DE2518633C3

DE2518633C3 - Elektronisches Tastenmusikinstrument

Info

Publication number: DE2518633C3
Application number: DE2518633A
Authority: DE
Inventors: Ralph Sherman Oaks Calif. Deutsch
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1975-04-26
Publication date: 1988-03-24
Also published as: JPS50146321A; GB1500585A; DE2518633B2; JPS54767B2; US3929053A; DE2518633A1

Description

Ferner wird die Modifizierung der Frequenzzahl dann beendet, wenn die gegenwärtige modifizierte Frequenzzahl durch Null geht oder in die Nähe von Null kommt. Der Gleiteffekt setzt also nicht nach einer vorbestimmten Zeit plötzlich aus, sondern er endet in einem Null-Durchgang der gebrochenen Frequenzzahl - also dann, wenn die modifizierte Frequenzzahl der Nominaltonhöhe entspricht. Dadurch, daß die Steuerung der Zeitdauer des Gleiteffektes in Abhängigkeit von der jeweiligen Größe der gegenwärtigen Frequenzabweichung erfolgt, entsteht eine gute Anpassung des Frequenzverlaufs an das Spiel eines natürlichen Musikinstrumentes und eine Anpassung an das menschliche Hörempfinden, weil der Gleiteffekt trotz der bei dem digitalen Musikinstrument naturgemäß in Schritten erfolgenden Frequenzänderung auf natürliche Weise in der Nähe von Null bzw. im Null-Durchgang der Frequenzabweichung beendet wird oder ausklingt.

Wenn der zu spielende Ton mit einer niedrigeren Frequenz, als der Nominalfrequenz entspricht, begonnen werden soll, kann die Mischschaltung aus einem Subtrahierer bestehen, in dem die gebrochene Frequenzzahl von der ganzen Frequenzzahl subtrahiert wird. Soll andererseits der Ton mit einer oberhalb der Nominalfrequenz liegenden Frequenz begonnen werden und anschließend auf die Nominalfrequenz absinken, dann kann die Mischschaltung die Funktion einer Additionsschaltung haben.

Die gebrochene Frequenzzahl Rlk(t) kann mit zeitlich ansteigendem oder abfallendem Wert k(t) erzeugt werden. Wenn diese gebrochene Frequenzzahl zu der Frequenzzahl R hinzuaddiert bzw. von dieser subtrahiert wird, entsteht eine Treppenkurve, die sich asymptotisch dem Wert der Frequenzzahl R annähert. Dieses quasikontinuierliche, sanfte Übergehen des modifizierten Tones auf die Tonhöhe des zu erzeugenden Tones entspricht einem an das menschliche Hörempfinden angepaßten Glissando-Effekt, bei dem die Größe der Frequenzabweichung an einer einzigen gespielten Note, nämlich der Note der gedrückten Taste, orientiert wird und sich stetig an den Wert Null annähert.

Die schaltungstechnische Realisierung eines derartigen Glissando-Effektes läßt sich in sehr einfacher Weise dadurch realisieren, daß die Divisionseinrichtung als Schieberegister ausgebildet ist, da die durch Drücken einer Taste aufgerufene Frequenzzahl R aufnimmt und das von Taktimpulsen, die von einem Gleittaktgenerator erzeugt werden, fortgeschaltet wird, so daß zu jedem Zeitpunkt k(t) — 2™ ist, wobei m die Anzahl der dem Schieberegister seit dem Eingeben der Frequenzzahl zugeführten Taktimpulse ist, durch die die Frequenzzahl R jeweils in dem Schieberegister verschoben wurde.

Wird der Inhalt des Schieberegisters um eine Speicherstelle fortgeschaltet, so erfolgt eine Division durch zwei. Auf diese Weise kann die Frequenzzahl durch schrittweises Verschieben im Schieberegister leicht durch 2™ geteilt werden.

Unter den Begriff »Gleiteffekt« fällt auch der sog. »Slalom-Gleiteffekt«, bei dem die Frequenz des erzeugten Tones zunächst während eines Teiles der Gleittonerzeugung der Nominalfrequenz angenähert wird, dann während eines zweiten Teiles der Gleittonerzeugung über diese hinweggeht und anschließend während eines dritten Teiles der Gleittonerzeugung wieder zu der Nominalfrequenz zurückkehrt. Zur Realisierung dieses Slalom-Gleiteffektes kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß in der Inkrementschaltung eine weitere Schaltung vorgesehen ist, die den Wert k(t) abwechselnd während aufeinanderfolgender Teile der Gleittonerzeugung verkleinert und vergrößert, und daß eine Schaltung vorgesehen ist, in der der Wert Rlk(t) der Divisionseinrichtung zur Erzeugung der unterschiedlichen Teile der Gleittonerzeugung zu der Frequenzzahl entweder hinzuaddiert oder von dieser subtrahiert wird.
Ferner fällt unter den Begriff »Gleiteffekt« auch das

&iacgr;&ogr; Portamento. Hierbei gleitet der erzeugte Ton, ausgehend von der Frequenz einer zuvor gespielten Note, auf die Nominalfrequenz der ausgewählten Note. Ein Musikinstrument zur Realisierung des Portamento-Effektes ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Inkreis mentschaltung eine Divisionseinreichung zum Teilen der gegenwärtigen Frequenzzahl, die der Grundfrequenz des gerade erzeugten Tones entspricht, durch eine konstante Binärzahl (k) vorgesehen ist, und daß die Mischschaltung einen Akkumulator, einen Taktgeber und ein Tor enthält, das das Ausgangssignal der Divisionseinrichtung, oder das Komplement des Ausgangssignals von einer Komplementschaltung, dem Akkumulator zur Erhöhung von dessen Inhalt zuführt, so daß sich der dadurch ergebende Inhalt des Akkumulators die nächstfolgende gegenwärtige Frequenzzahl darstellt.

Zum Vergleich des Wertes der gegenwärtigen Frequenzzahl des Akkumulators mit der durch die gedrückte Taste aufgerufenen Frequenzzahl und zur Beendigung der Portamentoerzeugung dann, wenn die Differenz zwischen beiden zu vergleichenden Signalen einen Grenzwert unterschreitet, kann vorteilhafterweise ein Komparator vorgesehen sein.

Eine andere Alternative zur Erzeugung eines Portamento-Effektes ist in Anspruch 7 angegeben.

Im folgenden werden an Hand von Fig. 1 das Prinzip der Gleittonerzeugung und an Hand der Fig. 2-5 Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt

Fig. 1 eine Kurve der Frequenzabweichung als Funktion der Zeit für eine von der Schaltung nach Fig. 2 erzeugten Gleiteffekt,

Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild einer Computerorgel, mit der man einen Gleiteffekt erzeugen kann, Fig. 3 ein elektrisches Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung einer Slalomgleitung,

Fig. 4 ein elektrisches Blockschaltbild eines Systems zur Ausführung eines Portamentos, und

Fig. 5 ein elektrisches Blockschaltbild eines alternativen Systems zur Erzeugung eines Portamentos, bei dem die Schwingungszahl (Frequenz) in Schritten erhöht wird, die gleich einem Bruchteil der Differenz zwischen der alten und der neuen Frequenzzahl sind.

Der Gleiteffekt wird erzeugt, indem die Frequenzzahl zu Beginn der Tonerzeugung modifiziert wird. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der ausgewählten Frequenzzahl R ein rationaler Bruch S, dessen Wert sich mit der Zeit verringert, subtrahiert oder hinzuaddiert wird. Die Kurve der Fig. 1 zeigt die entsprechende Frequenzabweichung in Cent, wobei der zeitveränderliche rationale Bruch

5 =

2^m

ist. m ist dabei eine Unabhängige, die in regulären Zeitintervallen um eine Einheit inkrementiert wird. Bei einer binären Ausführung kann man den Wert 5 leicht errechnen, indem man die Zahl R in einem Schieberegi-

ster nach rechts verschiebt. Dies ist das Äquivalent für eine Teilung von R durch 2^m, wobei m bestimmt, wie viele Positionen R nach rechts geschoben worden ist. Man erhält eine neue Frequenzzahl R' dadurch, daß man den Bruch 5 von der ausgewählten Frequenzzahl R subtrahiert. Es gilt daher:

R' = R - S = R

(2)

Wenn dieser Wert R' dem Tongenerator zugeführt wird, hat der erzeugte Ton zunächst einen Abstand von der Normalfrequenz der ausgewählten Note. Die Abweichung C der erzeugten Frequenz kann man durch die folgenden Beziehungen errechnen:

C=Q log₁₀ -J- , (3)

wobei Q eine Konstante ist, die gegeben ist durch:

Q = 1200/log₁₀ 2 = 3986,3. (4)

Wenn man die Gleichungen 2 und 3 kombiniert, erhält man:

2™

C=Q log₁

(5)

C stellt die Frequenzabweichung in Cent dar, die von dem Wert der Frequenzzahl unabhängig ist. Dies bedeutet, daß die Frequenzabweichung C in Cent unabhängig davon, welche Note gespielt wird, stets die gleiche ist.

