1 geliefert. Die Tonwahl wird durch Manual- oder Pedalschalter 11 erreicht, die mit einem Frequenzzahlspeicher 17' zusammenarbeiten, das die gewählten R-Zahlen über eine Leitung 94- an beide Verarbeitungskanäle 91, 92 gibt., .-.

Der Speicher 17' kann die Zahl L selbst oder irgend-? eine andere dieser Zahl L zugeordnete codierte Bezeichnung enthalten. Wenn ein Ton an den Manualschalter 12 ausge-

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wählt wird, wird der Bezeichnungscode über eine Leitung 95 an einen Oberschwingungsbegrenzungsspeieher 96 geliefert, der vorteilhaft ein Festspeicher des Signetics-Typs 8223 mit integrierter Schaltung oder eine ähnliche Vorrichtung ist. Der Bezeichnungsco3e veranlaßt die Zugriffssteuerschaltung 96a, aus dem Speicher 96 den gespeicherten Inhalt abzulesen, der die zu berechnende höchste ungerade CE_11n-P^" λ und die höchste gerade C^p-erade^ ^?οηΓΐ^ΘΓ-^ΚοΐηΡ^οηθηΐ^θ spezifiziert. Diese Werte werden über die entsprechenden Leitungen 97»98anzugehörige Vergleichsschaltungen 99, 100 gegeben, die den entsprechenden Verarbeitungskanälen 91, 92 zugeordnet sind. Die Vergleichsschaltung 99 vergleicht den Wert

ungerade mit einem über eine Leitung 101 gelieferten 3ignal, das anzeigt, welche Komponente gerade in dem Kanal 91 berechnet wird. Wenn Koinzidenz erhalten wird, bewirkt die Vergleichsschaltung 99» daß eine Sperr- oder Unterdrückungsschaltung 102 die Berechnung aller höheren ungeraden Fourier Komponenten durch den Kanal 91 verhindert. Die Vergleichsschaltung 100 und die Sperr- oder Unterdrückungsschaltung 103 arbeiten in der gleichen Weise für den Kanal 92.

Beispielsweise kann ein beliebiger Bezeichnungscode "0001" in dem Speicher Ύ] 'zusammen mit den den Tönen C₁₇, B_& und A »g zugeordneten Zahlen E gespeichert werden. Wenn einer

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dieser Töne gespielt wird, wird der Code "0001" an die Speic.herzugriff steuerschaltung 96a geliefert, wodurch Ablesung aus einer bestimmten Stelle in dem Speicher 96 veranlaßt wird. Diese ,Speicherzelle enthält vorteilhaft die Werte I^g·^^- ^a 5 und L_gerade = 6. Infolgedessen werden die Berechnungen in den Kanälen 91 und 92 nach Bewertung der fünften bzw. sechsten Fourier-Komponente unterbunden, wie dies genau für die veranschaulichten Werte L der Tabelle I erforderlich ist.

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Claims

Patentansprüche

OElektronisches Musikinstrument des Typs, bei dem die Amplituden an aufeinanderfolgenden Stichprobenoder Abtastpunkten einer Musiktonwellehform dadurch berechnet werden, daß die Wellenformen diskreter Fourier- ^l Komponenten individuell errechnet und diese Komponenten kombiniert werden, iim jede Amplitude zu erhalten, wobei diese Amplituden in Musiktöne umgewandelt werden, wenn diese Berechnungen durchgeführt sind, wobei die in jeder Amplitudenbereclmung enthaltenen Fourier-Komponenten nur auf solche begrenzt sind, deren Frequenzen unterhalb eines bestimmten Wertes liegen, gekennzeichnet durch:

einen Speicher, der jedem Ton zugeordnete Frequenzzahlen speichert und die Trennung zwischen aufeinanderfolgenden Amplitudenabtastpunkten herstellt;

Tonwählvorrichtungen zum Entnehmen der einem gewählten Ton zugeordneten Frequenzzahl aus dem Speicher;

Vorrichtungen, die ansprechend auf die Wahl eines Tones ein Signal liefern, das die für diesen Ton zu berechnende höchste Harmonische L bezeichnet; eine

Fourier-Komponenten-Auswertungsschaltung, welche die zugeordnete Frequenzzahl zum Berechnen von nicht weniger als W Fourier-Komponenten für jede Amplitudenberechnung verwendet, wobei alle W Komponenten berechnet und kombiniert

