DE2535875C3

DE2535875C3 - Digitaler Abschwächer zur Tonsignalformung bei einem tastenbetätigten elektronischen Musikinstrument

Info

Publication number: DE2535875C3
Application number: DE2535875A
Authority: DE
Inventors: James Scott Union Mich. Southard
Original assignee: Kimball International Inc
Current assignee: Kimball International Inc
Priority date: 1974-08-13
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1982-07-22
Also published as: GB1479116A; US3977291A; DE2535875A1; JPS5335446B2; DE2535875B2; JPS5144919A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen digitalen Abschwächer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger digitaler Abschwächer zur Formung der Hüllkurve von Tonsignalen ist aus der DE-OS

JO 22 37 594 bekannt. Durch die Verwendung eines solchen digitalen Abschwächers wird angestrebt, die bekannten Nachteile üblicher analoger Abschwächer, nämlich geringe Ausgangsleistung bei hoher Tastenbetätigungs-Geschwindigkeit, komplizierter, in der Herstellung teuerer Schaltungsaufbau und trotz aufwendiger Abgleicharbeiten häufig auftretende Ungenauigkeiten und Störungen bei der Bildung der Tonsignale, zu vermeiden.

Bei dem bekannten elektronischen Musikinstrument

■»o sind zur Tonsignalformung bezüglich der Anstiegs- und Abfallflanke eines Tonsignals jeweils taktgesteuerte Zähler vorgesehen, deren Ausgangssignale der Reihe nach Schaltelemente betätigen, die ihrerseits einzelne Widerstände eines Spannungsteilernetzwerkes in dieses

4"> Netzwerk einschalten. Die Zähler werden hierbei von einem Tasten-Impulsgenerator für die Zählung der anliegenden Takiimpulse freigegeben. Gleichzeitig wird durch den Tasten-Impulsgenerator über ein Gatter eine ^reste Spannung an das Spannungsteilernetzwerk ange-

">° legt, so daß bei frühzeitigem Loslassen der Taste ein Sprung auf diese Festspannung erfolgt, was sich in Form eines Störgeräusches darstellen kann. Da die Ausgänge des Zählers immer nur einen Widerstand in das Spannungsieilernctzwerk einschalten, ist eine hohe

r> Zählkapazität und eine entsprechend große Anzahl von Widerständen erforderlich, um einen fein abgestuften, fiir das menschliche Ohr kontinuierlich erscheinenden Anstieg bzw. Abfall desTonsignals zu erzeugen. Hierbei ist gerätetechnisch der gleiche Aufwand bei der

Mi Formung des Anstieges und des Abfalles des Tonsignals vorzusehen. Bei frühzeitigem Loslassen einer Spieltaste ist es darüber hinaus bei dem bekannten System nicht möglich, den Abfall des Tonsignals ausgehend von der beim Anstieg erreichten Höhe beginnen zu lassen.

^ Demgegenüber besteht die dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Aufgabe darin, einen digitalen Abschächer zur Tonsignalformung bei einem elektronischen tastenbetätigten Musikins*. ument zu schaffen, der

ohne zusätzlichen Schallungsaufwand eine unterschiedliche, mit beliebiger Genauigkeit veränderliche Form bzw. Abschwächung sowohl der ansteigenden als auch der abfallenden Flanke der Tonsignale ermöglicht, wobei je nach Dauer der Tastenbetätigung der Anstieg bzw. der Abfall des Tonsignals auf einen beliebigen Amplitudenwert ansteigen bzw. von diesem erreichten Amplitudenwert abfallen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung führt unter Verwendung eines z. B. aus U. Tietze und Ch. Schenk: »Halbleiter-Schaltungstechnik«, 2. Aufl. (1971), S. 488—491, bekannten reversiblen Binärzählers in Verbindung mit einem Spannungsteilernetzwerk und einer einfachen Verknüpfungsanordnung zu einer relativ einfachen Schaltung, die sich in Massenfertigung insbesondere als integrierter Schaltkreis relativ einfach herstellen läßt- Der digitale Abschwächer zur Tonsignalformung bei einem elektronischen Musikinstrument gestattet hierbei aufgrund der mit sehr hoher Genauigkeit erfolgenden Formung bzw. Abschwächung beider Impulsflanken der jeweiligen Tonsignale eine von lästigen Störgeräuschen freie Tonwiedergabe hoher Güte.