Eine Oktave zählt 1200 Cent, so daß benachbarte Ganztöne durch 200 Cent voneinander getrennt sind, während der Halbtonabstand durch 100 Cent gekennzeichnet ist. Auf diese Weise beginnt das in Fig. 1 dargestellte Gleiten etwas mehr als einen Halbton von der Nominalfrequenz entfernt. Eine solche Abweichung (von 111,55 Cent) erhält man für den Wert m — 4.

Zur Erzielung des in Fig. 1 dargestellten Gleitvorganges wird der rationale Bruch S (s. Gleichung 1) für die Werte m = 4, 5, 6, . . . bei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen errechnet. Die entsprechende Frequenzzahl R' (s. Gleichung 2) nähert sich graduell der Frequenzzahl R für die ausgewählte Note. Die Frequenzabweichung C in jeder Stufe des Gleitvorganges hat die in der unten aufgeführten Tabelle I angegebenen Werte, die sich aus Gleichung 5 errechnen lassen.

Tabelle I

Anzahl der Stellen, um die	Frequenzabweichung C
nach rechts geschoben wurde	(in Cent)
4	111,55
5	54,94
6	27,24
7	13,59
8	6,64
9	3,36
10	1,69
11	,84
12	,41
13	,21
14	,10

Zur Ausführung eines solchen Gleitvorganges zu Beginn der Notenerzeugung wird die Frequenzzahl R, die der ausgewählten Note entspricht, um m = 4 Stellen nach rechts geschoben. Der sich ergebende Wert

S = -&psgr;- wird von dem Wert R subtrahiert und die Differenz R' wird dem Tongenerator zugeführt.

Der Wert R wird zu aufeinanderfolgenden Gleit-Taktintervallen, die durch die Inkrementschaltung vorgegeben sind, weiterhin nach rechts geschoben. Dadurch wird der Wert bei jedem Taktimpuls erhöht. Schließlich wird der Wert R' sich der Frequenzzahl R annähern. Der erzeugte Ton repräsentiert einen Gleitvorgang, der die in Fig. 1 dargestellte Frequenzabweichung aufweist. Wenn der rationale Bruch S (s. Gleichung 1) der Frequenzzahl hinzuaddiert, und nicht von ihr substrahiert wird, beginnt der Gleitvorgang bei einer Frequenz, die höher ist als die ausgewählte Note und setzt sich dann mit einer ähnlichen Frequenzabweichungskurve abwärts bis zu dieser Note fort.

Das Musikinstrument 10 nach Fig. 2 erzeugt über das Tonsystem 11 Musiktöne, die automatisch auf die Nominalfrequenz der ausgewählten Note gleiten. Auf diese Weise wird jedesmal, wenn einer der Tastenschalter 12 gedrückt ist, anfangs ein Klang erzeugt, der etwa um einen Ganzton tiefer liegt als die ausgewählte Note. Dann steigt die Frequenz des erzeugten Tones in Intervallen, die von einem Gleit-Taktgenerator 13 vorgegeben werden, auf den gewünschten Wert. Die Frequenzabweichung während dieses Gleitintervalls ist in Fig. 1 abgebildet. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die weiter unten noch erläutert wird, kann das Gleiten bei einer Frequenz oberhalb des gewünschten Nominalwertes erfolgen, um dann auf den gewünschten Ton abzusinken.

Die Grundfrequenz des von dem Instrument 10 erzeugten Tones wird von der gegenwärtigen oder momentanen Frequenzzahl R(_mamcm) bestimmt, die über die Ausgangsleitung 14 des Addierers 28 dem Tongenerator 15 der Computerorgel zugeführt wird. Während der Erzeugung des Gleiteffektes wird der Wert R' (s. Gleichung 2) als momentane Frequenzzahl behandelt. Der Wert m wird in Zeitintervallen, die von dem Gleit-Taktgenerator 13 erzeugt werden, inkremental erhöht. Nach Beendigung des Gleit-Effektes wird die der Note entsprechende Frequenzzahl R als momentane Frequenzzahl geliefert.

In einem Frequenzzahlspeicher 17 ist eine Gruppe von Werten für R gespeichert, die den Grundfrequenzen der an den Tastenschaltern 12 auswählbaren Noten entsprechen. Wenn irgendeine Note gespielt wird, wird durch das Schließen des entsprechenden Tastenschalters 12 die entsprechende Frequenzzahl R aus dem Frequenzzahlspeicher 17 an eine Leitung 18 gelegt. Das Schaltsignal wird ferner über ein ODER-Tor 19 einem monostabilen Multivibrator 20 zugeführt, der an einer Leitung21 einen »Gleit-Start«-Impuls22erzeugt (Fig. 1). Durch das Auftreten eines »Gleit-Start«-Impulses 22 wird die ausgewählte Frequenzzahl R in das Schieberegister 23 eingegeben, und zwar in eine Position, die

bereits am Anfang um vier Stellen nach rechts geschoben ist. Dies bedeutet, daß das Bit der Frequenzzahl R, das die höchste Wertigkeit aufweist, nicht in die am weitesten links liegende höchstwertige Speicherstelle 23-1 des Schieberegisters 23 eingegeben wird, sondern in die fünfte Registerstelle 23-5. Die Folge davon ist, daß der anfangs an dem Ausgang 24 des Schiebe-

registers 23 anstehende Wert S = -&psgr;-

ISt

Schieberegister 23 bildet daher eine Divisionseinrichtung.

Der Gleit-Taktgenerator 13 erzeugt an Leitung 26 Taktimpulse 25 (Fig. 1), die dem Schiebeeingang des Registers 23 zugeführt werden. Jeder dieser Impulse bewirkt, daß der Inhalt des Schieberegisters um eine Stelle nach rechts weitergeschoben wird. Dies entspricht einer Teilung des Inhaltes des Schieberegisters 23 bei jedem Taktimpuls durch zwei. Infolgedessen stellt das Signal an Ausgangsleitung 24 den rationalen

Bruch S = -Sj- dar, wobei m = 4, 5, 6, . . . ist und bei

jedem Taktimpuls um Eins erhöht wird. Der Gleittaktgenerator 13 bildet also zusammen mit dem Schieberegister 23 eine Inkrementschaltung zur Steuerung der Frequenzabweichung.

Der rationale Bruch S an Leitung 24 wird von der an Leitung 18 anstehenden Frequenzzahl R subtrahiert. Hierzu wird das Zweierkomplement von 5, das mit einer Komplementärschaltung 27 gebildet wird, dem Wert R im Addierer 28 hinzuaddiert. Der Addierer wirkt in Verbindung mit der Komplementärschaltung 27 als Subtrahierer. Das Ausgangssignal des Addierers 28 ist die Frequenzzahl R' = R-S, das entsprechend der obigen Gleichung 2 gebildet wird. Die Komplementärschaltung 27 und der Addierer 28 bilden die Mischschaltung, in der die Frequenzzahl entsprechend der von der Inkrementschaltung 13, 23 vorgegebenen Frequenzabweichung verändert wird.

Während der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle des Gleit-Taktgenerators 13 wird der Wert R' der von dem Frequenzzahlspeicher 17 gelieferten Frequenzzahl R angenähert. Die Werte sind einander gleich, wenn das höchstwertige Bit der Frequenzzahl R aus der niedrigstwertigen Stelle 23-p des Schieberegisters 23 herausgeschoben worden ist, so daß das gesamte Schieberegister 23 ausschließlich binäre Nullen enthält. Danach wird der Wert 5 zu Null, so daß R' = R wird und der nominale Grundton erzeugt wird.