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werden, um die genannten Amplituden während der Erzeugung jedes Tones zu erhalten, für den die W-te Komponente eine Frequenz unterhalb des genannten bestimmten Wertes hat, wobei die genannte Auswertungsschaltung ein Signal liefert, das anzeigt, welche Fourier-Komponente η gerade berechnet wird; . .

eine Vergleichsschaltung zum Anzeigen von Koinzidenz zwischen den Werten η und L; und

eine logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung, die bei Anzeige von Koinzidenz zwischen den Werten η und L durch die Vergleichsschaltung in der Weise arbeitet, daß sie die Berechnung von höheren Fourier-Komponenten als L durch die Auswertimgsschaltung unterdrückt. ^r
2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte bestimmte Wert innerhalb des normalen menschlichen Hörbereichs liegt.
3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher auch einen Bezeichnungscode für die höchste Harmonische für jeden Ton speichert, wobei die logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung auf den Bezeichnungscode anspricht, der von dem Speicher zusammen mit der zugeordneten Frequenzzahl entnommen wird, wenn ein Ton gewählt ist. ■ ·

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4·. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Code selbst das den Wert L bezeichnende Signal aufweist.
5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Oberschwingungsbegrenzungsspeicher, der bestimmte 1 bezeichnende Werte enthält, wobei der genannte Code Entnahme des dem gewählten Ton zugeordneten, L bezeichnenden Wertes veranlaßt.
6. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, wobei dieses Instrument polyphon ist, gekennzeichnet durch glfdche Vorrichtungen zum getrennten Berechnen einer tonbezogenen Amplitude für jeden gleichzeitig gespielten Ton, wobei-diese tonbezogenen Amplituden summiert werden, um jede Wellenformamplitude zu erhalten, und eine logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung, die getrennt betätigbar ist, um die in der Berechnung jeder tonbezogenen Amplitude enthaltenen Fourier-Komponenten zu begrenzen.
7. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Untergruppen der genannten Fourier-Komponenten gleichzeitig in getrennten parallelen "Verarbeitungskanälen berechnet werden, wobei die logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung getrennt

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"betäti gbar ist, um die von 3edem Bearbeitungskanal b erechiieten Fourier-Komponenten zu begrenzen,
8. Elektronisches Musikinsti^ument nach Anspruch .1, ' gekennzeichnet'durch einen Taktgeher zum Steuern der Frequenz, mit der individuelle Fourier-Komponenten durch die Auswertungsschaltung berechnet werden, wobei diese Frequenz durch die einzelne höchste Frequenz ££ irgendeiner niaht unterdrückten Komponente hergestellt wird,.die in der Amplitudenberechnung für irgendeinen Ton enthalten ist, und die ein: Vielfaches der Nyquist-Frequenz 2f, mal einem Sicherheitsfaktor S mit einem größeren wert als 1,000 ist.'
9. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für ein polyphones Instrument, das gleichzeitig K Töne erzeugen kann, das genannte Vielfache K ist und daß dieses Vielfache für ein Instrument mit P parallelen Verarbeitungskanälen 1/P ist.
10. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Amplitude innerhalb eines -fixierten Zeitintervalls t berechnet wird, und gekennzeichnet durch einen Taktgeber, der identifizierbare Berechnungsintervalle innerhalb dieses Intervalls t__ herstellt, wahrend dem bestimmte der genannten Komponenten durch die Auswer-

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tungsschaltung berechnet werden können, wobei die logische Ob erschwingungsunterdrückungs schaltung auf die identifizierbaren Berechnungsintervalle und den genannten Wert L derart anspricht, daß die Berechnung von höheren Ifourier-Komponenten als Ii unterdrückt wird.
11, Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Amplituden einer Wellenform für aufeinanderfolgende Weilenformstichproben- oder -abtastpunkte zu bestimmten regelmäßigen Zeitintervallen aus gespeicherten Oberschwingungskoeffizientenwerten berechnet werden, wobei ,jede Amplitude durch individuelle Berechnung einer Gruppe von einen Teil dieser Wellenform "bildenden. Fourier-Komponenten berechnet wird, wobei jede iOurier-Komponente durch Multiplizieren einer trigonometrischen Punktion des Weilenfonnabtastpunktes mit einem Obersehwingungskoeffizientenwert berechnet wird, der die relative Amplitude dieser Fourier-Komponente herstellt, wobei das Instrument ein Signal liefert, das anzeigt, welche Fourier-Komponente gerade berechnet wird, wobei die genannten berechneten Komponenten kombiniert werden, um die Weilenformamplitude an jedem Abtastpunkt zu erhalten, wobei Musiktöne dadurch erzeTigt? werden, daß die genannten berechneten Weilenformamplituden für aufeinanderfolgende Abtastpunkte in Musikklänge umgesetzt werden, wenn die genannten

