DE2430320C3 - Musiktonaufbereitungsvorrichtung für ein elektronisches Musikinstrument - Google Patents

Description

Amplitude des Eingangssignals mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert aufweist oder bei anliegendem Eingangssignal eine Frequenzänderung Ober einen Schwellenwert hinaus erfolgt, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator ein Ausgangssignal Ober eine Hüllkurvensteuerung an die tonerzeugende Einrichtung abgibt und wobei die Hüllkurvensteuerung durch ein Ausgangssignal eines Hüllkurvendetektors angesteuert wird, der die Hüllkurve oder die Amplitude der hörfrequenter; Eingangssignale erfaßt.

Diese Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß gelöst durch eine Wandlereinrichtung zur Umformung der Folgefrequenz in einen Dtgitalkode, eine Speichereinrichtung zum Speichern des Digitalkodes und eine Einrichtung zur Umformung des gespeicherten Digitalkodes in ein Ausgangstonfrequenzsignal, wobei die Umformung, Einspeicherung und Umwandlung erfolgen, wenn die Amplitude des Eingangssignals mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert aufweist oder bei anliegendem Eingangssignal eine Frequenzändening über einen Schwellenwert hinaus erfolgt, wobei das Ausgangstonfrequcnzsignal über eine Höllkurvensteuerung an die tonerzeugende Einrichtung abgegeben wird und wobei die Hüllkurvensteuerung durch ein Ausgangssignal eines Hülikurvendetektors angesteuert wird, der die Hüllkurve oder die Amplitude der hörfrequenten Eingangssignale erfaßt.

Die erfindungsgemäße Musiktonaufbereitungseinrichtung kann in vorteilhafter Weise die Frequenz eines niederfrequenten Eingangssignals vervielfachen und/oder teilen und das vervielfachte und/oder geteilte Signal auch speichern und sie ist somit in der Lage, die Hüllkurven des erzeugten Musiktons auf verschiedene Weise zu steuern. Beispielsweise kann von der erfindungsgemäßen Musiktonaufbereitungseinrichtung ein Eingangssignal in Form des Zupftons einer Gitarre aufrechterhalten werden.

Bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemä-Ben Musiktonaufbereitungseinrichtung werden nunmehr anhand der Zeichnungen beschrieben. In letzteren sind

F i g. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Musiktonaufbereitungseinrichtung für ein elektronisches Musikinstrument,

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer die Grundfrequenz erfassenden Einrichtung, wie sie in der erfindungsgemäßen Musiktoiiaufbereitungseinrichtung eingesetzt wird,

F i g. 3{a) und 3(b) Darstellungen der Eigenschaften eines in der die Grundfrequenz erfassenden Einrichtung der F i g. 2 benutzten Verstärkers und als Beispiel ein Blockdiagramm desselben,

F i g. 4 und 5 Blockdiagramme eines Frequenzvervielfachers und/jder Frequenzteilers, der für die erfindungsgemäße Musiktonaufbereitungseinrichtung einsetzbar ist,

F1 g. 6 verschiedene Hüllkurvenzüge, die an die erfindungsgemäße Musiktonaufbereitungseinrichtung anlegbar sind, und

F i g. 7 ein Schaltbild eines Hüllkurvenwandlers, wie er in der erfindungsgemäßen Musiktonaufbereitungseinrichtung verwendet wird.

Wie in der Fig. 1 gezeigt, wird das hörfrequente Eingangssignal an die Einrichtung 1 gelegt, die die Grundfrequenz des Eingangssignals erfaßt und ein Grundfrequenzsignal /erzeugt. < >■>

Das Grundfrequenzsignal farn Ausgang der Einrichtung 1 geht auf die frequenzerzeugende Einrichtung 2, die ein frequenzvervielfacil ,es Signal nf(n = I, 2, 3,...) und/oder ein frequenzgeteiltes Signal nf/m (m = 1,2,3, ,,.) erzeugt Das heißt, die Einrichtung 2 hat die Funktion, die Eingangsfrequenz zu vervielfachen und/oder zu teilen und eine Frequenz zu erzeugen, die gleich dem/oder höher und/oder niedriger als das Eingangssignal ist Man könnte die Einrichtung 2 folglich auch als Frequenzvervielfacher und/oder -teiler bezeichnen.

An die frequenzerzeugende Einrichtung 2 ist eine Speichereinrichtung angeschlossen, deren Aufgabe es ist die Frequenz des Musiktons der Einrichtung 2 bzw. ein dem Grundfrequenzsignal /entsprechendes Signal in analoger oder digitaler Form zu speichern, so duß der Musikton auch dann noch erzeugt wird, nachdem das Eingangsgrundfrequenzsignal / weggefallen ist Die frequenzerzeugende Einrichtung 2 speichert folglich die Ausgangsfrequenzen nf und nf/m und fährt fort sie zu erzeugen. Der Musikton wird von"; Ausgang der frequenzerzeugenden Einrichtung 2 auf die Hüllkurvensteuerung 3 gelegt

Ein Hüllkurvendetektor 4 erfaßt di^ Hüllkurve oder die Amplitude des hörfrequenten Eingangssignal«. Das Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors geht direkt oder über einen Hüllkurvenwandler 5 an die Hüllkurvensteuerung 3, um die Hüllkurve oder Amplitude des Musikton^c zu steuern.

Das von der Hüllkurvensteuerung aufbereitete Ausgangssignal läuft weiter durch ein Tonfilter 6, einen Modulator 8, eine Lautstärkensteuerung 9, einen Verstärker 11 und einen Lautsprecher 12, der den aufbereiteten Musikton abstrahlt

Das hörfrequente Eingangssignal wird auf einen Tonartdetektor 7 gegeben, der ein Tonartsignal abgibt, das der Tonart des niederfrequenten Eingangssignals entspricht.