Die Verwendung von binär gewichteten Widerständen bei Digital/Analog-Wandlern ist bekannt.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer Ausführung der Erfindung:

Fig. 2 das Schaltbild einer anderen Ausführung der Erfindung:

F i g. 3 die Wellenform eines Tones, welche durch die Ausführung in F i g. 2 erhalten wurde.

Die Fig. 1 'ind 2 zeigen digitale Abschwächer, die besonders geeignet sind zur Verwendung in elektronisehen Orgeln, bei denen ein regelbares Dämpfungsnetzwerk durch Niederdrücken und Loslassen einer Orgeltaste betrieben wird, um die Anstiegs- und Abfallzeiten der Töne, die von einem Tongenerator an den Ausgang der Orgel geliefert werdt i, zu formen. Die Anstiegzeit wird geregelt durch eine Anstiegs-Takifrequenz. welche von einem Anstiegstaktgeber erzeugt wird. Ähnlich wird die Abfallzeit und die Abfallkurve eines Tones geregelt durch eine Abfall-Taktfrequenz, die von einem Abfalltaktgeber erzeugt wird. )e nach der gewünschten Klangfarbe können verschiedene Anstiegs- und Abfall-Taktfrequenzen gewählt werden, um verschiedene Anstiegs- und Abfallwirkurigen zu erzielen.

Line hohe Anstiegs-Taktfrequcnz von dem Anstiegs- -,-, taktgeber bedeutet '.inen schnellen Anstieg, da das Tonsignal eine kürzere Zeit benötigt, um von 0 oder einem völlig cedämpften V/crt auf seinen Maximalwert anzusteigen, bei dem der vom Tongenerator an den Ausgang abgegebenen Ton seine geringste Dämpfung w hat. Das Register »chiff« hat die rascheste Anstiegszeit bei einer elektrischen Orgel, es wird eine Taktgcberfrequenz von 13,57 kl Iz verwendet. Line niedrige Anstiegs-Taktfrcqiicnz bedeutet einen langsamen Anstieg. so wie z. B. die Anstiegs-Taktfrequenz. die fin die 6^r> niedrigsten Töne des Rrgisters »flute« verwendet werden und etwa 430 Hz betragen.

Analog hierzu werden je nach dem gewünschten Effekt verschiedene Abfall-Taktfrequenzen von dem Abfalltaktgtber verwendet, um die gewünschte Wirkung hervorzurufen. Eine hohe Abfall-Taktfrequenz bedeutet, daß das Register in einer kurzen Zeit abschaltet, während eine niedrige Abfall-Taktfrequenz die Abfallzeit über mehrere Sekunden ausdehnen kann. Im allgemeinen haben die Register »chiff«, »celeste« und »pulse«, feste Abfallzeiten, welche von den Abfalltaktgeber-Schaltkreisen geliefert werden, die an diesen Registertasten liegen. Im Gegensatz hierzu müssen die Register »flute« einstellbare Abfallzeiten haben, je nachdem, ob die Tiptasten »reverberation«, »sustain« oder »chime« betätigt worden sind. Typische »flute« Abkling-Taktfrequenzen für die in den F i g. 1 und 2 gezeichneten Systeme sind hierbei etwa 800 Hz, 108 Hz für »reverberation«, 27 Hz für »sustain« und 13,5 Hz für »chime«.

Die Funktion dieser Anstieg- und Abfalltaktgeberfrequenzen bei den in Fi g. 1 und 2 gezeip'en Schaltungen, um die gewünschten Anstieg- und Abidllzeiten bei den Tonsignalen zu erhalten, läßt sich leichtei verstehen in Verbindung mit der Beschreibung der Wirkungsweise des digitalen Abichwächer-Netzwerks, das in diesen Figuren gezeigt wird.

