DE2535344C2

DE2535344C2 - Einrichtung zum elektronischen Erzeugen von Klangsignalen

Info

Publication number: DE2535344C2
Application number: DE2535344A
Authority: DE
Inventors: Jobst Prof. Dr. Fricke; Jürgen 5000 Köln Schmitz; Wolfgang Dr. Voigt
Original assignee: Cmb Colonia Management- und Beratungsgesellschaft Mbh & Co Kg 5000 Koeln De; Cmb Colonia Management und Beratungsgesellschaft Mbh & Co Kg 5000 Koeln
Current assignee: Alpha-Studiotechnik 5000 Koeln De GmbH
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1985-10-03
Also published as: SE7608863L; GB1557474A; FR2320609B3; FR2320609A1; IT1073719B; NL7608793A; JPS5220011A; BE844953A; US4151368A; DE2535344A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, die im Hauptpatent 25 15 524 vorgeschlagen worden sind.

Mit der Einrichtung gemäß dem Hauptpatent lassen sich insbesondere die Klänge von Holzblasinstrumenten ausgezeichnet nachbilden. Hinsichtlich der Klänge gewisser Instrumentengruppen, insbesondere der Blechbläser, läßt die vorgeschlagene Einrichtung jedoch noch Wünsche of fen.

Aus der US-PS 32 23 937 ist eine Fernsteuerschaltung für elektrische Musikinstrumente bekannt, welche einen Verstärker mit einer WechseJstromgegenkopplungsschaltung enthält Der Grad der Gegenkopplung und

ίο damit der Verstärkungsfaktor des Verstärkers läßt sich durch sin Steuersignal von einer äußeren Quelle steuern, z. B. durch eine Gleichspannung, Licht oder Wärmestrahlung. Die Beeinflussung der Klangfarbe synthetisch erzeugter Klangsignale ist hierbei nicht vorgeschen.

Aus der DE-AS 19 39 029 ist eine Formantverschiebungseinrichtung für elektrische Musikinstrumente bekannt, die einen Verstärker mit zwei Rückkopplungszweigsn enthält und es z. B. gestattet, die Dämpfung eines Trompetentones in einem vorgegebenen Zeitintervall automatisch zu verändern, so daß der Ton zunächst den Klang einer gedämpften Trompete aufweist und hierauf durch hinzufügen hoher Frequenzen derart automatisch geändert wird, daß er heller und klarer wird und so seinen dumpfen Klang verliert

Aus der DE-AS 12 27 320 ist eine pneumatische Steuerung für einen Lautstärkeregler eines elektronischen Musikinstruments bekannt die ein Bauelement enthält, das durch den von einem Spieler erzeugten Luftstrom auslenkbar ist und dabei einen Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einer Photozelle mehr oder weniger stark abdeckt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung gemäß dem Hauptpatent derart weiterzubilden, daß die Klänge bestimmter Instrumentengruppen, insbesondere der Blechbläser, naturgetreuer nachgebildet werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung gemäß dem Hauptpatent durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Einrichtungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Durch die Erfindung lassen sich z. B. Trompetenklänge und die Klänge anderer Blechblasinstrumente sehr natürlich nachbilden. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Nachbildung der Klänge von Blechblasinstrumenten beschränkt, sie kann vielmehr auch für die Erzeugung rein synthetischer Klänge bei der elektronischen Musik und auch zur Nachbildung anderer Instrumentenklänge verwendet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel einer Filterschaltung für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1;