Zur Erzeugung eines Gleiteffektes, der oberhalb der Nominalfrequenz der ausgewählten Note beginnt, wird der rationale Bruch S der Frequenzzahl R hinzuaddiert. Dies kann dadurch geschehen, daß die Leitung 24 direkt an den Eingang des Addierers 28 angeschaltet wird, wie es in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. In diesem Fall besteht die Mischschaltung nur aus dem Addierer

Der Gleiteffekt muß nicht unbedingt einen Ganzton über oder unter der ausgewählten Note beginnen. So kann man unterschiedliche Anfangs-Frequenzabweichungen erhalten, indem man den Wert R in unterschiedliche Positionen des Schieberegisters 23 einspeist. Beispielsweise startet der Gleiteffekt etwa einen Halbton von der gewünschten Note entfernt, wenn das höchstwertige Bit der Frequenzzahl R in die Schieberegisterstelle 23-6 eingegeben wird, so daß anfangs m = 5 ist.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2 kann, um den rationalen Bruch der Frequenzzahl R zu erhalten, das Schieberegister 23 auch durch eine Teilerschaltung ersetzt werden, die R durch einen Wert k(t) teilt, der eine Funktion der durch den Gleit-Taktgenerator 13 definierten Zeit ist. In einem derartigen Fall ist die am Ausgang 24 erzeugte gebrochene Frequenzzahl

S = . Durch geeignete Programmierung der Zeitabhängigkeit des Wertes k(t) kann jede gewünschte Gleitcharakteristik erzielt werden.

In dem Tongenerator 15 werden Musiktöne erzeugt, indem die Amplituden Xo(qR) an aufeinanderfolgenden Abtastpunkten qR der Wellenform der Musik in Realzeit errechnet werden, und indem diese Amplituden, während die Rechnung durchgeführt wird, in Töne umgesetzt werden. Die Amplitude an jedem Abtastpunkt wird während eines regulären Zeitintervalls /, entsprechend der Beziehung

^sin

(6)

errechnet. Hierin ist q eine Unabhängige, die in jedem Zeitintervall t_x um eine Stufe erhöht wird, der Wert M = I, 2, 3, ... IV repräsentiert die Ordnung der auszuwertenden Fourier-Komponente F'", C_n ist ein Koeffizient für die relative Amplitude der &eegr;-ten Komponente, und R ist die oben schon genannte Frequenzzahl, von der die Periode oder Grund frequenz der erzeugten Wellenform abhängt. Die Zahl W der Fourier-Komponenten, die in jeder Amplitudenberechnung einer Wellenform enthalten ist, hängt von der jeweiligen Konstruktion ab. W = 16 Komponenten benötigt man jedoch für eine gute Synthese von Orgeltönen.

In dem Tongenerator 15 (Fig. 2) werden die einzelnen Fourier-Komponenten F"" in aufeinanderfolgenden Rechenzeitintervallen t_cpl bis t_cpi6, die von einem Taktgeber 31 und einem Zähler 32 erzeugt werden, einzeln ausgewertet. Die Fourier-Komponenten werden in einem Akkumulator 33 summiert. Auf diese Weise stellt der Inhalt des Akkumulators 33 am Ende eines jeden Rechenzeitintervalls t_x die Wellenformamplitude X_a(qR) für den momentanen Abtastpunkt qR dar.

An einer Leitung 34 wird ein Zeitimpuls /, erzeugt, indem der Impuls f_cf,₁₆ des letzten Rechenintervalls in einer Verzögerungsschaltung 35 verzögert wird. Durch das Auftreten des (,-Impulses wird der Inhalt des Akkumulators 33 über ein Tor 36 in einem Digital-Analog-Konverter 37 gegeben. Der Akkumulator 33 wird dann zur Vorbereitung der Summierung der Fourier-Komponenten des nächsten Abtastpunktes gelöscht, mit deren Berechnung unverzüglich begonnen wird.

Der Digital-Analog-Konverter 37 gibt an das Tonsystem 11 eine Spannung, die der soeben berechneten Wellenformamplitude entspricht. Da diese Berechnungen in Realzeit ausgeführt werden, hat die von dem Konverter 39 gelieferte Analogspannung für das Musiksignal eine Wellenform, deren Grundfrequenz von der momentanen Frequenzzahl /?_(n,_Omcnt)> ^{die über} Leitung 14 zugeführt wird, abhängt.

Zu Beginn eines jeden Rechenintervalls t_x wird die Frequenzzahl J?_(momcM) über ein Tor 38 zugeführt, und dem vorherigen Inhalt eines Notenintervalladdierers 39 hinzuaddiert. Auf diese Weise stellt der Inhalt des Addierers 39, der über eine Leitung 40 zugeführt wird, den Wert (qR) dar. der den soeben ausgewerteten Abtastpunkt der Wellenform bezeichnet. Vorzugsweise ist der Notemntervalladdierer 39 im »modulo 2 W«- System ausgebildet, wobei W die höchste von dem

System 15 ausgewertete Ordnung der Fourier-Komponenten ist.

Jeder der Rechenzeitimpulse r^, bis /^₁₆ wird über ein ODER-Tor 42 einem tor 43 zugeführt. Dieses Tor 43 liefert den Wert qR zu einem Addierer 44 für Harmonischenintervalle, der am Ende eines jeden Amplitndenberechnungsintervalls t gelöscht wird. Auf diese Weise werden die Inhalte des Addierers 44 für die Harmonischen-Intervalle in jedem Rechenzeitintervall

t_cp] bis t_cpi6 um Eins erhöht, so daß der Inhalt des Addierers 44 die Größe (nqR) repräsentiert. Dieser Wert steht an Leitung 45 an.

Ein Adressendekoder 46 entnimmt einer Sinustabelle

47 den Wert sin -m- nqR entsprechend dem Argument

nqR an Leitung 45. Die Sinustabelle 47 kann beispielsweise ein Festwertspeicher sein, in dem die Werte von

sin -&psgr;-Φ für 0

Φ *£ -&tgr;~&iacgr;&eegr;

Intervallen von D

speichert sind, wobei D als die Auflösungskonstante des Speichers bezeichnet wird.
Bei einer derartigen Anordnung wird der Wert

sin -yj- qR während des ersten Rechenintervalls t_cpi einer Leitung 48 zugeführt. Während des nächsten Intervalls T_cp2 steht der Wert sin -&psgr;- IqR an Leitung

48 an. Auf diese Weise wird der Wert sin
aus

der Sinustabelle 47 für eine spezielle Komponente w-ter Ordnung, die durch den Zeitintervallausgang des Zählers 32 angegeben wird, erzeugt.

In einem Speicher 49 für Harmonischen-Koeffizienten ist eine Gruppe von Harmonischen-Koeffizienten C_n gespeichert. Wenn jeweils ein Sinuswert an Leitung 48 geliefert wird, wird der Hannonischen-Koeffizient C_n für die entsprechende Komponente /j-ter Ordner aus dem Speicher 49 durch eine Adressensteuerschaltung 50 herausgegriffen, die die Rechenzeitimpulse t_cpl bis f_cpl6 erhält. Der Sinuswert von Leitung 48 wird mit dem erhaltenen Koeffizienten C_n in einem Multiplizierer 51 für die Amplitude der Harmonischen multipliziert. Das Produkt, das dem Wert der gegenwärtig ausgewerteten Fourier-Komponente F"' entspricht, wird über Leitung 52 dem Akkumulator 33 zugeführt. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Gruppen von Fourier-Komponenten während aufeinanderfolgender Rechenintervalle t_x ausgewertet. Durch Akkumulierung dieser Komponenten und durch Umwandlung in analoge Wellenformen durch den Konverter 37 werden die gewünschten Töne erzeugt.

Die in dem Speicher 17 gespeicherten Frequenzzahlen werden den Nominal-Grundfrequenzen der von dem Tongenerator 15 erzeugten Töne, dem Rechenzeitintervall t_x und der Anzahl der Amplitudenabtastpunkte N für die von der Orgel erzeugten Töne mit der höchsten Grundfrequenz f_H zugeordnet. Wenn beispielsweise die Frequenzzahl R für einen solchen Ton mit der höchsten Frequenz als Einheit ausgewählt wird, dann werden mit einem gegebenen Rechenzeitintervall

^fx = die Amplituden von exakt N Abtastpunkten

für diese Note errechnet.

Die Werte R für Noten niedrigerer Frequenzen können leicht ermittelt werden, wenn man weiß, daß das Frequenzverhältnis von zwei benachbarten Noten in einer gleichmäßig temperierten Tonleiter Vl ist.

In der folgenden Tabelle II sind an einem Beispiel die Frequenz, die Frequenzzahl R und die Nummer der Abtastpunkte pro Periode für jede Note in Oktave sechs aufgelistet. Die Note C₇ (die Taste des C in Oktave 7) ist die Note mit der höchsten Grundfrequenz des Tongenerators 15 und erhält daher die Frequenzzahl R einer Einheit. Bei diesem Beispiel werden TV = 2 W = 32 Abtastpunkte für die Note C₇ berechnet. Dieser Wert von N liefert ein zufriedenstellendes Ergebnis für eine exakte Synthese des Klanges einer Orgelpfeife oder der meisten anderen Musikinstrumente.