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Berechnungen durchgeführt sind, und gekennzeichnet durch:

Tonwählschalter und eine logische Obersohwingungsunterdrückungsschaltung zum Begrenzen nur derjenigen Komponenten in der genannten Gruppe, deren Frequenz unterhalb eines bestimmten Wertes innerhalb des normalen menschlichen Hörbereiches liegt, und dadurch gekennzeichnet, daß die genannte logische Öberschwingungsunterdrückungssehaltung" aufweist:

eine Schaltung, die ansprechend auf Schalterwahl jedes Tones ein Signal liefert, das die für diesen Ton zu berechnende höchste Fourier-Komponente bezeichnet; ·

eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des genannten die höchste Fourier-Komponente" bezeichnenden Signals und des genannten Anzexgesignals und zum Liefern eines Ausgangs, wenn die verglichenen Signale gleich sind; und

eine Unterdrückungsschaltung zum Unterbinden der Berechnung höherer Fourier-Komponenten ansprechend auf das Auftreten des genannten Vergleichsschaltungsausgangs.
12. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte bestimmte Wert angenähert 13 kHz ist, daß die genannte Gruppe normalerweise die ersten sechzehn Fourier-Komponenten für jeden Ton zwischen G^ und G₁- enthält und daß diese Gruppe weniger als sechzehn Fourier-Komponenten für jeden Ton zwischen G^₁- und G„ enthält.

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13. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch: ·

einen Taktgeber, der Zeitsteuerimpulse t liefert, ·

cp

welche die Fourier-Komponenten-Berechnungsfrequenz des Instrumentes herstellen; und

einen Zähler, der diese Zeitsteuerimpulse t em-

cp

pfängt und jedes regelmäßige Zeitintervall t der Amplitudenberechnung herstellt, wobei die Zählung dieses Zählers während jedes Berechnungsintervalls feststellt, welche Fourier-Komponente gerade von dem.Instrument berechnet v/erden kann, und wobei diese Ordnungsanzeigesignale Tür diese Zahlung kennzeichnend sind.
14. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Amplituden digital errechnet und von einem Digital-Analog-Umsetzer umgewandelt werden, daß das genannte Berechnungsintervall t fixierte Dauer unabhängig davon hat, welcher Ton erzeugt wird, daß die genannte Digital-Analog-Umsetzung am Ende jedes Intervalls t_ auftritt und daß für Töne mit unterdrückten Fourier-Eoraponenten die unterdrückten Komponenten in einem Zeitintervall kleiner als t berechnet werden.
15. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch erste Vorrichtungen

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6A0 ORIGINAL

2362Q5Q

zum Berechnen der Amplituden X (qH) einer Wellenform während aufeinanderfolgender Zeitintervalle, wobei q eine ganze Zahl vergrößert um jedes Zeitintervall gemäß deT Beziehung

^L -r
X (qR) = I Ci sin f- nqR für n=1,2,3, ... L

° n=1 ⁿ . ^w _: . ■■-·.■ ist, worin L die Anzahl der in jeder Amplitudenberechnung für einen bestimmten Ton enthaltenen Fourier-Komponenten bezeichnet·,. W die größte Anzahl der Komponenten ist, die in der Berechnung "für irgendeinen von dem Instrument erzeugten Ton enthalten sind, C der Koeffizient der entsprechenden-n-ten Fourier-Komponente ist und.R eine die Periode der genannten Wellenform spezifizierende Zahl ist, und dadurch gekennzeichnet, daß diese ersten Vorrichtungen aufweisen:

einen Oberschwingungskoeffizientenspeicher, der die genannten Oberschwingungskoeffizienten C speicliert,,

einen Speicher, der eine Tabelle von Sinuswerten ent-: hält; '■■■·.-

einen Frequenzzahlspeicher, der Werte R für eine wählbare Gruppe von Tönen enthält;

ein Manual, das Tonwählschalter enthält, wobei die Betätigung irgendeines Manualschalters die Entnahme des R-Wertes, der dem durch diese betätigte Taste gewählten Ton entspricht, aus dem genannten Frequenzzahlspeicher bewirkt;

eine Oberschwingungskpmponenten-rAufwertungssöhal^ung, uie den Oberschwingungskoeffiziientenspeicher und die genannte

