DE2404431A1

DE2404431A1 - Elektronisches musikinstrument

Info

Publication number: DE2404431A1
Application number: DE2404431A
Authority: DE
Inventors: Ralph Deutsch
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1974-08-01
Also published as: US3809790A; DE2404431C3; DE2404431B2; JPS49102322A; JPS5326966B2

Description

Dr.D.Thomsen PATENTANWALTSBÜRO W. Weinkauff τβίβιοη «η») 530211

Dr.l.Ruch ^⁰²¹² 2404431

, Telex 5-24303 topat ^ ^ '

Dr. H. Agular

PATENTANWÄLTE München: Frankfurt/M.:

Dr. rer. nat. D. Thomson Dlpl.-lng. W. Weinkauff

Dr. rer. nat. I. Ruch (Fuchshohl 71)
Dipl.· Ing. Dr. H. Agular

8000 Mönchen 2 Kalser-Ludwig-Platz6 3ο. Januar 1974

Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha
Hamamatsu, Japan

Elektronisches Musikinstrument

Kombinierte Stimmen oder Register unterschiedlicher Längenkenming (footage) sind in einer Computer-Orgel des
Typs realisiert, in dem Musiktöne "durch Berechnen aufeinanderfolgender Stichproben- oder Abtastpunktamplituden einer Musikwellenform und durch Umwandeln der Amplituden in Klänge erzeugt werden, wenn die Berechnungen im Realzeitbetrieb durchgeführt sind. Jede Wellenformamplitude wird durch Auswerten derjenigen Fourier-Komponenten erhalten, die eine

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unvollständige Gruppe Harmonischer für eine Stimme erster Längenkennung sowie die Grundschwingung und mehrere ungerade Harmonische niedriger Ordnung einer Stimme kleinerer Längenkennung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine unvollständige Reihe von 8-Fuß-Harmonisehen zusammen mit den ersten vier ungeraden Harmonischen einer 16-Fuß-Reihe verwendet. Die 8-Fuß-Harmonisehen entsprechen in der Frequenz geraden Harmonischen der 16-Fuß-Reihe, die fehlenden 8-Fuß-Harmonisehen werden von dem Ohr des Zuhörers "wiedereingesetzt". Als Ergebnis wird die kombinierte Stimme gerade so wahrgenommen, als ob getrennte vollständige Spektren zur Erzeugung der Wellenform verwendet worden wären. Zwecks Realisierung von Stimmen oder Registern mit kleinerer Längenkennung sind bestimmte 8-Fuß-Harmonische von der WeI-lenformberechnung ausgeschlossen. Für kombinierte Stimmen einschließlich solcher mit kleinerer Längenkennung wird die Summe der Oberschwingungskoeffizienten, die den gleichzeitig ausgewählten Stimmen zugeordnet sind, in den Berechnungen dei? Harmonischen verwendet.

So ist ersichtlich, daß die Erfindung die Realisierung von kombinierten Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung in einer Computer-Orgel betrifft.

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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 17.Oktober 1972).

Wenn in einer Pfeifenorgel ein 8-Fuß-Register betätigt wird, werden Töne mit der Tonhöhe der gewählten Taste erzeugt, d.h., wenn die Manualtaste C^ gedrückt wird, erklingt der Ton G^ (die Taste von C in Oktave 4·). Wenn ein 16-Fuß-Register gewählt wird, stellt die Orgel Töne her, die um eine Oktave tiefer als die entsprechende Taste liegen, d.h., wenn die Manualtaste C^, gedrückt wird, erklingt der Ton C,. Töne höherer Oktaven werden erzeugt, wenn Grundregister anderer Langenkennung gewählt werden. Beispielsweise ergeben ein 4—Fuß-Register und ein 2-Fuß-Register die Herstellung von Tönen, die um zwei bzw. vier Oktaven höher als die gespielte Taste liegen.

Gelegentlich wird ein Musiker zwei oder mehr Register unterschiedlicher Langenkennung gleichzeitig wählen. Wenn ein 16-Fuß-Register und ein 8-Fuß-Register betätigt werden, produziert die Orgel gleichzeitig Klänge bei der Nennfrequenz und um eine Oktave tiefer. Ein Register mit zusätz-

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licher Längenkennung kann gezogen werden, um bestimmte Harmonische der Grundlängenkennung zu vergrößern. Beispielsweise kann ein 1 3/5-Fuß-Register zum Vergrößern der fünften und zehnten Harmonischen eines gleichzeitig gewählten 8-Fuß-Registers verwendet werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung einer Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung (combined footage) in. einer Computer-Orgel des Typs, der in den oben erwähnten Patentanmeldungen beschrieben ist. In einem solchen Instrument werden Musikklänge durch Berechnen der Amplituden bei aufeinanderfolgenden Stichproben- oder Abtastpunkten einer Musikwellenform in Realzeitbetrieb und durch Umwandeln dieser Amplituden in Klänge erzeugt, wenn die Berechnungen durchgeführt sind. Jede Amplitude wird durch individuelles Berechnen der dieser Wellenform zugehörigen Fourier-Komponenten erhalten. Eine Gruppe gespeicherter Harmonischer definiert die relative Amplitude jeder solchen Harmonischen, wodurch die Wellenform und somit die Tonqualität des erzeugten Klanges hergestellt wird.

Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung könnte in einer solchen Computer-Or-

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gel dadurch realisiert werden, daß die allen gewählten Registern zugeordneten Harmonischen während jeder Amplitudenberechnungsperiode getrennt berechnet werden. Falls ein 8-Fuß-Register und ein 16-Fuß-Register gleichzeitig gewählt werden, würde diese anscheinend einfache Lösung die Berechnung der doppelten Anzahl Fourier-Komponenten erfordern, die normalerweise in dem gleichen Zeitraum berechnet werden, falls nur ein einziges Register gewählt worden wäre. Da jede Abtastpunktamplitude innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls berechnet werden muß, würde ein solches Verfahren Auswertung individueller Harmonischer mit der doppelten Rechengeschwindigkeit erfordern, die für ein Register mit einer einzelnen Längenkennung benötigt wird. Dies ist unzufriedenstellend, da die Geschwindigkeitsanforderungen der Anlage die Leistungsfähigkeit von gegenwärtig verfügbaren integrierten Schaltungen überschreiten können. Alternativ könnten auch zusätzliche parallele Rechenkanäle zur Auswertung der Harmonischen der erwähnten Kombination verwendet werden. Jedoch könnte eine solche' zusätzliche Schaltungsanordnung soviel wie das Doppelte des Instrumentes kosten.

Die Erfindung liefert eine neue Form der Realisierung einer Kombination von Stimmen oder Registern unter-

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— ο —

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schiedlicher Längenkennung, wodurch die Erzeugung von beispielsweise gleichzeitig ausgewählten 8-J¹UB- und 16-Fuß-Registern ermöglicht wird, ohne eine Erhöhung der Berechnungsgeschwindigkeit der Harmonischen oder die Bereitstellung zusätzlicher Rechenkanäle zu erfordern.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß vorteilhafter Gebrauch von zwei Faktoren gemacht wird. Der eine Faktor ist, daß die Harmonischen einer 8-Fuß-Reihe den geraden Harmonischen eines 16-Fuß-Registers entsprechen. Diese entsprechenden Harmonischen brauchen nicht getrennt berechnet zu werden, wenn ein kombinierter 8-Fuß- und 16-Fuß-Ton künstlich hergestellt wird. Zweitens können bestimmte Harmonische ohne einen merklichen Verlust an Tonqualität des künstlich hergestellten Orgelklanges eliminiert werden. Die Erfindung nutzt beide Faktoren. Während jedes Amplitudenberechnungsintervalls berechnet die Computer-Orgel die Fourier—Komponenten eines unvollständigen 8-Fuß-Oberschwingungsspektrums und berechnet auch bestimmte ungerade Harmonische niedriger Ordnung des 16-Fuß-opektrums. Bei Kombination zur Erzielung der Wellenformamplitude hat der entstehende Klang die Tonqualität von kombinierten 8- und 16-Fuß-Registern.