Tabelle	II	Frequenz	R	Anzahl der
Note			Abtastpunkte
	(Hz)		pro Periode
	2093,00	1,0000	32,00
C₇	1975,53	0,9443	33,90
B₆	1864,66	0,8913	35,92
A»	1760,00	0,8412	38,06
A₆	1661,22	0,7940	40,32
G_w	1567,98	0.7494	42,72
G₆	1479,98	0,7073	45,26
F_t6	1396,91	0,6676	47,95
F₆	1318,51	0,6301	50,80
E₆	1244,51	0,5947	53,82
ö_#6	1174,66	0,5613	57,02
D₆	1108,73	0,5298	60,41
Q₆	1046,50	0,5000	64,00
Q

Aus der obigen Tabelle II geht hervor, daß die Grundfrequenz des erzeugten Tones der Frequenzzahl ^(moment)' die über Leitung 14 zum Tongenerator 15 geliefert wird, proportional ist. Bei Verwendung in Verbindung mit einer Gleit-Schaltung 10 der Fig. 2 wird daher automatisch jedesmal ein Gleiteffekt erzeugt, wenn einer der Tastenschalter 12 zum Spielen einer Note gedrückt ist.

Slalom-Gleiteffekt

Ein Slalom-Gleiteffekt wird mit der Schaltung 55 nach Fig. 3 erzeugt. Bei der dargestellten Ausführungsform beginnt das Gleiten etwa einen Halbton tiefer in der Frequenz als der nominale Grundton der an den Tastenschaltern 12 ausgewählten Note. Der Ton gleitet in der Frequenz aufwärts durch den richtigen Grundton hindurch bis auf eine Frequenz, die etwa einer. Halbton oberhalb der ausgewählten Note liegt. Dann verringert sich die Frequenz wieder, bis der richtige Grundton erreicht ist. Das Gleiten endet und die Tonerzeugung wird mit der richtigen Grundfrequenz, die durch die aus dem Frequenzzahlspeicher 17 kommende Frequenzzahl R vorgegeben ist, fortgesetzt, wenn der Tastenschalter 12 losgelassen wird.

Um den Slalom-Gleiteffekt zu beginnen, wird der »Gleitstart«-Impuls auf Leitung 21 gegeben, wodurch die ausgewählte Frequenzzahl R von einer Leitung 18 in ein Schieberegister 56 eingegeben wird, das dem Schieberegister 2 der Ausführungsform nach Fig. 2 entspricht. Wie bei jenem Ausführungsbeispiel wird der Wert R in eine Position des Registers 56 eingegeben, die um m = 4 Stellen nach rechts geschoben ist. Dies bedeutet, daß das höchstwertige Bit der Frequenzzahl R in die fünfte Schieberegisterstelle 56-5 eingegeben wird. Wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel wird der

Wert S = -&psgr;- über Leitung 24' von dem Schieberegister 56 zu der Komplementschaltung 27' geliefert, die zusammen mit dem Addierer 28' die Mischschaltung 27', 28' bildet.

Gemäß Fig. 3 enthält die Komplementärschaltung 27' eine Reihe von Exklusiv-ODER-Toren 27-1 bis 27-;,

von denen jedes mit einem Eingang an die entsprechende Schieberegisterstelle 56-1 bis 56-/ angeschlossen ist. Der Wert/ ist gleich der Anzahl von Bits in der von dem Frequenzzahlspeicher 17 kommenden Frequenzzahl R.

Jedes Tor 27-1 bis 27-/ wird von einem »Komplemente-Signal gesteuert, das über Leitung 57 von dem »!.«-Ausgang einer Kippstufe 58 in dem »Gleit-Start«- Signal an Leitung 21 in den »1«-Zustand gesetzt wird. Daher ist während des Beginns bei ansteigender Frequenz des Gleitens das Signal an Leitung 57 hoch. Als Folge davon liefern die Tore 27-1 bis 27-/ an ihren Ausgängen ein Signal, das das Einerkomplement der in den Stellen 56-1 bis 56-/ des Registers 56 enthaltenen Zahl darstellt. Diese Ausgangssignale werden dem Addierer 28' zugeführt. Das »Komplement«-Signal von Leitung 57 wird dem Übertrag-Eingang des Addierers 28' zugeführt. Das Übertrag-Eingangs-Signal und die Ausgangssignale der Tore 27-1 bis 27-/ bilden zusammen das Zweierkomplement des Inhaltes von Schieberegister 56. Dieser Wert wird mit der über Leitung 18 von dem Addierer 28' kommenden Frequenzzahl R summiert, um den Wert R' = R-S zu erhalten. Dieser Wert R' wird von dem Addierer 28' über die Leitung 14 dem Tongenerator 15 als momentane Frequenzzahl K_(momcnl) zugeführt.

In der Anfangsphase, während des ansteigenden Frequenzteiles des Gleiteffektes, wird der Wert R jedesmal um eine Position in dem Schieberegister 56 nach rechts geschoben, wenn der Gleit-Taktgenerator 13 einen Taktimpuls 25 (Fig. 1) über ein aufgesteuertes UND-Tor 78 an Leitung 26' liefert. Zu diesem Zweck ist eine Kippstufe 59 für die Schiebesteuerung vorgesehen, die zu Beginn des Gleiteffektes in den »O«-Zustand gesetzt wird und über ihren »O«-Ausgang ein Öffnungssignal über Leitung 60 an das UND-Tor 61 liefert. Die Gleit-Taktimpulse werden dem »Rechts-Schiebe«-Eingang des Registers 56 über Leitung 62 zugeführt. Der Gleittaktgenerator 13 und das Schieberegister 56 bilden die Inkrementschaltung 13, 56 zur Erzeugung der Frequenzabweichung.

Das Schieberegister 56 besitzt &khgr; = 2/ Stellen so daß, wenn die R-Zah\ nach rechts geschoben wird, Bits mit niedrigerem Stellenwert nicht verloren werden, sondern in den Registerstellen 56—(j+1) bis 56-* gespeichert werden. Natürlich wird jedesmal, wenn das Register 56

nach rechts geschoben wird, ein kleinerer Wert S -^- an den Ausgang 24' der Inkrementschaltung 13, 56 gelegt, da jede Verschiebung nach rechts den Wert m um Eins erhöht. Als Folge davon verkleinert sich der Wert R' = R-S, der vom Addierer 28' geliefert wird, und die erzeugte Frequenz steigt näher an den nominellen Grundton der ausgewählten Note an.

Der Wert m wird in einem Zähler 63, in den der Anfangswert m = 4 (d. h. binär 0100) bei Auftreten des »Gleit-Start«-Signals an Leitung 20 eingegeben wird, aufrechterhalten Per Inhalt m = 4 des Zählers 63 führt dazu, daß an einer Leitung 64 ein Signal erzeugt wird, durch das die Kippstufe 59 für die Schiebesteuerung anfangs in den »0«-Zustand geschaltet wird. Zu diesem Zweck werden die Inhalte der Zählerstellen 63-1, 63-2 und 63-4 über entsprechende Inverter 65-1, 65-2 und 65-4 an drei von vier Eingängen eines UND-Tores 66 gelegt. Der Inhalt der Zählerstelle 63-3 wird dem verbleibenden Eingang des UND-Tores 66 direkt zugeführt.

Die Schaltungselemente 59, 63, 66, 69 bewirken während des Gleitens eine abwechselnde Verkleinerung und Vergrößerung des Wertes k(t). Wenn die Kippstufe 59 für die Schiebesteuerung im »0«-Zustand ist, wird über Leitung 67 ein »tief«-Signal dem Auf/Ab-Steuereingang des Zählers 63 zugeführt. Hierdurch wird der Zähler 63 in den Aufwärts-Zählzustand versetzt, so daß jeder Zeitimpuls vom Taktgenerator 13 den Zählerinhalt erhöht. Wenn das Register 56 auf diese Weise nach rechts verschoben wird, enthält der Inhalt des Zählers

&iacgr;&ogr; 63 den Momentan wert m.

Die Frequenz des erzeugten Tones erreicht zuerst den nominellen Grundton der ausgewählten Note, ohne daß der Gieiteffekt dadurch beendet würde. Statt dessen schaltet Schaltung 55 auf einen Modus, in welchem der rationale Bruch S = mit der Zeit ansteigt und zu

der ausgewählten Frequenzzahl R hinzuaddiert wird. Hierdurch steigt der erzeugte Ton in seiner Frequenz über den nominellen Grundton hinaus an.

