DE2431161C2 - Tonerzeugungseinrichtung für ein elektronisches Musikinstrument - Google Patents

Description

a) mit einem Taktgeber der Taktzeit (tq,),

b) mit einem mit dem Taktgeber verbundenen Zähler zur Bildung eines Taktzeit-Vielfachen fa), innerhalb dessen einzelne Amplituden (Xo(qR)) berechnet werden,

c) mit einem zählergesteuerten Addierer und

d) einem damit verbundenen Obertonintervalladdierer, ,

e) mit einem Tabellenspeicher einer trigonometrischen Funktion für Amplitudenwerte von Grundton bzw. Obertönen,

f) wobei Addierer und Obertonintervailaddierer Adressen der aus dem Tabellenspeicher auszulesenden und einer Multiplizierschaltung zuzuleitenden Amplitudenwerte mittels einer dem gespielten Ton zugeordneten Frequenzzahl R und Vielfachen qR, nqR davon erzeugen, und

g) mit einem Fourierkoeffizientenspeicher, der taktgesteuert aufeinanderfolgende Fourierkoeffizienten (C_n) zur Berechnung von Fourier-Komponenten F") an die h'.altiplizierschaltung liefert

gekennzeichnet durch

h) eine dem Tabellenspeicher (46) vorgeschaltete Obertonversetzungseinrichtung (19, 20, 21; 53, 54,56,59;53,54,56,61;83,84,87,88,89)91,92, 94, 96; 106, 107, 108) zur Erzeugung von Oberton-Stichprobenpunkten nqR+ r\,

i) für die Berechnung von wenigstens einigen Fourier-Komponenten F")

j) eines von gegen Vielfache der Grundfrequenz des gespielten Tones versetzten anharmonischen Obertones (12, 13, 14, 15), wobei η die Ordnungszahl der gerade auszuwertenden Fourier-Komponente Fⁿ> bezeichnet, v=n-l den entsprechenden Oberton und η, das Ausmaß der Frequenzversetzung des v«ten Obertones.

2. Tonerzeugungseinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Obertonversetzungseinrichtung (19,20,21; 53,54,56,59; 53,54,56, 61; 91, 92, 94, 96) TjrWerte erzeugt, die der Grundfrequenz des gespielten Tones proportional sind.

3. Tonerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öbertonversetzungseinrichtung (53,54,56,59; 53,54,56,61; 91,92,94,96) ην Werte von einer konstanten Anzahl Cent der Grundfrequenz des gespielten Tones erzeugt.

4. Tonerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Obertonversetzungseinrichtung (53, 54, 56) Werte i]_v=v- η mit η = Konstant erzeugt.

5, Tonerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Obertonversetzungseinrichtung (83, 84, 87, 88, 89) Werte Vv- ν * J> q erzeugt, wobei /eine Konstante und η_ν unabhängig vom gespielten Ton ist

6, Tonerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Obertonversetzungseinrichtung einen ty-Wert nach der Glefc bung 2/*-riji =2/erzeugt, wobei Λ verschieden von der Grundfrequenz /des gespielten Tones ist

7. Tonerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Obertonversetzungseinrichtung (106, 107, 108) wenigstens einige zeitlich variierende »/,rWerte, η_ν=η(ί), erzeugt

8. Tonerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Obertonversetzungseinrichtung i\yWerte zur Frequenzerhöhung von bestimmten anharmonischen Fourier-Komponenten und zur Frequenzerniedrigung von anderen anharmonischen Fourier-Komponenten im Vergleich zu entsprechenden harmonischen Fourier-Komponenten erzeugt

Die Erfindung betrifft eine Tonerzeugungseinrichtung für ein elektronisches Musikinstrument gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Tonerzeugungseinrichtung ist bereits durch das ältere Recht gemäß DE-PS 24 04 431 vorgeschlagen worden. Die vorgeschlagene Tonerzeugungseinrichtung zielt auf die Kombination mehrerer Register mit unterschiedlicher Fußlage ab und verwendet dafür zwei Verarbeitungskanäle, in denen jedoch auch nur Harmonische der Grundfrequenz des gespielten Tons erzeugt werden. Ein Hinweis auf anharmonische Obertöne zur Ton- und Klangverbesserung ist jedoch nicht entnehmbar.

Aus der DE-AS 19 53 503 ist zwar eine Tonerzeugungseinrichtung bekannt der die Aufgabe zugrunde liegt eine Verbesserung der Tonqualität bei einem elektronischen Musikinstrument durch ein Frequenzversetzungssystem zu erreichen. Hierbei wird die von einzelnen Tongeneratoren erzeugte Schwingung insgesamt einer Frequenzverschiebung Af in einem Frequenzkonverter unterworfen, wobei /!/konstant ist und negative oder positive Werte annehmen kann. Da die erzeugte Schwingung insgesamt der Frequenzverschieso bung unterworfen wird, werden sowohl die Grundfrequenz als auch die harmonischen Obertöne der Frequenzversetzung Λ/unterworfen. Zudem werden bei der bekannten Tonerzeugungseinrichtung noch eine Vielzahl von Tongeneratoren verwendet, wodurch zur Realisierung ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Tonerzeugungseinrichtung für ein elektronisches Musikinstrument so zu schaffen, daß eine Verbesserung der Ton- und Klängcjüälität durch Frequenzversetzung von Obertönen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Tonerzeugungseinrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

es Bei der Toneczeugungseinrichtung gemäß Anspruch 1 wird die Klangerzeugung mittels der Berechnung einzelner Fourier-Komponenten des entsprechenden Grundtones und der Obertöne an entsprechenden

Stichprobenpunkten durchgeführt. Die Klangverbesserung mittels einer Frequenzversetzung erfolgt durch eine geeignete Bestimmung des Parameters T/_rt wodurch eine Verschiebung des ursprünglich harmonischen Stichprobenpunktes erreicht wird. Aufgrund der Klangsynthese mittels einzelner Fourier-Komponenten ist es der Tonerzeugungseinrichtung vorteilhafterweise möglich, durch entsprechende Steuerung nur einzelne Fourier-Komponenten einer Frequenzversetzung zu unterwerfen, wobei die entsprechenden Oberton-Stichprobenpunkte mittels des Parameters η_ν verschoben werden. Da durch diese Stichprobenverschiebung einzelne normalerweise harmonische Obertöne frequenzversetzt und damit anharmonisch wiedergegeben werden, ist es auch möglich, die Grundschwingung des gespielten Tones von einer Frequenzverschiebung auszunehmen. Hierin, aber auch in der beliebigen Auswahl des Parameters der Frequenzversetzung η, zeigt sich ein erheblicher Vorteil. Die Erfindung gestattet es daher, einerseits beispielsweise den Grundton frequenzgetreu beizubehalten, wä'jrend eine beliebige Fourier-Komponente frequenzversetzt und damit anharmonisch wiedergegeben wird. Zudem kann durch die Variabilität des Parameters η_ν eine Vielzahl von frequenzversetzten Fourier-Komponenten und harmonischen Fourier-Komponenten zur Verbesserung der Tonqualität erzeugt werden.