Fig. 1 veranschaulicht typische 8-Fuß- und 16-Fuß-

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Spektren, die von einer Computer-Orgel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Form der Realisation der erwähnten Kombination erzeugt sind. Das 8-Fuß-Spektrum enthält die Harmonischen 1 bis 8, 10, 12, 14 und 16. Die neunte, elfte, dreizehnte und fünfzehnte Harmonische werden nicht hergestellt. Diese fehlenden Harmonischen verringern die Tonqualität des erzeugten Orgelklanges nicht merklich. Ein Grund dafür liegt darin, daß für typische Orgelpfeifen in den höheren Harmonischen verhältnismäßig wenig Energie enthalten ist. Die ersten acht Harmonischen sind alle vorhanden, da diese gewöhnlich am stärksten sind und die Klangfarbe beherrschen.

Ein triftiger Grund beruht auf der menschlichen Schallwahrnehmung. Ein psychoakustischer Effekt tritt auf, wobei das Ohr bestrebt ist, die fehlenden Harmonischen, "wiedereinzusetzen". Da das menschliche Hörsystem nicht linear ist, entsteht ein scheinbarer Interferenz- oder "Schwebungs"-Effekt zwischen den vorhandenen Harmonischen. Beispielsweise stellt die zehnte Harmonische eine Schwebung mit der Grundschwingung her, um die scheinbare Tonfärbung der fehlenden neunten und elften Harmonischen zu liefern. Tn gleicher Weise veranlaßt das Vorhandensein der zwölften, vierzehnten und sechzehnten Harmonischen das Ohr, die fehlenden elften, dreizehnten und fünfzehnten Harmonischen

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zu rekonstruieren.

Wie früher" bemerkt wurde, entsprechen die 8-Fuß-Harmonischen den geraden Harmonischen einer 16-Fuß-Reihe. Gemäß der Erfindung werden die entsprechenden geraden 16-Fuß-Harmonischen (in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt) nicht getrennt ausgewertet. Jedoch werden die ersten vier ungeraden Harmonischen niedriger Ordnung der 16-Fuß-Reihe berechnet, wie mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 angegeben ist. Diese 16-Fuß-Harmonisehen werden während der Zeitintervalle ausgewertet, die der Berechnung solcher Harmonischen normalerweise zugeteilt sind, die in dem 8-Fuß-Spektrum fehlen. Das Ergebnis ist ein effektives 16-Fuß-Spektrum, das die ersten acht Harmonischen, jede zweite Harmonische bis zu der sechzehnten Harmonischen und jede vierte Harmonische von der zwanzigsten bis zu der zweiunddreißigsten Harmonischen enthält. Der oben beschriebene psychoakustische Effekt verursacht die scheinbare Wiedereinsetzung der fehlenden 16-Fuß-Harmonischen in den wahrgenommenen Ton. Mit der Erfindung können kombinierte Stimmen oder Register unterschiedlicher Längenkennung in ausgezeichneter Weise auch dann nachgebildet werden, wenn nur die sechzehn getrennten Harmonischen, die in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt sind, ausgewertet werden,

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~⁹~ 240A431

Das Zeitdiagraram der Fig. 2 veranschaulicht, wie diese sechzehn Harmonischen innerhalb jedes fixierten Berechnungsintervalls t von einer Zweikanal-Computer-Orgel gemaß Fig. 3 ausgewertet werden können. Ein Rechenkanal 24-A ist der Berechnung der ersten acht 8-Fuß-Harmonisehen zugeordnet, wie mit den großen Zahlen in der oberen Reihe der Fig. 2 bezeichnet ist. Die verbleibenden 8-Fuß-Harmonischen höherer Ordnung und die vier ungeraden Harmonischen niedriger Ordnung der 16-Fuß-Reihe werden in einem parallelen Rechenkanal 24B ausgewertet. Die kleinen Zahlen in Fig. 2 bezeichnen die 16-Fuß-Harmonisehen, die den erzeugten 8-Fuß-Harmonischen entsprechen. Diese in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellten 16-Fuß-Harmonisehen werden von der Computer-Orgel nicht getrennt berechnet.

Die erfindungsgemäße Form der Realisation einer Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung ermöglicht auch die Erzeugung anderer Grundstimmen. Wie in Fig. 4- gezeigt ist, haben die 4—Fuß-, 2-Fuß- und 1-Fuß-Grundstimmen keine fehlenden Harmonischen, auch wenn die 8-Fuß-Reihe unvollständig ist. Die 2 2/3-Fuß- und 1 3/5-Fußstimmen haben zwei bzw. eine fehlende Harmonische. Jedoch haben diese fehlenden Harmonischen nur geringe praktische Auswirkung auf die wahrgenommenen Orgeltöne, da

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diese Register normalerweise gewählt werden, um spezifische Harmonische in einer 8-Fuß-Reihe zu vergrößern.

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

Fig. 1 die Spektren der Harmonischen von kombinierten 8-Fuß- und 16-Fuß-Registern, die von einer Computer-Orgel unter VerwendTin^ der erfindungsgemäßen Form der Realisierung einer Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung künstlich hergestellt werden;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das die Berechnungsintervalle anzeigt, während denen die Spektralkomponenten der Fig. 1 innerhalb jedes Berechnungsintervalls der Computer-Orgel ausgewertet werden;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Computer-Orgel, bei der die erfindungsgemäße Form der Rea-

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24ÜU31

lisierung einer Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längskennung verwendet ist;

Fig. 4A bis 4-F Spektren von erfindungsgemäß ausgeführten Stimmen oder Registern mit anderer Längenkennung; und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer gegenüber der Anordnung nach Fig. 3 abgeänderten Ausführungsform zur Realisierung der Stimmen oder Register nach Fig. 4.

Die folgende ausführliche Beschreibung behandelt die gegenwärtig am besten beurteilten Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung. Die Beschreibung ist nicht in begrenzendem Sinne gegeben, sondern soll lediglich die allgemeinen Grundsätze der Erfindung veranschaulichen, da der Rahmen der Erfindung am besten durch die Patentansprüche definiert ist.

Die den zuerst beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zuerteilten konstruktiven und funktionellen Merkmale kommen auch den später beschriebenen Ausführungsformen

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- Ί2 -

zu, falls solche Merkmale nicht offensichtlich, unanwendbar sind oder falls keine besondere Ausnahme gemacht ist.

Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung wird von der Computer-Orgel 20 nach Fig. 3 realisiert. Wenn ein Ton an dem Manualschalter 21 gewählt ist, wird eine Wellenform digital berechnet und in einen Klang von einem Digital-Analog-Umsetzer 22 und einem Klangsystem 23 umgesetzt. Die Wellenformamplitude wird für aufeinanderfolgende Stichproben- oder Abtastpunkte in regelmäßigen Zeitintervallen t berechnet. Innerhalb jedes solchen Intervalls t werden die ersten acht Harmonischen des 8-Fuß-Spektrums (Fig. 1) in einem ersten Verarbeitungskanal 2A-A getrennt ausgewertet. Innerhalb jedes gleichen Intervalls t werden die ersten vier ungeraden Harmonischen des 16-Fuß-Spektrums (Fig. 1) und die zehnte, zwölfte, vierzehnte und sechzehnte 8-Fuß-Harmonische in einem zweiten parallelen Verarbeitungskanal 24B ausgewertet.