Ein solcher Tonartdetektor 7 kann aus einem Tiefpaßfilter, einem Bandpaßfilter, einem Hochpaßfilter oder deren Kombinationen bestehen. Diese Filter können die Tonart des Eingangssignals sowie dessen Frequenz grob erfassen. Das Tonartsignal steuert den Frequenzgang des Tonfilters 6, indem es bspw. eines von mehr :ren Tonfiltern verschiedener Eigenschaften auswählt oder den Frequenzgang eines variablen Filters ändert so daß die Tonfarbe am Ausgang des Tonartdetektors 7, d. h. die Spektrumhüllkurve des Ausgangssignals, nach Maßgabe der Tonart des Eingangssignals eingestellt wird. Der Frequenzgang des Fonfilters 6 läßt sich auch extern ändern, wie es der Pfeil 13 andeutet.

Die F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform der die Grundfrequenz erfassenden Einrichtung 1, bei der das Eingangssignal einen Verstärker 20, ein Tiefpaßfilter 21. einen Begrenzer 22 und dann einen Schmitt-Trigger 23 durchläuft.

bs wird also am Ausgang des Schmitt-Triggers 23 eine Rechteckwelle <v\l einer Grundfrequen": /"erzeugt, die gleich der Grundfrequenz des hörfrequenten Eingangssignals ist.

Das Tiefpaßfilter 21 dämpft die Oberwellen des Eingangssignals ur J erz :ugt ein Signal mit etwa Sinusform bzw. ein Signal einer Wellenform, die nur einen Nulldurchgang pro Periode aufweist. Bei dem Tiefpaßfilter 21 kann es sich um einen herkömmlichen Tiefpaß in LC-Form, als aktives Filter od. dgl. handeln.

Der Begrenzverstärker 22 hat die in Fig. 3(a) dargestellte Kennlinie und verhindert, daß das Signal mehr als zwei Nulldurchgänge pro Periode aufweist.

Ein solcher Begrenzerverstärker kann bspw. aus

einem Operationsverstärker 101 mit zwei antiparallelgeschalteten Dioden 102, 103 bestehen, die verschaltet sind, wie es die F i g. 3(b) zeigt.

In der Anordnung der F i g. 3(b) liegt der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 101 an -, Masse und liegen die beiden Dioden 102, 103 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 101; das Eingangssignal der Niederfrequenz /"geht an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 101. in

Die F i g. 4 zeigt eine Ausführungsforin der frequenzerzeugenden Einrichtung 2 mit Speicher, die auf die bereits beschriebene Weise arbeitet.

Das Grundfrequenzsignal f. bei dem es sich bspw. um einen Impuls/Hg von jeweils einem Impuls pro Periode : des hörfrequenten Eingangssignals handelt, wird durch das UND-Glied 24 geschaltet,dessen Aiisgaivässignal an der Eingang ties Phasendetektors 25 geht. Das Steuersignal 101 aus dem Itüllkurvendetektor 4 steuert das IiND-(JIiCi: 24. das ottnet. wenn die Ampliiudc des Eingangssignal* einen vorbestimmten Wert erreicht. Sodann erscheint am Ausgang des Gliedes 24 das Cirtindfreqiien/signal f. Das UND Glied 24 sperrt, wenn die Amplitude des Eingangssignals von dem unmittelbar vorher vorliegenden Spitzenwert her .uif ι nen unter einem vorbestimmten Schwellwert hegenden Wert absnkt; das Grundfrequenzsignal /"wird dann gesperrt.

Das Grundfrequen/signal /'wird in eine Gleichspannung umgewandelt, die dem Grundfrequenzsignal / direkt oder umgekehrt proportional ist. und /war mit i" einem Frequenz Spannungsumset/er, bei dem es sich bspw. um den Phasendetektor 25. einen Tiefpaß 26 und eine Abtast-und-Halte-Schaltung 27 handeln kann.

Die am Ausgang der Abtast-und-Halte-Schaltung 27 vorliegende gehaltene Gleichspannung geht Ober einen >\ Addierer 30 an einen spannungsgesteuerten Oszillator 28 und bestimmt dessen Ausgangsfrequenz. Die Ausgangsfrequenz nfdes spannungsgesteuerten Oszillators 28 wird vom Frequenzteiler 29 um die Verhältnisse

in-, mj m„ .... η geteilt, wodurch sich die geteilten >■■

Frequenzen nf/ni\. nf/mj nf/m, nfn{ = f)

ergeben.

Γ>·Λ rtext nt\t α d-nrtiinn-Ί rtf/n I f\ . ■ _t ^A ** ttS Ar π π τ\ A r* r-r\ r%

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Eingang des Phasendetektors 25 gegeben und mit dem Grundfrequenzsignal /"in der Phase verglichen. ■>■">

Die Anordnung einer Phasenregelschleife aus dem Phasenendetektor 25. dem Tiefpaß 26. dem spannungsgesteuerten Oszillator 28 und dem Frequenzteiler 29 stellt den grundlegenden Aufbau eines Frequenzvervielfachers in der Technik der phasenstarren Kopplung dar. v> In der Phasenregelschleife liegt eine feste Phasenbeziehung zwischen cL'tn Grundfrequenzsignal f und dem Ausgangssignal des Frequenzteilers 29 vor.

M. a. W.: Die Frequenz des Grundfrequenzsignals ist gleich der des Ausgangssignals des Frequenzteilers 29. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 28 ist das /j-fache (nf) der Eingangsfrequenz f, wenn der Frequenzteiler um das Verhältnis η teilt.