Die Erfindung ermöglicht daher eine beinahe einzigartige Tonqualität bei elektronischen Orgeln oder Computer-Orgeln, die durch das Vorhandensein der Anharmonie von Obertönen, die besonders charakteristisch für Schlagsaiteninstrumente ist, wie z. B. das Piano und das Klavier, erreicht wird. Gegenüber Tonerzeugungseinrichtungen, die mit einzelnen Oszillatoren arbeiten und die anharmonische Obertöne nur durch einen jeweils für einen speziellen Oberton bestimmten Oszillator erzeugen können, entsteht daher ein erheblicher Kostenvorteil. Bei anderen elektronischen Musikinstrumenten, die mit einer in einem Speicher gespeicherten, komplexen Wellenform arbeiten, die bei einem gewählten Ton mit einer bestimmten Frequenz wiederholt ausgelesen wird, können beispielsweise einzelne harmonische Obertöne nicht getrennt gesteuert werden. Sofern die gespeicherte Wellenform einen nici.tharmonischen Oberton charakterisiert, ist diese Wellenform dann fixiert und nicht frequenzveränderbar. Demgegenüber ist es bei der Erfindung möglich, den Obertonanharmoniegrad für eine Synthese bestimmter Musikklänge dynamisch zu modulieren. In diesem Zusammenhang wird auf die älteren Rechte DE-PS 23 50 143, 23 64 336 und die US-PS 38 09 786 verwiesen. Insbesondere Töne und Klänge von Schlagsaiteninstrumenten und von Glocken, Glockenspielen, Violinen, Orchesterblas- und Zungeninstrumenten, die durch anharmonische Obertöne gekennzeichnet sind, können daher durch die Erfindung sehr naturgetreu wiedergegeben werden. In diesem Rahmen ermöglicht die Erfindung auch die Schaffung eines Chor- oder Ensemble-Effekts zwischen den Stimmen oder Registern verschiedener Längenkennung, die gleichzeitig in einem elektronischen Musikinstrument mit einer Kombination von Stimmen oder Registern unterschiedlicher Längenkennung erzeugt werden. Durch Verwendung anharmonischer Obertöne werden die Stimmen oder Register verschiedener Längenkennung auch dann entriegelt, wenn mit eiif^.T einzigen Taste gespielt wird. Beispielsweise ist in einem solchen System der dominierende Ton einer 4-Fuß-Stimme der zweite Oberton einer 8-Fuß-Stimme, Durch eine Frequenzversetzung dieses zweiten Obertones in dem Sinn, daß 2r keine echte Harmonische der 8-Fuß-Grundschwingung ist, werden die beiden Stimmen entriegelt und ein Chor-5 oder Ensemble-Effekt hervorgerufen.

Auch kann mit der Erfindung eine Oktavenentkopplung durch die Modulation der Obertonversetzung erreicht werden. Durch die Modulation überlagern sich zwei auf demselben Register gespielte Töne im Sinne

ίο einer Schwebung auch dann, wenn ihre Nenngrundfrequenzen genau im Oktavenverhältnis stehen.

In einer gattungsgemäßen Tonerzeugungseinrichtung werden Musiktöne dadurch erzeugt, daß bei Berechnung im Realzeitbetrieb die Amplituden bei aufeinanderfolgenden Stichprobenpunkten einer Musiktonwel-Ienform berechnet und die Amplituden in Musikklänge umgewandelt werden. Für jeden Stichprobenpunkt qR werden die die Wellenform bildenden harmonischen Fourier-Komponenten F") individuell berechnet und dann kombiniert, um die Ampiaide Xo(qR) zur Wellenformung zu erhalten. Die Berechnungen werden in Übereinstimmung mit der folgenden diskreten Fourier-Darstellung einer stichprobenartig abgetasteten periodischen, komplexen Wellenform durchgeführt:

W W

X₀ (?Ä) = Σ ** - Σ C_n sin -S- nqR, (1) für q = 1,2, 3...

wobei R eine Frequenzzahl ist, welche die Grundfrequenz des erzeugten Tones feststellt, n= 1,2,3.., Waie auszuwertende Fourier-Komponente bezeichnet und C_n

j5 ein entsprechender Fourier-Koeffizient ist, der die relative Amplitude der /Men Harmonischen herstellt In einer Tonerzeugungseinrichtung einer Computer-Orgel oder elektronischen Orgel, welche die Gleicnung 1 realisiert, hat jede der harmonischen Fourier-Komponenten F") eine Frequenz, die ein ganzes Vielfaches der Nenngrundfrequenz ist

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (vgl. F i g. 2) werden individuelle Fourier-Komponenten F"> gemäß der folgenden Beziehung berechnet:

"> = C_n sin -£- (nqR + n J,

(2)

für q = 1, 2, 3 ...

wobei π die Ordnung der Fourier-Komponente angibt, v=n-l den auszuwertenden Oberton bezeichnet und r\, das Ausmaß der Frequenzversetzung oder den

5-, Anharmoniegrad des v-ten Obertons bedeutet Die Grundkomponente (n=\) wird gewöhnlich bei der Nenngrundfrequenz des erzeugten Tones ausgewertetso daß η,=*ηο—0 ist Für jeden anharmonischen Oberton wird der entsprechende Wert von η, ungleich Null sein.

Wenn η_ν=0 für einen bestimmten Wert von ν ist, wird der entsprechende v-te Oberton nicht frequenzversetzt, sondern wird eine echte Harmonische des zu erzeugenden Tones. Der Nusdrurk nqR+η, wird hier der Obcrton-Stichprobenpunkt genannt.

Die Fourier-Komponenten Fⁿ> werden summiert, um die resultierende Amplitude Xo(qR) des Wellenform-Stichprobenpunktes zu erhalten. Das heißt:

W W

Xo (iR) = Σ f = Σ C, sin -Z- (nqR + /»„),

(3) für q = 1, 2, 3 ...

Es wird bemerkt, daß in dem speziellen Fall, in dem η,= 0 für alle Werte von ν ist, kein Oberton anharmonisch ist und die Gleichung 3 identisch mit der obigen Gleichung 1 wird.

Eine interessante Abzweigung der Gleichungen 2 und 3 besteht darin, daß die Größe der Frequenzversetzung jedes Obertones zeitlich nicht fixiert ist, sondern das Anharmonieausmaß selbst periodisch variiert. Dies wird versländlich, wenn die Gleichung 2 in der folgenden Form umgeschrieben wird:

X₀ («R)=

(4)

= 1,2. 3 ...