Alle Komponenten werden in einem Akkumulatnr 25, der am Ende jedes Berechnungsintervalls t die Amplituden an dem gegenwärtigen Abtastpunkt enthält, algebraisch summiert. Diese Amplitude wird an den Digital-Analog-Umsetzer 22 über eine Torschaltung 26 gegeben, die. durch ein t -Sig-

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2A0Ä431

nal auf einer Leitung 27 betriebsbereit gemacht wird. Die Berechnung der Amplitude für den nächsten Abtastpunkt wird unmittelbar eingeleitet, so daß die von dem Umsetzer 22 gelieferte Analogspannung eine Musikwellenform aufweist, die in Realzeitbetrieb erzeugt ist und einen Spektralgehalt hat, der für eine Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung charakteristisch ist.

In der Erfindung wird der Amplitudenbeitrag Fo jeder 8-Fuß-Harmonisehen gemäß" der folgenden Beziehung ausgewertet :

= C sin $ nqR für q = 1, 2, 3 .... (CxI. 1),

wobei R eine Frequenzzahl ist, die dem an den Manualschaltern 12'gewählten "Ton zugeordnet ist. Die Zahl η bezeichnet die auszuwertende Harmonische. So ist für die Ausführungsform der Fig. 1 η = 1, 2, 3, 4-, 5, 6, 7, 8,, 10, 12, 14·, 16 entsprechend den in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Harmonischen.

Der Oberschwingungskoeffizient C in der Gleichung spezifiziert die relative Amplitude der entsprechenden n-ten 8-Fuß-Harmonisehen. Der Wert V bezeichnet die Gesamtzahl der

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2ACK431

in die Amplitudenberechnung eingeschlossenen Harmonischen. Diese Zahl ist eine wählbare Konstruktionsgröße. Der Wert W = 16 ist zur künstlichen Herstellung von Pfeifenorgelklängen recht zufriedenstellend und wird in der Ausführung form der Fig. 1-3 verwendet. Die Amplituden Ig der Harmonischen für η = 1, 2, ... 8 werden in dem Kanal 24A und die Werte F^ für η = 10, 12, 14, 16 in dem Kanal 24-B ausgewertet.

Der Amplitudenbeitrag Fy^' jeder ungeraden 16-Fuß-Harmonischen wird gemäß der folgenden Gleichung ausgewertet:

6^{I)= G}n ^Sin ~ ⁿ'^q| für q = 1, 2, 3 ... (Gl. 2),

wobei n¹- =1, 3, 5i 7 und C ein Oberschwingungskoeffizient ist, der die relative Amplitude der entsprechenden η'-ten 16-Fuß-Harmonisehen'bezeichnet. Diese Werte F^ ' werden auch in dem Verarbeitungskanal 24B ausgewertet.

Die Wellenformamplitude χ (qR) für jeden Abtastpunkt qR ist durch die folgende Beziehung gegeben:

IZf₊ ΣΖ F ₊ ΣΖ1

n=l 8 n=10/12, 8 _n._=i

14,16

Dieser Wert x (qR) wird in dem Akkumulator 25 während jedes

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2 A O A A 31

Berechnungsintervalls t erhalten und über den Umsetzer 22

-Λ-

an das Klangsystem 25 am Ende eines jeden solchen Intervalls geleitet.

Vie in Fig. 2 angegeben ist, ist jedes Berechnungsintervall t_x in acht Unterintervalle t . bis *_ορ8 geteilt, während denen die Harmonischen berechnet werden. Eine solche Systemzeitsteuerung wird von einem Taktgeber 29 hergestellt, der Impulse mit Intervallen t an einen Zähler 30 mit dem

cp

T T

Modulo - = 8 liefert. Der Zähler 30 erzeugt aufeinanderfolgende Ausgangssignale t ,, bis t □ auf den entsprechend bezeichneten Leitungen. Die in einer Verzögerungseinheit 31 geringfügig verzögerten t p-Signale dienen als die Berechnungsintervallimpulse t auf der Leitung 27. Für verschiedene unten beschriebene Durchtastfunktionen werden die Zeitsteueruhgs- oder Taktsignale t ₂ ^³ ^qoM- ^{von einer} ODER-Schaltung 32 kombiniert und an eine Leitung 33 geliefert. Alle Impulse te bis to gelangen über eine ODER-Schaltung 34· an eine Leitung 35. Alle acht Taktsignale t . bis t _R werden durch eine ODER-Schaltung 37 an eine Leitung 36 geführt .

In der Gomputer-Orgel 20 wird eine Gruppe von den Tönen des Instrumentes entsprechenden Frequenzzahlen R in

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2 4 D 4 A 31

einem Frequenzzahlspeicher 39 gespeichert. Ein Tonintervalladdierer 40 enthält den Wert qR, der den Stichproben- oder Abtastpunkt identifiziert, bei dem die Wellenformamplitude gerade ausgewertet wird. Dieser Wert qR wird am Anfang jedes Berechnungsintervalls durch Addieren der gewählten Frequenzzahl R-zu dem früheren Inhalt des Addierers 40 vergrößert. Zu diesem Zweck wird der Wert R zu dem Addierer 40 über eine Torschaltung 41 durchgetastet, die durch das t -Signal auf der Leitung 27 betriebsbereit gemacht wird. Der Addierer 40

W
hat vorzugsweise den Modulo - .

Zum Berechnen der ersten acht 8-Fuß-Komponenten werden die Werte nqR für η = 1, 2, 3» .·· 8 in einem Oberschwingungsintervalladdierer 42 erhalten, der von dem t -Signal am Ende

.Λ.

jedes Amplitudenberechnungszyklus zurückgestellt wird. Beim Auftreten des ersten Taktimpulses t - «jedes Berechnung zyklus wird der gegenwärtig in dem Tonintervalladdierer 40 enthaltene Wert qR in den Oberschwingungsintervalladdierer 42 über eine Leitung 43 und eine Torschaltung 44 eingeführt, die durch die Impulse auf der Leitung 36 betriebsbereit gemacht wird. Bei jedem nächfolgenden Taktimpuls t ~ ^i-^s * α wird der Wert qR zu dem früheren Inhalt des Addierers 42 addiert. Als Ergebnis enthält dann der Oberschwingungsintervalladdierer 42 den Wert nqR (für η = 1, 2, ... 8) für die n-te

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8-Fuß-Komponente niedriger Ordnung, die gerade in dem Kanal 24A ausgewertet wird. Der Oberschwingungsintervalladdierer 42 hat auch vorzugsweise den Modulo - .

Ein Adressendecoder 45a entnimmt aus einer Sinustabellenschaltung 46a den Wert sin - nq"R entsprechend dem

Argument nqR, das übrr eine Leitung 47 von dem Oberschwingungsintervalladdierer 42 erhalten wird. Die Sinustabellenschaltung 46a kann einen Pestwertspeicher aufweisen, der Werte von sin ^" θ für 0 ^ θ ^ 2W bei Intervallen D speichert,

V/

wobei D die Auflösungskonstante des Speichers genannt wird.