In F i g. 1 ist ein digitaler Abschwächer dargestellt und die Regelschaltung, um die Anstieg- und Abfallwellenform der Töne zu fo-men, die in dem Tastenfeld eines elektronischen Musikinstruments erzeugt werden. Der Ausgang eines Tongenerators 10 liegt am Eingang des Abschwächers, und die Töne gehen über den Kopplungswiderstand 11 zu dem Ausgang 12. Hinter dem Widerstand 11 liegt zwischen dem Ausgang 12 und Masse oder einem Bezugspotential ein Dämpfungsregler-Netzwerk 14, welches hier als ein regelbarer paralleler Spannungsteiler dargestellt ist.

Das Dämpfungsreglernetzwerk 14 besteht aus dem Kopplungswiderstand 11 und sechs dazu in Reihe liegenden Widerständen 15, 16, 17, 18, 19 und 20. die jeweils an einem NPN-Schalttransistor 25, 26, 27, 28, 29 und 30 liegen. Sind alle Schalttransistoren 25 bis 30 gesperrt, so hat das am Ausgang 12 anliegende Tonsignal eine maximale Amplitude. Ist einer oder mehrere Schalttransistoren 25 bis 30 leitend. 10 ist die Amplitude des am Ausgang 12 anliegenden Signals entsprechend dem jeweiligen Teilerverhältnis verringert. Im Normalfall sind jedoch die Schalttraniistoren 25 bis 30 gesperrt durch Anlegen einer entsprechenden Gleichspannung San den Anschluß 34. die jeweils durch ein Paar Widerstände 35, 36 an den Basen der Transistoren liegt.

Die W iderstände 15 bis 20 müssen verschiedene binär gewichtete Werte haben, damit sie wahlweise zwischen M&.ise und den Ausgang 12 gelegt werden können, um festgelegte Verläufe des Anstiegs und Abfalls jm Ausgang 12 zu erhalten.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung wird das Leitendsein jedes der Schalttransistoren 25 bis 30 durch eine zugehörige Sti^lf£ eines umkehrbaren Binärzahler¹· 40 gesteuert. Der Ausgang jeder Stufe des Zählers 40 liegt jeweils an der Mitte der beiden Widerstünde 15 und 36 in dem Vorspannungskreis der Scb.iluransistoren 25 bis 30. Die erste Stufe des Zählers 40 liegt beispielsweise am Schalttransistor 25 und die letzte liegi an der Basis des '>haittransistors 30, wobei die dazwischen liegenden Stufen des Zählers an den dazwischen liegenden Transistoren 26 bis 29 liegen. Bei Betriebsruhe, d. h. wenn keine Taste 3β für das Register betätigt worden ist, geben alle 6 Stufen des umkehrba-

rcn Zählers 40 der fig. I eine hohe oder positive Spannung ab. Dadurch werden die .Schalttransistoren 25 bis 30 auf Durchlaß gesteuert und alle Widerstände 15 — 20 dem Ausgang 12 parallel gelegt. Dadurch wird das an ihm liegende Tonsignal so geschwächt, daß es nicht mehr /ii hören ist. Fin typischer Wert für die Abschwächung ist 70 bis 80 Dezibel gegenüber dem maximal am Ausgang 12 anliegenden Pegel.

Wenn der Zähler 40 in diesem Betriebszustand isi. mit einem hohen Ausgangssignal aller seiner Stufen, dünn hat auch das AND-Cialter 42. dessen b Hingange an ilen h verschiedenen Ausgängen des Zahlers 40 liegt, ein hohes Alisgangssignal. Dieses Aiisgangssignal wird durch einen Inverter 43 in ein niedriges Ausgangssignal verwandelt, das an das AND-Gatter 44 geht, welches den Zähler in seine Aufwärts/ählrichtung steuert, wodurch das AND-Gatter 44 abgeschaltet wird, bis die /ähiung auf dem Zänier sich ändert, wodurch dann das Gatter 44 wieder eingeschaltet wird. Das hohe Aiisgangssignal des AND-Gatters 42 liegt auch an der Basis ties NPN-Parallclsehalttransistors 31 und macht ihn leitend, wodurch der Ausgang 12 an Masse gelegt wird. Dies stellt sicher, daß keine Tonsignale den •\uscang 12 erreichen, wenn das Tastensvstem nicht in He;rieb ist.