In der Tonerzeugungseinrichtung werden die Amplituden Xt^qR) der Wellenform allgemein mit regelmäßigen Zeitintervallen t, berechnet. Bei jedem nachfolgenden Zeitintervall f, wird der Wert qR in einem Addierer mit clem Modulo N vergrößert, wobei Nzu der Zahl der Stichprobenpunkte pro Periode des von dem Instrument erzeugten Tones höchster Frequenz in Beziehung steht. Die Fourier-Komponente FC) wird bei aufeinanderfolgenden gleichmäßig getrennten Stichprobenpunkten ausgewertet. Jedoch wird für jeden anharmonischen Oberton der Abstand zwischen Stichprobenpunkten, bei denen die Amplitude dieses Obertones

ausgewertet wird, mit (n + —-J-) R bezeichnet. Da sich q

selbst periodisch mit der Zeit ändert (d. h. bei Intervallen t, vergrößert und bei dem Modulo /V zurückgestellt wird), ändert sich die Trennung zwischen den Oberton-Stichprobenpunkten, die für den Anharmoniegrad dieses Obertons bestimmend ist, auch mit der Zeit. Das heiSt. das Ausmaß der Anharmonie jedes Obertones wird periodisch. Außerdem wird die Periodizität der Aniarmonie kleiner an dem Ende hoher Frequenz der Tonleiter (wo die R-Werte größer sind) als an dem Ende niedriger Frequenz. Dieser Effekt erleichtert unter anderem die Oktavenentkopplung in der Tonerzeugungseinrichtung eir-is elektronischen Musikinstrumentes.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Obertonanharmonie von der Zeit unabhängig. So hat in der Tonerzeugungseinrichtung nach Fig. 9 jeder Oberton eine konstante Frequenzversetzung, die sich zeitlich nicht ändert und die für alle von dem Instrument erzeugten Töne gleich ist. In dieser Ausführungsform werden die Fourier-Komponenten gemäß der folgenden Beziehung errechnet:

Charakteristikum einer solchen Ausführungsform ist, daß das Ausmaß der Obertonversetzung für a.'le Tasten auf der Tastatur gleich ist. Auf diese Weise kann der erste Oberton jedes Tones um angenommen +2Hz gegen die Nennfrequenz der zweiten Harmonischen unabhängig davon versetzt sein, welcher Ton gespielt wird.

In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gemäß Fig. 10 und 11 variiert die Obertonanharmonie zeitlich nicht, sondern ist eine Funktion des gerade erzeugten Tones. In diesen Ausführungsformen ist jeder Oberton um eine konstante Anzahl Cent versetzt, wobei ein Cent '/1200 einer Oktave ist. Jede Fourierkomponente wird durch die Gleichung berechnet:

Γ"¹= c, sin-J]₇ «(?* + «',') = Csin-jp (nqR + ψ).

für <?= 1,2, 3 ...

F¹"' = C Sin -jrrr'igR + O = C, 5Ϊηγ- (nqR + vJq) ,

(5)

fur q = 1, 2, 3 ...

v· jbei η\— vJq und /eine Konstante ist. Vorzugsweise ist /=2-*, wobei k eine ganze Zahl ist. Ein wobei η"_ν und K Konstanten sind. Vorzugsweise ist K = 2^C, wobei c eine ganze Zahl ist. Instrumente, bei denen eine solche konstante in Cent bemessene Obertonversetzung angewandt ist, haben einen besonders anger ;hmen Klang über den gesamten Bereich der Tastatur.

Eine ausführliche Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung gegeben, wobei gleiihe Bezugsziffern entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren bezeichnen. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein typisches Oberschwingungsspektrum eines Musiktones, der mit einer Tonerzeugungseinrichtung für ein elektronisches Musikinstrument, z. B. einer Computer-Orgel, erzeugt wird, die die Erzeugung von anharmonischen Obertönen ermöglicht,

Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild einer Einkanal-Computer-Orgel zur Erzeugung anharmonischer Obertöne gemäß der obigen Gleichung 3,

F i g. 3, 4 und 5 verschiedene Schaltungen zum Herstellen von Obertonversetzungswerten (η), wobei diese Schaltungen auch in Verbindung mit der Computer-Orgel nach F i g. 2 verwendbar sind,

F i g. 6 ein Blockschaltbild, das die Durchführung der Erzeugung anharmonischer Obertöne in einer Computer-Orgel mit Parallelverarbeitung darstellt,

F i g. 7 ein typisches Oberschwingungsspektrum eines Musiktones, wobei ungerade und gerade Obertönt, in entgegengesetzten Frequenzrichtungen versetzt sind,

Fig.8 eine andere Schaltung zur Erzeugung von Werten der Obertonversetzung für die Computer-Orgel mit paralleler Verarbeitung nach F i g. 6,
Fig.9 ein Teil-Blockschaltbild einer Computer-Orge':, wobei die Erzeugung anharmonischer Obertöne mit konstanter Frequenzversetzung gemäß der obigen Gleichung 5 realisiert wird,

F i g. 10 und 11 Teil-Blockschaltbilder von Computer-Orgel-Ausführungen, von denen anharmonische Obertöne mit konstanter Frequenzversetzung in Cent gemäß der obigen Gleichung 6 erzeugt werden,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Modulieren der anharmonischen Obertöne als eine Funktion der Zeit und

Fig. 13 ein Oberschwingungsspektrum eines typischen Tones, der mit einer Tonerzeugungseinrichtung einer Computer-Orgel für anharmonische Obertöne

erzeugt ist, wobei die Grundfrequenz so verstimmt ist, daß die aus versetzten Obertönen zurückgewonnene subjektive Grundfrequenz richtig gestimmt ist.

Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die zur Zeit am besten beurteilten Arten zur Durchführung der Erfindung.

Kccjtruktive und betriebliche Eigenheiten, die den zuerst beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zugeteilt sind, kommen auch den später beschriebenen Ausführungsformen zu. falls nicht solchr. Eigenheiten offensichtlich unanwendbar sind oder falls nicht eine besondere Ausnahme gemacht ist.

Fig. I zeigt das Oberschwingungsspektrum eines typischen Musiktons, der von einer Tonerzeugungseinrichtung einer Computer-Orgel oder elektronischen Orgel erzeugt ist, die anharmonische Obertöne erzeugen kann.

Πα« NlrtplMnim pnthäll pinp f.riinrUrhu/inmino 11 riif* ~._.*_Wf....... —....... *_ . _o —_σ __,_._

bei der Nenngrundfrequenz f des Tones ausgewertet wird, und anharmonische Obertöne 12 bis 15 mit Frequenzen, die keine ganzzahligen Vielfachen von f sind. Der erste Oberton 12 hat eine Frequenz 2ί+η\, wobei 7)i die Versetzung dieses Obertones mit Bezug auf die Frequenz 2/ der echten zweiten Harmonischen bezeichnet. In gleicher Weise werden die typischen nichtharmonischen Obertöne 13, 14 und 15 bei entsprechenden Frequenzen 3/"+ 772,4/"+ tjj und 16/"+r/15 ausgewertet, die um die Reträge 7)2,7/3 und 7/15 gegen die Frequenzen 3f, 4fund 16/der echten dritten, vierten und sech .ahnten Harmonischen versetzt sind. (In Fig. 1 bezeichnen die ausgezogenen Linien von der Computer-Orgel tatsächlich erzeugte Fourier-Komponenten, während die punktierten Linien die nicht erzeugten Harmonischen anzeigen.)