Der Übergang von einem Modus in den anderen erfolgt, wenn m = 16 ist. Dies führt zur Erzeugung eines Ausgangssigr.als an einer Leitung 68, die an den Ausgang eines UND-Tores 69 mit vier Eingängen geschaltet ist. Die Eingänge des UND-Tores 69 sind mit den Ausgängen der Zählerstellen 63-1 bis 63-4 verbunden. Das Signal an Leitung 68 wird über ein UND-Tor 70, das von dem »1«-Ausgang der Kippstufe 58 aufgesteuert wird, dem Setz-Eingang j der Kippstufe 59 für die Schiebesteuerung zugeführt. Die Kippstufe 59 schaltet in den »1«-Zustand, um die Gleit-Taktimpulse vom Taktgenerator 13 über ein UND-Tor 71 und eine Leitung 72 dem »Links-Schiebe«-Steueranschluß des Schieberegisters 56 zuzuführen. Das »hoch«-Signal vom »1«- Ausgang der Kippstufe 59 veranlaßt den Zähler 63, von seinem gegenwärtigen Stand von m = 16 aus abwärtszuzählen.

Jeder Gleit-Taktimpuls 25 veranlaßt nun eine Verschiebung des Wertes R, den in den Schieberegisterstellen 56 —0+1) bis 56-* gespeichert war, in dem Register 56 nach links. Auf diese Weise erhöht sich der Wert

R R

S — -yk ^von dem Anfangswert S = -&psgr;&iacgr;~, in dem Maße,

wie m sich. Diese Werte von S werden nun der Frequenzzahl R hinzugefügt. Zu diesem Zweck wird durch das Auftreten des Signals m = 16 an Leitung 68 die Kippstufe 58 in den »0«-Zustand geschaltet, so daß das »Komplement«-Signal an Leitung 57 beendet wird, Hierdurch arbeiten die Exklusiv-ODER-Tore der Komplementschaltung 27' nicht mehr als Komplementoren, sondern lassen das Ausgangssignal S vom Schieberegister 56 direkt zum Addierer 28' durch. Dabei wird die Summe R' = R+S über die Leitung 14 vom Addierei 28' zu dem zugehörigen Tongenerator geliefert. Di« Frequenz des erzeugten Tones verringert sich weiterhin Eventuell, wenn der Wert schrittweise bis auf m = ^L heruntergegangen ist, liegt die erzeugte Frequenz etwi einen Halbton unterhalb des nominellen Grundtone! der ausgewählten Note. Die Schaltung 55 bewirkt dann daß die Frequenz sich so weit verringert, bis der nomi nelle Grundton wieder erreicht ist. Dies geschieht durct Schieben des Inhaltes des Schieberegisters 56 nact rechts, wodurch man abfallende Werte von S erhält, dii der Frequenzzahl R in dem Addierer 28' hinzuaddier werden.

Die Bedingungen für einen solchen Wert sind gege ben, wenn der Inhalt des Zählers 63 den Wert m = ^L erreicht. Das resultierende Signal an Leitung 64 setz die Kippstufe 59 für die Schiebesteuerung in den »0«

Zustand, so daß das Register 56 nach rechts verschoben wird und der Zählerstand des Zählers 63 erhöht wird. Die Kippstufe 58 bleibt im »O«-Zustand, so daß an Leitung 57 kein »Komplement«-Signal erscheint und daher die Komplementschaltung 27' den Wert S nicht komplementiert, sondern ihn unverändert an den Addierer 28' weitergibt. Das Signal an Leitung 64 wird ferner über ein UND-Tor 73, das von dem »1«-Ausgang der Kippstufe 59 gesteuert wird, dem Setzeingang S einer Kippstufe 74 zugeführt, um diese in den »1«- Zustand zu versetzen, wodurch die Beendigung des Slaloingleitens vorbereitet wird, wenn der richtige Grundton erreicht ist.

Das Slalomgleiten endet, wenn der Wert m = 16 ist. Zu dieser Zeit nähert sich der von dem Ausgang 24' der Inkrementschaltung 13 gelieferte Wert S dem Wert Null, so daß das Ausgangssignal R' = R+S von Addierer 28' sich der Frequenzzahl /? der ausgewählten Note annähert. Der Wert wird exakt gleich R, wenn die Bit-Zahl in jeder in dem Frequenzzahlspeicher 17 gespeicherten Frequenzzahl gleich oder kleiner ist als ;', so daß, wenn m = 16 ist, die Inhalte der Schieberegisterstellen 56-1 bis 56/ sämtlich Null sind.

Wenn m = 16 ist, wird das Signal an Leitung 68 hoch. Da die Kippstufe 74 im »1 «-Zustand ist, wird an dem »1«-Ausgang und an Leitung 75 ein Hoch-Signal erzeugt. Auf diese Weise steht an beiden Eingängen eines NAND-Tores 76 Hocl -Signal, wodurch der mit einer Leitung 77 verbundene Ausgang dieses Tores auf Tief-Signal geht. Hierdurch wird das UND-Tor 78 gesperrt, so daß keine &ngr; eiteren Taktimpulse 25 zum Zähler 63 oder zum Schieberegister 56 gelangen können. Das Gleiten endet und die Tonerzeugung wird mit dem nominellen Grundton der ausgewählten Note fortgesetzt. Zu Beginn des nächsten Gleitens, wenn eine neue Note gespielt wird, setzt das »Gleit-Start«-Signal an Leitung 21 die Kippstufe 74 in den »((«-Zustand zurück, so daß das Potential an Leitung 75 heruntergeht. Dadurch geht das Potential an Leitung 77 hoch und öffnet das UND-Tor 78, so daß die Gleit-Taktimpulse 25 an das Schieberegister 56 und den Zähler 63 weitergegeben werden.

Portamento

Die Schaltung 80 nach Fig. 4 erzeugt einen Portamento-Effekt, bei dem der erzeugte Ton von der Nominalfrequenz der vorher gespielten Note auf die Nominalfrequenz einer neuen, an einem der Tastenschalter 12 ausgewählten Note gleitet. Das Portamento erfolgt in Stufen, die einem festen Anteil (Prozentsatz) der Frequenz des momentan erzeugten Tones proportional sind.

Zu diesem Zweck wird in der Schaltung 80 die augenblickliche Frequenzzahl Ä_(moment) dem zugehörigen Tongenerator 15 von einem Akkumulator 81 über eine Leitung 14' und ein UND-Tor 90 zugeführt. Wenn der Musiker eine Taste losläßt, bleibt die Frequenzzahl der lftt7tp.n Nntp im Akkunnilstor 81 s!s Anfän^swsrt von ß(moment) erhalten. Bei der Auswahl einer neuen Note werden die Inkrementell^ der Frequenzzahl, die durch die Gleichung

ser subtrahiert), bis die Frequenzzahl Ä_(ncu) der neuen Note erreicht ist. Danach wird die Tonerzeugung mit dem nominellen Grundton der neuen Note fortgesetzt. Die Inkremente AR werden in Zeitintervallen erzeugt, Die durch einen Portamento-Taktgeber 82 vorgegeben sind.

Wenn ein neuer Tastenschalter 12 ausgewählt worden ist, wird die entsprechende Frequenzzahl A_(ncu), die aus dem Frequenzzahlspeicher 17 ausgelesen wird, mit dem

&iacgr;&ogr; Wert Ä(_momCni). der gegenwärtig im Akkumulator &&Idigr; vorhanden ist, verglichen. Wenn /?_(nei0 < R_{momcm) ist, erzeugt ein Komparator 83 ein Signal an Leitung 84, das veranlaßt, daß die Schaltung 80 die Inkremente AR von /?_(monKnl) abzieht. Wenn umgekehrt die neue Note in der Frequenz höher ist als die vorherige, erscheint an Leitung 84 kein Signal und die Inkremente AR werden zu Ä_(n,_omc&ldquor;.) hinzuaddiert.

Um den Wert AR zu erhalten, wird die augenblickliche Frequenzzahl R_(momcM), die in dem Akkumulator 81

gespeichert ist, durch die Konstante K in einer in der Inkrementschaltung 82, 85, 87, 88 enthaltenen Divisionseinrichtung 85 geteilt. Der dem Wert AR entsprechende Quotient wird über die Leitungen 86 einer Gruppe von Exklusiv-ODER-Toren 87 zugeführt. Jedes der Tore 87 erhält an einem Eingang das Signal der Leitung 84. Wenn daher die Frequenz der neuen Note niedriger ist als die der zuletzt gespielten Note, so daß das Signal an Leitung 84 »hoch« ist, arbeiten die Tore 87 als Komplementärschaltung. Wenn dagegen R(&ldquor;_CU) < K(momcm) ist, ist das Signal an Leitung 84 »tief«, so daß die Tore 87 das Inkrement AR unverändert durchlassen.