F i g. 3 und 4 Ausführungsbeispiele zweier Blaswandler, die sich mit Vorteil bei einem elektronischen Musikinstrument mit einer Schaltung gemäß F i g. 1 oder auch bei anderen elektronischen Musikinstrumenten verwenden lassen, bei denen gewisse Funktionen durch einen Luftstrom gesteuert werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung kann es sich um einen Teil eines elektronischen Musikinstrumentes handeln, wie es in der eingangs genannten Offenlegungsschrift beschrieben ist. Bei dem Ausfüh-

rungsbeispiel gemäß F i g. 1 enthält die Schaltungsanordnung eine Tonfrequenzgenerator 10, der ζ. Β. ein rechteckwellenförmiges Ausgangssignal liefert Die Wiederholungsfrequenz der Rechteckimpulse im Ausgangssignal des Tonfrequenzgenerators 10 sowie das Tastverhältnis der Impulse sind z. B. durch eine Steuervorrichtung 12 steuerbar, die ein Ser.wrtasten enthallendes Manual und eine Registriersteuerung enthalten kann. Das Ausgangssignal d^s Tonfrequenzgenerators 10 wird einem Signaleingang 14 einer ersten Verstärkerschaltung i& zugeführt, die an einem Signalausgang 18 ein verstärktes Ausgangssignal liefert Der Verstärkungsfaktor zwischen Signaleingang 14 und Signalausgang 18 ist durch ein Steuersignal (»Regelspannung«) steuerbar, das einem Verstärkungssteuereingang 20 der Verstärkerschaltung 16 zugeführt wird. Die Verstärkerschaltung 16 kann in üblicher Weise durch eine Gegenkopplungsschaltung 22 stabilisiert sein. Der Signalausgang 18 der ersten Verstärkerschaltung 16 ist mit dem Signaleingang einer zweiten Verstärkerschaltung 24 verbunden, deren Ausgang über eine Filterschaltung 26 mit einer Ausgangsklemme 28 verbunden ist an die z. B. ein Endverstärker und ein Lautsprecher angeschlossen werden können.

Gemäß der Erfindung ist der Signalausgang 18 der regelbaren ersten Verstärkerschaltung 16 über eine Rückkopplungsschaltung 30 mit dem Verstäkungssteuereingang 20 gekoppelt Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 enthält die Rückkopplungsschaltung 30 die zweite Verstärkerschaltung 24, die Filterschaltung 26, eine Phasenschieberschaltung 32, eine zweite Filterschaltung 34 sowie einen Einstellwiderstand 36. Die Rückkopplungsschaltung kann selbstverständlich auch anders ausgebildet sein und braucht weder die zweite Verstärkerschaltung 24 noch die Filterschaltung 26 zu enthalten.

Der Verstärkungssteuereingang 20 ist außerdem über einen zweiten Stellwiderstand 38 mit einer Verstärkungssteuersignalquelle 40 verbunden, die schematisch durch ein Potentiometer 42 und eine Vorspnnungsquel-Ie Vdargestelltis't

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 enthält ferner noch einen Kondensator 44, der zwischen den Signalausgang 18 der ersten Verstärkerschaltung 16 und Masse geschaltet ist.

Wenn die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zum Beispiel zum Nachbilden von Trompetenklängen dienen soll, kann die Filterschaltung 26 beispielsweise den in F i g. 2 dargestellten Aufbau haben. Sie enthält in Parallelschaltung einen ersten Tiefpaß 46, dessen Durchlaßbereich etwa mit dem Grundtonbereich des nachzubildenden Instrumentes übereinstimmen kann, ferner drei Bandpässe 48, 50, 52, die als Formantenfilter wirken. Der Parallelschaltung 46—48—50—52 kann ein zweiter Tiefpaß 54 nachgeschaltet sein, insbesondere bei Einrichtungen zur Nachbildung von dumpf klingenden Instrumenten.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 ist die zweite Verstärkerschaltung 24 so ausgelegt, daß sie ab einer bestimmten Eingangssignalamplitude, die innerhalb des Ausgahgssignalamplitudenbereiches der ersten Verstärkerschaltung 18 liegt, begrenzt.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Läßt man vorerst einmal die Rückkopplungsschaltung 30 außer Betracht, so werden die Impulse vom Ausgang des Tonfrequenzgenerators 10 zuerst durch die erste Verstärkerschaltung 16 um einen Faktor verstärkt, der vom Betrag des Verstärkungssteuersignals am Verstärkungssteuereingang 20 abhängt Die Vorder- und Rückflanken werden durch die als Integrationsglied wirkende Kapazität 44 etwas verschliffen und die so verformten Impulse werden dann durch die zweite Verstärkerschaltung 24 weiter verstärkt Bei relativ niedrigem Verstärkungsgrad der ersten Verstärkerschaltung 16 haben die Impulse am Ausgang der zweiten Verstärkerschaltung 24 etwa die bei 56a dargestellte Form. Bei etwas größerem Verstärkungsgrad nehmen ίο die Impulse die bei 56b dargestellte Form an, die Flanken sind also steiler geworden, außerdem hat bereits eine gewisse Begrenzung stattgefunden. Bei noch höherem Verstärkungsgrad (Impuls 56c) ist die Impulsform noch mehr an die eines Rechteckimpulses angenähert.