Musiktöne mit nichtharmonischen Obertönen werden von der Computer-Orgel 18 (F i g. 2) gemäß der obigen Gleichung 3 realisiert. Im allgemeinen sind Schaltung und Arbeitsweise der Computer-Orgel 18 so, wie in der US-PS 38 09 786 beschrieben wurde. Jedoch enthält die Computer-Orgel 18 einen ^-Speicher 19 für die Frequenzversetzung (η) der Obertöne, eine Steuervorrichtung 20 für Tj-Speicheradressen und einen Addierer 40, welche die Frequenzversetzung von gewählten Fourier-Komponenten FWrealisieren.

Die Orgel 18 nach F i g. 2 arbeitet in der Weise, daß sie über ein Klangsystem 21 einen Musikton erzeugt, der von den Tastaturschaltern 22 ausgewählt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die diskreten Fourier-Komponenten F(">, die den Amplituden bei aufeinanderfolgenden Stichprobenpunkten einer den gewählten Ton kennzeichnenden Wellenform zugeordnet sind, berechnet werden. Die Fourier-Komponenten F(") werden in einem Akkumulator 23 algebraisch summiert, der am Ende jedes Berechnungszeitintervalls t_x die Amplitude bei dem laufenden Stichprobenpunkt enthält Diese Amplitude gelangt über eine Torschaltung 24, die durch das f^Signal auf einer Leitung 25 durchlaßbereit gemacht wird, an einen Digital-Analog-Umsetzer 26, der an das Klangsystem 21 eine Spannung liefert, die der gerade berechneten Wellenformampütude entspricht Danach wird die Berechnung der Amplitude bei dem nächsten Stichprobenpunkt eingeleitet, so daß die von dem Umsetzer 26 gelieferte Analogspannung eine in Realzeitbetrieb erzeugte Musiktonwellenform aufweist

Die Periode der berechneten Wellenform und somit die Grundfrequenz des erzeugten Tones wird von einer Frequenzzahl R festgelegt, die von den Tastatorschaltern 22 ausgewählt wird. Eine Gruppe solcher den Tönen des Instruments entsprechenden Frequenzzahlen wird in einem Frequenzzahlspeicher 27 gespeichert. Die Tonqualität des erzeugten Musiktones wird von der Baugruppe der Oberschwingungs- bzw. Fourierkoeffizienten C_n bestimmt, die in einem Speicher 28 gespeichert sind und zum Berechnen der Fourier-Komponenten F<"> an jedem Stichprobenpunkt verwendet werden. Im allgemeinen ist die Verwendung von sechzehn Fourier-Komponenten (W=Xb) zur künstlichen Herstellung von Musikinstrumentklängen recht zufriedenstellend.

Die Orgel 18 realisiert die Gleichung 3, indem sie den Amplitudenwert Xo(qR) für jeden Stichprobcnpunkt während eines Zeitintervalls t_x berechnet. Die individueilen Amplituden der Fourier-Komponenten F<"> (vgl. Gleichung 2) für jede der W= 16 Komponenten werden während aufeinanderfolgender Zeitintervalle l_cp\ bis /~.i₆ berechnet, die von einem Taktgeber 31 und einem Zähler 32 bestimmt werden. Bei dem ersten Intervall t_cp\ wird die Amplitude FO der Grundschwingung berechnet. Dieser Wert FO wird in dem Akkumulator 23 plaziert. In dem Intervall t_cp2 wird die Amplitude F<²> der zweiten Fourier-Komponente (d. h. des ersten Obertones) berechnet und zu dem Inhalt des Akkumulators 23 addiert. Zur Zeit t_cp-i ist die zweite Obertonamplitude F'³' berechnet und zu dem Inhalt des Akkumulators 23 addiert. Der Vorgang ist beendet, wenn alle W Fourier-Komponenten ausgewertet worden sind. Bei einer solchen Beendigung entspricht

ω die in dem Akkumulator 23 enthaltene algebraische Summe der Amplitude Xa(qR) für den mit dem Wert qR bezeichneten Stichprobenpunkt.

Wie vorher bemerkt wurde, wird die Wellenformamplitude Xo(qR) in dem Akkumulator 23 zu dem

J5 Digital-Analog-Umsetzer 26 am Ende des Berechnungsintervalls t_x durchgetastet. Der Akkumulator 23 wird dann durch das ί,-Signa! auf der Leitung 25 gelöscht, und die Berechnung der Amplitude an dem nächsten Stichprobenpunkt wird darauffolgend eingeleitet. Der Wert qR wird vergrößert, und die WOberschwingungsamplituden werden als Fourier-Komponenten F("> für den mit dem neuen Wert von qR bezeichneten Stichprobenpunkt berechnet. Eventuell wird die gesamte Wellenform erzeugt, wobei das Klangsystem 21 den Musikton wiederholt, wenn die Amplitudenberechnungen durchgeführt sind.

In dem System nach Fig. 2 enthält ein für Tonintervalle bestimmter Addierer 33 den Wert qR, der den Stichprobenpunkt identifiziert, bei dem die

Wellenformampütude gerade ausgewertet wird. Dieser Wert qR wird am Anfang jedes Berechnungsintervalls t_x vergrößert, indem die gewählte Frequenzzahl R zu dem früheren Inhalt des Addierers 33 addiert wird. Der gewählte Wert R wird an den Addierer 33 über eine

Torschaltung 34 geliefert, die von dem f*-Signal auf der Leitung 25 durchlaßbereit gemacht wird. Der Addierer 33 hat vorzugsweise den Modulo N, wobei N das Produkt der Zahl R für irgendeinen Ton mal der Zahl der Punkte pro Periode dieses Tones ist

Um jede Fourier-Komponente F(") zu berechnen, werden die Werte nqR (für n=l, 2, .., W) in einem Obertonintervalladdierer 39 erzeugt, der vor jedem Amplitudenberechnungszyklus zurückgestellt wird. Beim Auftreten des ersten Up\ -Taktimpulses eines neuen Zyklus wird der in dem Addierer 33 enthaltene laufende Wert qR in den Obertonintervalladdierer 39 über eine Leitung 36 und eine Torschaltung 37 eingegeben. Bei jedem nachfolgenden fcp-Taktimpuls

wird der Wert qR zu dem früheren Inhalt des Obertonintervalladdierers 39 addiert. Als Ergebnis enthält der Obertonintervalladdierer 39 den Wert nqR für die gerade auszuwertende Fourier-Komponente /7-ter Ordnung. Vorzugsweise hat auch der Obertonintervalladdierer 39 den Modulo N.

Zur Realisierung der Erzeugung von anharmonischen Obertönen wird der Wert der Frequenzversetzung η_ν des v-ten Obertones zu dem Wert nqR von dem Addierer 40 addiert. Der Wert nqR wird von dem Obertonintervalladdierer 39 über eine Leitung 38 erhalten. Der auf einer Leitung 41 gelieferte Ausgang des Addierers 40 stellt somit die Summe (nqR + η,) dar.

