DE2430321A1 - Stimmtastsystem fuer ein stimmgesteuertes musikinstrument - Google Patents

Description

M 34-51

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. HAMS RUSCHKE Dipl.-Ing. OLAF RUSCHKE Dipl.-lng. HANS E. RUSCHKE

Matsushita Electric Industrial Company Limited .":;■ -Λ-... 1006 Eadoma, Osaka, Japan'

Stimmtastsystem für ein stimmgesteuertes Musikinstrument

Zusammenfassung, der Offenbarung

Es wird vorgeschlagen ein Stimmtastsystem für ein stimmgesteuertes Musikinstrument mit einer frequenzempfindlichen Anordnung, ■ die auf ein niederfrequentes Eingangssignal anspricht und ein

Steuersignal erzeugt, das jedem einer Vielzahl von IPrequenz- ; bändern des Eingangssignals und damit einer Vielzahl von "Ionen

der Tonleiter entspricht, und mit einem Tongenerator, der ein ; Tonsignal- entsprechend jedem der 'Töne der Tonleiter erzeugt. Das ■■ Eingangssignal wird in ein Ausgangssignal umgesetzt, das für ; jedes der Frequenzbänder des Eingangssignals eine kleinere --'> if'requenzänderungsgeschwindigkeit hat als das Eingangssignal..

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stimmgesteuertes. Musikinstrument, mit dem sich ein neues Tonsignal aus einem niederfrequenten monophonen Melodie-Eingangssignai erzeugen läßt -

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beispielsweise einem gesungenen Ton, einem mit einem Musikinstrument gespielten Ton oder einem Tonsignal irgendeiner niederfrequenten Vorrichtung -, und insbesondere ein neuartiges Stimmtastsystem für ein stimmgesteuertes Musikinstrument, das irgendein Eingangssignal in ein Tonsignal, umsetzt, das in jedem von mehreren vorbestimmten Frequenzbändern eine kleinere Frequenzänderungsgeschwindigkeit als das Eingangssignal oder eine konstante -Frequenz aufweist,so daß'aus einem Eingangssignal mit unstabiler und ungenauer Frequenz ein Ausgangstonsignal mit stabiler und genauer Frequenz entsteht.

Aus dem Stand der Technik sind stimmgesteuerte Musikinstrumente : bekannt, bei denen ein Eingangssignal zu einem Grundfrequenzsignal umgesetzt wird-, dessen- Frequenz der des Eingangssignals ; proportional ist. Dabei wird das Grundfrequenzsignal frequenzmäßig vervielfacht und/oder geteilt, um eine Vielzahl von "I'on- ! Signalen zu erzeugen, die untereinander einen Oktavabstand haben. Die Amplitudenhüllkurve dieser untereinander mit Oktav— ι abstand vorliegenden Tonsignale wird entsprechend der Hüllkurve • des Eingangssignals eingestellt. Auf"diese Weise entsteht ein neues Ausgangstonsignal.

; Da im allgemeinen die Tonhöhe oder das Intervall einesvon einem

Menschen gesungenen Tons ungenau und unstabil ist, ist eine ! Frequenzschwankung bzw. ein Frequenzfehler von * 1 ... 2 % auch j bei sorgfältigem Gesang unvermeidbar.

! Ein derartiger Frequenzfehler wird gehörmäßig kaum wahrgenommen. ί Bei einem herkömmlichen stimmgesteuerten Musikinstrument wird die Frequenzschwankung nach der Signalaufbereitung im stimmgesteuerten Husikinstrument .jedoch deutlich hörbar. Ein durch, ein

! solches herkömmliches stimmgesteuertes Musikinstrument aufbereiteter Gesang hinterläßt also auch bei gutem Gesang einen schlechten Eindruck. Es ist also für den Anfänger äußerst schwierig, ein herkömmliches stimmgesteuertes Musikinstrument ζu.spielen, und er muß sehr viel üben, um eine gewisse i'ertig-

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kei't zu erreichen.

Bs; ist folglich, ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Stimmtastsystem für ein stimmgesteuertes Musikinstrument anzugeben, damit .dieses unter Vermeidung der oben angegebenen ."IM acht eile leicht spielbar wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges und verbessertes stimmgesteuertes Musikinstrument anzugeben, das jedes auch unstabile Eingangssignal, d.h. nicht nur ein Stimmsignal, sondern auch das monophone Tonsignal aus irgendeinem Musik- oder Toninstrument, in ein stabiles Ausgangstonsignal um- , setzt. ,

Diese Ziele lassen sich durch" das Stimmtastsystem für stimmge- j steuerte Musikinstrumente nach der vorliegenden Erfindung erreichen, das eine frequenzempfindliche Anordnung, die auf ein niederfrequentes Eingangssignal anspricht und ein Steuersignal ' entsprechend jedem aus einer Vielzahl von Frequenzbändern er- ! zeugt, wobei die Vielzahl von Frequenzbändern der Vielzahl von ^%; Tönen einer Tonleiter entspricht, jedes der Frequenzbänder einen j Frequenzbereich hat, der etwa einem Halbtonintervall der Ton- · ι leiter entspricht, und die Mittenfrequenz jedes der Frequenz- i bänder so bestimmt wird, daß sie angenähert der Frequenz eines !

»Tones der Tonleiter entspricht, und einen Tongenerator aufweist, | der"ansprechend auf das Steuersignal ein Ausgangstonsignal erzeugt, das jeweils jedem der Töne der Tonleiter entspricht, wobei das Eingangssignal in jedem der Frequenzbänder in ein Aus-■gangssignal mit geringerer Frequenzänderungsgeschwindigkeit als j beim Eingangssignal umgesetzt wird.

'Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

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!ig. 1 ist ein Blockdiagramm einer grundsätzlichen Ausführungs form eines Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 2 ist eine Diagrammdarstellung der 'Tastcharakteristik des Stimmtastsystems nach der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines 'Tongenerators für die Ausführungsform der Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Schaltplan einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist ein Diagramm der Steuercharakteristik des in der Fig. 5 eingesetzten Tongenerators;

Fig. 7(a) und 7(b) sind ein Schaltbild und ein Diagramm der Arbeitseigenschaften einer Schwellsehaltung, die in ; einer modifizierten Ausführungsform der Fig. 5 einsetz- ! bar ist;

!Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

'Fig. 9 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines in Fig. ; eingesetzten Komparators;

I Fig. 10 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines ! in der Ausführungsform der Fig. 8 einsetzbaren Tongenerators ;

Fig. 11 und 12 sind Diagramme weiterer Tasteigenschaften des Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfindung;

[Fig. 13 ist ein Diagramm der Tasteigenschaften des Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfindung beim Einsatz als ; Frequenzmultiplikator und als Frequenzteiler ebenso wie

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als eigentliches Stimmtastsystem;

Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform
.der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 und 16 sind Diagramme der Steuereigenschaften des Stimmtastsystems der Fig. 14; und

Fig. 17 ... 20 sind Blockdiagramme weiterer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.

"Wie in der Fig. 1 dargestellt, gelangt ein monophones niederfrequentes Eingangssignal 100 der Frequenz f, bei dem es sich
um Gesang oder den Ton eines Musikinstrumentes oder den Schall
einer Musikquelle handeln kann, auf eine frequenzempfindliche- ! Anordnung 1. Die frequenzempfindliche Einrichtung 1 erzeugt
ansprechend auf das Eingangssignal 100 der Niederfrequenz f ^j ein Steuersignal· 50. Beispielsweise ist das Steuersignal 50
irgendeines einer Vielzahl von Steuersignalen 101, 102, IO3, j ..., 104, die jeweils einer Vielzahl verschiedener Frequenz-,
bänder f_Q^ f -^f^ , f^ <£ f -^f₂, f₂<£f^f₅, ..., und f _n_^ <£■ f ^ f ■ des Eingangssignals entsprechen, wie sie die Fig. 2 zeigt. Diese! ■; Frequenzbänder entsprechen, jeweils einem einer Vielzahl von ^: _:TÖnen der Tonleiter und haben jeweils eine Bandbreite, die : einem Halbtonintervall der Tonleiter entspricht. Dabei ist die _: hittenfrequehz jedes dieser Frequenzbänder so bestimmt, daß sie j angenähert der Frequenz des zugeordneten Tons der Tonleiter ent- : spricht. Diese Vielzahl von Steuersignalen kann (a) in Form von j Spannungssignalen an einer Vielzahl verschiedener Ausgangsansehlüsse, (b) in Form einer Vielzahl von verschiedenen Spannungen an einem einzigen Ausgangsanschluß oder (c) in binär ver-
; schlüsselter Form an mehreren Ausgangsanschlüssen vorliegen. Das j

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. Steuersignal 50 wird von einer Speichervorrichtung 5 gespeichert, die ihrerseits ein Ausgangssignal 200 liefert, das auf einen
Tongenerator 2 gegeben wird. Der Tongenerator 2 erzeugt ansprechend adf das Steuersignal 50 am Ausgang 3 ein Ausgangssignal" F entsprechend jedem der Ausgangstonsignale 106, I07, 108,

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..., und 109 mit den vorbestimmten Frequenzen F,,, F₂, ^5 j ···

bzw. P_n. -

Das Stimmtastsystem nach der vorliegenden Erfxndung setzt das Eingangssignal 100 mit der ungenauen Frequenz f wie beispielsweise f_o£ X¹^f₁, £_Λ4£±ΐ₂, f₂^fif₅, ... oder f_n-1^fif_n in ein Ausgangstonsignal F der genauen Frequenz F., Fp, F^, ... oder F um. Die Speichervorrichtung 5 wird bei einer wesentlichen Änderung des Eingangssignals 100'rückgesetzt und speichert sodann ein anderes, neu angelegtes Steuersignal 50, um ein weiteres Speichersignal 200 zu liefern.