Pas NAN D (latter 46 hat ebenfalls r> Hingänge, die an den Ausgängen des Zählers liegen und da die Aiisgangssignale /u diesem Zeitpunkt den hohen Pegel ,iiif« eisen, besitzt das Aiisgangssignal des NAND-GatkTs 46 den niedrigen Pegel. Dieser Ausgang wird durch ilen Inverter 48 iimgcw andeli in ein hohes Ausgangssi· gnal. das an einem der drei Hingänge ties .AND-Gatiers 4S liegt, der die Abwjrtszählrichtung des Zahlers 40 steuert.

Mit dem AND-Gatter 49 werden die Zählimpulse des Anstiegtaktgebers 50 an den umkehrbaren Zähler gelegt. Diese Impulse haben die gewünschte Frequenz. um den Anstieg /u formen, wenn die Taste 38 betätigt w ird.

In gleicher Weise liegen die Zählimpulse des Abkl^:ngtaktgebers 52 an einem der drei Eingänge des AND-Ciaticrs 44. Der dritte Hingang des AND-Gatters 49 liegt direkt an der Taste 38. während er beim AND-Gatter 44 über einen Inverter 54 an der Taste 38 liegt. Wenn also die Taste 38 nicht gedruckt ist. dann liefert der Inverter 54 ein hohes oder einschaltendes Signal an das AND-Gatter 44. während das entsprechende Hingangssignal an das AND-Gatter 49 den niedrigen Pegel besitzt.

Wird nun bei diesem Betriebszustand die Taste 38 niedergedrückt, so wird eine an Punkt 56 liegende hohe positive Spannung an die Schaltung angelegt, wodurch das AND-Gatter 49 eingeschaltet und das AND-Gatter 44 abgeschaltet wird. Da jetzt beide Einschalteingänge des Gatters 49 den hohen Pegel aufweisen, wird es eingeschaltet und die Taktgeberimpulse des Anstiegstaktgebers 50 gehen über das AND-Gatter 49 an den Abwärtszähleingang des Zählers 40. der daraufhin beginnt abwärts zu zählen von seiner Maximalzähiung {Binärzahl 63 für einen sechsstufigen Zähler) mit einer Geschwindigkeit, die bestimmt wird durch die von dem Anstiegstaktgeber 50 gegebenen Impulse. Diese Geschwindigkeit kann je nach den gewünschten Wirkungen geändert werden. Wie schon früher erwähnt, werden für das Register »chiff« verhältnismäßig hochfrequente Anstiegimpulse benötigt, während die tiefsten Töne des Registers »flute« eine relativ niedrige Frequenz benötigen. Die Frequenz wird also entspre-

chend den gewünschten Resultaten gewählt.

Während der Zähler nacheinander von seinem Größtwert auf Null herunterzählt, legen die sechs Stufen des Zählers nacheinander verschieden hohe und niedrige Ausgangssignale an die Basen der entsprechenden S'.-halttransisioren 25 bis 30. Bei der ersten Abwärts/ähliing des Zählers 40 und bei allen weiteren Zählungen in dieser Richtung nimmt das Ausgangssignal des AND-Gatter^ 42 den niedrigen Pegel ein, wodurch der Par.illelschaltiingsschaltiransisior 31 in Sperrichtung gesi. haltet wird. Dadurch liegt der Ausgang 12 nicht mehr an Masse Gleichzeitig wird dieses niedrige .Aiisgangssignal durch den Inverter 43 in ein hohes Ausgangssign.il verwandelt, das das AND-Gatter 44 einschaltet, damit das AND Clatter 44 die Impulse ties Abf.illlaktgebers weiterleiten kann, sobald die Faste 38 losgelassen wird. Solange die "laste 38 noi h gedruckt bleibt, legt der inverter ">4 ein niedriges und damit ein ausschaltendes l.mgangssignal an das AND (niter 44. so daß es, solange noch die Anstiegszeiten gesteuert werden, keinerlei Wirkung haben kann.