Die Mischschaltung besteht aus dem Akkumulator 81, dem Taktgeber 82 und einem Tor 88. Jeder Taktimpuls des Portamento-Taktgebers 82 öffnet das Tor 88, das die Ausgänge der Tore 87 mit dem Akkumulator 81 verbindet. Wenn das Signal an Leitung 84 »tief« ist, bewirkt jeder Taktimpuls des Taktgebers 82, daß der Inkrementwert AR (s. Gleichung 7) von der Divisionseinrichtung 85 zum Akkumulator 81 geleitet wird, wo zu dem vorherigen Akkumulatorinhalt hinzuaddiert wird.

Daraus folgt, daß die momentane Frequenzzahl, die

dem Tongenerator 15 zugeführt wird, gleich dem Wert fymomcni) im Akkumulator 81 vor dem Auftreten des letzten Portamento-Taktimpulses plus einem Inkrement AR gleich dem letzten Wert von R_(momcM) geteilt durch K ist. Während aufeinanderfolgender Portamento-Taktintervalle werden zusätzliche Inkremente AR dem Inhalt des Akkumulators 81 hinzuaddiert. Die Inkremente haben sämtliche unterschiedliche Werte, da jedes Inkrement von einem unterschiedlichen Wert von /?_(momenl) berechnet wird.

Wenn die neue Note eine niedrigere Grundfrequenz hat als die vorhergehende Note, ist das Signal an Leitung 84 »hoch« und die Tore 87 arbeiten als Komplementschaltung. Das Signal an Leitung 84 wird ferner dem »Übertrag«-Eingang des Akkumulators 81 zugeführt. Daher bewirkt jeder Portamento-Taktimpuls,

AR =

gegeben sind, der augenblicklich im Akkumulator 81 gespeicherten Frequenzzahl hinzuaddiert (oder von die-

des Akkumulators 81 hinzuaddiert wird. Dies ist der Subtraktion des Wertes AR von dem Wert /?_(mol&ldquor;_c&ldquor;i) in dem Akkumulator 81 äquivalent. Der Akkumulator 81 liefert auf diese Weise an den Tongenerator 15 eine neue momentane Frequenzzahl, deren Wert niedriger ist als der der vorherigen Frequenzzahl.

Nach dem Spielen einer Note, jedoch vor der Auswahl der nächsten Note, verbleibt die vorherige Frequenzzahl in dem Akkumulator 81. Da jedoch kein

Tastenschalter 12 gedrückt ist, wird dem ODER-Tor 89 kein Eingangssignal zugeführt. Infolgedessen ist das Signal am Ausgang des Tores 89 »tief«, wodurch das UND-Tor 90 gesperrt wird. Die Frequenzzahl Ä(_momeiu) im Akkumulator 81 wird dem Tongenerator 15 nicht zugeführt und die Notenerzeugung wird unterdrückt. Sobald der nächste Tastenschalter geschlossen wird, wird über das ODER-Tor 98 ein Signal erzeugt, das das UND-Tor 90 öffnet und dadurch die Tonerzeugung () dem Tongenerator 15 über eine Leitung 113, ein steuerbares Tor 114 und ein ODER-Tor 115 sowie ein UND-Tor 116 zugeführt. Das UND-Tor 116 ist steis dann geöffnet, wenn einer der Tastenschalter 12 gedrückt ist. Das Tor 114 ist während der Portamento-Erzeugung durch den »1«-Ausgang einer Kippstufe 117 geöffnet, die beim Auftreten eines »Portamentostart«- Signals an Leitung 106 gesetzt wird.

Das Portamento endet, wenn die gegenwärtige Fre-

einleitet. Das Portamento beginnt bei derjenigen Fre- io quenzzahl den Wert der neuen Frequenzzahl

quenz, die durch den zuvor im Akkumulator 81 erhaltenen Wert ii(_momcn,) bestimmt ist.

Auf diese Weise bewirkt die Schaltung 80 der Fig. 4, daß jede Note vom Grundton der zuvor gespielten Note

erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kippstufe 117 in den »O«-Zustand zurückversetzt. Als Folge davon wird das Potential am »1«-Ausgang »tief«, wodurch Tor 114 _ . gesperrt wird. Der Wert /?_(momcnI) des Addierers 111

aus zu demjenigen der neu ausgewählten Note gleitet. 15 wird nun nicht mehr dem Tongenerator 15 zugeführt.

Das Portamento findet nicht in den gleichen Stufen, Statt dessen wird die neue Frequenzzahl R_(ncu) von

sondern in Inkrementen AR (Gleichung 7) statt, die von ' ■ "" ' "" --... . _ — .

der jeweils momentanen Frequenzzahl abhängen.

Daher ändert sich der erzeugte Ton in seiner Frequenz

durch unterschiedliche Inkrementwerte in jeder Stufe

des Portamentos.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird ein Portamento-Effekt erzeugt, bei dem die Frequenz in jeder Stufe um einen gleichen Betrag AR' erhöht wird, der durch die Gleichung

— "(neu! "fvorhcrl

(8) Leitung 97 dem Tongenerator 15 über ein Tor 119, ein ODER-Tor 115 und ein UND-Tor 116 sowie die Leitung 14 zugeführt. Das Tor 119 wird von dem »0«- Ausgang der Kippstufe 117 über Leitung 120 geöffnet.

Die Tonerzeugung wird mit der exakten Nominalfrequenz des ausgewählten Tones fortgesetzt. Durch Zurücksetzen der Kippstufe 117 wird eine monostabile Kippstufe 12 getriggert, die bewirkt, daß dei Wert fl_(ncu) von Leitung 97 in das Schieberegister 96 eingegeben wird, wo er zur Verwendung bei dem nächstfolgenden Portamento-Effekt gespeichert wird.

Ein Komparator 123 dient dazu, zu ermitteln, wann die gegenwärtige Frequenzzahl im Addierer 111 an die Leitung 97 anstehende neue Frequenzzahl erreicht hat. Wenn der Grundton der neuen Note höher ist als derjenige der vorhergehenden Note, ist das Vorzeichensignal an Leitung 100 »hoch«, wodurch ein NAND-Tor 124 vorbereitet wird. Während der Portamento-Erzeu-

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gegeben ist, wobei Ä_(ncu) und Ä_(vorher) jeweils die Frequenzzahlen der neuen und der vorher ausgewählten Note sind.

Zur Erzeugung des Portamento-Inkrementes AR'
wird die der zuletzt gespielten Note entsprechende Frequenzzahl
R_(varhCT) in einem Speicherregister 96 (Fig. 5) 35 gung beginnt der Wert fl_(n,_oracnt) bei einem Wert untergespeichert. Von ihr wird die Frequenzzahl Ä_(ncu) sub- halb /?_(neu), so daß der Ausgang des Komparators 123 an trahiert, die über eine Leitung 97 von dem Frequenz- " ' """ " Zahlspeicher 17 geliefert wird, wenn der neue Tasten

schalter 12 gedrückt ist. Die Subtraktion wird in einem Leitung 125 »tief« liegt. Sobald jedoch K_(raomenl) schrittweise auf einen Wert gebracht worden ist, der geringfügig über Ä_(ncu) liegt, erzeugt der Komparator 123 ein

Subtrahierer 98 durchgeführt, der den Unterschied mit 40 »hoch«-Sigiial an Leitung 125. Da beide Eingänge des

dem entsprechenden Vorzeichen errechnet und diese Werte über Leitungen 99 und 100 einer Divisionseinrichtung 101 zuführt, die durch K teilt. Der von der Divisionseinrichtung 101 an Leitung 102 erzeugte Quotient entspricht dem Wert AR' (s. Gleichung 8).