Der über eine Leitung 48a gelieferte Wert sin - nqR

V/

wird mit dem Koeffizienten C für die entsprechende n-te Harmonische von einer Multiplizierschaltung 49a multipliziert. Das Multiplikationsprodukt stellt die Amplitude F ⁿ der η-ten 8-Fuß-Harmonischen niedriger Ordnung dar und wird über eine Leitung 50a, einen Addierer 51· und eine Leitung 52 an den Akkumulator 25 geliefert. Der zugehörige Koeffizient C wird aus einem unten ausführlicher beschriebenen Oberschwingungskoeffizientenspeicher 53a unter der · Leitung einer Speicheradressensteuereinheit 54ä entnommen, die auch die Signale t ^ bis t „ über die leitung 36 erhält. Der Koeffizient G^ wird an die Multiplizierschaltung 49a

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über eine Leitung 55a gegeben.

Wie aus Diagramm der Fig. 2 ersichtlich ist, werden die ersten vier ungeraden 16-Fuß-Harmonisehen niedriger Ordnung in dem Kanal 24-B während der entsprechenden Zeitsteuerungs- oder TaktIntervalle t - bis t ^ berechneb. Diese Berechnungen werden gemäß der obigen Gleichung 2 durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die Werte n'q- für n¹ = 1, 3» 5» 7 in einem Oberschwingungsintervalladdierer 56 während der entsprechenden Taktintervalle t _,, bis t ^, hergestellt.

(1)
Die Harmonische Fig' wird während des ersten Inter-

TO TJ

vails ty. axisgewertet. Der Wert n'q- = q- wird in dem Addierer 26 dadurch erhalten, daß das Signal qR von der Leitung 4-3 zu einer durch zwei teilenden Schaltung 57 über eine Torschaltung 58 durchgetastet wird, die durch das t ,,-Signal betriebsbereit gemacht wird. Der Ausgang der

TJ

Teilungsschaltung 57 wird entsprechend dem Wert q- in den Oberschwingungsintervalladdierer 56 über die Leitung 59 eingeführt.

Ein Adressendecoder 4-5b entnimmt aus einer Sinustabellenschaltung 4-6b den Wert sin -Cq-) entsprechend dein

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Argument q-, das aus dem Oberschwingungsintervalladdierer 56 über eine ODER-Schaltung 61 erhalten wird. Der entnommene über eine Leitung 48b gelieferte Sinuswert wird mit dem Koeffizienten C = ^c'>i ^{fur die} entsprechende erste ungerade 16-Fuß-Harmonische von einer Multiplizierschaltung 49b multipliziert. Der Koeffizient C' wird über eine Leitung 55b von einem Oberschwingungskoeffizientenspeicher 53t> erhalten, der von einer Speicheradressensteuereinheit 54b abgegriffen wird, die auch die Taktsignale t ^ bis t „ über die Leitung 36 erhält. Das die Amplitude ~&\r darstellende Multiplikationsprodukt wird über eine Leitung 50b an den Addierer 51 geliefert. Dieser addiert die Harmonische ^\ς

(Λ)
zu der Harmonischen F^ ^y, die gleichzeitig in dem Kanal 24A ausgewertet wird. Die Summe wird über die Leitung 52 dem Akkumulator 55 ziigeführt.

Die nächsten drei ungeraden 16-Fuß-Harmonisehen (n¹ = 3» 5i 7) werden während der Berechnungsintervalle t 2 ^bis ^₀-Qi]. berechnet. Bei jedem solchen Intervall wird der Wert qR aus der Leitung 43 zu dem Inhalt des Oberschwingungsintervalladdierers 56 über eine Torschaltung 62 addiert, die durch die Impulse ^₂ ¹^ * _Όι± ^{auf der} Leitung 33 betriebsbereit gemacht wird. Auf di«^se Weise enthält der Ad_ dierer 56 zu der Zeit t ~ den Wert n'q2 = 3q5 = 2 + qR. In

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gleicher Weise werden bei den Intervallen t ■? und t ^

R T? die Inhalte des Addierers 56 5q^ = Rjjj + 2qR bzw.

7q_ = _ + 3q.^R· Zweckmäßigerweise sind während der gleichen

2 2
Intervalle t ~ bis t ^ die Werte qR, 2qR und 3qR auf der

Leitung 4-3 in dem Addierer 4-0 bereits vorhanden.

Der Adressendecoder 45b und die Sinustabellenschaltung 46b arbeiten so wie vorher, indem sie die bezeichneten Sinuswerte für die Leitung 4-8b an die Multiplizierschaltung 4-9 zur Multiplikation mit den entsprechenden Oberschwingungskoeffizienten C¹^, G't- bzw. C₇ liefern. Die an die Leitung 50b zu den Zeiten t p, ^_COx ^bzw. "t_cwj. gelieferten Multiplikationsprodukte stellen die Werte FJj^ ^ für n¹ = 3» 5» 7 dar. Die Werte werden mit den gleichzeitig ausgewerteten 8-Puß-Harmonisehen in dem Addierer 51 summiert und über die Leitung 52 an den Akkumulator 25 geliefert.

in·)
Nachdem der Wert F^jy ausgewertet worden ist, wird

der Oberschwingungsintervalladdierer 56 von dem in einer Verzögerungseinheit 63 geringfügig verzögerten t ^.-Signal zurückgestellt. Der Inhalt des Addierers 56 bleibt für den Rest des Amplitudenberechnungszyklus auf Null eingestellt.

Die vier geraden Harmonischen hoher Ordnung der

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8-Fuß-Reihe (η = ΊΟ, 12, 14, 16) werden in dem Verarbeitungskanal 24-B während der Berechnungsintervalle te bis t ο berechnet. Zu diesem Zweck liefert eine Torschaltung 651 die von den Taktsignalen auf der Leitung 35 betriebsbereit gemacht wird, den Wert nqR von der Leitung 47 an eine mit zwei multiplizierenden Schaltung 66. Der Ausgang 2nqR von der Multiplizierschaltung 66 wird über eine Leitung 67 und die ODER-Schaltung 61 an den Adressendecoder 45b geleitet.

Es wird daran erinnert, daß zu der Zeit t -. der

cpp

Inhalt des Oberschwingungsintervalladdierer3 42 nqR = 5qR ist. Infolgedessen wird bei dem Intervall ^c das Argument 2nR = 1OqR über die ODER-Schaltung 61 an den Decoder 45b und die Sinustabellenschaltung 4-Ob geliefert. Dies ist genau das Argument (1OqR), das zum Berechnen der zehnten 8-Fuß-Harmonischen erforderlich ist. Die Sinustabellenschaltung 45b, die Multiplizierschaltung 49b und der Oberwellenkoeffizientenspeicher 53b arbeiten in der oben beschriebenen Weise, indem sie den Wert Fp über die Leitung 50b an den Addierer 51 liefern.

In gleicher Weise sind zu den Zeitintervallen t ^

bis t_op8 die Werte 6qR, 7qR, 8qR auf der.Leitung 47 vorhan-

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den. Infolgedessen sind die an den Decoder 4-5b gelieferten Argumente 12qR, 14-qR bzw. 16qR. Infolgedessen werden die Harmonischen F^ ' für η = 12, 14-, 16 in dem Verarbeitungskanal 2A-B berechnet.

Auf diese Weise errechnet die Gomputer-Orgel 20 genau die in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Komponenten. Die erzeugte Wellenform, deren Abtastpunktamplituden in dem Akkumulator 25 erhalten werden, hat ein Spektrum der Harmonischen, das für eine Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung charakteristisch ist. Die entstehenden -von der Computer-Orgel 20 nach Fig. 3 hervorgebrachten Klänge haben die Tonqualität von gleichzeitig gewählten 8-Fuß- und 16-Fuß-Registern.