Der Ausgang des NAND-Gatters 46 bleibt auf niedrigem Pegel, da außer fur den Ausgang Null bei allen Ausgängen des Zählers 40 mindestens ein Ausgang den hohen Pegel besit/t. Dieses niedrige Ausgangssignal wiTv.'durch den Inverter 48 umgewandelt, damit das AND-Gatter 49 dauernd eingeschaltet bleibt.

Das AND (latter 49 lallt also die Impulse des Faktgebers so lange durch, bis der Zähler bei Null angekommen ist. Ist er dies, so nimmt das Ausgangssignal des NAND-Gatters 4h ilen hohen Pegel cm. da alle seine Hingangssignale den niedrigen Pegel besitzen. Dieses hohe ,Ausgangssigna! wird durch den Inverter 48 in ein niedriges Ausgangssignal verwandelt und das AND-Gatter 49 wird abgeschaltet, um den Durchlaß von weiteren Impulsen des .Anstiegtaktgebers an den Zähler 40 zu verhindern Die Schaltung bleibt in diesem Betriebszustand mit allen Ausgängen des Zählers 40 auf dem niedrigen Pegel, was bedeutet, daß alle Schalttransistoren 25 — 30 und der Transistor 31 auf Sperren geschaltet sind und die Tonsignale am Ausgang 12 ihre maximale Amplitude haben. Diese Signale liegen an der Ausgangslastimpedanz 57 an.

Solange der Zähler 40 abwärts zählt, werden verschiedene der Widerstände 15 bis 20 in verschiedenen Kombinationen parallel zwischen Masse und dem Ausgang 12 geschaltet. Die Relativwerte der Widerstände 15 bis 20 werden dabei so gewählt, daß sie eine Signaldämpfung um je ein Dezibel bewirken entsprechend der Zählung des Zählers 40. Das menschliche Ohr ist nicht in der Lage, solche Amplitudenschritte von einem Dezibel wahrzunehmen und dadurch scheint das Abklingen des Tonsignals vom Maximum zum Minimum kontinuierlich vonstatten zu gehen.

Solange die Taste 38 gedrückt bleibt, bleibt das Tonsignal am Ausgang 12 auf seinem Maximalwert. Wird dann die Taste 38 losgelassen, so wird dadurch das Einschaltpotential von dem dritten Eingang des AND-Gatters 49 entfernt, so daß diese keine Impulse mehr durchläßt Gleichzeitig legt der Inverter 54 ein Einschaltpotential an den dritten Eingang des AND-Gatters 44. Da das Potential von dem Inverter 43 zu dieser Zeit ebenfalls den hohen Pegel besitzt, läßt das AND-Gatter 44 die Kontaktgeberimpulse von dem Abfalltaktgeber 52 an den Aufwärtszähleingang des umkehrbaren Zähler? 40 durch. Diese Impulse bestimmen die Abfall-Taktfrequenz der Tonsignale am