Durch die Filterschaltung 26 werden nun aus den Impulsen 56 die für das nachzubildende Instrument typischen Formantenbereiche ausgewählt

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wirkt nun das (mehr oder weniger stark modifizierte) Tonfrequenzsignal auf den Verstärkungsgrad der ersten Verstärkerschaltung 16 zurück, da der Ausgang der Filterschaltung 26 über einen Rückkopplungszweig mit dem Verstärkungssteuereingang 20 gekoppelt ist Das Tonfrequenzsignal kann in diesem Rückkopplungszweig modifiziert werden, z. B. durch die Phasenschieberschaltung 32 und/oder die zweite Filterschaitung 34, die ein Hochpaß-, Tiefpaß-, Bandpaß- oder insbesondere auch ein Kerbfilter (Bandsperre) sein kann. Der Grad der Rückwirkung, die teilweise eine Mitkopplung und teilweise eine Gegenkopplung sein wird, läßt sich durch den Stellwiderstand 36 einstellen.

Es hat sich gezeigt, daß sich durch die erwähnte Rückkopplung besondere Klangeffekte erzielen und insbesondere die Klänge von Blechblasinstrumenten sehr naturgetreu nachbilden lassen. Vermutlich hat dies seine Ursache darin, daß auch bei reellen Blasinstrumenten eine Rückwirkung der schwingenden Luftsäule auf den Schwingungserzeuger (Lippen, Rohrblatt usw.) stattfindet.

Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung ist die Rückkopplung abhängig vom Amplitudensteuersignal, dessen Amplitude in erster Linie durch die Verstärkungssteuersignalquelle 40 bestimmt, und sie hat einen veränderlichen Frequenz- und Phasengehalt. Die Rückkopplung kann auch durch das Einschwingverhalten der im Rückkopplungszweig enthaltenen Schaltungselemente modifiziert werden.

Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei neue, vorteilhafte Blaswandler, die zur Erzeugung des Verstärkungssteuersiso gnales verwendet werden können. Der Blaswandler gemäß F i g. 3 enthält einen zu einer Kammer 60 erweiterten Blasluftkanal, durch den beim Spielen der vom Spieler erzeugte Luftstrom strömt. Ein Teil der Wand der Kammer wird durch eine elastische Membrane 62, z. B. aus Gummi, gebildet, die eine dünne Metallschicht 64 trägt. Der Metallschicht 64 steht in nahen Abstand eine Gegenelektrode 66 in Form z. B. einer Metallplatte gegenüber. Die Metallschicht 64 bildet mit der Gegenelektrode 66 einen Kondensator, dessen Kapazität vom Luftdruck in der Kammer 60 abhpngt, da sich die Membrane 62 entsprechend den Luftdruck mehr oder weniger stark an die Gegenelektrode 66 annähert. Das Verstärkungssteuersignal kann in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Kapazität erzeugt werden.