Die Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfxndung, die dem bereits erwähnten Fall (a) entspricht, daß die Steuersignale in

' Form von Spannungssignalen an einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen vorliegen. Das Eingangssignal 100 wird auf eine Vielzahl von Bandfiltern 11, 12, I3, ... und 14- in der frequenaempfindlichen Anordnung 1 gegeben. An den Ausgangsanschlussen : der Bandfilter 11, 12, 13 ... und 14 liegen die Steuerspannungen V^, Vo, V^ ... bzw. V , bei EingangsSignalen in den verschiede-

; nen Frequenzbändern- f 4. f-^f., f. < f ^f₂, f₂^ f — f-,, ... und ; f ,j Z f if . Da diese Bandfilter nicht ideal sind, liegt eine ! Ausgangsspannung auch dann vor, wenn das Eingangssignal nicht im gewünschten Durchlaßbereich liegt· Um eine Fehlfunktion zu

ι :

! verhindern, werden jeweils die Ausgangsspannungen zweier frequenz-

mäßig, aneinandergr en ζ ender Bandfilter miteinander verglichen;' j die jeweils höhere Spannung gilt dann als Steuersignal 50.

Hierzu vergleicht ein Komparator 16 die Spannung V^, des Band- : passfilters 11 mit der Spannung Vp des Bandfilters 12 und liefert ein Steuersignal 101, wenn V* >?₂. Ein Komparator 17 vergleicht entsprechend die Spannung V,. des Bandfilters 11 mit der Spannung Vp des Bandfilters 12 und liefert ein Ausgangssignal. '%--'dj i/enn V^-^V^. Ein Komparator 16 liefert analog ein

103, wenn V₅. -^Vp₁ ein Komparator 19 ein Steuer-

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signal 104- im Fall von Y_n>.Y_n_^. Diese Steuerspannungen 101, 102, 103, ... und 104- der Komparator en 16, 17, 18, ... und 19 werden an die Anschlüsse S der zugeordneten Speicheranordnungen gelegt, die sie in Form gleichmäßiger Spannungen 201, 202, 205 und #».

204- speichern· .

"Die gespeicherten Spannungen 201, 202, 203, -·· und 204 der Steuersignale 101, 102, 103, ... 104- werden auf zugeordnete Gatter 21, 22, 23, .». und 24- gelegt, die die Ausgangssignale der Oszillatoren 26, 27, 28 ·.. 29 mit den genauen Frequenzen !^.,-."I'p, F^', ... F_n durchschalten, Am Ausgangsanschluß 3 der Gatter 21, 22, 23 ... und 24- liegt dann ein Ausgangstonsignal F. Ein Detektor 55 erfaßt eine erhebliche Frequenzänderung des Eingangssignals 100 und erzeugt einen ßücksetzimpuls, der an die Rücksetzanschlüsse R der Speioherschaltungen 51» 52 53 ··· und , 5^ gelegt wird. Der Rücksetzimpuls setzt die Speicheranordnungen. 51., 52, 531 ··· und 5^- in den Ausgangszustand zurück; sie ^: speichern sodann die nächsten Steuersignale 101, 102, 103, ... ! und 104- und erzeugen die gleichmäßigen Spannungen 201, 202, 203, ■ und 204-*

In der Fig. 3 weist die frequenzempfindliche Anordnung 1 die Bandfilter 11, 12, I3 ... und 14- und die Komparator en 16, I7, 1ö i.. und 19 auf, die Speicheranordnung 5 die Speicherschal·- J tungen 5I» 52, 53 ··· und 54-. Der Tongenerator.2 besteht aus den j Oszillatoren 26, 27, 28 ... und 29 und den Gattern 21, 22, 23 | ... und 24·. Jeder der Komparator en 16 ... 19 kann in herkömmlicher Vjeise aus zwei Gleichrichtern, zwei Glättungsfiltern und einem Gieichspannungskomparator bestehen, jede der Speicherschaltungen 51 ·*· 5^ aus einem herkömmlichen HS-Flipflop. Der Detektor 55 kann sich beispielsweise aus einem Frequenz-Spannungs- ] wandler und einem RO-Gleichrichter bestehen, der einen Rücksetz-

■ impuls liefert, wenn das Eingangssignal eine schnelle Änderung

■ erfährt.

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Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungßform jedes Tongenerators 2
dar, wie sie auf die Fig. 1 und 3 anwendbar ist. Ein Kodierer 15
kodiert die gespeicherten Signale 200, d.h. die den Steuersignalen 101, 102, 103 ... und 104 entsprechenden gespeicherten

; Spannungen 201, 202, 203, .·· und 204, zu einem logischen Kode
20* Der logische Kode 20 wird an die Prograramanschlüsse einer
programmierbaren Zählers oder eines Teilers 25 mit variablem
Teilerverhältnis gegeben und bestimmt dessen Teilerverhältnis.

^: Der programmierbare Zähler bzw· variable Teiler 25 teilt die

I von einem höherfrequenten Oszillator 30 erzeugte Frequenz f„
(fjj^f^, fg, f^, ... und f_n) durch dieses Teilerverhältnis und

! erzeugt unter Steuerung durch den logischen Kode 20 am Ausgang 3
das Ausgangstonsignal F mit den Frequenzen F^, F₂, F^ ... oder

I F entsprechend den Noten der Tonleiter.

! Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die ^; j dem oben beschriebenen Fall (b) entspricht, indem als Steuersignal 50 die Steuerspannungen verwendet werden, die von einem ■ I Ausgangsanschluß in Form verschiedener Spannungsbereiche ent- [ (sprechend den Frequenzbändern des Eingangssignals abgeleitet J werden. Ein Tiefpaßfilter 31 dämpft die Oberwellenanteile im | Eingangssignal 100 und erzeugt ein sinusähnliches Signal 105, ' das der Wellenformer 32 zu einer Rechteckwelle 110 umwandelt,
i dessen Frequenz der des Eingangssignals 100 gleich ist. Eine : j Zeitgabeschaltung 33 verarbeitet die Rechteckwelle 110 zu einem i j Abtastimpuls 111 und einem Rücksetzimpuls 112. Der Abtastimpuls j 111 hat eine geringe Breite und tritt gleichzeitig mit der an- ι j steigenden Flanke der Rechteckwelle 110 auf; der Rücksetzimpuls
'112 ist ebenfalls schmal und gegenüber dem AbjStastimpuls gering- \ j fügig verzögert. ;

I Ein Sägezahngenerator 34 erzeugt ein Sägezahnsignal 113, dessen
Amplitude der Periode des Eingangssignals 100 proportional ist. j Er besteht aus einem kondensator 36» einer Konstantstromquelle 37j zum Laden des Kondensators 36, einem Transistor 38, durch den ; :der Kondensator 36 entladen" werden kann, und einem Trennverstür- '

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ker 39· Wird der Rücksetzimpuls 112 auf die Basis des Transistor$ 36 gegeben, sinkt die Spannung über dem Kondensator 37 sofort . auf Hull, da dieser sich durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3& entlädt. Danach ladt der von der Konstantstromquelle 37 gelieferten Ladestrom I den Kondensator 36 wieder auf, so daß am Kondensator 36 eine stetig steigende Spannung ansteht. Beim Auftreten des nächsten Rücksetzimpulses 112 fällt ■ die Spannung über dem Kondensator 36 wieder sofort auf Null. ; Dieser Vorgang wird also unter Steuerung durch den Rücksetz- j impuls wiederholt während des Vorliegens eines Eingangssignals , 100 vollzogen; es entsteht dabei ein Sägezahnsignal 113· Die

: Amplitude des Sägezahnsignals 113 ist proportional der Periode des Rücksetzimpülses 112 oder der Eingangssignals 100 bzw. ¹ invers proportional zur Frequenz des Eingangssignals 100.

