DE2529194A1

DE2529194A1 - Elektronisches musikinstrument

Info

Publication number: DE2529194A1
Application number: DE19752529194
Authority: DE
Inventors: James G Staley
Original assignee: Wurlitzer Co
Current assignee: Wurlitzer Co
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-01
Publication date: 1976-02-12
Also published as: JPS5137613A; CA1042239A; GB1506747A; US3937115A; IT1041103B

Description

THE WURLITZER COMPANY, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 105 West Adams Street, CHICAGO, Illinois 60603 (V.St.A.)

Elektronisches Musikinstrument .

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Musikinstrumente und insbesondere auf eine elektrische Pianoschaltungsanordnung, welche eine Anzahl von unterschiedlichen Signalen kombiniert und daraus die gewünschte Tonqualität eines Pianotons gewinnt. Speziell richtet sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung, welche die Kombination einer Anzahl von unterschiedlichen Frequenzen in einfacher und wirksamer Weise ermöglicht, um daraus die gewünschte Piano-Tonqualität-Charakteristik zu gewinnen.

Die bisher unternommenen Versuche zur Reproduktion des Piano-Sound auf elektronischem Wege waren bestenfalls erste Näherungen an die Frequenz und ihre zugehörigen Harmonischen. Aufgrund jahrelanger ausgedehnter Forschung hat man herausgefunden, daß die echte Pianoton-Qualität,

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wie sie der Hörer aufnimmt, eine Kombination von Faktoren ist, zu denen die Grundfrequenz, die Anstiegscharakteristik,, die Abstiegscharakteristik, die Harmonischen wad die Kombination von anderen unabhängigen Frequenzen gehören. Auf dem Experimentierwege wurde aufgezeigt, daß durch Zusetzen der genauen Amplituden der Harmonischen und anderen Frequenzen zu der Grundfrequenz eine wesentlich genauere elektronische Reproduktion äes tatsächlichen Pianotons möglich ist. Durch Verändern der Amplitude der verschiedenen zu kombinierenden Signale kann man eine Pianotonqualität erzeugen, die tatsächlich vcm echten Pianoklang nicht zu unterscheiden ist. Über diese Ergebnisse ist in der Fachzeitschrift ^wThe Journal of the Acoustical Society of America", Volume 34, Nr. 6 vom Juni T962 berichtet worden.

In der Vergangenheit war die Erzeugung von elektronischen Pianotönen von solch hoher Qualität eine sehr teure und schwierige Prozedur, zu der man eine hohe Zahl von Oszillatoren und Ämplitudenänderungs-Steuerschaltungen benötigte« um die richtige Kombination von Amplitudesignalen zu gewährleisten. Diese bekannte Maßnahme war sehr unpraktisch und erforderte einen enormen Aufwand an Kosten und Zeit zur Herstellung eines elektronischen Pianos mit der gewünschten Tonqualität-Charakteristik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und bessere Schaltungsanordnung aufzuzeigen, mit der sich die Klangcharakteristik eines elektronischen Pianos unter Kombination verschiedener Amplituden" von Harmonischen rmd anderen Signalen mit der Grundfrequenz auf wirkungsvolle Weise mit relativ einfachen und billigen Mitteln durchführen, läßt.

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Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des anliegenden Anspruches 1 gelöst. Kurz zusammengefaßt enthält die darin aufgezeigte elektronische Musikschaltungsanordnung eine X-Y-Matrixanordnung, eine Widerstands-Dioden-Koppeleinrichtung, in Serie geschaltet mit einer Anzahl von Kreuzungspunkten der Matrix. Der Widerstandswert an jedem Kreuzungspunkt ist so vorbestimmt, daß in die Aiisgangsleitung eine vorbestimmte spezifische Amplitude entweder von Harmonischen oder anderen unabhängigen Frequenzen zusammen mit der von der Grundfrequenz eingespeist wird, so daß die dadurch erzeugte Tonqualitäts-Charakteristik noch genauer ist als die von einem tatsächlichen Pianoklang. Der Widerstandswert an jedem der Kreuzungspunkte kann intern zusammeni mit einem Diodenelement ausgebildet oder als in Serie mit der Diode geschaltetes diskretes Widerstandselement vorhanden sein. Die gesamte Matrixanordnung kann hochgradig integriert hergestellt sein.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung entnommen werden. Darin zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit der Gesamtkonzeption des nachfolgend beschriebenen elektronischen Pianos,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer X-Y-Matrixschaltung mit Diodenverbindungen an bestimmten Kreuzungspunkten zum Zusammenmischen gewünschter Frequenzen bei vorbestimmten Amplituden zur Gewinnung der gewünschten Tonqualität, und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Alternativ-Schaltungsanordnung, bei der eine Serienschaltung aus einer Diode und einem Widerstand an bestimmte Kreuzungspunkte angeschlossen ist.