Der Blaswandler gemäß F i g. 4 enthält eine Pfeife 70, die vom Spieler angeblasen wird. Die Pfeife ist mit einem Mikrophon 72 gekoppelt. Das durch das Mikrophon 72 erzeugte Signal dient hier lediglich zur Gewin-

nung einer Amplitudeninformation, nicht jedoch einer Frequenzinformation. Die Amplitudeninformation kann dann als Verstärkungssteuersignal verwendet werden. Der Ton der Pfeife kann so leise gemacht oder in einen solchen Frequenzbereich gelegt werden, daß er nicht stört.

Abschließend sei noch betont, daß die Rückkopplung vom Ausgang 18 des Verstärkers 16 auf den Verstärkungssteuereingang 20 nicht dazu dient, den mittleren Ausgangssignalpegel konstant zu halten, sondern dazu, den Charakter des Signales zu ändern, das an der Ausgangsklemme 28 zur Verfügung steht. Bei der Rückkopplung handelt es sich also nicht, wie bei einer Verstärkungsregelung, um die Gegenkopplung einer Spannung oder eines Stromes, die durch einen Tiefpaß gefol- !5 tert werden sind und praktisch keinerlei Signalfrequenzen mehr enthalten. Bei der vorliegenden Rückkopplung werden dagegen auch Signalfrequenzen rückgekoppelt und für die verschiedenen Frequenzanteile kann die Rückkopplung als Mitkopplung (positive feedback) bzw. als Gegenkopplung (negative feedback) wirken. Es findet also gegebenenfalls gleichzeitig eine Mitkopplung und eine Gegenkopplung statt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

30

35

40

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum elektronischen Erzeugen von Klangsignalen entsprechend Klängen unterschiedlicher Grundtonhöhen, jedoch gleicher Klangfarbe, die durch eine Minima aufweisende Oberwellenverteilung mit Formantcharakter bestimmt ist, wobei die Klangsignale aus periodischen Impulsfolgen bestehen, deren Impulse eine der Grundtonhöhe entsprechende Frequenz haben, deren Dauer jedoch für alle Impulsfolgen, die Klänge mit Grundtonhöhen in einem vorgegebenen, mindestens eine Oktave umfassenden Grundtonhöhenbereich entsprechen, ein und denselben Wert hat, und wobei die Einrichtung für einen zweiten Grundtonhöhenbereich, der höhere Grundtöne als der vorgegebene Grundtonhöhenberpich enthält, Impulsfolgen liefert, deren Impulse eine Dauer haben, die gleich einem vorgegebenen Bruchteil des Wertes der Dauer der Impulse des vorgegebenen Grundtonhöhenbereiches ist, nach Patent25 15524, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgen einer regelbaren Verstärkerschaltung (16) zugeführt sind, deren Signalausgang (18) durch eine Rückkopplungsschaltung (30) mit einem Verstärkungssteuereingang (20) der Verstärkerschaltung (16) gekoppelt ist, und daß die Rückkopplungsschaltung (30) ein Phasendrehglied (32) und/oder eine Filterschaltung (34) enthält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung ein Bandsperrfilter enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Verstärkerschaltung (16) eine integrierende Kapazität (44) und eine das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung begrenzende Schaltungsanordnung angeschlossen sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungssteuereingang (20) der Verstärkerschaltung (16) außerdem mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Lautstärkesteuersignals gekoppelt ist, welche einen Slasluf twandler (60,72) enthält.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasluftwandler eine von der Blasluft durchströmte Kammer (60) mit einem elastischen Wandteil (62) enthält, der mit einer Elektrode (64) eines Kondensators (64—66) veränderlicher Kapazität mechanisch verbunden ist, der zu einer Einrichtung zum Erzeugen des Verstärkungssteuersignals gehört.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasluftwandler eine Pfeife (70) sowie ein akustisch mit dieser gekoppeltes Mikrophon (72) enthält und daß das Mikrophon (72) mit einer Schaltungsanordnung zur Gewinnung der Amplitudeninformation aus dem Mikrophonausgangssignal gekoppelt iat.