Das Sägezahnsignal 1^3 wird durch den Trennverstärker 39» den eine hohe Eingangsimpedanz kennzeichnet, auf eine Abtast- und-, Halte-Sehaltung 35 ("sample and hold circuit"), der als Steuersignal 50 eine Gleichspannung erzeugt, die-der Amplitude des Sägezahnsignals 113 proportional ist. Die Schaltung besteht aus j einem Kondensator 40, der die Spannung hält, einem Feldeffektj transistor 41 als Abtastschalter und einen Trennverstärker 42 J mit hoher Eingangsimpedanz. Der Abtastimpuls 111 schaltet den ΪΈΪ-Transistor 41 durch; die der Amplitude des Sägezahnsignals 113 im AbtastZeitpunkt entsprechende Spannung geht auf den Kondensator 40 über und wird dort gehalten. Die Abtast-und-Halteschaltung 35 erzeugt eine Gleichspannung 114, die der Amplitude des Sägezahnsignals 113 entspricht; diese Gleichspannung steht i am Ausgang 4 des Trennverstärkers 42. Die frequenzempfindliche Einrichtung 1 erzeugt also am Ausgangsanschluß 4 eine Gleichspannung, die der Grundfrequenz des Eingangssignals 100 invers !proportional ist. Für einen Ausgangsanschluß 4 kann die fre- !quenzempfindliche Anordnung 1 die Steuerspannung verschiedener j Spannungsbereiche erzeugen, die einer Vielzahl verschiedener ίFrequenzbänder des"Eingangssignals entsprechen. .

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Der Kondensator 40 der Abtast-und-Halte-Schaltung 35 dient als Speicher 5» d.er cLas Steuersignal 50 speichert, "bis eine andere Spannung angelegt wird. Das gespeicherte Steuersignal wird über den Trennverstärker 4-2 vom Anschluß 4- desselben abgenommen und auf den Tongenerator 2 gegeben. Der Tongenerator 2 erzeugt zu jedem bestimmten Zeitpunkt jeweils ein Tonsignal, d.h. eines : einer Vielzahl von Tonsignalen verschiedener Frequenzen, die den verschiedenen Steuersignalen entsprechen. Wie in der Fig. gezeigt, besteht der Tongenerator 2 aus einer Vielzahl von Oszillatoren 26, 2?, 28 ... und 29 und einer Vielzahl von Gattern 56, 57, 58 ... und 59.

Die Gatter 56» 57» 58 ··· und 59 in Fig. 6 werden von einer Vielzahl-verschiedener Bereiche V_Q>Viar_/|, V₁ >V^V₂, V₂>V>V_$ ... und V * > V.i V der Steuerspannung V des Steuersignals 50 durchgeschaltet; die entsprechenden Ausgangstonsignale F^, Fp, F₅, ... und F_n stehen am Aus gangs ans chluß 3 an.

Eine beispielhafte Konstruktion des Gatters 59 ist in der Fig. gezeigt. Die Steuerspannung wird über einen Basiswiderstand 4-3 auf die Basis eines Transisotrs 4-4- gelegt, auf die auch das Ausgangssignal F des Oszillators 29 über den mit einem Widerstand ί 4-5 in Serie liegenden Kondensator 4-6 gelangt. Der Kollektor , des Transistors 4-4- liegt, über einen Kollektorwiderstand 4-7 an einer Spannungsquelle +Y_n„ und über einen weiteren Widerstand 4-8 am Ausgangsanschluß 3· Der Emitter des Transistors 44- liegt an einer Vorspannungsquelle V . Liegt die Steuerspannung unter der Spannung -V , ist der Transistor 4-4- gesperrt und kann das Signal F₁ das an der Basis liegt, nicht auf den Ausgangsanschluß 3 durchschalten. Liegt die Steuerspannung zwischen den Spannungen V und V yj, wird der Transistor aktiv und kann das verstärkte Signal F von der Basis zürn Ausgangsanschluß 3 durchschalten. Geht die Steuerpsnnnung über V^ hinaus, sättigt der Transistor 4-4- und kann das Signal F ebenfalls nicht auf den Aus- ! η

ιgangsanschluß 3 durchschalten, da ein Nebenschluß von der Basis j zur Emittervorspannungsquelle V vorliegt. In diesem Fall sind

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die Widerstandswerte der Widerstände. 43 und 47 so gewählt, daß die Transistoren der Gatter, die alle analog zum Gatter 59 auf- , gebaut sind, bei den Steeüerspannungen Y_Q, V₁, V₂ ... und V_n^ ; ßattigen, wobei Y_n> V₁- > V_p > V₇, > .. . > Y₁ > V .

Die Fig. 7(öc) ist ein Stromlauf einer Schwellwertschaltung, die ^s auf eine modifizierte Ausfuhrüngsform der Fig. 5 anwendbar ist.

Die Schwellwertschaltung 49 verarbeitet das Ausgangssteuersignal \ 50 dahingehend, daß Spannungssignale C₁, C₂, O^ ... und 0 ■ gleicher Spannung V_n (vergleiche Fig. 7 (t>)) an verschiedenen

ι ^:

'Ausgangsanschlüssen 61, 62, 63 ... und 64 entstehen. Diese Spannungssignale O₁, O₂, G₇, ... und G entsprechen den verschiedenen Spannungsbereichen Y₀ > V-£ Y₁, Y₁ > Vi V₂, V₂ > VZN₇, ... und '■V_ _Λ> V2V der Eingahgsspanhungen zur Schaltung 49. Legt man

II"™ ι Il

diese Spannungssignale an den Kodierer 15 der Fig. 4, liefert dieser für jedes der Signale ,G₁, G~, G₇. ... und G einen logischen Kode 20, dementsprechend der programmierbare Zähler bzw. ivariable Teiler 25 (vergleiche Fig. 4) ein-Ausgangstonsignal F i der Frequenzen F₁, Fp, F-, ... oder F erzeugt, das jeweils dem ! Spanriungssignal O_x,, Op, G^ ... oder G entspricht. Der Tongenerator 2 der Fig. 3 kann durch diese Spannungssignale G₁, Gp, IG, ... und C_n steuerbar sein, um das Ausgangstonsignal F der ; Frequenz F₁, F₂, IV · ·· oder F zu erzeugen,

L.

,Die Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Vorliegenden Erfindung, die dem Fall (c) entspricht, indem das Steuersignal 50 von einer Gruppe von Ausgangsanschlüssen in Form verschiedener verschlüsselter Signale abgenommen wird. Das ; Tiefpaßfilter 31 dämpft (vergleiche Fig. 5) die Oberwellen des '' Eingangssignals 100 und erzeugt ein sinusartiges Signal I05, j

. - ■ _ ■ i

ι das der Wellenformer ^2 zu einer Rechteckwelle 110 umformt, deren Frequenz der des Eingangssignals 100 entspricht. Eine Zeitgabe- [ schaltung 60 verarbeitet die Rechteckwelle 110 zu drei Impuls- j zügen 115, 116 und 117 jeweils geringer Impulsbreite, die vor- \ zugsweise geringer als die Periodendauer des Ausgangssignals des unten zu beschreibenden HF-Oszillators 67 ist. Der Impuls 115

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tritt mit der ansteigenden Flanke der Rechteckwelle 110 auf, der Impuls 116 wird unmittelbar nach dem Verschwinden des Impulses 115 erzeugt, der Impuls 117 unmittelbar nach dem Verschwinden des Impulses 116. Der Impuls 115 wird an den Löscheingang 0 (OLEüE¹) eines Schieberegisters 70 und den Takteingang CL eines Zwischenspeichers 66, der Impuls 116 an den Setzanschluß S des Schieberegisters 70 ^un-d den Löschanschluß 0 eines Binärzählers 65 und der Impuls 117 an den Takteingang OL eines Zwischenspeichers 5 gegeben, der in der Art der Speicheranordnung 5 arbeitet.

Bei dem Binärzähler 65 handelt es sich um einen (n+m)-Bit-Zähler, der zu zählen beginnt, unmittelbar nachdem er vom Impuls 116 gelöscht· wurde; er zählt dann das Impulssignal f aus dem HF-Oszillator 67 (f »F., F₂, F^, ... F_n). Der Binärzähler 65 zählt die Impulszahl des Impulssignals f. während einer Periode des Eingangssignals 100 und erzeugt an den Ausgangsanschlüssen für (n+m) Bits das binär kodierte Ausgangssignal IVL, MpM;, ... M 0,0p ... 0 . Der Zwischenspeicher 66 nimmt diesen Ausdruck 1-1,,MoML ... ^LO'jOp ··" ^m ^aUB (^n+m) Bits _auf _uncl speichert ihn vorläufig; der Signalwert entspricht der Anäjzhl der Impulse während einer Periode des Eingangssignals 100. Nimmt die Impulszahl bei wachsender Periode des Eingangssignals 100 zu, steigt auch der Wert im Zähler, den der Zwischenspeicher speichert. Der Zählwert YlM^i₇, ... M CLO₂ ... ο im Zwischenspeicher 66 wird an die parallelen Dateneingänge des Schieberegisters 70 gelegt und beim Vorliegen eines Impulses 116 in dieses eingeschrieben j und dort gespeichert.