Der Wert der Frequenzversetzung η* wird an den Addierer 40 von dem η-Speicher 19 über eine Leitung 42 geliefert. Zugriff zu dem η-Speicher 19 erfolgt durch die Steuervorrichtung 20, welche die Taktimpulse t_cp\ — tcp ie über eine Leitung 43 von dem Zähler 32 erhält. Auf diese Weise wird z. B. zu der Zeit t_cp2, während der die zweite (n = 2) Fourier-Komponente (d.h. der erste Oberton) berechnet wird, das i_Cp2-Signal auf der Leitung 43 die Steuervorrichtung 20 für Adressen veranlassen, den Wert der Frequenzversetzung ηι des Obertons aus dem Speicher 19 zu entnehmen.

Der Wert sin -^-(nqR + η_ν), der dem über die Leitung

41 von dem Addierer 40 erhaltenen Argument (nqR + ηy) entspricht, wird aus einer Sinustabellenschaltung 46 von einem Adressendecoder 47 entnommen. Die Sinustabellenschaltung 46 kann einen Festwertspeicher aufweisen, der Werte von sin ρ Φ für 0 < Φ < 2 Win Intervallen D speichert, wobei D die Auflösungskonstante des Speichers genannt wird.
Der über eine Leitung 48 gelieferte Wert

^ ^wil"d mit dem Fourierkoeffizienten C_n

für die entsprechende /Me Fourier-Komponente in einer Multiplizierschaltung 50 multipliziert Das Multiplikationsprodukt stellt die Amplitude F<ⁿ> der /Men Fourier-Komponente dar und gelangt über die Leitung 51 an den Akkumulator 23. Der zugehörige Fourierkoeffizient C_n wird aus dem Speicher 28 für Oberschwingungskoeffizienten von einer Adressensteuerschaltung 35 entnommen, welche die Berechnungstaktsignale über die Leitung 43 erhält

In der Ausführungsform nach F i g. 2 können willkürliche Werte von η_ν in dem Speicher 19 gespeichert werden. Die Werte können für jeden Oberton gleich oder verschieden sein. Der Wert η, für einen bestimmten Oberton kann Null sein, wobei dann eine echte Harmonische ohne Frequenzversetzung ausgewertet wird.

Der η-Speicher 19 und die zugeordnete Steuervorrichtung 20 für Adressen können vorteilhaft dadurch realisiert werden, daß eine einzige integrierte Schaltung, wie der Signatics-Typ 8223 (ein programmierbarer Festwertspeicher), verwendet wird. Eine volle Wertdecodierung ist in dieser integrierten Schaltung enthalten, die einen binären Adresseneingang erhält Ein Binärzähler, wie die integrierte Schaltung des Signatics-Typs 8281, kann mit Vorteil als Zähler 32 verwendet werden. Die Sammelschiene 43 kann die binären Ausgangsleitungen von diesem Zähler umfassen. Jeder gewünschte Frequenzversetzungswert η kann in diesen Speicher mit integrierter Schaltung vom Benutzer programmiert werden. Der Addierer 40 kann ein Addierer mit integriertet Schaltung des Signatics-Typs 8268 sein.

ίο

Integrierte Schaltungen, die für die Realisierung der anderen Bestandteile der Orgel 18 nützlich sind, sind in den oben erwähnten Patentschriften beschrieben und hier durch Bezugnahme aufgenommen. In gleicher Weise werden typische Werte von R und C_n in diesen zitierten Anmeldungen als Tabellen angegeben.

F i g. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Computer-Orgel 18, die ebenfalls die Gleichung 3 realisiert. In dieser Ausführungsform ist η,.= ν ■ η für jeden Oberton. Somit hat der erste (v= 1) Oberton eine Versetzung, die durch einen in einem Register 53 gespeicherten Wert von η bestimmt ist. Der zweite fv= 2) Oberton wird mit einer Versetzung 2η ausgewertet, und jeder Oberton höherer Ordnung hat eine Versetzung ν ■ η.

Mit dieser Anordnung brauchen die η^-Werte nicht individuell in einem Speicher gespeichert werden, sondern können während des Berechnungszyklus der Wellenformamplitude berechnet werden. Somit werden der Speicher 19 für die Obertonversetzung und die Steuervorrichtung 20 für die Adressen, die in F i g. 2 gezeigt sind, nicht verwendet, sondern die Frequenzversetzungswerte ν ■ η werden über eine Leitung 42' an den Addierer 40 (F i g. 2) von der Schaltung nach F i g. 3 geliefert. Der Wert νη wird in einem Addierer 54 akkumuliert, der am Ende jedes Berechnungszyklus von dem (»-Signal auf der Leitung 25 gelöscht wird. Während des ersten Berechnungsintervalls t_cp\, in dem die Grundschwingung ausgewertet wird, ist der Inhalt des Addierers 54 Null, so daß keine Versetzung eingeführt wird. Somit wird die fn= 1)-Komponente bei der echten Grundfrequenz des gerade erzeugten Tones ausgewertet.

Zur Herstellung der Frequenzversetzungswerte ν ■ η der Obertöne wird der in dem Register 53 gespeicherte Wert η wiederholt zu dem früheren Inhalt des Addierers 54 zu aufeinanderfolgenden Berechnungszeiten t_cpi bis tc_P ie der Obertöne addiert Zu diesem Zweck wird der Wert η an den Addierer 54 über eine Torschaltung 56 geliefert, die durch die entsprechenden Taktsignal auf einer Leitung 42' von dem Zähler 32 durchlaßbereit gemacht wird. Das Auftreten des Taktsignals t_cp2 bewirkt, daß der Wert η von dem Register 53 an den Addierer 54 übertragen wird. Infolgedessen wird der Wert ηι =η über die Leitung 42' an den Adressendecoder 47 für Speicheradressen der F i g. 2 während der Berechnung des ersten Obertones geliefert. Während aufeinanderfolgender Berechnungsintervalle fcp3 bis tcp\6 wird der Wert nacheinander zu dem Inhalt des Addierers 54 addiert, so daß der gewünschte Wert νη an die Computer-Orgel 18 geliefert wird.

Der in dem Register 53 (F i g. 3) gespeicherte Wert von η ist willkürlich. Er kann für alle Töne der Tonleiter konstant oder für verschiedene Töne unterschiedlich sein. Fig.4 und 5 zeigen Schaltungen, um an das Register 53 Werte von η zu liefern, die Funktionen des gewählten Tones sind. In der Ausführungsform nach Fig.4 wird der tonabhängige Frequenzversetzungswert η= — des Obertones durch Dividieren der

Frequenzzahl R durch eine Konstante k erhalten. Dies wird durch eine Dividierschaltung 59 erreicht welche die Zahl Äüber eine Leitung 27' von dem Frequenzzahl-

speicher 27 erhält und den Quotienten η= —an das

Register 53 über eine Leitung 60 liefert In dieser Ausführungsform ist die Obertonversetzung eine konstante Anzahl Cent wobei sich jedoch das

Anharmonieausmaß zeitlich periodisch ändert, da die Wellenformamplitude gemäß der obigen Gleichung 3 berechnet ist.