Der Phasendetektor 25 gleicht die Phase des Grundfrequenzsignals /"mit der des Ausgangssignals des Frequenzteilers 29 und erzeugt eine Phasendifferenzspannung. die der Phasendifferenz zwischen den verglichenen Signalen proportional ist. Diese Phasendifferenzspannung wird vom Tiefpaßfilter 26 gefiltert. Der Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 26 ist eine Welligkeit mit der Grundfrequenz /überlagert

Die Abtast-und-Halteschaltung 27 tastet die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters synchron mit den Spitzenwerten der Welligkeit auf der Phasendifferenzspannung ab und hält diesen Wert fest, um die Ausgleichsspannung zu glätten. Die Ausgleichsspannung der Abtast-und-Halte-Schaltung ΊΊ ist der Phasendifferenzspannung proportional.

Die Ausgangsgleichspannung der Abtast-und-Halte-Schaltung 27 wird bei einem Wert unmittelbar vor den Verschwinden des Eingangsgrundfrequenzsignals f gespeichert, nachdem das Eingangsgrundfrequenzsignal ?weggefallen ist.

Die geglättete und gespeicherte Gleichspannung steuert über den Addierer 30 den spanmnig'-gesieiii.TicM Oszillator 28. Das vervielfachte Ausgangssignal nf des spannungsgesteuerten Oszillators 28 ist folglich stabil und keinen Frequen/schwanklingen ,uisgesei/i Der spannungsgesteuerten Oszillator 28 erzeugt die vervielfachte Frequenz nf im gespeicherten Zustand mit der unmittelbar vor dem Verschwinden des I mgangsgrundrrequen/signals vorliegenden Frequenz f auch dann, wenn das Eingangssignal bereits verschv. umien ist.

Dei spannungsgesteuerte Oszillator 28 folgt dabei einer Frequenzänderung des Grundfrequenzsignals f. so daß jeweils eine neue Frequenz erzeugt wird.

Em Frequenzvervielfacher mit Phasenregelschleife .irbeitet im allgemeinen nur innerh.iib eines sch schmalen Frequenzbereiches. Es kann also vorkommen, daß die Schwingungen aussetzen, wenn die Frequenz ' des Eingangssignals sich um zu hohe Werte ändert.

Um (.ifrartige Aussetzer zu verhindern, wird ein weiterer Frequenz-Spannungsumsetzer 31 zusammen mit dem Frequenzvervielfacher in der Tet hnik der phasaistarren Ankopplung verwendet. Dieser Frequenz/Spannungsumset/er 31 wundelt das Eingangsfrc quenzsignal f in eine weitere Gleichspannung um die der Frequenz des Eingangssignals f angenähert proportional ist.

Auch diese Gleichspannung wird mittels einer Halteschaltung, die der der Abtast-undl lalte-Schaltung 27 entspricht, gespeichert und über den Addierer 30 auf den spannungsgesteuerten Oszillator 28 gegeben, so daß dieser eine Frequenz erzeugt, die fast gleich dem /7-fachen (nf)der Frequenz des Eingangsgrundfrequenz-.mn^lt f.et

Beim Anliegen einer Eingangsgrundfrequenz f erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 28 folglich zunächst eine Frequenz, die der Sollfrequenz nahekommt, und rastet dann infolge der Phasenregelschleife auf genau das n-fache der Eingangsgrundfrequenz /"ein. Damit läßt sich der Betriebsfrequenzbereich der frequenzerzeugenden Einrichtung 2 bspw. wie des Frequenzvervielfachers in PLL-Technik erheblich ausweiten.

Der Frequenzteiler 29 kann eine Vielzahl von Frequenzen nf/m,, nf/trh,.., nf/m,...., nf/n (ntj = 1,2,3, ...) erzeugen.

Am Ausgang des Frequenzteilers 29 liegt ein weiterer Frequenzteiler 32, der zusätzliche Teilfrequenzen f/l\, f/h. ■ ■ - f/l, (Ii = 1,2,3,...) erzeugt.

Eine solche Anordnung stellt die frequenzerzeugende Einrichtung 2 dar. die ansprechend auf ein Ausgangssignal der frequenzerfassenden Einrichtung 1 einen Musikton mit vervielfachter und/oder geteilter Frequenz erzeugt und/oder die Frequenz des erzeugten Musiktons speichert, um diesen weiterhin abzugeben, nachdem die frequenzerfassende Einrichtung 1 kein Ausgangssignal mehr liefert

Folglich erzeugt eine derartige frequenzerzeugende Einrichtung die Frequenzen nf/m\, nf/rm,. ■ - nf/m_h ..,

nf/n fj/luf/h f/l,{m\ln.mj, = \,2.3... und /als

Grumlirequenz des Eingangssignals).

Als die Speichereinrichtung der I i g. 4 dient die Abtast-und-Hiilte-Schaltung 27 Im allgemeinen besteht sie aus einem Kondensator als Speicherelement, einem Feldeffekttransistor als Abtastelement fur das Analogsignal und einem weiteren Feldeffekttransistor als Spannungsfolger mit hohem Eingangswiderstand.

Die ' i g. 5 zeigt eine weitere Aiisfiihiiingsform der frequenzer/.etigenden Einrichtung 2 aus einem Frequenzvervielfacher und/oder -teiler mil digitaler Speicherung der Ausgangsfrequen/.

l'.in I aktimpulsgenerator 44 er/eugl einen ersten I.iknmpuls Ic mit einer Frequenz, die hoher als das I iiHMiigsgrundsigniil ist. und einen zweiten Taktimpuls nl oder FcVn (n ist irgendeine Zahl gleich oder größer als Fins). Der erste Taktimpuls l'c wird über ein erstes l.'ND-Cilied 46 ,iiif den Taktcing.irig (u) eines ersten Binar/iitilers 41 μ geben und son diesem gezählt. Der

zweites UND-Glied 47 auf den l'akteing.ing (b) eine* zweiten rlinar/.ihler. 42 und wird von diesem ebenfalls gezahlt.