Die m Bits 0^O₂ ... 0 höherer Ordnung im Speicherwert des Zwischenspeichers 66 werden auf eine Oktavsteuerschaltung 81 ; gegeben, der im Zählwert 0,,O₂ ... O die logische "1" höchster ! Ordnung erfaßt und die Schiebeinformation 122 aus einem Linksverschiebungssignal und i Schiebeimpulse (i = 0,1,2, ...) er-. zeugt, wenn die logische "1" höchster Ordnung im Binärwert 0^O₂ ... O in der i-ten Stelle (gezählt von O^, der Stelle mit

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der geringsten Ordnung) erscheint. Weiterhin erzeugt die Oktavsteuerschaltung 81 die Oktavinformation 121, die angibt, daß die l'requenz des Eingangssignals 100 in der - von der höchsten Oktave gezählten - i-ten Oktave liegt. Die Oktavinformation 121 kann in tu Gruppen von je. j-Bit (1£jiLm) kodiert sein oder als einzelnes logisches "1" am i-ten von m Ausgangsanschlüssen vorliegen. ."■-. ■

Die Schiebeinformation 122 treibt das Schieberegister 70 derge- .

stalt, daß der gespeicherte Registerinhalt um i Bits zu niedri- ^; geren Ordnungen hin verschoben wird. Da bei einem Zweitonsignal '

A '■

ein Intervall von i Oktaven einem !Frequenzverhältnis von 2 bzw. j 2 entspricht, läßt es sich durch Rechts- oder Linksverschie- j bung des binär verschlüsselten liiertes um i Stellen darstellen. j Folglich läßt sich eine Differenz von i Oktaven durch Rechts- ! oder Linksverschiebung des Inhalts des Registers 70 um i Stellen; darstellen. Das Schieberegister 70" liefert also an den Ausgängen' für die unteren η Bits parallel ein binär verschlüsseltes Signal , ^; A^AqA-, ..-· A^, das dem Eingangssignal 100 -entspricht, aber in j keinem Zusammenhang mit einer der Oktaven des Eingangssignals \ 100 steht. M.a.W.i der Binärwert A.*ApiU ... A ist für jede zwei Eingangssignale, die um eine oder mehr Oktaven voneinander ; differieren,- genau gleich und enthält also Informationen über I den Ton innerhalb einer Oktave der Tonleiter. Das Steuersignal i5Ö besteht dann aus dem Schlüsselwert A^ApA^ ... A und der Oktavinformation.

• Die Oktavsteuerschaltung 81 läßt sich beispielsweise leicht auf-,bauenaus einem Prioritätskodierer ("prority encoder") und einem .!Schiebeimpulsgenerator, wie sie üblicherweise in digitalen j Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt werden. Der Prioritäts- -jkodierer erzeugt die Oktavinformation 121, d.h. einen kodierten Binärwert, der der Oktave i des Eingangssignals 100 entspricht, · j und steuert weiterhin den Schiebeimpulsgenerator- so, daß dieser ji Schiebeimpulse erzeugt.

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Der Schwellwertspeicher 68 ist eine Art Lesespeicher, der zwölf kodierte Binärwerte B_x,, Bo, B^, ... B^₂ enthält, die den Grenzfrequenzen (oder Perioden) der zwölf Noten der. Tonleiter innerhalb einer' Oktave entsprechen.

Eine Vergleichsschaltung 69 besteht - siehe J?ig. 9 - aus zwölf Gruppen von Komparatoren 71 j 72, 75, ... und 74, von denen jede für η Bits ausgelegt ist und eine logische Verknüpfungsschaltung ; 85 aus den ODER-Gliedern 76, 77, 78 ... und 79 sowie den UND- ^! Gliedern 82, 83, ... und 84· enthält und 'lonleiterinformationen ; 120 entsprechend den zwölf 'fönen der Tonleiter erzeugt. Der Komparator'71 vergleicht die η Bit Tonleiterinformation A (= A_x, ApJU ... A_n) aus dem Schieberegister 70 mit den η Bit der Schwellwertinformation B. aus dem Schwellwertspeicher 68 und erzeugt an zugeordneten Ausgängen Ausgangssignale entsprechend den drei Fällen A ^ B_x,, A = B_x, und A > B_x,. Entsprechend vergleichen die Komparatoren 72 und 73 die Tonleiterinformation A mit der Schwellwertinformation Bp bzw. B₃, und erzeugen an den zugeordneten Ausgangsanschlussen drei Ausgangssignale entsprechend den Fällen A<-Bp, A=Bg, A>Bp sowie- A<B^, A = B-, und A>B-z. Der j Komparator 74 vergleicht analog A mit B_xJ₂ ¹³¹¹O. erzeugt dann zwei Ausgangssignale entsprechend den beiden Fällen A = B^₂ und

Die ODER-Glieder 76, 77, 78 ... und 79 und die UND-Glieder 82, 83 ... und 84 durch logische Verknüpfung die Tonleiterinformation -120, die einem der zwölf Töne der Tonleiter entspricht. Die ODER-Glieder 76, 77, 78 und 79 verarbeiten jeweils zwei Ausgangssignale A>B^ und A = B_x., A->Bp und A = B₂, A >B^ und A = B,, ... und A>B^2 und A = B^₂ der Komparatoren 711 72, 73» ... und 74 und liefern an den Ausgangsanschlüssen Ausgangssignale entsprechend den Fällen B^ ^A, B₂~ A, B^£.A, ... und Β..-,^ A. Das UND-Glied 82 verarbeitet das Ausgangssignal für A ^B_x, des Komparators 71 und das Aus gangs signal für B₂^-A des ODER-Gliedes 77 und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend B₂^A-CB_x]. Das UND-Glied 83 verarbeitet das Aus gangs signal A«CBp

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des Komparators 72 und das Ausgangssignal für B-,-<. A des ODEK-Gliedes 78 und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend B^^A<B Das Uiid-Giied 84 verarbeitet das Ausgangssignal für den Fall A < B^-"eines vor dem Komparator 7^ liegenden Komparators und das AusgangsGignal für B^p^A des ODER-Gliedes 79 und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend dem !fall B^₂~ "A^ B^. Diese Aüsgangssignale für die Fälle A-B^, B^ > AiB₂, B₂>AiB,, ... und B^, .> A^ B^^/werden an die Speicheranordnung 5 iⁿ Form eines (12 + j)-Bit-Speichers gelegt und dort zusammen mit den g Bits (i^ij-^-m) der Oktavinformation 121 aus der Oktavsteuerschaltung "8.1 gespeichert. Die 12 Bits entsprechen den zwölf Tönen C, Gis, D,"Dis, E, Ϊ, fis, G, Gis, A, Ais und H der Tonleiter.

Jedesmal, wenn am Taktanschiuß OL der Speicheranordnung 5 Impuls 117 liegt, wird der Speicher auf den neuesten Stand des anliegenden Steuersignals 50 gebracht, das aus den 21 Bit Ton- j leiterinformation 120 und den ö Bit Oktavinformation 120 be- J steht. Das Ausgangssignal der Speicheranordnung 5 geht zu einem Ivodierer 75» der dem Kodier er 15 der iⁿig. 4- entspricht, und wird \ von; ihm zu einem· logischen Kodeausdruck 20 umkodiert, der dem ^: Steuersignal pO entspricht und die Tonleiterinformation 120 und ; die Oictavinformation 121 aithält. Der logische Kode 20 geht an · ; die Prograriimanschlüsse des programmierbaren Zählers bzw. variab- j len Teilers 25, um dessen Teilerverhältnis zu bestimmen. Der :

; programmierbare Zähler 25 teilt die Frequenz f„ (f^. Ϊ¹., 3?_2i i% S ...,1^) des KB'-Qszillators 30 entsprechend diesem Teilerverhältnis und erzeugt eines der Signale 106, 107, 108, ..., 109 der Frequenzen E_x,, Fp> S'^ ··· und J?_n» cLie den zwölf Tönen der ;Tonleiter entsprechen; das geteilte Signal steht als ■Ausgangstonsignal F am AusgangsanSchluß 3·

Der Tongenerator 2 der Fig. ö kann durch den Tongenerator 2 der Fig. 10 ersetzt werden, in der das Tonleitersignal 120 aus der Speicheranordnung 5 an die Steueranschlüsse der Gatter 21, 22, 23 ... und 24- gelangt, um die Signale FJ₁, F₂, F' ... und F^₂ .der Oszillatoren 86, 87, 88, ... und 89 durchzuschalten, die

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den zwölf Tönen der '.Donleiter entsprechen. Es wird jeweils nur eines der Gatter 21, 22, 23 ... und 24- durchgeschaitet, so daß nur ein Ausgangssignal dieser Gatter vom Teiler 4-0 geteilt wird. Die Oktavinformation 121 steuert entsprechend die Teilerstufen des Frequenzteilers 80. Jede der Stufen stellt die Eingangsfrequenz um den !Faktor 2. Der Frequenzteiler 80 teilt eine der Frequenzen FJ,, Fp, Fi, ... und FJIp entsprechend der Oktavinformation 121 und erzeugt am Ausgangsanschluß 3 ein Ausgangstonsignal F mit einer der Frequenzen F^, Fq, F^, ..· und F .