F i g. 5 zeigt ein stärker verallgemeinertes System zum Erzeugen von frequenzproportionaler Obertonanharmonie. Die Schaltung enthält ein Funktionselement 61, da eine willkürliche Übertragungsfunktion r) = f(R) realisiert. Die Schaltung 61 erhält die gewählte Frequenzzahl R vom Frequenzzahlspeicher 27 und liefert über eine Leitung 60' den Wert η = f(R) an das Register 53 (Fig.3). Es wird bemerkt, daß die Dividierschaltung 59 (F i g. 4) eine spezialisierte Ausführungsform der allgemeinen Schaltung der F i g. 5 ist.

Die Erzeugung anharmonischer Obertöne in Übereinstimmung mit der Gleichung 3 kann ebenfalls in einer elektronischen Orgel oder Computer-Orgel mit Parallelverarbeitung des in der DE-PS 23 50 143 offenbarten Typs realisiert werden. Eine solche Realisierung ist in F i g. 6 dargestellt, wobei die Orgel 65 zwei parallele Verarbeitun,-.skanäle 66A, 665 enthält. Die Hälfte der bei der Wellenformamplitudenberechnung verwendeten Fourier-Komponenten werden in dem einen Kanal 66A berechnet, und die übrigen Fourier-Komponenten werden gleichzeitig in dem anderen Kanal 66Ö ausgewertet.

In der Ausführungsform nach F i g. 6 sind getrennte η-Speicher 19/4, 195 für die Frequenzversetzung von Obertönen und in Beziehung dazu stehende Steuerschaltungen 20/4, 2OS für die η-Speicheradressen in den entsprechenden Kanälen 66A, 665 vorgesehen. In dem Kanal 66/4 werden die Werte nqR für bestimmte Werte von n über eine Leitung 38/4 während aufeinanderfolgender Berechnungszeitintervalle t_cp\ bis t_cps an einen Addierer 4OA gegeben. Der zugehörige Oberton der eingestellten Werte η,· gelangt von dem Speicher 19A an den Addierer 40/4, so daß der Ausgang des Addierers 40/4 die Größe nqR+ η* für die Gruppe der in dem Kanal 66/4 ausgewerteten Fourier-Komponenten darstellt. Dieser Ausgang wird auf eine Leitung 41/4 an die Sinustabellenschaltung und den Adressendecoder 46A gegeben, der die Werte sin (nqR+r}_v) liefert. Diese Sinuswerte werden mit den zugehörigen von einem Speicher 28/4 gelieferten Fourierkoeffizienten C_n für Oberschwingungen mittels einer Multiplizierschaltung 50/4 multipliziert, um auf einer Leitung 48Λ die Werte der Fourier-Komponenten

/*·> = C_n sin -£.

für die in dem Kanal 66/4 ausgewerteten Komponenten zu erzeugen.

Die übrigen Fourier-Komponenten werden in gleicher Weise in dem parallelen Kanal 665 ausgewertet, wobei entsprechende Schaltungsblöcke durch gleiche Bezugszahlen, jedoch durch den Buchstaben »5« ergänzt, gekennzeichnet sind. Die gleichzeitig auf den Leitungen 48/4 und 485 vorhandenen Fourier-Komponenten werden in einem Addierer 67 addiert und an einen Akkumulator, einen Digital-Analog-Umsetzer und ein Klangsystem (nicht gezeigt) gegeben, die den entsprechenden Einheiten der F i g. 2 analog sind.

Verschiedene Gruppen Fourier-Komponenten können in den zwei Verarbeitungskaiiälen 66A und 665 ausgewertet werden. Beispielsweise können die ersten acht 07= 1, 2, 3,.., 8) Fourier-Kornponeiiten niedriger Ordnung in dem Kanal 66/4 und die Fourier-Komponenten höherer Ordnung 07=9,10,11,.., 16) in dem Kanal 665 berechnet werden. In diesem Fall enthält de' η-Speicher 19/4 für die Obertonversetzung die Werte ηι bis r\T, die zu den entsprechenden Taktintervallen i_Cp 2 bis tcpt entnommen werden. Der η-Speicher 19flenthält die Werte η₈ bis ηΐ5, die zu den aufeinanderfolgenden Zeitintervallen t_cp\ bis t_cpt entnommen werden, wenn der entsprechende achte bis fünfzehnte Oberton (d. h. die neunte bis sechzehnte Fourier-Komponente) berechnet wird.
In einer anderen Ausführungsform können die ungeraden Fourier-Komponenten0J= 1,2,3,5,..., 15)in dem Kanal 66/4 und die geraden Fourier-Komponenten

f/7=2, 4, 6 16) (entsprechend den ungeraden

Obertönen) in dem anderen Kanal 665 berechnet werden. In diesem Fall enthält der η-Speicher 19A die

Werte η2, η-ι, η6 ηπ. und der η-Speicher 195 enthält

die Werteη₁,η3,η5 ηΐ5·

Es ist nicht erforderlich, daß alle Obertöne in demselben Sinn frequenzversetzt sind, einige Obertöne können erhöhend und andere erniedrigend versetzt sein.

Dies wird durch das Oberschwingungsspektrum der F i g. 7 veranschaulicht, in dem die ungeraden Obertöne (d. h., die geraden Fourier-Komponenten) im erhöhten Sinn und die geraden Obertöne im erniedrigenden Sinn versetzt sind. Die Erzeugung solcher Töne wird durch die in dem vorhergehenden Absatz beschriebene Ausführungsform der elektronischen Orgel nach F i g. 6 leicht realisiert. Negative Versetzungswerte η werden in dem Speicher 19A und positive Werte η in dem Speicher 195 gespeichert. Mit dieser Anordnung wird z. B. unter

jo Verwendung eines positiven Wertes ηι berechnet, um einen anharmonischen Oberton 70 zu liefern (F i g. 7), wobei diese Versetzung eine Erhöhung ist. Der in dem Verarbeitungskanal 665 ausgewertete zweite Oberton 71 ist erniedrigt.

Ein dem in F i g. 3 gezeigten analoges System kann verwendet werden, um Frequenzversetzungswerte für Obertöne an die elektronische Orgel mit Parallelverarbeitung nach F i g. 6 zu liefern. Eine solche in F i g. 8 gezeigte Anordnung ist in der Ausführungsform nützlich, in der die Fourier-Komponenten niedriger Ordnung in dem einen Kanal 66/4 und die Komponenten höherer Ordnung in dem anderen Kanal 665 ausgewertet werden. Die zugehörigen Werte von ν werdtr an die Addierer 40/4, 405 (F i g. 6) von den entsprechenden akkumulierenden Addiererschaltungen 72/4, 725 geliefert, die am Ende jedes Berechnungszyklus zurückgestellt werden. Die Speicher 19/4, 195 werden nicht verwendet.

Ein Paar Register 73, 74 speichern die Werte η bzw. 8η. Während des ersten Berechnungsintervalls t_cp\ ist der Inhalt des Addierers 72A Null. Infolgedessen wird die Grundschwingungs-Fourier-Komponente 03=1) in dem Kanal 66/4 ohne Frequenzversetzung (d. h. bei der Nenngrundfrequenz des erzeugten Tones) ausgewertet.