Das Fingangsgrundfrequenzsignal / wird auf eine Steuerst, haltung 45 gegeben. Hin erstes Steuerausgangssignal '/' der Steuerschaltung 45 wird an den Stcuereingang des ersten IJN D-Gliedes 46 gegeben und steuert dessen Weitergabe des ersten Taktimpulses Ic. Der erste Taktimpuls Fc wird dann an den Taktanschluß (a) ties ersten Zählers 41 durchgeschaltet, wenn das erste Stei-urausgangssignai Φ entsprechend einer Perio'.J des Eingangssignals / anliegt Em zweites Steuerausgangssignal Φ der Steuerschaltung 45 wird auf den Steuereingang des zweiten UND-Gliedes 47 gegeben, um dessen Weitergabe des zweiten Taktimpul- »es nFcoder Fc-'m.u steuern.

Der zweite Taktimpuls nFc oder Fc'η wird während des Anliegens des zweiten .Steuerausgangssignals Φ entsprechend der einen Periode des Eingangsgrundfre- quenzsignals /vom Takteingang (b)acs zweiten Zählers

42 angenommen. Die grundsätzliche Funktion ist wie folgt:

Der erste Binärzähler 41 zählt und speichert den ersten Taktimpuls Fc mit einer höheren Frequenz als das Eingangsgrundfrequenzsignal f(Fc> f) während einer Periode des Eingangsgrundfrequenzsignals f.

Der zweite Binärzähler 42 zählt den zweiten Taktimpuls nFc oder Fc/n mit der n- oder 1//7-fachen Frequenz des ersten Taktimpulses Fc. Ein Komparator

43 vergleicht den Zählzustand des zweiten Binärzählers 42 mit dem festgehaltenen Zählzustand des ersten Binärzählers 41 und erzeugt einen Ausgangsimpuls nf oder i/n jedes Mal. wenn der Zählzustand des zweiten Binärzählers 42 mit dem festgehaltenen Zählzustand des ersten Binärzählers 41 übereinstimmt

Der Ausgangsimpuls nf oder f/n des Komparator 43 setzt über ein ODER-Glied 48 den zweiten Binärzähler

42 zurück.

M.a.W.: Die in der Periode des Eingangsgrundfrequenzsignals f eingelesene Information, d. h. die vom ersten Binärzähler 41 gezählte und gespeicherte Information, wird mit dem n- oder 1/n-fachen der Schreibgeschwindigkeit des zweiten Binärzählers 42 ausgelesen.

Die Frequenz des Ausgangssignals des Komparator

43 ist das n- oder 1 /n-fache des Eingangsgrundfrequenzsignais f. Es findet aiso eine Frequenzvervielfachung um das n- oder 1/n-fache statt wenn der zweite Taktimpuls

η l'c bzw /Ι /;ist.

Die Steuerschaltung 45 erfaßt das Vorliegen eines Eingangssignal* oder bei anliegendem Eingangssignal eine Frequenzänderung des Eingangsgrundfrequenzsignals f über einen Schwellwert hinaus und erzeugt daraus den Rücksetzimpuls γ. Der Rücksetzimpuls γ setzt den ersten Binärzähler 41 und den zweiten Rinär/.ähler 42 zurück. Das Eingangsgrundfrequenzsigmil f wird über ein drittes UND-Glied 112 auf den Taktemgang reines T llipflops 113 gegeben, das erste .Steuerausgangssignal Φ des T-FMpflops 113 als erstes Steuersignal .i\if das erste UND-Glied 46. das zweite Steuerausgangssignal Φ des T-Flipflops 115 als zweites Steuersignal auf das zweite UND-Glied 47, und der Rücksct/imouls ·/ aus dem Detektor III auf den Kückselzansi hliiß des T-Flipflops 11.3. um dieses riieksetz.cn, wenn am Eingang ein Wechsel von keinem Vorliegen eines Eingangssignuls zum Anliegen eines I ing.ingssignals stattfindet b/w. wenn bei anliegendem

I UtIUC ΜΛίΙΙ

Schw ellwert hin,mis auftritt.

Das 1 Flipflop 113 erzeugt das erste Steuerausgangssigual '/' und das /weite Steuerausgangssignal <P, das zum ersten Steuerausgangssignal <i> gegenphasig ist. wenn immer zwei Impulse an ilen Taktanschluß Tgelegt w erden.

Ein TaktiJetektor 114 erzeugt eine Ausgangsspannung, wenn der ",iknmpuls b nicht am zweiten Bmär/ahlc· 42 anliegt, um das dritte UND-Glied 11 2 zu offnen.

Das dritte I IND-Glicd 112 kann also in einer Periode das Eingangsgrundfrequen/signal /d.h. zwei Impulse des Eingangsgrundfrequenzsignals f. zum T-Flipflop 113 durchschalten.

Wie in F i g. '5 gezeigt, besteht der Taktimpulsgenerator 44 aus einem Inipulsoszillator 115. der den zweiten Taktimpuls nFc erzeugt, wie einem Frequenzteiler 116. der den zweiten Taktimpuls nFc um das Verhältnis η teilt und den ersten Taktimpuls Fcerzeugt.

In diesem Fall kann der Komparator 43 ein vervielfachtes Ausgangssignal n/erzeugen.

Im Gegensatz hierzu kann der Komparator 43 ein geteiltes AusEanessienal f/n erzeugen, wenn man den ersten und den zweiten Taktimpuls Fc bzw. nFc miteinander vertauscht. Ein weiterer, am Ausgang des Komparators 43 liegender Frequenzteiler 49 teilt das vervielfachte oder geteilte Ausgangssignal nf bzw. f/n

um die Verhältnisse ni\.mi m, (m, = 1.2.3 ), um im

ersteren Fall zusätzliche Ausgangssignale der Frequen zen nf/mu nf/mi nf/m, oder im letzteren Falle

zusätzliche Ausgangssignale der Frequenzen f/nn~i\, f/nm₂ f/nm, zu erzeugen.