Die Tasteigenschaften der Stimmtastschaltung nach der vorliegenden Erfindung lassen sich so einstellen, wie es die Fig. 11 oder 12 zeigen, anstatt nach Fig. 2. Die Stimmtastanordnung nach Fig. 11 kann Ausgangstonsignale F der Frequenzen F., Fp und F^ und den Frequenzbereichen f^. bis f^p» ^?1 ^^s ^22 ^un^ "*"31 ^^^s f^2 erzeugen, aber nie in den Frequenzbereichen f^ bis i,^,, -und f_Oo bis f^. Die Stimmtastschaltung nach Fig. 12 erzeugt Auslangstonsignale F der Frequenzen F_x,, Fp und F^ auch in den Frequenzbereichen f^-f,,., fp^-fp^ und ί,^-ί,^ und kann zwei Ausgangstonsignale (F.und F^) und (F^ und F₇) in den Frequenzbereichen f₂^-f^^ bzw. ±^-±21^ erzeugen.

Die Tasteigenschaften nach Fig„ 11 lassen sich realisieren, indem man die Bandfilter 11, 12, 13, «·. und 14- der Fig. 3 ohne jegliche Überlappung der Durchlaßbereiche auslegt, die l'asteigenschaften der Fig. 12 dadurch, daß man die Bandfilter 11, 12, 13 und 14- mit gegenseitiger Überlappung der Durchlaßbereiche auslegt und die Komparatoren 16, 17» 18 «·· und 19 wegläßt. In diesem Fell kann man das Ausgangssignal der .bandpaßfilter direkt als Stdjeersignal j>0 verwenden. Weiterhin kann man die Tasteigenschaften nach Fig. 11 mit der Anordnung der Fig. 5 realisieren, indem man die Emittervorspannungen bzw. den widerstandswert des Basiswiderstandes 4-3 so festlegt, daß die Steuer Spannungsbereiche einander nicht überlappen. Auch die Eigenschaften nach Fig. 12 lassen sich mit der Schaltung nach Fig. ;? erreichen, indem man die Emittervorspannung oder den Widerstandwert des Basiswider-

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Strandes 4-3 so auslegt, daß die St euer spannungen einander überlappen.;.

Audi kann "die Stimmtastschaltung nach Fig. 8 so ausgelegt werden, daß sie die ¹Ja st eigenschaft en der Fig. 11 und 12 darstellt, obgleich ein solches System komplizierter wird als das der !''ig. 3 oder l^|Vig. 5- In !'"'ig. ö kann der Schwellwertspeicher 6ö öchwellwertinformationen für die obere und die untere Grenze für jeden der zwölf 'ione und die Vergleichsschaltung 69 zwei . komparator en für jeden der zwölf l'öne enthalten, um dien wert A^A₂A₅, ... A_n mit beiden Grenzen zu vergleichen. Die 'i'asteigenschaften derFig; 11 lassen sich erreichen, wenn d^e Schwellwertiiiforrnationen ,einander nie überlappen bzw. zwischen nebeneinanderliegenden Schwellwertinformationen eine tote Zone vorliegt. Die Tasteigenschaften der Fig. 12 lassen sich erreichen,

; wenn zwischen nebeneinanderliegenden Schwellwerten eine Zone der Überlappung vorliegt."

Das Stimmtastsystem der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, die Frequenz des Eingangssignals zu vervielfachen oder zu teilen, um ein frequenzvervielfachtes oder -dividiertes Ausgangstonsignal F darzustellen.

fci.a.V.: Das '±^lastsystem kann als Frequenzvervielfacher oder als Frequenzteiler arbeiten, um vervielfachte Frequenzen PF,,, PF₂, PF₅, PF^ ... PF_n oder geteilte Frequenzen F/P^, F/Pg, F/P^, F/Pu ... und F/P darzustellen, wenn die Frequenzen F^, F₂, F^, F^, j +·-. und F des Ausgangstonsignals F fast das P-fache. oder das Λ/P-fache der Frequenzen des Eingangssignals sind, wie in ■ ; der Fig« 13 dargestellt. . ι

In der Ausführungsform der Fig. 3 können die.Oszillatoren 26, ; 27, 28 ... und 29 so voreingestellt werden, daß sie das P- bzw. , . 1/P-fache der Frequenzen F., F₂, F-, ... und F_n erzeugen. Weiter- ' ι hin können sie so voreingestellt werden, daß sie das P-fache : der Frequenzen F^,, F₂, F^, ... und F erzeugen; d.as Ausgangston-

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signal wird dann durch, einen zusätzlichen ieiler um einen gewünschten Faktor geteilt.

In, der Ausführungsform der Fig. 4- und 6 kann der HF-Oszillator 30 so voreingestellt werden, daß er das P- oder das 1/P-fache der Frequenz Fg erzeugt, oder er kann so voreingestellt werden, daß er das P-fache der Frequenz i\, erzeugt, wobei man hinterher das Ausgangstonsignal am Ausgang 3 durch einen zusatzlichen Teiler um ein gewünschtes l'eilungsverhältnis teilen muß. folglich kann man am Ausgangsanschluß 3 das Ausgangstonsignal der Frequenz PJ? oder der Frequenz F/P erzeugen. Ist nur ein geteiltes Signal erforderlich, kann man in den Fig. 3₅ ^, 5 und d das Ausgangstonsignal J? am Ausgangsanschluß 3 einfach durch einen zusätzlichen Frequenzteiler zum geteilten Signal x'/P teilen.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des ütiimntastsystems sind als Systeme dargestellt, die ein Eingangssignal, das Frequenz Schwankungen und/oder -ungenauigkeiten ausgesetzt ist, in ein Ausgangstonsignal F mit konstanter und genauer Frequenz in jedem von verschieden vorbestimmten Frequenzbändern umsetzen kann. Die Ziele der vorliegenden Erfindung lassen sich jedoch auch durch ein Stimmtastsystem erreichen, das ein Eingangssignal mit~ Frequenzschwankuiigen und/oder -ungenauigkeiten in ein Ausgangstonsignal mit geringerer Geschwindigkeit der Frequenzänderung als das Eingangssignal in dem von verschieden vorbestimmten Frequenzbändern des Eingangssignals umsetzen kann.

Die Fig. AK ist ein (Teil eines Blockdiagramms einer Ausführungsform eines solchen Stimmtastsystems. Die Steuerspannung 50 am Ausgangsanschluß 4 der frequenzempfindlichen Anordnung 1 beispielsweise der Fig. 5 wird über einen Funktionswandler 7 3ⁿ den Steueranschluß einer spannungsgesteuerten Oszillators 8 gegeben. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 6 wird so eingestellt, daß sie der Steuerspannung am Steueranschluß proportional ist.

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Hat der F^inktionsumsetzer 7 die Umwandlungscharakteristik der 'Ag. 1>(a), erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 8 ein Ausgangstonsignal der Frequenz F, wie in Fig. 15(b) gezeigt. Das Eingangssignal 100 mit ungenauer frequenz f, das durch die Frequenzher eiche f _Q< f <a f ₁ , ^f₁ <C f ^ f ₂, f ₂^ f ^f^, *"" ^oder f .< f ^f angegeben ist, durchläuft die frequenzempfindliche Anordnung, die am Ausgangsanschluß 4 eine Steuerspannung V in den Steuerspannungsbereichen V > V-? V₁, V. > V ^Vp, V^^V^V^, .v. oder Y_n^ >-V'i*V-. abgibt. JJie Steuerspannung V am Ausgangsanschluß 4- wird vom Funktionswandler 7 zu einer Ausgangsspannung -ν verarbeitet, die in den Aüsgangsspannungsbereichen v^, c ν ^vJ,, ypZ7£^, v~ ^. v^vl ... oder v^v^v^ liegt, die schmaler sind als die bteüerspannungsbereiche Y₀>V^V_/-, Y^ > V^Vp, γ >VJTY_ ... bzw. V__^ > V^Y . Die Ausgangsspannung ν steuert den spannungsgesteuerten Oszillator 8 derart, daß dieser am Ausgang 3 ein Ausgangstonsignal der frequenz S¹ in dem Prequenzb er ei ch i¹^ 4. W± Έ_?Λ , Έ_Α2 *· Έ ± F_ß2, F_A5 Z FA F₃ ^ ... oder F^₁₁ ^ F ^;F^_n erzeugt. Das Eingangssignal 100 einer Frequenz f, d.h. f£_^j ^- f-—fjL (i ■= 1» 2,-3 ···) wird folglich in ein Ausgangstonsignal der Frequenz F im Bereich F_Ai^. F^. F-^ (i = 1, 2, 3 ...), umgesetzt, dessen Frequenzänderungsgeschwindigkeit geringer ist ; als die des Eingangssignals 100, wie in Fig. 15(b) gezeigt. ^!