Während jedes nachfolgenden Intervalls ίφ₂ bis t_cpS wird der Wert η zu dem Addierer 72A über eine Leitung 76 durchgetastet und zu dem früheren Inhalt dieses Addierers addiert Somit enthält der Addierer 72Λ die Werte η, 2η, 3η,.., 7η zu den entsprechenden Zeiten, zu denen der erste bis siebente Oberton in dem Kanal 66/4 ausgewertet wird. Diese Werte ν · η werden über die Leitung 42A an den Addierer 4OA in der Orgel der F i g. 6 geliefert Für den Kanal 665 wird zu der Zeit tq,, der Wert 8η von dem Register 74 über eine Torschaltung 77 zu dem Addierer 725 durchgetastet Auf diese Weise gelangt während des Berechnungsintervalls tq,\ der Versetzungswert 8η des Obertones über die Leitune 425 an den Addierer 405 in der Oreel

t4

65. Während dieses Intervalls wird der achte Oberton in dem Kanal 665 ausgewertet Bei nachfolgenden Berechnungsintervallen tcpi bis tcps wird der Wert η durch die Torschaltung 75 und über die Leitung 76 an den Addierer 725 geliefert, in dem die Werte 9η bis Ϊ5η akkumuliert werden. Diese sind die zugehörigen Versetzungswerte, die über den Kanal 66S zur Auswertung der Obertöne höherer Ordnung verwendet werden.

Eine unterschiedliche Realisierung der Erzeugung anharmonischer Obertöne wird in der Tonerzeugungseinrichtung der elektronischen Orgel 80 nach Fig.9 durchgeführt. Diese Ausführungsform liefert eine konstante Frequenzversetzung der Obertöne unabhängig von der Zeit in Obereinstimmung mit der obigen Gleichung 5. Die Orgel 80 erzeugt Musiktöne mit einem dem in F i g. 1 gezeigten ähnlichen Oberschwingungsspektrum, wobei jedoch die Grundschwingung bei der echten Grundfrequenz /des gerade erzeugten Tones ausgewertet wird und jeder Oberton 12,13,.., 15 eine Frequenz nf+ ν ■ η hat, wobei v=n—\ ist

In der Orgel 80 (F i g. 9) wird die Frequenzzahl R des gewählten Tones zu dem Tonintervalladdierer 33 am Anfang jedes Berechnungszyklus der Wellenformamplitude durchgetastet Infolgedessen liefert der Tonintervalladdierer 33 auf der Leitung 36 den Wert qR. Bei jedem Berechnungsintervall tq,\ bis tq,n für Amplitudenkomponenten gelangt dieser Wert qR über eine Torschaltung 81 an einen nicht akkumulierenden Addierer 82. Während des Anfangsintervalls Up ι wird der zweite Eingang an den Addierer 82 Null, so daß der Wert qR über die Leitung 83 an den Oberschwingungsintervalladdierer 35' geliefert wird. Infolgedessen wird die erste Fourier-Komponente bei der Nenngrundfrequenz des gewählten Tones ausgewertet Bei jedem nachfolgenden Berechnungsintervall lcpi bis Up i₆ wird der Wert Jq an den Addierer 82 über eine Torschaltung 84 und eine Leitung 85 gegeben, so daß der Wert (qR+Jq)äbeT die Leitung 83 an den Oberschwingungsintervalladdierer 35' gelangt. Als Ergebnis werden die Argumente (nqR+vJq) dem Adressendecoder 47 für Speicheradressen Ober die Leitung 41' während der darauffolgenden Berechnungsintervalle der Fourier-Komponenten dargeboten. Die diesen Argumenten entsprechenden Sinuswerte werden über die Leitung 48' von der Sinustabellenschaltung 46 an eine Multiplizier· schaltung 50, den Akkumulator 23, den Digital-Analog-Umsetzer 26 und das Klangsystem 21 wie in Fig.2 geleitet

Um die Werte Jqzu erhalten, wird die Konstante /in einem Register 87 (F i g. 9) gespeichert Bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, ist der Wert 7—2-*, wobei k eine ganze Zahl (1 oder größer) ist Der Wert /wird zu dem früheren Inhalt eines akkumulierenden Addierers

88 (mit dem Modulo N) beim Auftreten des Taktsignals I_xAiS Berechnungszyklus addiert, das eine Torschaltung

89 durchlaßbereit macht Der Inhalt des Addierers 88 repräsentiert somit den Wert Jq.

Eine Tonerzeugungseinriehtung einer elektronischen Orgel 90, welche die obige Gleichung 6 realisiert, ist in Fig. 10 dargestellt. In dieser Ausführungsform wird jeder anharmonische Oberton um einen Betrag versetzt, der eine konstante Anzahl Cent ist. Das Anharmonieausmaß ist von der Zeit unabhängig.

Zum Auswerten der Grundschwingung ohne Frequenzversetzung wird der Wert qR von dem Tonintervalladdierer 33 an den Oberschwingungsintervalladdierer 35" bei dem Intervall t_cp\ über eine Torschaltung 91 und einen nicht akkumulierenden Addierer 92 geliefert, dessen anderer Eingang während dieses Intervalls Up] Null ist. Bei jedem der nachfolgenden Obertonberech nungsintervalle Up2 bis Up ₁₆ wird der Wert-^-, wobei K eine Konstante ist, zu dem Wert qR in dem Addierer 92 addiert, um die Summe (qR +-ψ-) über die Leitung 93 an den Oberschwingungsintervalladdierer 35" zu geben.

Als Ergebnis werden die Argumente (nqR+ v-^-j an die

Ji.

Sinustabellenschaltung 46 genau in Obereinstimmung mit der obigen Gleichung 6 geliefert

Der Wert-^-wird durch Dividieren des Wertes qR

von der Leitung 36 durch die Konstante K in einer Dividierschaltung 94 erhalten. Vorzugsweise ist die Konstante K=*2^C, wobei c eine ganze Zahl (1 oder größer) ist In einem Digitalsystem kann die Dividierschaltung 94 ein Schieberegister sein, da Verschiebung nach rechts gleichwertig mit Division durch eine Potenz von 2 ist Der dividierte Wert -³^- gelangt an den

Addierer 92 über eine Leitung 95 und eine Torschaltung 96, die durch die Berechnungstaktsignale Up 2 bis UpM

durchlaßbereit gemacht wird, welche über eine Leitung

97 von dem Zähler 32 erhalten werden. Die Tonerzeugungseinrichtung der elektronischen

Orgel 90' nach Fig. Il realisiert die obigen Gleichung 6 in einer anderen Weise. Die auf der Leitung 27'

erhaltene Frequenzzahl R wird durch die Konstante K in einer Dividierschaltung 100 erhalten. Am Anfang

jedes Berechnungszyklus wird der dividierte Werter zu

einem akkumulierenden Addierer 101 mit dem Modulo N über eine Torschaltung 102 durchgetastet, die von dem Signal t_M auf der Leitung 25 durchlaßbereit gemacht wird. Somit stellt der auf einer Leitung 103 vorhandene