In Fig. 5 wird der erste Binärzähler 41 sowohl als speicher als auch als Frequenzzähler verwendet.

Obgleich der Frequenzerzeuger 2, d. h. der Frequenzvervielfacher und/oder -teiler 2, das niederfrequente Eingangssignal in der obigen Beschriebung um einen ganzzahligen Faktor vervielfacht oder teilt, kann der Faktor auch unganzzahlig sein.

Als Hüllkurvendetektor 4 der F i g. 1 läßt sich ein herkömmlicher Detektor verwenden. Beispielsweise kann man die Hüllkurve des niederfrequenten Eingangssignals durch Gleichrichtung des Eingangssignals mittels eines Gleichrichters und nachfolgende Glättung bspw. mittels einer Abtast- und Halte-Schaltung erfassen.

Die HüIIenkurvensteuerung 3 steuert die Ausgangsamplitude nach Maßgabe des am Steuereingang

inliegenden Hüllkurvensik:nals.

Die Hüllkurvensteuerung 3 kann aus einem Klippgat-(er, bei dem der Obergang vorn Sperr- in den Leitzustand eines Transistors zur Steuerung der Ausgangsamplitude ausgenutzt wird, einer Schaltstufe ·, in der Art eines Amplitudenmodulators unter Ausnutzung des veränderlichen Durchlaßwiderstandes eines Feldeffekttransistors, einem herkömmlichen Amplitudenmodulator oilnr einem Amplitudenmodulator oder einem Amplitudenvervielfacher bestehen. ,„

Als Tonartdetektor 7 der Fig. I läßt sich ein herkömmlicher Formantendetaktor verwenden.

Der Tonartdetektor 7 erfaßt bspw. die Tonart des niederfrequenten F.ingangssignals. indem das Eingangs lignal durch ein oder mehrere Resonanzglieder ι-, geschickt wird, dessen bzw. deren kombinierte Ausfangspegel dann erfaßt werden.

Da die Musiktonaufbereitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, den Musikton Amplitude und Breite umgewandelt.

Dieser Steuerimpuls wird über eine Diode 122 auf ein Differenzierglied aus einem Widerstand 126 zwischen dem Eingang und Masse, einem Kondensator 123 zwischen Eingang und Ausgang und einer Diode 127 zwischen Ausgang und Masse gegeben und geht dann über eine Diode 124 auf ein Integrationsglied.

Das Integrationsglied besteht aus einem Widerstand 129 und einem Kondensator 128, die parallel zueinander vom Signalflußweg nach Masse liegen. Die Zeitkonstante des Integrationsgliedes wird verhältnismäßig groß gehalten. Das Integrationsglied erzeugt über einen Widerstand 125 und einen Schalter 154 ein Hüllkurvensignal 204 des »percussion«-! yps.

Weiterhin geht geht das Ausgangssignal des Differenziergliedes über eine Diode 130 auf ein weiteres Integrationsglied.

Das weitere Integrationsglied besteht analog aus einem Widerstand 133 und einem Kondensator, die

*U.lgnil533l.lllg lttH.lt Ul-III TTCgIiIIlL-M UC-I IMCUCIIfClJUCII- _>[| »en Eingangssignals festzuhalten, kann die Aufbereilungsanordnung dem Ausgangston verschiedene Hüllkurven erteilen, wie sie die F i g. 6 zeigt.

Das niederfrequente Eingangssignal 201 wird vom Frequenzgenerator 2 wie bspw. einem Frequenzverviel- :, fächer und/oder -teiler mit Speicherfunktion in ein vervielfachtes und/oder geteiltes Signal 202 umgewandelt und gespeichert.

Die Hüllkurve des Eingangssignals 201 wird vom Hüllkurvendetektor 4 erfaßt und dann in ein Hüllkur- _m »ensignal 203 umgewandelt, das der Hüllkurvenwandler I in ein weiteres Hüilkurvensignal umsetzt- bspw. in das Hüllkurvensignal 204, 205, 206, 207 oder 208, wie sie durchgezogen oder gestrichelt gezeigt sind.

Diese Hüllkurvensignale 203, 204, 205, 206, 207 oder 3-, IO8 steuern die Hüllkurvensteuerung 3. so daß am Ausgang der Hüllkurvensteuerung 3 Musiktöne mit •follow«-, »percussion«-, »attack«-, »organ«-, »organ •ustain«- und Legato-Hüllkurven anstehen.

Auch lassen sich aus zwei oder mehr dieser Hüllkurvensignale durch entsprechende Ansteuerung der Hüllkurvensteuerung 3 Musiktöne mit einer Vielfalt »on Hüllkurven erzeueen.

Eine herkömmliche Musiktonaufbereitungseinrichlung ist nicht in der Lage, Musiktöne mit anderen als der Hüllkurve 203 herzustellen, da das vervielfachte •nd/oder gespeicherte Signal sich nicht speichern läßt.

Demgegenüber kann die Musiktonaufbereitungseinfichtung nach der vorliegenden Erfindung Musiktöne »lit bspw. den Hüllkurven 204, 207 und 208 erzeugen, da das vervielfachte und/oder geteilte Signal gespeichert wird.

Beispielsweise kann die Musiktonaufbereitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung Musiktöne mit den Hüllkurven 204, 207 und 208 erzeugen, die langer andauernd als die Pizzicato-Eingangssignale /i und /2 der F i g. 6.

Andererseits ist die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch in der Lage, Musiktöne mit den Hüllkurven 204 und 205 zu erzeugen, die kürzer sind als ω die Legato-Eingangssignale F3 und /4 der F i g. 6.