Die spezifische Stimmung der hergestellten Klänge hängt von den gespeicherten Werten der Oberschwingungskoeffizienten C und C ab. Dies ist natürlich ein wähl-

n η

barer Konstruktionsfaktor, jedoch zählt die folgende Tabelle I geeignete Werte von C_n und C_n auf, die eine Diapason-Stimme nachbilden.Die Werte C- bis Cg werden in dem Speicher 53a gespeichert. Die übrigen in Tabelle I aufgezählten Koeffizienten werden in dem Speicher 53b gespeichert.

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C

4

C

8

12

TABELLE I

(Dezibel-

I
CQ

2404431

t

cp3

t

cp4

cp7

t

cp8

cpl

t

cp2

t

cp3

^C5

^cio

^C14

Äquivalerfc)

fcO I
ö in

t ^

t
cp5

^tcp4

•J

C

^C16

. 0 db.'

ρ Φ

cp5

t

■ ^C6

C

_5

ö W

t_CD6

cp6

C₇

1

^ N OJ

Intervall,

t

t_cp7

/

C'

Kombinierte 8-Fuß- und 16-Fuß-

-3

iH HH ·Γπ
φ φ φ

während dem
Speicher

t_c :

Oberschwin-

³

Diapason-Stimme

£,§£

zellen abge
4_ _A _, 4_ j_

t

guns:skoeffi-
zient

^ck

(Relative Am

-ii

53a

tastet
werden

^ci

plitude)

c_o

c·

• 127

-15

t

2

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cp2

c_

-14

3

90

-24

36

-24

23

-31

-38

25

8 ■

-42

8

0

4

-3

2

-15 ..

1

-24

127

90

23

53b

8

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Die in dem Speicher 39 gespeicherten Frequenzzahlen R sind in Beziehung gesetzt zu den Grundfrequenzen der von der Computer-Orgel 20 erzeugten Musiktöne, zu dem Berechnungszeitintervall t und zu der Anzahl von Amplitudenabtastpunkten N für den von der Orgel erzeugten Ton mit der höchsten Grundfrequenz frr. Falls beispielsweise die Frequenzzahl R für einen solchen Ton höchster Frequenz als 1 gewählt wird, dann werden für diesen Ton bei einem Berechnungszeitintervall t_x, das mit ΐ_χ = 8t = --- gegeben ist, genau F Ab-

H
tastpunktamplituden berechnet.

Die Werte R für Töne niedrigerer Frequenz können leicht ermittelt werden, da bekannt ist, daß das Frequenzverhältnis von beliebigen zwei benachbarten Tönen in einer

Ί2 Γ

gleichmäßig temperierten Musiktonleiter —V2 ist. Im allgemeinen sind die Frequenzzahlen R für andere Töne als den Ton mit der höchsten Frequenz fg keine ganzen Zahlen.

Die folgende Tabelle II zählt als Beispiel die Frequenz und die Frequenzzahl R für jeden Ton in der Oktave 6 auf. Der Ton C₇ (die Taste von C in Oktave 7) ist als der Ton mit der höchsten von der Computer-Orgel 20 erzeugten Grundfrequenz bezeichnet und hat somit die Zahl 1 als Fre quenzzahl R erhalten. In diesem Beispiel werden Ή = 2W = 32

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Stichproben- oder Abtastpunkte für den Ton G₇ berechnet, wobei dieser Wert von N für genaue Synthese eines Orgelpfeifenklanges oder der meisten anderen Musikklänge zufriedenstellend ist.

TABELLE II

Ton

Frequenz CHz)

's.

2093,00	1,0000
1975,53	0,9443
1864,66	0,8913
1760_r00	0,8412
.1661,22	0_;7940
1567\|98	0,7494
14 79,9.8	0,7073
1396,91	0,6676
1318,51	0,6301
.1244,51	0_f5947
1174,66	0,5613
1108,73	0,5298
1046,50	0,5000

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Bei Verwendung der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 5 kann die Computer-Orgel 20 (Fig. 3) Stimmen mit anderer Längenkennung erzeugen, wie solche, die Spektren gemäß Fig. 4A bis 4F haben. Getrennte Speicher speiche.-.-n die Oberschwingungskoeffizienten für ,jede solche Orgelstimme. In jedem Speicher wird der Koeffizientenwert Null für alle Harmonischen gespeichert, die in den Spektren der zugeordneten Orgelstimme fehlen. Eine Schaltanordnung ermöglicht dem Musiker, ein Register oder mehrere Register unterschiedlicher Längenkennung zu wählen.

In der Ausführungsform nach Fig.-5 sind die Oberschwingungskoeffizienspeicher 53a, 53b (Fig. 3) durch zwei Gruppen von Speichern 70a, 70b ersetzt, die von den entsprechenden Speicheradressensteuereinheiten 54a¹, 54b¹ abgegriffen werden, welche die Taktimpulse t ^ bis t „ auf der Leitung 36 erhalten. Oberschwingungskoeffizienten werden an die Oberschwingungsamplituden-Multiplizierschaltungen 49a, 49b über Registerwählschalter (Registerhebel) ST.,-, ST_Q, ST^, ST₂, ST^, ST_{2 2}/, und ST₁ -fc geliefert, wobei der Index die Längenkennung des entsprechenden Registerhebels bezeichnet. Die Koeffizienten werden durch zugehörige ODER-Schaltungen 711 72a, 72b und Addierer 73a, 73b, 74a, 74b, 75a, 75b kombiniert und an die Multiplizierschaltungen 49a,

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49b über die entsprechenden Leitungen 55a und 55b geliefert. Diese Anordnung ermöglicht die Wahl eines Registers irgendeiner individuellen Längenkennung oder mehrerer Register unterschiedlicher Längenkennung.

Wenn der Registerschalter ST„ allein geschlossen wird, erzeugt die Computer-Orgel 20 eine 8-Fuß-Stimme mit den unvollständigen Oberschwingungsspektren, die in Fig. 1 und 4A mit ausgezogenen Linien dargestellt sind. Zu diesem Zweck enthält der Speicher 81a Koeffizientenwerte C. bis C„. Diese Werte werden an die Multiplizierschaltung 49a über den Addierer 73a Kegeben, dessen zweiter Eingang bei Null bleibt, da nur der Segisterhebel 3T_p gewählt ist. Der Speicher 81b enthält die Oberschwingungskoeffizienten CL₀, ^p, C_-1^ und CL^» die in Speicherzellen gespeichert sind, die während der aufeinan- · derfolgenden Zeitintervalle t ,- bis t „ abgetastet werden. Der Speicher 81b speichert den Wert Null in denjenigen Speicherzellen, die zu den Zeiten t >, bis t ., abgegriffen werden. Auf diese Weise wird der Wert Null während der Intervalle t ^ bis t_c 4 von dem Speicher 81b über die ODER-Schaltung und den Addierer 73b an die Multiplizierschaltung 49b geleitet, Infolgedessen trägt der Kanal 24B während dieser Zeitintervalle nicht zu der berechneten Wellenform bei, wenn die ersten vier ungeraden Harmonischen niedriger .Ordnung der

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16-Fuß-Reihe berechnet werden würden, falls auch ein 16-Fuß-Register gewählt wäre. Während der Intervalle gelangen die Koeffizienten C^₀, G^₂, C^ bzw. C^₆ an die Multiplizierschaltung 49b, ^so daß die entsprechenden zehnten, zwölften, vierzehnten und sechzehnten 8-Fuß-Harmonisehen ausgewertet werden. Die entstehende Wellenform hat die Oberschwingungsspektren der Fig. 1 und 4A, die für eine 8-Fuß-Stimme kennzeichnend sind.