Ausgang des Addierers 101 die Größe q—dar. Wie in

der Ausführungsform nach Fig. 10 wird die Konstante K vorzugsweise mit K"2^C gegeben, wobei ceine ganze Zahl (!oder größer) ist Während des ersten Berechnungsintervalls r^i, wenn die Grundschingung ausgewertet wird, wird nur der Wert qR auf der Leitung 36 von dem Tonintervalladdierer 33 über die Torschaltung 91 und den nicht akkumulierenden Addierer 92' (Fig. 11) an den Oberschwingungsintervalladdierer 35" geliefert. Auf

so diese Weise wird die (n- 1)te Fourier-Komponente bei der Nenngrundfrequenz des erzeugten Tones ausgewertet Während jedes nachfolgenden Berechnungs-

ti

Intervalls tq,i bis tcp\e wird der Wert <7-rvon dem

Addierer 101 an den Addierer 92' über die Torschaltung 96' zwecks Addition zu dem Wert qR geleitet, der auch zu dem Addierer 92' durchgetastet wird. Die Summe

(qR+Q-j;) wird auf der Leitung 93' zugeführt, wodurch

eo sich Auswertung der anharmonischen Obertöne mit der gewünschten konstanten Versetzung in Cent ergibt.

Die AusfUhrungsformen der F i g. 9, IO und 11 sind in Orgeln mit einem einzigen Verarbeitungskanal gezeigt, wobei ähnliche Anordnungen in Instrumenten mit Parallelverarbeitung realisiert werden können. In einem solchen Fall würden getrennte Oberschwingungsintervalladdierer in jedem Verarbeitungskanal vorgesehen werden. An solche Addierer würden die zugehörigen

Werte qR+Jq oder qR+q— geliefert werden, um in

K-

jedem Kanal ausgewählte Untergruppen der gewünschten anharmonischen Obertöne zu erzeugen.

Besonders interessante Effekte werden durch Modulieren der anharmonischen Obertöne als Zeitfunktion erreicht Beispielsweise können die Frequenzversetzungswerte η selbst mit einer niedrigen Frequenz, typischerweise in der Größenordnung 6 Hz, moduliert werden, um einen vibratoartigen Effekt zu erzeugen. Dies kann unter Verwendung der Schaltung nach Fig. 12 realisiert werden, wobei der zeitlich zu modulierende Wert η über eine Leitung 105 an einen Addierer 106 gegeben wird. Der Ausgang eines bei der Modulationsfrequenz arbeitenden Oszillator 107 wird in ein Digitalsignal mit einem Analog-Digital-Umsetzer 108 konvertiert dessen digitaler Ausgang mit dem Wert η von dem Addierer 106 summiert wird. Der Ausgang des Addierers 106 auf einer Leitung 109 ist ein sich zeitlich ändernder Frequenzversetzungswert i\(t) für Obertöne.

Die Schaltung nach Fig. 12 kann zusammen mit der Orgel 18 nach Fig.2 verwendet werden, indem der Addierer 106 (Fig. 12) in Reihe in die Leitung 42 (F i g. 2) eingefügt wird. Das heißt die Leitung 42 würde aufgetrennt werden; die Werte η von dem ^-Speicher 19 wurden an die Leitung 105 gegeben werden und die zeitmodulierten Werte η(ί) auf der Leitung 109 würden an den Addierer 40 geliefert werden.

in anderer Weise kann die Zeitmodulationsschaltung nach Fig. 12 mit den Ausführungsformen der Orgel nach Fig.9, 10 oder 11 verwendet werden. Beispielsweise kann der Addierer 106 (F i g. 12) in die Leitung 85 (oder in die Leitung 88') der F i g. 9 eingefügt werden, um den Obertonversetzungswert Jq zeitlich zu modulieren. In gleicher Weise kann die Schaltung nach Fi g. 12 in die Leitung 95 der F i g. 10 oder in die Leitung 103 der F i g. 11 eingefügt werden, um den Versetzungswert -2^-in diesen Ausführungsformen zeitlich zu modulieren.

Ein kennzeichnendes Merkmal des menschlichen Gehörs ist daß das Ohr bei niedrigen Frequenzen weniger empfindlich ist Wegen dieses »Wegrollens« der Hörfähigkeit kann dem Zuhörer der erste Oberton eines Tones mit niedriger Gnmdfrequenz so erscheinen, als babe dieser eine größere Amplitude als die Grundschwingung. In einem solchen Fall kann der Zuhörer subjektiv die Gnmdschwingung bei einer Frequenz empfinden, welche die halbe Frequenz des ersten Obertones ist Somit kann an dem niedrige Frequenzen aufweisenden Ende des Tastaturbereichs ein Ton mit anharmonischen Obertönen erhöht oder erniedrigt erscheinen, weil der Zuhörer die Grund schwingung subjektiv bei der halben ersten Obertonfre quenz wahrnimmt Beispielsweise kann der Zuhörer mit Bezug auf das Oberschwingungsspektrum der F i g. 1 eine subjektive Grundschwingung bei einer Frequenz

.5 1

geringfügig erhöht mit Bezug auf die tatsächliche Grundfrequenz /empfinden.

Dieser Effekt kann dadurch überwunden werden, daß die Werte von R und η für Töne niedriger Frequenz so gewählt werden, daß die subjektive Grundschwingung mit der Nenngrundfrequenz des Tone<> zusammenfällt Dies wird durch das Oberschwingungsspektrum der

Fig. 13 veranschaulicht Die Frequenzzahl R wird so gewählt daß die Grundkomponente 111 von der Tonerzeugungseinrichtung der Orgel bei einer Frequenz /' ausgewertet wird, die mit Bezug auf die Nenngrundfrequenz / des gerade erzeugten Tones

erniedrigt ist Der Frequenzversetzungswert t\\ wird so gewählt daß der erste Oberton 112 mit einer Frequenz 2/= 2/'+ Tji erzeugt wird, welche genau das Doppelte der Nenngrundfrequenz / ist Infolgedessen wird der Zuhörer wegen der verminderten Hörfähigkeit mit Bezug auf die niedrigen Frequenzen eine subjektive Grundschwingung 113 bei der halben Frequenz des ersten Obertones, d. h. genau bei der Nennfrequenz /des gewählten Tones, »hören«. Die tatsächliche Grundschwingungskomponente 111 wird, obgleich sie ernie- drigt ist, infolge des Wegrollens der Hörfähigkeit nur geringfügig wahrgenommen. Der Ton erscheint dem Zuhörer abgestimmt und von der gewünschten Qualität mit anharmonischen Obertönen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Tonerzeugungseinrichtung für ein elektronisches Musikinstrument in dem die Wellenform eines gespielten Tones durch Berechnung von Amplituden (Xo(qR)) der Wellenform an bestimmten Stichprobenpunkten qR mittels Fourier-Komponenten F") von Grundton und Obertönen des Tones ermittelt wird,