Die F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Hüllkurvenwandlers 5. Das Hüllkurvensignal 203 am Eingang läuft über einen Widerstand 121 und einen Schalter 153, wodurch ein dem Hüllkurvensignal 203 entsprechendes »follow«-Signal 203 entsteht. Das Eingangshüllkurvensignal 203 wird verstärkt und von einem Wantflerverstärker 150 zu einem Steuerimpuls gleichmäßiger tl/CMtrtlls μύίαιιιι /.U*. itiaiiui.1 nyni LjigMUMiuL/tn.5 ιιακι Masse liegen. Die Zeitkonstante dieses zweiten Integrationsgliedes ist auf einen verhältnismäßig kleinen Wert eingestellt.

Das zweite Integrationsglied erzeugt über den Widerstand 131 und einen Schalter 155 eine Hüllkurve mit steilem Anstieg und flachem Abfall.

Das Ausgangssignal des Wandlerverstärkers 150 wird mit einer Diode 134 und einem Widerstand 135 aufbereitet und auf ein weiteres Integrationsglied gegeben. Dieses dritte Integrationsglied besteht analog aus einem Widerstand 138 und einem Kondensator 137, die ebenfalls parallel zueinander vom Signalflußweg nach Masse liegen und deren Zeitkonstante ebenfalls verhältnismäßig gering ist.

Das dritte Integrationsglied erzeugt über einen Widerstand 136 und einen Schalter 156 ein Hüllkurvensignal des »organK-Typs.

Das Ausgangssignal des Wandlerverstärkers 150 geht über eine Diode 139 und einen Widerstand 140 auf ein viertes Integrationsglied aus einem Widerstand 143 und einem Kondensator 142, die ebenfalls parallel zueinander vom Signalflußweg nach Masse liegen "nd deren Zeitkonstante vereleichsweise groß ist. Dieses vierte Integrationsglied liefert über den Widerstand 141 und den Schalter 157 das Hüllkurvensignal 207 der »organ sustaintt-Form.

Das Ausgangssignal des Wandlerverstärkers 150 wird über eine Diode und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Feldeffekttransistors 135 auf einen Speicherkondensator 148 gegeben.

Der Speicherkondensator 148 liegt zwischen Masse und dem Kollektor des Feldeffekttransistors 145. Am Speicherkondensator 148 liegt ein Trennverstärker mit sehr hohem Eingangswiderstand aus einem Feldeffekttransistor 146, dessen Emitterwiderstand 149 zwischen dem Emitter und Masse liegt

Das Eingangssignal liegt am Gatt des Feldeffekttransistors 146, das Ausgangssignal wird an seinem Emitter abgenommen.

Das Eingangshüllkurvensignal 203 wird von Abtastimpulsgenerator 151 zu einem Abtastimpuls mit sehr kurzer Dauer und fast dem Spitzenwert des Eingangshüllkurvensignals 203 aufbereitet

Dieser Abtastimpuls geht an das Gatt des Feldeffekttransistors 145 und schaltet diesen durch, so daS der Spitzenwert des Hüllkurvensignals 203 auf den Speicherkondensator 148 übergeht und dort festgehalten wird.

Die gehaltene Spannung wird vom Emitter des Feldeffekttransistors 146 über einen Widerstand 147 und einen Schalter 158 abgenommen, so daß ein vholdo-Hülkürvensignal entsteht. Die Hüllkurvensignaie 203', 204, 205, 206, 207 und 208 stehen am Ausgnng eines Addierverstärkers 152 zur weiteren Verwendung an.

Die Hüllkurvensignale 203' und 204-208 sind in Fig. 6 durchgezogen dargestellt für den Fall, daß der Wandlerverstärker 150 verwendet wird, und gestrichelt für den Fall, daß das Eingangshüllkurvensignal 203 unmittelbar und ohne Verwendung des Wandlerverstärkers 150 auf die Dioden 122, 134, 139 und 144 gegeben wird.

Im letzteren Fall ist die Lautstärke des Musiktons dem niederfrequenten Eingangssignalpegel proportional, da die Ai plitude des Hüllkurvensignals dem Eingangssignalpegel proportional ist. um die Amplitude des Musiktons am Ausgang zu steuern. In diesem Fall

ι Λ— w:».~i »u:u in —.r~ii —

Kitiiiiuvi rfnitti rr ^ ι tiyiiufiti ι u nutation.

Mit der in F i g. 7 gezeigten Anordnung lassen sich verschiedene ,füllkurvensignale erzeugen, indem man entsprechende der Schalter 153, 154, 155, 156, 157 und 158 betätigt.

Da die tonerzeugende Einrichtung wie z. B. der Frequenzvervielfacher und/oder -teiler eines herkömmlichen Musiktonaufbereitungsvorrichtung keine Speicherfunktion aufweist, lassen sich mit ihnen nur Musiktöne darstellen, deren Hüllkurven den Hüllkurvensignalen 203 und 206 entsprechen. Selbst wenn der Hi'llkurvenwandler 5 die Hüllkurvcnsignale 204, 205, 207 und 208 erzeugt, kann eine herkömmliche Musiktonaufbereitungsvorrichtung wirksam nur Musiktöne entsprechend den Hüllkurvensignalen 203 und 206 abgeben, da das Eingangssignal 201 — und insbesondere ein Eingangssignal entsprechend f\ oder /2 — verschwindet, bevor das Hüllkurvensignal wegfällt.

Das vom Hüllkurvendetektor 4 oder dem Hüllkurvenwandler 5 abgeleitete Hüllkurvensignal läßt sich, wie es die gestrichelten Linien 301 und 302 in F i g. 1 zeigen, als Steuersignal für die UND-Glieder 24 (Fig. 5) des Frequenzerzeugers 2 oder als Eingangssignal für den Detektor 111 (F i g. 5) verwenden.

Weiterhin kann das Hüllkurvensignal, wie durch die gestrichelten Linien 303 oder 304 der F i g. 1 gezeigt, das Tonfilter 6 steuern, um die Tonart des erzeugten Musiktons fein- oder zu dessen Beginn grobeinzustellen.