Hat der Funktionsumsetzer 7 die Spannungsumsetzcharakteristik der Fig.16(a), erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 8 ein j Äüsgangstonsignal mit der Frequenz F, wie in Fig. 16(b) gezeigt. ' Das Eingangssignal 100 mit der ungenauen Frequenz f im Bereich '■■ .f^f^fifg.-f^f^fifj ... oder . i ^f _n "bewirkt eine St euer spannung V im Steuerspan-

nungsbereich V >V'>V.>V , V. >V'>V^V_p, V_P > V_P ^V^V, ... oder V_n-1 > y_n_/j ^T-^·^ ^am Ausgangsanschluß 4. Die Steuerspannung V am Ausgangsanschluii 4- wird vom Funktionswandler 7 zu einer Ausgangsspannung ν in den AusgangsSpannungsbereichen " V_o"£ ^vi ^ ^v — ^i * ^ ^ ^V2 ^ ^v — ^V2' ^V2 ^ ^V3 ^ ^v— ^V3 · · · ^oder

n-1ί v^i Vi;^ aufbereitet. Die Äusgangsspannung ν steuert den spannungsgesteuerten Oszillator 8 so, daß dieser am Ausgangs-

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anschluß 3 ein Ausgangstonsignal der Frequenz F in den frequenzbereichenF^F^F^, F-^F^ F iü?_B2, F_B2Z F^F^ ... oder I¹Jj_n-Zj ^ 5¹^_n ^z ^ — Fg_n erzeugt. Das Eingangssignal 100 im Frequenzbereich ^£±_^\^{Δ £}-^£± (i = 1> ²> 3~ ···) ^wird folglich, zu einem Ausgangstonsignal der Frequenz F umgewandelt, dessen Frequenzbereich F.. ^ F^Fg- (i = 1, 2, 3 ...) und dessen Frequenzänderungsgeschwindigkeit geringer ist als die des Eingangssignals 100, wie es die Fig. 16(b) zeigt. Das Eingangssignal 100 innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbereiches f. _y, £ f &Ϊ!_. (i'= 1, 2, 3 ...) wird zum Ausgangstonsignal der Frequenz F umgesetzt, dessen Bereich I?. . ^- F ^-1\η (i = "Ί 2, ...) beträgt. Der schmale Frequenzbereich £;* ^ f— f! ,, ist der Grenzbereich zv/ischen jeweils nebeneinander liegenden Eingangsfrequenz-bereichen. Der Treppen-Funktionsgenerator 7 kann in herkömmlicher Weise aus einem Operationsverstärker, Dioden und Widerständen bestehen.

Die l'astcharakteristik nach den Fig. 15(b) und 16(b) wird durch die in den Fig. 8 und 9 gezeigten digitalen Datenverarbeitungssysteme erreicht. Subtraktionsschaltungen sind an zwölf Komparatoren ^Λ, 72, 73 ··· und 7^ angeschlossen. Die Subtraktionsschaltungen subtrahieren die Schwellwertinformation B_x,, B.., B₇., ... und B^2 ^von <3-^{em vom} Schieberegister 70 erzeugten logischen Kode zu deren Differenzen, die über den Zwischenspeicher 5 auf den Kodierer 75 gegeben werden. Der Kodierer 75 erzeugt aus den Differenzkodes zusammen mit der Tonleiterinformation 120 und der üktavinformation 121 gewichtete Ausgangswerte, deren Anderungsgeschwindigkeit geringer als die der Differenzkodes ist. Jeder dieser gewichteten Kodeausdrücke steuert den programmierbaren Zähler bzw. variablen Teiler 25, der so ein Ausgangstonsignal erzeugt, dessen Frequenzänderungsgeschwindigkeit in gedem der vorbestimmten verschiedenen Frequenzbänder des Eingangssignals geringer als die des Eingangssignals ist. Hierdurch lassen sich die Tasteigenschaften der Fig. 15(t>) und I6(b) erreichen.

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Das Stimmtastsystem mit der Tastcharakteristik der Fig. 15(ΐ>) oder 16(b) laßt sich leicht durchführen, da das System das Eingangssignal 100 so verarbeitet, daß ein Äusgangstonsignal erzeugt wird, dessen Frequenzänderungsgeschwindigkeit in jedem der verschiedenen vorbestimmten Frequenzbänder f_Q^f <^f., £_ΛΑΐ £f₂, f₂7Lfirf₃ ... und -Jf_n-1 ^faf_n (Ji¹Ig. 15) oder in gedem der verschiedenen vorbestimmten Frequenzbänder f^f ^f₁, f^f Ä-fg,- f£*f*f, ... und f_n-1 ^f *£_n wesentlich geringer ist als die de s Eingangs signals 10O.

In einem Stimmtastsystem mit den Tasteigenschaften nach den Fig, 2, 11, 12, 15 und 16 tritt der Fall auf, daß das Ausgangstonsignal zwischen zwei nebeneinanderliegenden Frequenzen hin- und her ge schalt et wird, daß das Signal nie erscheint oder daß Signale mit den beiden nebeneinanderliegenden Frequenzen auftreten, wenn die Frequenz f des Eingangssignals 100 in den Grenzbereich zwischen zwei nebeneinanderliegenden Frequenzbändern tritt· In diesen Fällen nimmt der Vortragende die Abweichung jedoch sofort wahr und kann sie durch Indern der Frequenz' des Eingangssignals, d.h. die Stimmhöhe, korrigieren.

Die Frequenzen der zwölf Töne der !Tonleiter werden üblicherweise I in der wohltemperierten Stimmung von einer Frequenz von 440 Hz, ; dem eingestrichenen A-, aus eingestellt. In dem Stimmtastsystem ; nach der vorliegenden Erfindung können die Frequenzen des Ton-I generators 2 und die Frequenzbänder der frequenzemnfindlichen Anordnung 1 so bestimmt werden, daß die Frequenzen F₁, F₂, F, ... und F_n der Signale 106, 107, 108 ... und 109 den Noten der Tonleiter gleich sind. Bei einem Konzert oder beim Ensemblespiel entspricht das eingestrichene A nicht immer genau einer Frequenz von 440 Hz, sondern liegt etwas höher. Bei einem Gesang ohne Begleitung ist die Abweichung von 440 Hz gewöhnlich recht hoch. Polglich ist es erwünscht, den Tongenerator 2 abstimmbar auszuführen. Weiterhin ist es erwünscht, die Frequenz- ' bänder der frequenzempfindlichen Anordnung 1 entsprechend der Abstimmung des Tongeneraüora 2 einstellbar zu machen.

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Die Fig. 17 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Stimmtastsystems, das frequenzabstimmbar ist. Eine Ab stimme inrichtung 9 ist mit sowohl der frequenzempfindlichen Anordnung 1 und. dem Tongenerator 2 der Fig. 1 gekoppelt. An die frequenzempfindliche Anordnung 1 und den Tongenerator 2 werden die Abstimmsignale 140 und 141 gelegt, um die Frequenzbänder der frequenzempfindlichen Anordnung 1 und die Frequenzen des Tongenerators 2 einzustellen. Um die Frequenzabstxmmeinrxcb-tung 9 in der Ausführungsform der Fig". 3 zu verwenden, lassen sich variable Filter als Bandfilter 11, 12, 13 ... und 14 einsetzen, deren Durchlaßbereich spannungssteuerbar ist. Als Oszillatoren ; 26, 27, 28 ... und 29 lassen sich spannungsgesteuerte Oszillatoren verwenden. Die Ausgangsspannungen - d.h. die Abstimmsignale 140 und 141 - der FrequenzabStimmeinrichtung 9 steuern sowohl die variablen Filter als auch die spannungsgesteuerten Oszillatoren.

^; Um die Frequenzabstimmeinrichtung 9 auf die Ausführungsform der Fig. 5 anwenden zu können, kann man sowohl die Kollektorspannung V der Gatter 56, 57» 58 .►. und 59 als auch die \

- CC "

Emittervorspannungen V^, V₂, T, ... und V durch das Abstimmsignal 140 variieren. Die Frequenzen der Oszillatoren 26_t 27, j 28 ... und 29 lassen sich durch das Abstimmsignal 141 netsprechend ι dem Fall der Fig. 3 steuern. In diesem Fall läßt sich eine variable Spannungsquelle als Frequenzabstxmmeinriehtüng 9 einsetzen. ■ ^!

j Um die Frequenzabstirameinriehtung 9 auf die Ausführungsform der Fig. 8 anzuwenden, kann der Inhalt des Schwellwertspeichers 68 vom Abstimmsignal 140 neu einschreibbar und die Frequenz des HF-Oszillators gleichzeitig mit dem Abstimmsignal einstellbar : gemacht werden. In diesem Fall kann die Frequenzabstimmeinrich- _; tung beispielsweise Kodeausdrücke gum Neueinschreiben als Abstimmsignal 140 und eine variable Spannung als Abstimmsignal in gegenseitiger Zuordnung erzeugen. Um die Erequenzabstimmein- ! richtung 9 auf die Ausführungsform der Fig. B anzuwenden, kann

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man die Frequenzen der HF-Oszillatoren 67 und 30 durch die Abstimmsignale 140 und 14-1. in der gleichen Änderungsrichtung einstellbar machen.