Zum Erzeugen einer kombinierten 8-Fuß- und 16-Fuß-Stimme unter Verwendung der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 5 sind beide Registerschalter GTo und- ST.,- geschlossen. Die Speicher 81a, 81b liefern die oben beschriebenen Koeffizienten mit dem Ergebnis, daß die unvollständigen 8-Fuß-Spektren der Fig. 1 hergestellt werden. Ein Speicher 82b speichert' die Oberschwingungskoeffizientenwerte CJJ, C* C' und C' in Speicherzellen, die während der aufeinanderfolgenden Intervalle t . bis t ., abgetastet werden. Diese Werte werden über die ODER-Schaltung 71 und den Addierer 73"b an die Multiplizierschaltung 4-9b gegeben. Infolgedessen arbeiten die Speicher 81a, 81b und 82b, wenn beide Registerhebel ST^, und ST^₆ gewählt sind, genauso wie die Speicher 53a, 53"b der Fig. 3 zusammen, so daß die kombinierten 8-Fuß- und 16-Fuß-Spektreii der Fig. 1 erzeugt werden.

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Ein 16-Fuß-Spektrum allein kann dadurch hergestellt werden, daß nur der Schalter ST.g geschlossen wird. Wiederum liefert der Speicher 82b die Koeffizienten, die zum Erzeugen der ersten vier ungeraden 16-Fuß-Harmonisehen geeignet sind. Die ersten acht geraden 16-Fuß-Harmonisehen werden mit von dem Speicher 81a gelieferten Koeffizienten hergestellt. Das entstehende 16-Fuß-Spektrum entspricht dem im unteren Teil der Fig. 1 gezeigten mit der Ausnahme, daß keine'höhere Harmonische als die sechzehnte Cn¹ =16) vorhanden ist. Eine 4—Fuß-Stimme wird erzeugt, wenn der Schalter ST^, geschlossen ist. Die Speicher 83a, 83V enthalten die Werte C für alle geraden Werte von η zwischen η = 2 und η = 16. Wie unten in der Tabelle III angegeben ist, werden diese Werte in Speicherzellen gespeichert, die während der Berechnungsintervalle abgetastet werden, die zur Erzeugung der entsprechenden Komponenten der 8-Fuß-Spektren der Fig. 4Δ verwendet werden. Alle anderen Positionen der Speicher 83a, 83b speichern Nullen. Wenn das 4-Fuß-Register ST^ gewählt wird, erzeugt die Computer-Orgel 20 einen Klang mit den Oberschwingungsspektren der Fig. 4-B.

In gleicher Weise wird eine 2-Fuß-, 1-Fuß-, 2 2/3-Fuß- oder 1 3/5-Fuß-Stimme erzeugt, wenn der entsprechende Schalter ST₂, ST₁, ST_{2 2}^₅ oder ST₁ ^- geschlossen wird. Die Tabelle

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III zählt auch den Inhalt der Oberschwingungskoeffizlentenspeicher 84-a bis 87b auf, die mit den Registern dieser Längenkennung verwendet werden. Die in Tabelle III gegebenen Koeffizientenwerte veranschaulichen als Beispiel eine Diapason-Stimme. Andere Werte können zur Herstellung unterschiedlicher Stimmen verwendet werden. Jedoch sollten die gespeicherten Koeffizienten mit dem V/ert Null Null bleiben, um die Erzeugung solcher Spektren zu gewährleisten, wie in Fig. 4-C bis 4-F dargestellt sind.

Wenn das 2 2/3-Fuß-Register gewählt ist, werden nur die in Fig. 4-E mit ausgezogenen Linien dargestellten Komponenten erzeugt. Die dritte und fünfte Harmonische, deren Frequenz der achten (n = 8) bzw. der sechzehnten (n = 16) Harmonischen des 8-Fuß-Spektrums entspricht, werden nicht erzeugt.'In gleicher Weise wird, wenn das 1 3/5-Fuß-Register gewählt ist, die dritte Harmonische (entsprechend der fünfzehnten 8-Fuß-Harmonisehen) nicht hergestellt. Diese fehlenden Komponenten sind in Fig. 4E bzw. 4F mit gestrichelten . Linien dargestellt un'i entsprechen Komponenten, die in den unvollständigen von der Computer-Orgel 20 erzeugten 8-Fuß-Spektren (Fig. 4-A) fehlen.

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Längenkenmuig

4-Fuß

TABELLE III

Oberschwin- Gespeichergungskoeffiter Oberzientenspeischwingungscher koeffizient

83a C

83b

'10

'12

-14

'16

Typischer Intervall, iväh-Koeffizienrend dem Speitenwert cherzellen ab-(Diapason) getastet werden

127 71 90 36 23 28

cp5

cp6

cp7

2-Fuß

84a

84b

12

16 127 71 90 36

"cp4 ^:cp8 "cp6 "cp8

1-Fuß

85a 85b

'16 127 71

"cp8 ^:cp8

2/3-Fuß

86a

86b

12 127 71 36

"cp3 "cp6 "cp6

87a 87b

'10 127 71

cp5 *cp5

Alle anderen gespeicherten Oberschwingiingskoeffizientenwerte sind Null.

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Wie früher bemerkt wurde, werden die Register mit kleinerer Längenkennung oft zur Vergrößerung bestimmter Harmonischer einer anderen Stimme verwendet. Dies ist durch die Spektren der Fig. 4A und AF für den Fall veranschaulicht, daß ein 8-Fuß- und ein 1 3/5-Fuß-Register gleichzeitig gewählt werden. In diesem Beispiel werden die fünften und zehnten 8-Fuß-Harmonisehen hervorgehoben. Diese Harmonischen haben die resultierenden Amplituden, die in Fig. 4-A mit gestrichelten Linien 90, 91 dargestellt sind un-3 durch die Summen der Oberschwingungskoeffizienten der beiden gewählten Register spezifiziert werden.

Für das kombinierte 8- und 1 3/5-Fuß-Register werden

zu der Zeit t ,- getrennte von Null abweichende Oberschwinepp

gungskoeffizienten aus beiden Speichern 81a und 87a entnommen. Der letztgenannte Koeffizient wird über die ODER-Schaltung 72a und die Addierer 75a, 74-a an den Addierer 73a geliefert, wo er mit dem aus dem Speicher 81a entnommenen Koeffizienten summiert wird. Die Summe gelangt über die Leitung 55a an die Multiplizierschaltung 4-9a, ^so daß die berechnete fünfte (n = 5) Harmonische die resultierende Amplitude hat, die in Fig. 4A mit der Linie 90 dargestellt ist.

In gleicher Weise werden in dem Kanal 24B zu der Zeit

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t c von Null abweichende Koeffizientenwerte aus beiden Speichern 81b und 87"b entnommen. Der letztgenannte Wert wird über die ODER-Schaltung 72b und die Addierer 75b, 74-b an den Addierer 73h geleitet, wo er mit dem aus dem Speicher 81b entnommenen Koeffizienten summiert wird. Die Summe wird über die Leitung 55h an die Multiplizierschaltung 4-9b angelegt. Somit hat die ausgewertete zehnte 8-Fuß-Harmonische die vergrößerte Amplitude, die durch die gestrichelte Linie 91 in Fig. 4A. dargestellt ist. Zu allen anderen Zeiten als te werden Koeffizienten mit dem Wert Null aus den 1 3/5-Fuß-Speichern 87a, 87h entnommen, so daß die anderen Harmonischen der 8-Fuß-Reihe nicht vergrößert werden.