Auf diese Weise kann man den Musikton am Ausgang mit neuartigen Tonarteffekten beaufschlagen.

Das Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 4 kann, wie es die durchgezogene Linie 305 in der F i g. 1 zeigt, als Modulator 8 einen Amplitudenmodulator ansteuern, um Amplitudenschwankungen im Eingangssignal zu betonen oder geringe Amplitudenschwankungen auszugleichen. Weiterhin kann man mit dem Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 4 als Modulator 8 einen Frequenzmodulator ansteuern, wie es die gestrichelte Linie 312 in F i g. 1 zeigt um Frequenzschwankungen im Eingangssignal zu betonen oder auszugleichen.

Da'i Grundf^quenzsignal der frequenzerfassender. F.inrichtung 1 —λ kann den Hüllkurvenwandler 5 steuern, wie es durch die gestrichelte Linie 306 in F i g. 1 angedeutet ist, um bspw. die Anstiegs- und Abfallzeitcn des Hüllkurvensignals zu verlängern oder zu verkürzen oder um die Anstiegszeit des Hüllkurvepsig.nalr zu verkürzen und die Abfallzeit drs Hül'kurvensignals zu verlängern oder umgekehrt die Anstiegszeit des Hüllkurvensignals zu verlängern und die Abfallzeit des Hüllkurvensignals zu verkürzen, jeweils entsprechend dem Anstieg der Eingangsfrequenz.

Das Grundfrequenzsigna! / der die Grundfrequenz erfassenden Einrichtung 1 kann weiterhin das Tonfilter 6 steuern, wie es mit der gestrichelten Linie 307 der ("ig. 1 angedeutet ist, um bspw. die Eigenschaften des Tonfilters 7 entsprechend der Frequenz des Grundfrequenzsignals /"zu steuern und die Tonart des Tonfilters 7 der Frequenz des Grundfrequenzsignals ^anzupassen.

Um bspw. als Musikton innerhalb des gesamten

einen reinen

Sinuston zu erzeugen, kann das Grundfrequenzsignal f die Resonanzfrequenz eines Resonanzgliedes oder die Grundfrequenz eines Tiefpaßfilters so steuern, daß diese nahe der Grundfrequenz des Eingangssignals liegt.

Weiterhin kann das Ausgangsgrundfrequenzsignal f der die Grundfrequenz erfassenden Einrichtung 1 den Modulator 8 in Form eines Frequenzmodulators steuern, wie es die gestrichelte Linie 308 in Fig. 8 andeutet, um bspw. die Frequenzschwankungen im Eingangssignal zu betonen oder geringe Frequenzschwankungen im Eingangssignal auszugleichen.

Das Ausgangssignal des Tonartdetektors 7 kann den Frequenzgenerator 2, d. h. den Frequenzvervielfacher und/oder -teiler steuern, wie es mit der gestrichelten Linie 305 der F i g. 1 angedeutet ist. Der Tonartdetektor 7 erfaßt bspw. eine starke Änderung der Tonkomponente infolge eines Ausgleichsvorganges oder eine Änderung des niederfrequenten Eingangssignals, um den zuvor gespeicherten Zustand rückzusetzen. Das Ausgangssignal des Tonartde'ektors 7 kann auch den Hüllkurvendetektor 5 steuern, wie durch die gestrichelte Linie 310 der F i g. 1 angedeutet. Beispielsweise steuert der Tonartdetektor 7 den Hüllkurvendetektor 5. um pin Hüllkurvensignal mit steilem Anstieg zu erzeuger wenn infolge eines steilen Anstiegs oder der Änderung des Eingangssignals eine starke Änderung der Tonkomponente auftritt, oder um den Hüllkurvendetektor 5 daran zu hindern, während einer starken Änderung der Tonkomponente ein Hüllkurvensignal zu erzeugen, und ein Klickgeräusch im erzeugten Musikton zu vermeiden. Das Ausgangssignal des Tonartdetektors 7 kann den Modulator 8 steuern, wie es die gestrichelte Linie 311 der F i g. 1 andeutet. Der Tondetektor 7 kann die Moduiationstiefe oder die Modulationsgeschwindigkeit entsprechend einer Änderung der Tonart des Eingangssignals variieren, um den erzeugten Musikton entsprechend der Tonqualität des Eingangssignals oder in der Betonung zu steuern.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Musiktonaufbereitungseinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangsmusiktons für ein elektronisches Musikinstrument unter Ansteuerung durch ein hörfrequentes Eingangssignal, mit einer Einrichtung, die mit dem hörfrequenten Eingangssignal zur Erzeugung eines Impulsseriensignals gekoppelt ist, dessen Folgefrequenz gleich der Grundfrequenz des hörfrequenten Eingangssignals ist, und mit einer tonerzeugenden Einrichtung, die mit der Einrichtung zur Erzeugung des Ausgangsmusiktons gekoppelt ist, wobei die Grundfrequenz des Ausgangsmusiktons proportional mit der des Impulsseriensignals ist, gekennzeichnet durch eineWandlereinrichtung (24,25,26), die das Impulsseriensignal empfängt und die Folgefrequenz in eine Gleichspannung umformt, eine Speichereinrichtung (27) zum Speichern der Gleichspannung und einen durch die gespeicherte Gleichspannung gesteuerten Oszillator (28), wobei ate Umformung und Einspeicherung erfolgt, wenn die Amplitude des Eingangssignais mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert aufweist oder bei anliegendem Eingangssignal eine Frequenzänderung über einen Schwellenwert hinaus erfolgt, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (28) ein Ausgangssignal über eic; Hüllkurvensteuerung (3) an die tonerzeugende Einrichtung (11, 12) abgibt und wobei die Hüllkurvensteuerung (3) durch ein Ausgangssignal eines Hüllkurvendetektors (4) angesteuert wird, der die Hüllkurve oder die Amplitude de. hörfrequenten Eingangssignale erlaßt (vgl. F i g. 1 und 4).

2. Musiktonaufbereiturvseinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangsmusiktons ^r<">r ein elektroni- J5 tches Musikinstrument unter Ansteuerung durch ein hörfrequentes Eingangssignal, mit einer Einrichtung, die mit dem hörfrequenten Eingangssignal zur Erzeugung eines Impulsseriensignals gekoppelt ist. dessen Folgefrequenz gleich der Grundfrequenz des -to hörfrequenten Eingangssignals ist. und mit einer toner/eugenden Einrichtung, die mit der Einrichtung zur Erzeugung des Ausgangsmusiktons gekoppelt ist. wobei die Grundfrequenz des Ausgangsmusik tons proportional mit der des Impulsseriensignals ist. gekennzeichnet durch eine Wandlereinrichtung (44, 45, 46, 41) zur Umformung der Folgefrequenz in einen Digitalkode, eine Speichereinrichtung (41) zum Speichern des Digitalkodes und eine Einrichtung (42,43,44,47) zur Umformung des gespeicher- ten Digitalkodes in ein Ausgangstonfrequenzsignal (ίο), wobei die Umformung, Einspeicherung und Umwandlung erfolgen, wenn die Amplitude des Eingangssignals mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert aufweist oder bei anliegendem Eingangssignal eine Frequenzänderung über einen Schwellenwert hinaus ertolgt, wobei das Ausgangs tonfrequen/signal über eine Hüllkurvensteuerung (3) an die tonerzeugende Einrichtung (11, 12) abgegeben wird und wobei die Hüllkurvensteuerung w> (3) durch ein Ausgangssignal eines Hüllkurvendetek tors (4) angesteuert wird, der die Hüllkurve oder die Amplitude der hörfrequenten Eingangssignale erfaßt (vgl. F i g. I und F i g. 5a).

Die Erfindung betrifft eine Musiktonaufbereitungseinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangsmusiktons für ein elektronisches Musikinstrument unter Ansteuerung durch ein hörfrequentes Eingangssignal, mit einer Einrichtung, die mit dem hörfrequenten Eingangssignal zur Erzeugung eines Impulsseriensignals gekoppelt ist, dessen Folgefrequenz gleich der Grundfrequenz des hörfrequenten Eingangssignals ist, und mit einer tonerzeugenden Einrichtung, die mit der Einrichtung zur Erzeugung des Ausgangsmusiktons gekoppelt ist, wobei die Grundfrequenz des Ausgangsmusiktons proportional mit der des Impulsseriensignals ist

Bei einer bekannten derartigen Musiktonaufbereitungseinrichtung (US-PS 36 02 824) wird die Amplitude bzw. die Hüllkurve des Ausgangstonsignals entsprechend der Amplitude bzw. der Hüllkurve des Eingangssignals gesteuert. Eine Frequenzwandlereinrichtung teilt das Eingangssignal in zwei Signale entgegengesetzter Phase auf, summiert das eine dieser Signale mit einer ersten Gleichspannung derart, daß die unteren Scheitelwerte bei Null Volt liegen, summiert das andere Signal mit einer zweiten Gleichspannung derart, daß die oberen Scheitelwerte bei Null Volt liegen und liefert abwechselnd die summierten Signale an einen Ausgang.

Bekannt ist weiter ein elektronisches Musikinstrument mit einer Stimmschaltung (US-PS 35 91 699), die aus dem Eingangssignal keinen Halteeffekt ableiten kann, bei dem der Ton allmählich ausklingt wie der eines Zupfinstrumentes, wie z. B. einer Gitarre. Auch ist es mit einer derartigen Schaltung nicht möglich, einen Ausgangsmusikton, dessen Halte- bzw. Abfallzeit länger ist als die Dauer des hörfrequenten Eingangssignals, oder einen Ausgangsmusikton zu erzeugen, der nicht ausklingt, bevor der nächste Ton angespielt wird.

Bekannt ist ferner eine Anordnung zur Aufrechterhaltung einer Tonhöhe bei einem elektronischen Musikinstrument (US-PS 36 97 663), bei der eine Speicherschaltung eine Gleichspannung speichert, die von einer Tastatur, die eine Anzahl Tastenkontakte und einen ohmschen Spannungsteiler aufweist, iusgewählt wird. Bei einer derartigen Gleichspannung handelt es sich nicht um eine kontinuierliche Spannung, sondern um einzelne Spannungen, die von den einzelnen Tasten eines musikalischen Tonsystems, d. h. eines chromatischen Tonsystems abhängig sind.

Bekannt ist schließlich ein System zur Erzeugung eines Musiktons (US-PS 36 34 596), der, ansprechend auf ein Stimm- oder sonstiges Eingangssignal, genau die Töne eines gewählten Musikinstrumentes simuliert. Hierbei erfaßt eine frequenzerfassende Einrichtung diskrete Frequenzen im hörbaren Frequenzbereich der Eingangssignale und ist mit einer Speichereinrichtung in Fo~m eines mehrspurigen Bandaufnahmegeräts zur ständigen elektromagnetischen Erzeugung einer Vielzahl diskreter Frequenzen versehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Musiktonaufbereitungseinrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art bei Ansteuerung mit beliebigen hörfrequenten Eingangssignalen die Erzeugung von Musiktönen mit beliebigen Amplituden Nullkurven zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wandlereinrichtung, die das Impulsseriensignal empfängt und die Folgefrequenz in eine Gleichspannung umformt, eine Speichereinrichtung zum Speichern der Gleichspannung und einen durch die gespeicherte Gleichspannung gesteuerten Oszillator, wobei die Umformung und Einspeicherung erfolgt, wenn die