Ausgang t 2 UM(I. (!CHiIlI W IC be I cIl'II AtISl ICgI ilktgcber UIlpulsen, wird die Frequenz des Taktgebers 52 so gewählt, diil! die Impulse den gewünschten Abfall-Taktfrequen-/en einsprechen. |e Milch der gewünschten Funktion können diese Frequenzen reliiliv hoch sein, so dall die Schaltung in kurzer /eil iibsehiiliei oder sie können relativ ■ ednge l^;ri;qucn/en hüben, wodurch die Abklingzen iiiif mehrere Sekunden ausgedehnt wird. / H. wenn die kipptaste »chime« bei den Registern ••Unto« gedruckt wird. I iir die Resistor ·» liiff« und "lelesic" sind die Abf.ill I iiklfrcqiien/cn li.'sl emge stellt, w.ihrend fur die Register »flule" verschiedene ■\bf.illt.ikllre(|iieii/cM gewählt werden können. |c M.ichdeni. oh die Kippiaslen »reverberation«, »sustain« oder »chime« gedruckt worden sind Durch Niederdmk ken diese Kippt.isien weiden Abfalltaklgeherimpulsc iintersi l· dlieln-r I re(|'ien/ durch den Generator 52

Die Impulse des Abfallt.iktpebers bewirken, dall der umkehrbare /ahler in der Aufw irtsrichiung von Null bis /u seiner Maximal/.ihluni: von dreiundsech/ip /aiii;. wobei die Geschwindigkeit mit der dies geschieht, von der Frequenz des Abfalltaktgebers abhangt. Mit aufwärts verlaufender Zahlung werden verschiedene kombinationen der Schalttransistoren 25 bis 50 entweder leitend oder nichtleitend genial! dem binaren Signal. Die biiiai gewichteten Widerstände 15 bis 20 w eitlen dementsprechend in verschiedenen komhina Honen dem I unsignal.i'isgang parallel geschallet, um die SigrJe am Ausgang 12 entsprechend in Dezibel-Schritten von ihrem Maximalwert bei Stand des /ahle , auf Null /u dem Mmimalwert. der erreicht wird, wenn der Zahler auf Dreiundsech/ig angekommen ist. /υ steuern. Ist der Z.ihlwert dreiundsech/ig erreicht, so nehmen alle Fingangssignale des AND-Gatters 42 den hohen Pegel ein und dadurch wird der Parallelschal· tiings-Schalttransistor 31 wieder auf Durchlaß geschaltet und schließt den Ausgang 12 an Masse Gleichzeitig liefert der Inverter 43 ein niedriges Abschaltsigral an das AND-Gatter 44. wodurch keine weiteren Impulse _: des Abklingtaktgebers an den Zähler durchgelassen werden. Damit ist das System wieder in seinen ursprünglichen Betriebszustand zurückgekommen, bis /um nächsten Schließen der Taste 38, bei dem sich dann der eben beschriebene Zyklus wiederholt. _: -.

Wird die Taste 38. nachdem sie geschlossen worden ist. wieder geöffnet, bevor der Zähler 40 seine Nullstellung erreicht hat. so wird dadurch sofort das AND-Gatter 49 abgeschaltet und damit die Weitergabe der Impulse des Anstiegtaktgebers durch dieses Gatter ·,,, verhindert. Gleichzeitig wird das Gatter 44 eingeschaltet und erlaubt damit die Weiterleitung der Impulse des Abklingtaktgebers, um den Zustand des Zählers umzukehren. Dadurch setzt das Abklingen des Tonsignals an dem Punkt ein. den es erreicht hatte, als die ,; Taste 38 wieder geöffnet wurde.

Durch die Verwendung eines binären umkehrbaren Zählers 40 und binärer gewichteter Relativwerte der Widerstände 15 bis 20 wird ein sehr glatter Übergang in Ein-Dezibel-Schritten durch die Schaltung in Fig. 1 to bewirkt.

Die F i g. 2 zeigt eine andere Ausführung der digitalen Regelung von Anstieg- und Abfallzeii. bei welcher ein Reihen-Spannungsteiler statt des Parallel-Spar.nungsteilers in Fig. 1 verwendet wird. Die Bezugsnummern -; für gleiche oder ähnliche Bauteile sind in Fig. 2 die gleichen wie in Fig. 1. In Fig.2 laufen die Signale des Tongenerators 10 von dem Eingang über den Widersland 11, das Serien Dänipfiingsnet/vvcrk 60 und ilen I I 1-Schalltraiisislor 81 an den Ausgang 12. Die beiden Knden des Dämpfungsrcglernel/werks 60 liegen liner die Widerstände 62 und 63 an Masse, um den Arbeitspunkt für den \onsignalaiisgang 12 festzulegen. ·