Die Computer-Orgel 20 nach Fig. 3 kann unter Yerwen-" dung üblicher mikroelektronischer integrierter Schaltungen leicht hergestellt werden. So kann der Frequenzzahlspeicher 39 einen Festwertspeicher mit integrierter Schaltung aufweisen, der so programmiert ist, daß er die in der Tabelle II aufgezählten Frequenzzahlen R enthält. Ein zweckmäßiger Festwertspeicher mit integrierter Schaltung ist der Signetics-Typ 8223, der vom Benutzer programmiert werden kann und eine Adressierschaltung enthält. Eine solche integrierte Schaltung kann auch als Oberschwingungskoeffizientenspeicher 53a, 53b, 70a oder 70b verwendet werden, wobei die unabhängige Adres-

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_ 34 -

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sierschaltung als der zugeordnete Speicheradressendecoder 54a,- 54b, 54a' oder 54b¹ dient. Typische gespeicherte Oberschwingungskoeffizientenwerte sind in den Tabellen I und III · aufgezählt.

Die Addierer 40, 42 und 56 können unter Verwendung herkömmlicher Addierer mit integrierter Schaltung ausgeführt werden. Solche Schaltungen enthalten das arithmetische logische Element Signetics 8260, den Durchtastvolladdierer 3ignetics 8268 und die 4-Bit-Binär-Volladdierer der Typen Texas Instruments 3F 5483 und SIT 7483. In Fig. 3 werden die beigefügten Bezeichnungen "Tonintervall" und "Oberschwingungsintervall" verwendet, um die Funktion des Addierers in der Computer-Orgel 20 anzugeben. Auf diese Weise bezeichnet der Inhalt qR des Addierers 25 das Abtastpunktintervall, bei dem die Tonamplitude gerade ausgewertet wird. In gleicher Weise enthalten die Addierer 42 und 56 die Werte nqR, welche die Abtastpunktintervalle der 8-Fuß-Harmonisehen spezifizieren, die in den Kanälen 24A bzw. 24B ausgewertet werden.

Der Akkumulator 25 kann Addierer mit integrierten Schaltungen aufweisen, die so geschaltet sind, wie z.B. in dem Standardwerk von Ivan Flores mit dem Titel "Computer Logic", Prentice-Hall, 1960, gezeigt ist. Jede Sinustabellen-

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schaltung 46a, 46b und ihr Adressendecoder 45a, 45b kann einen Pestwertspeicher mit integrierter Schaltung aufweisen, der Sinuswerte mit geeigneter Auflösung D enthält. Mit Sinuswerten vorprogrammierte Speicher sind kommerziell verfügbar und von Texas Instruments als Typ TMS 4405 mit integrierter Schaltung typisiert. Die Multiplizierschaltungen 49a, 49b sind herkömmlicher Bauart, wobei die beigefügte Bezeichnung "Oberschwingungsamplitude" anzeigt, daß die Schaltung den Sinuswert (aus der Leitung 48a und 48b) mit dem geeigneten Oberschwingungskoeffizienten (aus der Leitung 55a oder 55b) multipliziert, um als Produkt die Amplitude der Oberschwingungskomponente zu erhalten, die dann in dem die Multiplizierschaltung enthaltenden Kanal 24A, 24B berechnet wird. In gleicher Weise sind die übrigen Bestandteile der Computer-Orgel 20 (Fig. J) herkömmlicher Bauart.

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Claims

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Patentansprüche

! 1/ Elektronisches Musikinstrument des Typs, bei dem die Amplituden bei aufeinanderfolgenden Stichproben- oder Abtastpunkten einer Musikwellenform zu regelmäßigen Zeitintervallen dadurch berechnet werden, daß die Wellenform diskreter Fourier-Komponenten individuell berechnet wird und diese Komponenten akkumuliert werden, um jede Amplitude zu erhalten, wobei diese erhaltenen Amplituden in Musiktöne umgesetzt werden, wenn die Berechnung durchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß kombinierte Stimmen oder Register unterschiedlicher Längenkennung verwendet werden, die aufweisen:

erste Vorrichtungen zum Berechnen einer ersten unvollständigen Gruppe Harmonischer für eine Stimme oder Register einer ersten Längenkennung während jedem der genannten regelmäßigen Zeitintervalle, wobei die Harmonischen der genannten ersten Gruppe den Harmonischen unterschiedlicher Ordnung für eine Stimme oder Register einer zweiten Längenkennung entsprechen;

zweite Vorrichtungen zum Berechnen von wenigstens einer anderen Harmonischen für die otimme oder Register zweiter Längenkennung auch während jedem der genannten regelmäßigen Zeitintervalle, wobei diese andere Harmonische sich von den

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240U3!

entsprechenden Harmonischen unterscheidet; und

kombinierende Vorrichtungen zum Akkumulieren der von den ersten und zweiten Vorrichtungen berechneten Harmonischen zwecks Erhaltene jeder Wellenformamplitude, wobei die resultierenden Musiktöne die Toncharakteristik einer Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennunpc haben.
2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harmonischen für die Stimmen oder Register erster und zweiter Längenkennung 8-Fuß- bzw. 16-Fuß-Harmonische der genannten ersten Gruppe sind, die den geraden 16-Fuß-Harmonisehen entsprechen, und daß die zweite Vorrichtung wenigstens die 16-Fuß-Grundschwingung berechnet.
3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte 8-Fuß-Harmonisehe hoher Ordnung in der ersten Gruppe fehlen und daß die zweite Vorrichtung mehrere ungerade 16-Fuß-Harmonische niedriger Ordnung berechnet.
4-, Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gesamtheit von sechzehn Harmonischen zur Erzielung jeder Amplitude-berechnet wird,

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daß die genannte erste Gruppe die ersten bis achten, zehnten, zwölften, fünfzehnten unl sechzehnten 8-Fuß-Harraonisehen enthält und daß die zweite Vorrichtung die ersten, dritten, fünften und siebenten IG-Fuß-Harmonischen berechnet.
5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es parallele Verarbeitungskanäle aufweist und daß bestimmte Harmonische der ersten Gruppe in einem dieser Kanäle und andere Harmonische der ersten Gruppe und die sich unterscheidenden Harmonischen für die Stimme oder das Register zweiter Längenkennung in einem anderen der genannten Kanäle berechnet werden.
6. Elektronisches Musikinstrument, dadurch gekennzeichnet, daß es kombinierte Stimmen oder Register unterschiedlicher Längenkennung umfaßt, und gekennzeichnet durch:

zwei parallele "Verarbeitungskanäle zum .Berechnen von ersten bzw. zweiten Untergruppen Fourier-Komponenten, die der Amplitude einer Musikwellenform bei einem bestimmten Stichproben- oder Abtastpunkt zugeordnet sind, innerhalb eines regelmäßigen Intervalls¹ t , wobei die erste Untergruppe Harmonische der Stimme oder des Registers einer ersten Längenkennung aufweist, die geraden Harmonischen der Stimme oder des Registers einer zweiten Längenkennung mit niedrigerer

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Grundfrequenz entsprechen, und die zweite Untergruppe ungerade Harmonische der Stimme oder des Registers zweiter Längenkennung aufweist;

Akkumulatorvorrichtungen zum Kombinieren der berechneten Fourier-Komponenten zwecks Erhaltens der Wellenformamplitude an dem genannten bestimmten Abtastpunkt; und

Steuervorrichtungen, um die Verarbeitungskanäle und die Akkumulatorvorrichtungen zur wiederholten Durchführung der Berechnungs- und Kombinierungsoperationen für aufeinanderfolgende Abtastpunkte zu veranlassen; und