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Die in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte elektronische Pianoschaltung trägt die Bezugszahl 10, und sie enthält einen Multifrequenzgenerator 11, der beispielsweise von einem in der Größenordnung von 500 kHz arbeitenden Taktfrequenz-Oszillator angesteuert wird und eine Anzahl verschiedener Frequenzen abgibt, welche beispielsweise der dritten Oktave oberhalb des mittleren C entsprechen. Diese Grundfrequenzen werden dann in eine als Teilerbank 12 bezeichnete Schaltungsanordnung eingegeben, damit durch Teilung darin die entsprechenden tieferen Frequenzoktaven und die gewünschten Harmonischen erzeugt werden.

Äußerst vorteilhaft sind die verschiedenen Ausgänge der Teilerbank 12 über eine Diodenaddierschaltung 13 mit einer Impuls- und Haitetastschaltung 14 verbunden. Die Diodenaddierschaltung 13 enthält Impedanzelemente, welche die Addition der gewünschten Amplituden von vorbestimmten Frequenzen ermöglichen, damit die Tonqualität dieses elektronischen Pianos im wesentlichen der eines echten Pianos entspricht. Die Impuls- und Haltetastschaltung 14 erzeugt die Anstiegs-, Abstiegs- und Haltecharakteristiken eines tatsächlichen Pianotones, wie durch einen Wellenzug 16 angedeutet. Dieses Ausgangssignal wird durch angepaßte Filterschaltungen hindurchgeleitet, welche die Bezugszahl 17 tragen, und ausgangsseitig mit dem Eingang einer Verstärker- und Ausgangsschaltung 18 verbunden sind. Die gesamte Pianoschaltung 10 wird von einer Stromversorgung 19 gespeist, welche sämtliche Stufen der Schaltung mit der richtigen Betriebsspannung versorgt.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Diodenaddierschaltung 13 mit abgebrochenen zugehörigen Tastenbetätigungsleitungen.

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Beispielsweise ist hier die niedrigste Oktave der Pianotastatur, nämlich die dritte Oktave unterhalb des mittleren C dargestellt. Mehrere Leitungen 20 sind an geeignete Tastenschalterkreise 14a angeschlossen, welche die Übertragung von Frequenzsignalen auf mehrere Leitungen 21 aktivieren. Das Signal auf ausgewählten dieser Leitungen 21 wird dann über die pauschal mit der Bezugszahl 22 bezeichnete Dioden-Widerstandsanordnung übertragen, so daß eine Durchschaltoperation stattfindet. Dadurch werden die entsprechenden Frequenzen zur Ausgangsseite 2 der Leitungen 21 übertragen, so daß sie zur Impuls- und Haitetastschaltung, zu den Filtern und zur Verstärkerund Ausgangsschaltung gelangen können. Beispielsweise überträgt der Ton F¹'¹ die Frequenzen 43,65; 87,3; 130,8; 174,6; 220,0; 261,6; 311,1; 349,2; 392,0; 440,0; 523,0 und 830,0 zu der Ausgangsleitung 23a, sobald die untere F-Taste angeschlagen wird. Die spezifische Amplitude jedes der hier kombinierten Töne wird bestimmt durch den Betrag des in Serie mit der Diode am Kreuzungspunkt der Matrixanordnung geschalteten Widerstandes.