Die Portamento-Inkremente AR' werden in einem Akkumulator 103 algebraisch addiert. Der Akkumulator 103 wird zu Beginn des Portamento-Betriebes gelöscht. Wenn der neue Tastenschalter 12 geschlossen wird, wird über ein ODER-Tor 1043 eine monostabile Kippstufe 105 und eine Leitung 106 der »Lösch«-Eingang des Akkumulators 103 aktiviert. Danach wird das Tor 108 von jedem Taktimpuls 1 des Portamento-Taktgebers 107 geöffnet, wodurch das Inkrement AR' von der Ausgangsleitung 102 der Divisionseinrichtung dem Akkumulator 103 zugeführt wird, wo es dem bisherigen Akkumulatorinhalt algebraisch hinzuaddiert wird. Auf diese Weise repräsentiert in jeder Stufe des Portamenios der iiihaii i_AR' des Akkumulators 103 die gesamte Änderung der Frequenzzahl seit Beginn des Portamen- &ohgr; tos.

Dieser Wert Y₁AR' wird über Leitung 110 einem Addierer 111 zugeführt, wo er der vorherigen Frequenzzahl /?,v&ldquor;rher) die über eine Leitung 112 vom Spei-NAND-Tores 124 »hoch« liegen, wird sein Ausgang »tief«, wodurch der Ausgang eines weiteren NAND-Tores 126 »hoch« wird. Das Signal an Leitung 127 setzt die Kippstufe 117 zurück und beendet dadurch das Portamentointervall.

Wenn umgekehrt der neue Grundton in seiner Frequenz niedriger ist als die vorherige Note, dann ist das Vorzeichensignal an Leitung 100 »tief«. Das NAND-Tor 124 wird gesperrt. Das »Tief«-Signal an Leitung 100 wird durch einen Inverter 128 invertiert und öffnet das NAND-Tor 129. Während der Portamento-Erzeugung fällt der Wert R_(mmaa) ab. Sobald dieser Wert geringfügig kleiner wird als R₍&ldquor;_cll), erzeugt der Komparator 123 ein »Hoch«-Signal an Leitung 130, die zum NAND-Tor 129 führt. Der Ausgang des Tores 129 wird »tief«, wodurch das NAND-Tor 126 ein »Hoch«-Signal abgibt und die Kippstufe 117 rücksetzt. Auf diese Weise wird die Portamento-Erzeugung beendet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 endet das Portamento, wenn die gegenwärtige Frequenzzahl im Akkumulator 81 etwa gleich /?_(ncu) ist. Das letzte während des Portamentos in den Akkumulator 81 hinein addierte oder subtrahierte Inkrement bewirkt eine Zustandsänderung des Signals an Leitung 84. Danach

cherregister 96 zugeführt wird, hinzuaddiert wird. Die 65 addiert und subtrahiert die Schaltung 80 Inkremente,

von dem Addierer 111 erzeugte Summe entspricht der von denen jedes gleich R_(m^K ist, zu oder von der

gegenwärtigen Frequenzzahl /?₍,_numt._nll. laufenden Frequenzzahl im Akkumulator 81. Der dem

Während des Portamento-Intervalls wird der Wert Tongenerator 15 zugeführte Wert R,_mon,_cm) gleicht den

Weü Ä_(neu) nicht genau aus, sondern ist entweder
»eringfügig höher oder tiefer als dieser Wert. Eine
solche geringfügige Frequenzänderung wird von einer
Person, die den erzeugten Ton mit dem nominellen
jrundton der ausgewählten Note hört, nicht wahr-
;enommen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Musikinstrument mit mindestens einer Tastatur mit elektrischen Tastenschaltern, denen in einem Frequenzzahlspeicher jeweils digitale Frequenzzahlen zugeordnet sind, mit einer an den Frequenzzahlspeicher angeschlossenen, als Addierer oder Subtrahierer ausgebildeten Mischschaltung zur Modifizierung der Frequeuzzahl des jeweils zu erzeugenden Tones durch ein durch Taktsignale veränderbares Signal und mit einer Rechenschaltung, die die durch Betätigung der Tastenschalter abgerufenen und anschließend von der Mischschaltung modifizierten Frequenzzahlen in Wellenformen der zu erzeugenden Töne umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Gleiteffektes, bei dem der Ton mit gegenüber der ausgewählten Note zu hoher oder zu niedriger Frequenz beginnt, um nachfolgend auf die Nominalfrequenz zu gleiten,

a) zur Erzeugung des durch Taktsignale veränderbaren Signals eine Inkrementschaltung (13, 23; 13, 56; 82, 85, 87, 88; 96, 98, 101, 107, 108) vorgesehen ist, die zu der Frequenzzahl R einer gedrückten Taste eine mehrstellige zeitlich veränderliche gebrochene Frequenzzahl erzeugt, deren Wert sich durch die Taktimpulse während der Erzeugung des Gleiteffektes in Inkrementen, deren Größe von der Frequenzzahl abhängt, vergrößert oder verkleinert,

b) die Inkrementschaltung eine Divisionseinrichtung (23; 56; 85; 101) enthält, die die Frequenz-

^Zahl («'" «,&ldquor;,omen.)); «(ne_U) -«(vorher)) ^{durch einen}

Wert (k(t); K) teilt, und an deren Ausgang (24) die gebrochene Frequenzzahl (R/k(t); R/K; («(neu)-«(vorher))^) ^efZeUSt ™rd Und

c) die Inkrementschaltung an eine Schaltung angeschlossen ist, die die Modifizierung der Frequenzzahl R beendet, wenn die gegenwärtige modifizierte Frequenzzahl (&Lgr;, _enl)) im wesentlichen gleich der durch Betätigung der Taste abgerufenen Frequenzzahl R geworden ist.

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2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Divisionseinrichtung (23; 56) die aus dem Frequenzzahlspeicher (17) ausgegebene Frequenzzahl (R) durch einen mit der Zeit austeigenden oder mit der Zeit abfallenden Wert (k(t)) geteilt wird.

3. Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionseinrichtung als Schieberegister (23; 56) ausgebildet ist, das die durch Drücken einer Taste aufgerufene Frequenzzahl R aufnimmt und das von Taktimpulsen, die von einem Gleitaktgenerator (13) erzeugt werden, fortgeschaltet wird, so daß zu jedem Zeitpunkt k(t) = 2_m ist, wobei m die Anzahl der dem Schieberegister seit dem Eingeben der Frequenzzahl zugeführten Takt- &ohgr; impulse ist, durch die die Frequenzzahl R jeweils in dem Schieberegister verschoben wurde.

4. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Slalom-Gleiteffektes, bei dem die Frequenz des erzeugten Tones zunächst während eines ersten Teiles der Gleittonerzeugung der Nominalfrequenz angenähert wird, dann während eines zweiten Teiles der Gleittonerzeugung über diese hinweggeht und anschließend während eines dritten Teiles der Gleittonerzeugung wieder zu der Norninalfrequenz zurückkehrt, in der Inkrementschaltung eine weitere Schaltung (59,63,66,69)vorgesehen ist, die den Wert k (t) abwechselnd während aufeinanderfolgender Teile der Gleittonerzeugung verkleinert und vergrößert, und daß eine Schaltung (27', 28', 58) vorgesehen ist, in der der Wert Rlk(t) der Divisonseinrichtung (56) zur Erzeugung der unterschiedlichen Teile der Gleittonerzeugung zu der Frequenzzahl (R) entweder hinzuaddiert oder von dieser subtrahiert wird.

5. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Portamentoeffektes, bei dein der erzeugte Ton, ausgehend von der Frequenz einer zuvor gespielten Note, auf die Nominalfrequenz der ausgewählten Note gleitet, in der Inkrementschaltung eine Divisionseinrichtung (85) zum Teilen der gegenwärtigen Frequenzzahl («(moment))' ^{die der} Grundfrequenz des gerade erzeugten Tones entspricht, durch eine konstante Binärzahl (K) vorgesehen ist, und daß die Mischschaltung einen Akkumulator (81), einen Taktgeber (82) und ein Tor (88) enthält, das das Ausgangssignal (Leitung 86) der Divisionseinrichtung (85), oder das Komplement des Ausgangssignals von einer Komplementschaltung (87), dem Akkumulator (81) zur Erhöhung von dessen Inhalt zuführt, so daß der sich dadurch ergebende Inhalt des Akkumulators (Leitung 14') die nächstfolgende gegenwärtige Frequenzen' («(&ldquor;&kgr;,™.)) darstellt.

6. Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (83) zum Vergleich des Wertes der gegenwärtigen Frequenzzahl («(mqmem)) ^des Akkumulators (81) mit der durch die gedrückte Taste aufgerufenen Frequenzzahl (/?_(neu)) und zur Beendigung der Portamento-Erzeugung dann, wenn die Differenz zwischen beiden zu vergleichenden Signalen einen Grenzwert unterschreitet, vorgesehen ist.

7. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Portamentoeffektes, bei dem beim Loslassen einer zuerst gedrückten Taste und Drücken einer neuen Taste die Frequenz des erzeugten Tones gleitend von der Fequenz der losgelassenen Taste auf diejenige der neuen Taste übergeht, in der Inkrementschaltung die folgenden Baugruppen hintereinander geschaltet sind:

ein Speicherregister (96), das jeweils die der losgelassenen Taste entsprechende Frequenz^zahl («(vorher)) speichert,

ein Subtrahierer (98), der die in dem Speicherregister (96) gespeicherte Frequenzzahl («(vorher)) ^{von der der neuen} Taste entsprechenden Frequenzzahl (&Lgr;_{(&Mgr;1&Igr;)}) subtrahiert, und einen Uifferenzwert (Leitung 99) bildet,
eine Divisionseinrichtung (101) zur Teilung des Differenzwertes durch eine Konstante (K) und ein von einem Taktgeber (107) gesteuertes Tor (108),

und daß die Mischschaltung einen Akkumulator (103) enthält, der mit der Ausgangsleitung (102) der Divisionseinrichtung (101) über das von den Taktimpulsen gesteuerte Tor (108) verbunden ist, und

uaß ein Addierer (111) den Inhalt (Leitung 110) des Akkumulators (103) zu der der losgelassenen Taste entsprechenden Frequenzzahl (R,_voAcii) zur Erzeugung der der neuen Taste entsprechenden Frequenz ^zahl (*(■««)) ^addiert·

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Musikinstrument (JA-OS 48/ 90217) wird die Grundfrequenz der zu erzeugenden Töne jeweils durch eine Frequenzzahl bestimmt, die der Frequenz der zu spielenden Note proportional ist. In dem Frequenzzahlspeicher ist für jede Note eine Frequenzzahl gespeichert. Beim Drücken einer Taste wird die betreffende Frequenzzahl mit einer bestir-mten Frequenz einem Akkumulator zugeführt und zu dessen Inhalt addiert. Das so gebildete Vielfache der Frequenzzahl wird zum Ansteuern eines Sinuswellenspeichers benutzt, in dem einzelne Amplitudenwerte einer Sinuswelle in diskreten Speicherstellen gespeichert sind. Ist die Frequenzzahl hoch, dann wird eine Periode der Sinuswellenform relativ schnell aus dem Sinuswellenspeicher ausgelesen, weil die Fortschaltung von einer Speicheradresse zur nächsten schnell erfolgt. Ist die Frequenzzahl dagegen niedrig, ist eine häufige Akkumulierung der Frequenzzahl erforderlich, um von einer Speicheradresse des Sinuswellenspeichers bis zur nächsten Speicheradresse zu gelangen. Bei dem bekannten Musikinstrument wird also stets diejenige Note gespielt, deren zugehörige Taste gedrückt ist.

Bei einer weiteren bekannten elektronischen Orgel (DE-OS 19 35 306) sind in einem Wellenformspeicher jeweils charakteristische Wellenformen für unterschiedliehe Orgelpfeifen in digitaler Form gespeichert. Das Ansteuern der Speicheradressen erfolgt mit einer solchen Geschwindigkeit, daß nach Umwandlung der aus dem Wellenformspeicher ausgelesenen Amplitudensignale in Analogsignale das dem ausgelesenen Signal entsprechende Tonsignal dieselbe Grundfrequenz wie der dem betätigten Tastenschalter zugeordnete Ton aufweist. Auch bei einer derartigen Orgel wird stets nur der Ton gespielt, dessen Taste gedrückt ist.

Ein bekanntes elektronisches Musikinstrument der eingangs genannten Art (US-PS 3 794 748) weist eine Mischschaltung in Form eines Registers auf, dem die durch eine gedrückte Taste vorgegebene digitale Frequenzzahl zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Mischschaltung dient zur Adressierung eines Wellenformspeichers, in dem Amplitudenwerte einer Periode eines oberwellenhaltigen Tonsignals gespeichert sind. Die Ansteuerung der Speicheradressen erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die von der Größe der Frequenzzahl abhängt. Die in der Mischschaltung enthaltene 14-stellige Frequenzzahl wird durch periodische Betätigung eines Schalters in ihrer Ii. Stelle durch Addition oder Subtraktion eines Bit verändert, so daß die modifizierte Frp.nnp.n77.ahl geringfügig von der der gedrückten Taste entsprechenden Frequenzzahl abweicht. Durch die &ohgr; periodische Einschaltung der Frequenzabweichung wird ein Tremolo-Effekt erzeugt. Die Größe der Frequenzabweichung ist generell unabhängig von der Höhe des jeweiligen Tones und beträgt Vi Hz. Bei höheren Tönen kann in Abhängigkeit von der Oktave, der der Ton angehört, eine andere Stelle der Frequenzzahl modifiziert werden, so daß sich die doppelte Frequenzabweichung ergibt. Die Frequenzabweichung tritt ständig auf, solange der Tremolo-Effekt eingeschaltet ist und eine Taste gedrückt gehalten wird. Hinsichtlich der Modifizierung der Frequenzzahl erfolgt lediglich eine Ein-Ausscnaltung, aber keine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Veränderung. Zur Erzeugung eines Gleiteffektes ist diese Schaltung daher nicht imstande.

Ein bekanntes elektronisches Musikinstrument (US-PS 3 610 800) ermöglicht eine Transposition der Töne sämtlicher gedrückter Tasten um einen oder mehrere Halbtöne oder Ganztöne. Die Tastenschalter aller 12 Töne einer Oktave werden im Zeitmultiplex zyklisch abgetastet; wobei jeweils einer gedrückten Taste ein Impuls entspricht. Diese Impulse können mittels eines Schieberegisters zeitlich verschoben werden, die gewünschte Anzahl von Halbtonverschiebungen zu erzeugen. Die Transposition erfolgt also, bevor die Frequenzzahl erzeugt wird. Die Frequenzzahl selbst wird nicht verändert. Auch zeitliche Änderungen der Tonverschiebung erfolgen nicht.

Schließlich ist es aus der US-PS 37 40 450 bekannt, mit einer elektronischen Orgel den Klang einer natürlichen Orgel nachzuahmen, wobei nur im Anhallbereich eines Tones, also kurz nach dem Niederdrücken der Taste, ein bestimmter Oberton stetig zunehmend erzeugt wird, um anschließend abzuklingen. Zu diesem Zweck wird zusätzlich zu der Wellenform des Grundtcnes auch noch die in einem gesonderten Speicher enthaltene Wellenform des Obertones abgetastet und beide Wellenformen werden in einem Addierer kombiniert. Die Wellenform des Obertones wird nur über einen begrenzten Zeitraum, der durch einen Zähler vorgegeben ist, erzeugt. Eine Modulierung oder Modifizierung der Frequenzzahl erfolgt hierbei nicht.

In der Musik ist es generell bekannt, die Frequenz eines gespielten Tones zeitlich zu verändern (Kaegi W. »Was ist elektronische Musik« (1967), Seite 179). So besteht das Bestreben, nicht nur Dynamik und Farbe, sondern auch die Tonhöhe abweichend von dem angestrebten Dauerzustand anklingen zu lassen und anschließend in ein Kontinuum überzuführen. Dies geschieht durch Güssandi- oder Portamenti-Effekte.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem elektronischen Musikinstrument mit digitaler Frequenzzahlerzeugung einen automatischen Gleiteffekt dadurch zu erzielen, daß die Frequenzzahl des zu erzeugenden Tones in einer Weise abgeändert wird, die dem menschlichen Hörempfinden angepaßt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Nach der Erfindung sind die Inkremente, mit denen die Frequenzzahl des tatsächlich gespielten Tones verändert wird, um sich schrittweise der Frequenzzahl der Nominalfrequenz anzunähern, bei einer Note mit hoher Frequenzzahl groß und bei einer Note mit niedriger Frequenzzahl klein. Derartige von der Nominalfrequenz abhängige Frequenzabweichungen lassen sich schaltungstechnisch einfach realisieren, und sie entsprechen auch dem Höreindruck, der bei der üblichen Bedienung des Schwellpedals zur Hervorrufung eines gleichen Effektes entsteht. Die Größe des Frequenzzahliptervalls beträgt also R/k, wobei R die jeweilige Frequenzzahl darstellt und k ein Teiler ist, der auch zeitlich veränderlich sein kann. Die Größe der Inkremente, um die die Frequenzzahl des gespielten Tones der Nominalfrequenz angenähert wird, hängt somit von der Größe der Nominalfrequenzzahl ab. Ein hoher Ton ändert sich also in größeren Schritten als ein tiefer Ton.