Umsetzungsvorrichtungen zum Erzeugen von Musikklängen aus den genannten erhaltenen Amplituden, wenn die Berechnungs- und Kombinierungsoperationen durchgeführt sind, wobei diese Klänge eine Tonqualität haben, die für die Kombination der Stimmen oder Register unterschiedlicher Längenkennung charakteristisch ist.
7. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Untergruppe auch andere Harmonische der Stimme oder des Registers erster Längenkennung enthält, wobei die erste Untergruppe und die genannten anderen Harmonischen in der zweiten Untergruppe zusammen ein unvollständiges Oberschwingungsspektrum der Stimme oder des Registers erster Längenkennung bilden··

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8. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Harmonischen für die Stimmen oder Register erster und zweiter Längenkennung 8-Fuß- bzw. 16-Fuß-Harmonische sind, daß jede 8-Fuß-Harmonische Fn gemäß der Gleichung

η _ν

berechnet wird, wobei C ein der η-ten 8-Fuß-Harmonisehen zugeordneter Koeffizient ist, R eine Frequenzzahl ist, die jedem zur Erzeugung durch das Instrument gewählten Ton zugeordnet ist, und q = 1, 2, 3 ... ist, so daß qR den genannten bestimmten Abtastpunkt bezeichnet, und V/ die Gesamtanzahl der Harmonischen ist, die zum Erhalten jeder Amplitude ausgewertet werden, und daß jede 16-Fuß-Harmonische gemäß der Gleichung

16 η W 2

berechnet wird, wobei C ein der η-ten 16-Fuß-Harmonischen zugeordneter Koeffizient ist.
9. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:

Tonwählvorrichtungen zur Erzeugung eines Wertes R, der einem gewählten Ton zugeordnet ist;

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Vorrichtungen zum Liefern der Werte nqR für bestimmte Werte von η innerhalb Jedes regelmäßigen Intervalls t an den ersten Kanal ;· und

Vorrichtungen zum Liefern von Werten nqR für bestimmte nicht aufeinanderfolgende Werte von η und von Werten n'q- für bestimmte ungerade Werte von n¹ an den zweiten Kanal;

und dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verarbeitungskanal aufweist:

»Speichervorrichtungen zum Speichern von Oberschwingungskoeffizienten, die in diesem Kanal berechneten Harmonischen zugeordnet sind;

Vorrichtungen zum Erhalten der Werte sin - nqR und

W-

sin - n'q- entsprechend den Werten der Argumente nqR bzw.

R^{W 2}
n'q-, die diesem Kanal zugeführt werden; und

Multipliziervorrichtungen zum Multiplizieren des zugehörigen Oberschwingungskoeffizienten aus der Speichervorrichtung mit dem erhaltenen Sinuswert und zum Liefern des Produktes an die Akkumulatprvorrichtung.
10. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch' 9» dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten Kanal die genannten bestimmten Werte von η η = 1, 2, ... 7, 8 sind und'daß für den zweiten Kanal die genannten bestimmten nicht aufeinander-

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folgenden Werte von η η = 10, 12, 14, 16 sind und daß die genannten bestimmten ungeraden Werte von n^f n¹ =1, 3i 5, 7 sind.
11. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle gespeicherten Werte von C Null sind, so daß keine ungeraden 16-Fuß-Harmonisehen erzeugt werden, und daß "Vorrichtungen zum Realisieren von Stimmen oder Registern anderer Längenkennung vorhanden sind, die aufweisen:

getrennte Speichervorrichtungen zum Speichern von Oberschwingungskoeffizienten, die entsprechend den genannten Stimmen oder Registern anderer Längenkennung zugeordnet sind; und

Registerwählvorrichtungen, um aus den getrennten Speichervorrichtungen Koeffizienten, die gewählten Registern anderer Längenkennung zugeordnet sind, zu entnehmen und bei den Berechnungen der Harmonischen zu verwenden.
12. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten, die Registern anderer Längenkennung zugeordnet sind, anstatt der 8-Fuß-Koeffizienten O_n verwendet werden, wobei das Instrument dann eine andere als die 8-Fuß-3timme erzeugt.

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13. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten, denen Register anderer Längenkennung zugeordnet sind, zusätzlich zu den 8-Fuß-Koeffizienten verwendet werden, wobei das Instrument dann eine 8-Fuß-Stimme erzeugt, die bestimmte hervorgehobene Harmonische hat.
14. Elektronisches Musikinstrument des Typs, bei dem die Amplituden einer Wellenform zu regelmäßigen Intervallen t aus gespeicherten Oberschwingungskoeffizienten berechnet werden, wobei Musiktöne aus diesen berechneten Amplituden erzeugt werden, wenn diese Berechnungen durchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine unvollständige Gruppe von Harmonischen einer Stimme einer ersten Längenkennung aus den gespeicherten Koeffizienten während bestimmten Berechnungs- unterintervallen innerhalb jedes regelmäßigen Intervalls t berechnet wird, wobei andere Berechnungsunterintervalle innerhalb jedes solchen Intervalls t zur Berechnung von ungeraden Harmonischen verfügbar sind, die einer Stimme größerer als der ersten Längenkennung zugeordnet sind, und jede Wellenformamplitude durch Kombinieren aller während jedes Intervalls t berechneten Komponenten erhalten wird.
15. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimme erster Längenkennung

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eine 8-Fuß-3timme ist, daß dip Stimme größerer Längenkennung eine 16-3?uß-3timme ist und d.?.ß die Berechnung der unvollständigen Gruppe von 8-Euß-Harmonisehen und der ungeraden 16-Fuß-Harmonisehen Musiktöne ergibt, die eine kombinierte 8-Fuß- und 16-Fuß-Tonqualität haben.
16. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß keine ungeraden Harmonischen der Stimme größerer Längenkennung berechnet werden und daß weniger als alle Harmonischen der genannten unvollständigen Gruppe von Harmonischen der Stimme erster Längenkennung berechnet werden, wobei die entstehenden Musiktöne die Tonqualität einer Stimme kleinerer als der ersten Längenkennung hat.
17. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Speichern von getrennten Gruppen Oberschwingungskoeffizienten, die der Stimme erster Längenkennung und anderen Stimmen kleinerer Längenkennung zugeordnet sind, wobei die Spektren jeder Stimme kleinerer Längenkennung nur einige Harmonische der Stimme erster Längenkennung aufweisen, jede Gruppe Koeffizienten kleinerer Längenkennung Koeffizienten mit von Full abweichenden Werten nur für die genannten einigen Harmonischen aufweist und alle anderen Koeffizienten den Wert KuIl haben, so daß während

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jedes regelmäßigen Intervalls t nur diejenigen Harmonischen der Stimme erster Längenkennung, die auch in den Spektren einer gewählten Stimme kleinerer Längenkennung enthalten sind, berechnet werden.
18. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Oberschwingungskoeffizienten für die erste Gruppe und die gespeicherten Oberschxiringungskoeffizienten für wenigstens eine andere Stimme kleinerer Längenkennung kombiniert und für die Berechnungen der Oberschwingungskomponenten verwendet werden, wodurch die genannte andere Stimme kleinerer Längenkennung die Amplitude bestimmter Harmonischer in der ersten Gruppe vergrößert.
19. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß es parallele Verarbeitungskanäle aufweist und daß bestimmte Oberschwingungskomponenten der unvollständigen Gruppe in einem der Kanäle während der gleichen Unterintervalle berechnet werden, während denen bestimmte der genannten ungeraden Harmonischen der Stimmen größerer Längenkennung in einem anderen der genannten Kanäle berechnet werden.

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