Um die Frequenzabstimmeinrichtung 9 auf die Ausführungsform der Fig.-14- anzuwenden, kann, man mit dem Abstimmsignal 140 den . 'ireppenfunktipnsgenerator 7, d.h. dessen FaItpunkte, steuern, während das Abstimmsignal 141 die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 8 bestimmt.

Will man einen Vibratoeffekt erreichen, kann das Stimmtastsystem weiterhin einen Frequenzschwankungsdetektor 90.enthalten, der die' Frequenzschwanküngen des Eingangssignals 100 erfaßt, sowie einen Frequenzmodulator 91, der am Ausgangsanschluß 3 des Tongenera- ' tors 2 liegt und die Frequenz ,des Ausgangstonsignals nach Maßgabe des Schwankungssignals 133» das der Frequenzschwankungsdetektor90 erfaßt hat, moduliert. Auch kann das Schwankungssignal 133 den Tongenerator 2 unmittelbar modulieren. Folglich läßt sich ein Vibratoeffekt entsprechend einem vom Spieler oder Sänger hervorgebrachten Vibrato erreichen. Ein herkömmliches Vibrato erreicht man natürlich, indem man ein herkömmliches Vibratosignal auf den Frequenzmodulator 91 oder den Tongenerator 2 gibt, um das Ausgangstonsignal in der Frequenz zu modulieren.

Ein glissandoartiger Portamentoeffekt läßt sich erreichen, indem man einfach ein portämentogespieltes Eingangssignal auf den Eingang des Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfindung gibt.

: ι

Durch Änderung der Ausführungsform nach Fig. 18 läßt sich auch ein Halb- oder Ganzton-Portamento erreichen. In der Ausführungsform der Fig. 19 erreicht man einen solchen Portamentoeffekt, indem man der Ausführungsform der Fig. 16 einen Portamento-Frequenzdetektor 92 hinzufügt, der die Portomentofrequenz erfaßt und dementsprechend den Frequenzmodulator 91 oder den Tongenerator 2 steuert. Weiterhin läßt sich ein Portamentoeffekt auch bei der Ausführungsform der Fig. 20 erreichen. In Fig. 20 enthält das Stimmt a st system weiterhin der I^:ortamento-Frequenzdetektor 92

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der Fig. 19, einen Portamentooszillator 95 und einen Schalter 9^-. Ändert sich, die Frequenz des Eingangssignals erheblich entsprechend dem Portamento, wird der Schalter 94 durch das Steuerausgangssignal des Frequenzdetektors 92 auf den Ausgang des Portamentooszi&llators 95 gelegt, so daß der Portamentooszillator 95 den Ausgangsanschluß 5 mit einem Portamentoausgangstonsignal beaufschlagt. Hat die Frequenz sich stabilisiert, wird der Schalter 94 auf den Ausgang des Tongenerators 2 gelegt, so daß der Tongenerstor wieder ein Ausgangstonsignal stehender Frequenz erzeugt.

Das Stimmtastsystem läßt sich vor dem Spielen leicht abstimmen, wenn man einen Kopfhörer an den Ausgang 5 anschließt.

In den oben beschriebenen Aüsführungsformen liegt der Speicher zwischen der frequenzempfindlichen Anordnung 1 und dem Tongenerator 2. Der Speicher kann auch an einen anderen !Teil des Stimmtastsystems nach der vorliegenden Erfindung angeschlossen sein. In der Aüsführungsform der Fig. 4 oder δ kann beispielsweise der Speicher 5 zwischen dem Kodierer 15 (oder 76) und dem programmierbaren Zähler (bzw. variablen 'feiler) 26 liegen.

Wie oben bereits beschrieben, kann das Stimmtastsystem nach der vorliegenden Erfindung ein Ausgangstonsignal selbst dann mit genauer Einzelfrequenz oder nur geringer FrequenzSchwankung und einem genauen Tonintervall erzeugen, wenn der Sänger mit mehr oder weniger fehlerhafter Tonhöhe und falschem 'Tonintervall singt. Ein Musikinstrument mit dem Stimmtastsystem nach der -vorliegenden Erfindung läßt sich also ohne besondere Mühe bedienen.

Weiterhin läßt sich das Stimmtastsystem nach der vorliegenden Erfindung in breitem Rahmen zur Aufbereitung irgendeines monophonen Signals einer elektrischen Gitarre oder eines anderen elektrischen oder elektronischen Instruments - beispielsweise Tonbandgerät, Plattenspieler, Rundfunk- oder Fernsehempfänger als Eingangssignalquelle einsetzen. Das Stimmtastsystem nach

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!der vorliegenden Erfindung ist sehr nützlieh, da es sich zum !

: Erzeugen eines frequenzgöteilten oder frequenzvervielfachten ^; Ausgangstonsignals wie auch zum Erzeugen eines Ausgangstonsignals einsetzen läßt, dessen Frequenz der des Eingangssignals fast i gleich ist. Weiterhin ist das Stimmtastsystem sehr nützlich für die Ausbildung von 'Sängern oder die Korrektur des Stimmgefühles > von Sängern, die die Tonhöhe nicht halten können. Indem man j einen Speicher hinzufügt, kann das Stimmtastsystem nach der vor- ,

; liegenden Erfindung ein Ausgangssignal auch dann abgeben, wenn j das Eingangssignal bereits aufgehört hat. Das System ist also \

\ sehr leicht zu bedienen und es kann ein Ausgangssignal mit ver- ^! schiedenen. anderen Hüllkurven als das Eingangssignal erzeugen. Das Stimm'tastsystem nach der vorliegenden Erfindung ist folglich j in seinen Effekten herkömmlichen stimmgesteuerten Musikinstru-■ menten überlegen.

" ^; "'■■■■· ■ !

Während oben eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Er- j 'findung beschrieben wurde, ist dem Fachmann ersichtlich, daß j j in Form und Aufbau daran verschiedene Änderungen durchgeführt ' werden können, ohne von den grundlegenden Prinzipien der Erfin- ■ i-dung abzugehen. Die folgenden Ansprüche sollen daher sämtliche ! ähnlichen und modifizierten Formen der offenbarten Anordnung einsehließen, mit denen sich die Ergebnisse der Erfindung er- j reichen lassen.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   'i.jStimmtastsystem für ein stimmgesteuertes Musikinstrument mit einer frequenzempfindlichen Anordnung, die auf ein nieder- : frequentes Eingangssignal anspricht und ein Steuersignal erzeugt, das jedem einer Yielzahl von Frequenzbändern des -Ein- j gangssignals entspricht, wobei die Frequenzbänder jeweils den¹ Tönen einer Tonleiter entsprechen, jedes der Frequenzbänder einen Bereich von etwa dem Intervall eines Halbtones der Ton- , leiter umfaßt und die hittenfrequenz jedes der Frequenzbänder, so bestimmt ist, daß sie angenähert jeweils der Frequenz eine£ der Töne der Tonleiter entspricht, und mit einem am Ausgang der frequenzempfindlichen Anordnung liegenden Tongenerator, der unter Steuerung durch das Steuersignal ein Ausgangston- j signal erzeugt, das jeweils den Tönen der Tonleiter entspricht, wobei das Eingangssignal in ein Ausgangstonsignal um-r gesetzt wird, das in jedem der Frequenzbänder eine geringere · Frequenzänderungsgeschwindigkeit als das Eingangssignal hat.

   2. Stimmtastsystem nach Anspruch 1, bei dem das Eingangssignal in die Ausgangstonsignäle umgesetzt wird, die in jedem der Frequenzbänder jeweils eine konstante Frequenz haben.

   3. Stimmtastsystem nach Anspruch Ί, bei dem das Stimmtestsystem so angeordnet ist, daß in einem schmalen toten Bereich zwischen zwei nebeneinanderliegenden Frequenzbändern kein· Ausgangstonsignal erzeugt wird·

   4. Stimmtastsystem nach Anspruch 1, das so angeordnet ist, daß in einem schmalen Frequenzbereich an der Grenze zwischen zwei nebeneinanderliegenden- Frequenzbändern, in dem diese sich überlappen, jeweils zwei Ausgangstonsignäle erzeugt werden.

   5. Stimmtastsystem nach Anspruch 1, in dem das Eingangssignal in einem schmalen Frequenzbereich zwischen zwei nebeneinanderliegenden Frequenzbändern zu einem Signal mit wesentlich

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   höherer Frequenzänderungsgeschwindigkeit als das Eingangssignal umgesetzt wird.