Dies ergibt sich am besten aus Fig. 3, wo eine Dioden-Widerstands-Netzwerk 22a dargestellt ist, dessen Schaltungspunkte 26 und 27 jeweils an die Tastleitung 20 bzw. an die Frequenzeingangsleitung 21 angeschlossen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein diskretes Diodenelement 28 in Serie geschaltet mit einem diskreten Widerstandselement 29 mit vorbestimmtem Widerstandswert, so daß die Amplitude des kombinierten Signals so gestaltet wird, daß die gewünschte Tonqualität erzeugt wird;

Was zuvor beschrieben wurde, ist eine einfache und wirksame Dioden-Widerstands-Matrixanordnung zum Kombinieren von Frequenzen mit verschiedenen Amplituden, sowohl harmonischen

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als auch unabhängigen Frequenzen, zum Zwecke einer elektronischen Pianoton-Erzeugung in der Qualität eines echten Pianos.

Die Erfindung, die sich selbstverständlich nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel allein beschränkt, betrifft zusammengefaßt eine elektronische Piano-Sclialtiangsanordnung, welche innerhalb einer Dioden-Widerstandsitiatrixanordnung mehrere unterschiedliche Frequenzen kombiniert. Die Dioden-Widerstandskoppelelemente stellen eine Impedanz mit unterschiedlichem Wert für verschiedene Signale dar, die kombiniert werden sollen, und die Amplitude der Signale ist in der Weise vorbestimmt, daß auf elektronischem Wege ein Piano-Sound erzeugt wird, der weitgehend dem Klang von echten Piano-Tönen entspricht,

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Claims

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Ansprüche

(1_y Elektronisches Musikinstrument, dadurch gekennzeichnet, daß ein Multifrequenzgenerator (11) zur Erzeugung der Grundfrequenz für jeden der Töne der niedrigsten Oktave auf einer Pianotastatur des Instrumentes und zur Erzeugung der harmonischen Frequenzen für jeden der Töne der fortlaufend höheren Oktaven auf der Pianotastatur vorhanden ist; daß eine Matrixanordnung (13) eine erste Gruppe von Leitungen (21) zur Aufnahme der Töne der Grundfrequenz und der harmonischen Frequenzen und eine an Tastenschalter (14a) anschließbare zweite Gruppe von Leitungen (23)' zur Weiterleitung, von mehreren vorbestimmten der Grundfrequenz und harmonischen Frequenzen bei Betätigung der Tastenschalter enthält; und daß zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Leitungen eine Wider-· stands-Dioden-Koppeleinrichtung (22a) angeschlossen ist, deren Widerstandswert so gewählt ist, daß von der Grundfrequenz und den harmonischen Frequenzen unterschiedliche Amplitudengrößen übertragen werden und dadurch ein echter Piano-Sound produziert wird.
2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (21\ der ersten Gruppe nur harmonische Frequenzen mit der Grundfrequenz kombinieren.
3. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Leitungen (21) nur Frequenzen kombiniert, die von der Grundfrequenz mehr oder weniger differieren als deren harmonische Frequenzen.

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4. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixanordnung (13) eine. X-Y-Matrixanordnung ist, deren Kreuzungspunkte durch die Widerstands-Dioden-Koppeleinrichtung (22a) verknüpft sind.
5. Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Dioden-Koppeleinrichtung (22a) durch eine Serienschaltung aus einem Widerstand (29) und einer Diode (28) gebildet ist (Fig. 3).
6. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impuls- und Haltetastschaltung (14) zur Erzeugung einer Piano-Hüllcharakteristikkurve vorhanden ist, deren Anstieg, Abstieg und DämpfungsCharakter so beschaffen ist, daß dementsprechende Pianosignale hindurchgelassen werden.
7. Musikinstrument nach mindestens einem der Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterschaltung (17) zur Aufnahme der kombinierten Grund- und harmonischen Frequenzen von der Impuls- und Haltetastschaltung (14) vorhanden ist, und daß eine Verstärkerschaltung (18) den Ausgang der Filterschaltung (17) aufnimmt und daraus Audio-Signale erzeugt.

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