40 9 8 zemn 9 6: se

Tabelle verwendet, um F^ⁿ' = C sin - nqr für jede Fourier-"

η y

Komponente in Übereinstimmung mit dem entnommenen Vert R zu berechnen; und

einen Akkumulator zum algebraischen Summieren der errechneten Werte F^ .; und gekennzeichnet durch:

zweite Vorrichtungen, die auf die genannten ersten Vorrichtungen derart ansprechen, daß sie Musiktöne für die genannten errechneten Amplituden erzeugen, wobei für jeden erzeugten Ton der Wert S derart ist, daß alle in der Amplitudenberechnung enthaltenen Fourier-Komponenten Frequenzen unterhalb einer vorgewählten Frequenz innerhalb des menschlichen Hörbereichs haben, und

eine logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung, die auf die Betätigung von wenigstens einigen Manualschaltern derart anspricht, daß die genannte Oberschwingungskomponenten-Auswertungsschaltung daran gehindert wird, F^ ⁾ für diejenigen Fourier-Komponenten des von dem betätigten Schalter gewählten Tones zu berechnen, deren Frequenz größer als die genannte vorgewählte Frequenz ist.
16. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Frequenzzahlspeicher Werte von E zusammen mit Codes speichert, die den jedem R-Wert zugeordneten Wert von L bezeichnen, und daß Betätigung

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jeder Taste Entnahme des entsprechenden Wertes R und des diesem zugeordneten L bezeichnenden Codes aus dem Frequenzzahlspeicher veranlaßt; und

daß die logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung auf den entnommenen L bezeichnenden Code anspricht und Entnahme der Koeffizienten, die höheren Fourier.-Komponenten als Ii zugeordnet sind, aus dem Oberschwingungskoeffizientenspeicher unterdrückt, wodurch Berechnung von Harmonischen mit Frequenzen oberhalb der vorgewählten Frequenz durch die Auswertungsschaltung wirksam verhindert wird.
17. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 16, dadurch, gekennzeichnet, daß die Oberschwingungskomponenten— Auswertungsschaltung alle W Fourier-Komponenten für jeden Ton errechnet, falls sie nicht gesperrt ist, und daß die logische ' Oberschwingungsunterdrückungsschaltung eine Schaltung zum Anzeigen von Koinzidenz zwischen dem von dem genannten Code bezeichneten Wert L und einem Signal aufweist, das anzeigt, welche Fourier-Komponente gerade von der Auswertungsschaltung berechnet wird, wobei die logische Qb'erscnwingungsunterdrückungsschaltung Ablesung aus dem Oberschwingungskoeffizientenspeicher für den Rest jedes AraplitudenberecTinungsintervalls nach dem Anzeigen einer solchen Koinzidenz unterbindet.

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18. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß jede Wellenformamplitude in einem fixierten Zeitintervall t unabhängig davon berechnet wird, ·

Λ.

welcher Ton erzeugt wird, und gekennzeichnet durch einen Taktgeber und einen damit zusammenarbeitenden Zähler zum Feststellen der genannten Intervalle t , und dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Fourier-Komponenten-Anzeigesignal von dem Zeitsteuerausgang des Taktgebers und des Zählers abgeleitet wird.
19. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Auswertungsschaltung ein Signal liefert, das anzeigt, welche Fourier-Koraponente gerade ausgewertet wird, wobei die logische Oberschwingungsunterdrückungsschaltung aufweist:

- eine Schaltung, die auf Betätigung von genannten bestimmten Manualschaltern derart anspricht, daß ein Signal geliefert wird, das den Wert L für den von der betätigten Taste gewählten Ton spezifiziert;

eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des genannten L spezifizierenden Signals und des genannten Ordnungsanzeigesignals, wobei die Vergleichsschaltung einen Ausgang liefert, wenn die verglichenen Signale dieselben sind; und

Vorrichtungen, die auf den genannten Vergleichsschaltungsausgang derart ansprechen, daß die Berechnung höherer Fourier-Komponenten für den gewählten Ton unterdrückt wird.

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Ά,