   6. Stimmtastsystem nach. Anspruch 1, bei dem das Eingangssignal zu einer "Vielzahl von Ausgangstonsignalen umgesetzt wird, die in jedem der Frequenzbänder frequenzgeteilt und/oder frequenzvervielfacht sind.

   7. Stimmtastsystem nach Anspruch 6, bei dem die Frequenz jedes aus der "-Vielzahl von Ausgangstonsignalen das n- oder 1/nfache der Frequenz des Eingangssignals ist.

   8. Stimmtastsystem nach Anspruch 6, bei dem die Frequenzen der Vielzahl von Ausgangstonsignalen zueinander einen Oktavabstand haben. '

   9·. Stimmt ast sy st em nach Anspruch 1, bei dem weiterhin eine Speichereinrichtung vorliegt, die das Ausgangssignal speichert, nachdem das Eingangssignal nicht mehr vorliegt.

   10. Stimmtastsystem nach Anspruch 9, bei dem die Speichereinrichtung an die frequenzempfindliche Anordnung angekoppelt ist und das Steuersignal speichert, nachdem das Eingangssignal nicht mehr vorliegt.

   11. Stimmtastsystem nach. Anspruch 9» t>ei dem die Speichereinrichtung an den ü'ongenerator angeschlossen ist, um dessen Ausgangstonsignal nach dem Wegfall des Steuersignals zu speichern. .

   ■12» Stimmtastsystem nach Anspruch y, bei dem die Speichereinrichtung zwischen dem Ausgang der frequenzempfindlichen Anordnung und dem Eingang des Tongenerators liegt, um das Eingangssteuersignaldes.iongenerators zu speichern.

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   13. Stimmtastsystem nach Anspruch 1, bei dem die frequenzempfindliche Anordnung entsprechend auf die im Eingangssignal vorliegenden Frequenzbänder Steuersignale an einer Vielzahl von Ausgangsanschlussen erzeugt, die den Tongenerator steuern.

   14. Stimmtestsystem nach Anspruch 13 > bei dem die frequenzempfindliche Anordnung aus einer Vielzahl von Bandfiltern besteht, die das Eingangssignal filtern und an ihren Ausgängen Ausgahgssignale aufweisen, und bei dem eine Auswahlschaltung vorgesehen ist, die vorzugsweise ein bestimmtes Ausgangssignal, das dem Frequenzband des Einganges signals entspricht an einen der Vielzahl von Ausgangsanschlüssen legt, wobei das eine Ausgangssignal den Tongenerator steuert.

   15· Stimmtastsystem nach Anspruch 13? bei dem der Tongenerator aus einer Vielzahl von Oszillatoren zur Erzeugung der Töne der Tonleiter sowie einer Vielzahl von Gattern besteht, die die Tonsignale unter steuerung durch die Steuersignale zur Erzeugung eines Ausgangstonsignals durchschalten.

   1o. Stimmtastsystem nach Anspruch 13, bei dem der Tongenerator einen HF-Oszillator, der ein HF-Signal erzeugt, einen Kodierer, der unter Steuerung durch die Steuersignale Gruppen logischer Kodeausdrücke erzeugt, sowie einen programmierbaren Zahler aufweist, der das HF-Signal unter Steuerung durch jeweils einen der Kodeausdrücke zu einem Ausgangstonsignal teilt.

   17· Stimmtastsystem nach Anspruch 13, bei dem die frequenzempfindliche Anordnung aus einem Frequenz/Spannungsumsetzer, der die Frequenz des Einganpssignals zu einer Gleichspannung umsetzt, und einer Schwellwertschaltung besteht, die die Gleichspannung zu einer Vielzahl von Steuersignalen in Form jeweils einer Spannung an einer Vielzahl von Ausgan^

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   Schlüssen klassiert, die der Vielzahl von Frequenzbändern entsprechen, wobei die Steuersignale den Tongenerator steuern.

   "18-* Stimmtastsystem nach Anspruch 1, "bei dem die frequenzempfindliehe Anordnung einen Frequenz/Spannungsumsetzer aufweist, der an einem Ausgang ein Steuersignal in Form einer Spannung erzeugt, die sich entsprechend der Frequenz des Eingangssignals ändert, wobei das Steuersignal in .Form einer Spannung den Tongenerator steuert.

   > 19. Stimmtastsystem nach Anspruch 18, bei dem der Tongenerator

   aus einer Vielzahl von Oszillatoren, die die Töne der Tonleiter erzeugen, und einer Vielzahl von Schwellwertgattern besteht, die jeweils öffnen, wenn das Steuersignal in Form

   > einer Spannung in einem zugeordneten von verschiedenen

   ^; Spannungsbereichen vorliegt, um die Moten der Tonleiter je- ; weils als Ausgangstonsignal durchzuschalten.

   : 20." Stimmtastsystem nach Anspruch 1, bei dem die frequenzempfindliche Anordnung ansprechend auf die Ausgangsspannung --■, in jedem der Vielzahl von Frequenzbändern als Steuersignal ; an einer Gruppe von Ausgangsanschlüssen einen logischen ; Kodeausdruck abgibt, der die Tongeneratoren steuert.

   ! 21. Stimmtastsystem nach Anspruch 20, bei dem der Tongenerator i aus einem HF-Oszillator, der ein HF-Signal erzeugt, sowie

   .einem programmierbaren Zähler besteht, der das HF-Signal ■;"■-.- unter Steuerung durch den Kodeausdruck zu einem Ausgangst on-rsignal teilt.

   S 22. Stimmtastsystem nach Anspruch 2, bei dem die frequenz- · t empfindliche Anordnung einen Frequenz/Spannungsumsetzer, aer j eiie mit der Frequenz des Eingangs sign als schwankende- Gleich-¹ : spannung erzeugt, einen Schwellwertdetektor," der die Gleich-

   spannung in eine Vielzahl von Spannungssignalen klassiert, ! und einen Kodierer enthält, der die Spannungssignale zu

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   logisclien Kodeausdrücken umsetzt, die den Tongenerator steuern.·.

   23.' Stimmtastsystem nach Anspruch 20, bei dem die frequenzempfindliche Anordnung aus einer Vielzahl von Bandfiltern "besteht, die das Eingangssignal filtern, um am entsprechenden Ausgangsanschluß ein Ausgangssignal zu erzeugen, einer Wahlschaltung, die vorzugsweise ein "bestimmtes Ausgangssignal, das dem Frequenzband des Eingangssignals entspricht, . erzeugt, und einem Kodierer, der ansprechend auf das eine Ausgangssignal eine Gruppe logischer Kodeausdrücke erzeugt, ; die den Tongenerator steuern. " . ' . ;

   ! 2Pr. Stimmt ast syst em nach Anspruch 20, bei dem die frequenzempfindliche Anordnung eine Zählung innerhalb einer Periode des Eingangssignals mit der Sehwellwertinformation eines ! Sehwellwertspeichers vergleicht, um ansprechend auf jedes ι der Vielzahl von !Frequenzbändern einen .logischen Kodeausdruck abzuleiten, der den Tongenerator steuert.

   ! 25. Stimmtastsystem nach Anspruch 1, bei dem weiterhin eine j Frequenzabstimmeinrichtung an sowohl die frequenzempfindlich^ Einrichtung als auch den Tongenerator angeschlossen ist, um sowohl das !Frequenzband der frequenzempfindlichen Anordnung als auch die !Frequenz des Tongenerators einzustellen.

   26. Stimmtastsystem nach Anspruch 1, bei dem weiterhin ein frequenzSchwankungsdetektor an die frequenzempfindliche Anordnung angeschlossen ist, die FrequenzSchwankungen des Eingangssignals erfaßt und ein Schwankungssignal erzeugt, das das Ausgangstonsignal frequenzmoduliert.

   27· Stimmtastsystem nach Anspruch 1, bei dem weiterhin ein Portamentofrequenzdetektor an die frequenzempfindliche Anordnung angeschlossen ist, die Portamentofrequenz des Eingangssignals erfaßt und die Frequenz des Ausgangstonsignals

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   steuert, um ein Ausgangssignal mit Portamentoeffekt zu erreichen.

   28. Btimmtastsystem nach Anspruch 1, "bei dem weiterhin ein pOrtamentofrequenzdetektor an die frequenzempfindliche Anordnung angeschlossen ist und die Portameritofrequenz des Eingangssignals erfaßt, ein Portamentooszillator unter Steuerung durch den Portamentofrequenzdetektor ein weiteres ■H-usßangstonsignal mit Portamento effekt erzeugt und ein Schalter mit den Ausgängen des l'ongenerators und des Portamentooszillators verbunden ist, um den Ausgang des Portamentooszillators auf den Ausgangsanschluß zu schalten, wenn die i'requenz des Eingangs signals sich portamentoartig erheblich verändert, den Ausgang des Tongenerators auf den . Ausgangsanschluß zu schalten, nachdem die Frequenz des Eingangssignals sieh stabilisiert hat, und so dem Ausgangssignai einen Portamentoeffekt zu erteilen.

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