Hei Hetrieb im Ruhezustand, wenn die laste 38 offan und das System in seinem stabilen Zustand ist, erzeugen alle Stufen des sechsstufigen umkehrbaren Zählers 40 ein niedriges Alisgangssignal, im Gegensatz zu dem hohen Ausganpssipnal. im gleichen Falle wie hei der Schaltung genial! I ig. I. Das niedrige Ausgangssignal wird durch die Inverter 74,/ his 74,-j in ein hohes Alisgangssignal verwandelt. In diesem I all liegen alle Dampfiingswiderstaiide 64.65. 66,67, 68 und 61 in Reihe /wischen den Widerstanden Il bzw. 62 und dem Sch.tlttransisior 81. da die Schaltlransistoren 74 bis 74. von denen ic einer den Widerstanden 64 bis 69 parallel

<κ.μ\. n^.ii·. -.um. i/.l um ν «. ι >■> ι. mn ι <. 11 . ιι ιι,ιικι tiiiiisioreii sinil N Kanal- MOS -I 1.1 s. welche durch Anlegen eines niedrigen oder negativen Potentials an ihre Steuereingänge auf Diirchlali und durch Anlegen eines hohen oder relativ positiven Potentials an ihre Steuereingänge auf Sperren gesihaltet werden.

Alle Stufen des Zählers 40 liegen an entsprechenden Fingangen des NAND-Galters 84. welches ein hohes Aiisgangssignal liefert, wenn alle Stufen des Zahlers ein niedriges Auspangssipn.il ausgeben. Das hohe Ausgangssignal wird dann durch den Inverter 85 gewandelt und steuert den N kanal H I Schalttransistor 80. welchei lein Widerstand 6 3 parallel liegt, auf Diirchlal.S. wodurch der Ausgang des Senendampfutigsnet/w erks 60 an Masse gelegt wird. Gleichzeitig legt der Ausgang des N AND Gatters 84 ein hohes Potential an den Stcuereingang des N-Kanal I I Is 81. der dadurch gesperrt wird. Fs besteht somit keine Verbindung mehr zwischen dem Ausgang des Spannungsteiler-Netzwerks und dem Ausgang 12. Infolgedessen können keine Tonsignale mehr von dem Fingangsgenerator 10 zum Ausgang 12 gelangen.

Zur gleichen Zeit hat ein AND-Gatter 86. dessen Kingänge ebenfalls mit jeder der Stufen des sechsstufigen umkehrbaren Zählers 40 verbunden sind, ein niedriges Potential am Ausgang, welches durch den Inverter 87 gewandelt wird, um dadurch das AND-Gatter 49 auf Durchlaß zu steuern. Gleichzeitig wird das hohe Ausgangssignal des NANDGatters 84 durch einen Inverter 89 gewandelt, um das AND-Gatter 44 in .Sperrstellung zu steuern. Bei Schließen der Taste 38 leitet das AND-Gatter 49 die Impulse des Anstiegtaktgebers genau so weiter, wie in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde. Bei I i g. 2 werden diese Impulse aber sn den Aufwärtszähleingang des sechsstufigen umkehrbaren Zählers 40. statt an den Abwärtszähleingang wie bei Fig. 1 beschrieben, gelegt. Dies ist notwendig wegen des Unterschiedes, den ein Rcihenspannungsteiler gegenüber einem Parallel-Spannungsteiler hat bezüglich der Dämpfung. In Fig. 1 wurde die maximale Dämpfung des Tonsignales dann erreicht, wenn die Transistoren 25 bis 30 auf Durchlaß geschaltet waren. Bei Fig. 2 bewirken hingegen die auf Durchlaß geschalteten Transistoren eine minimale Dämpfung des Tonsignales, da die Transistoren als kurzschließender Nebenschluß zwischen dem Tonsignaieingang und dem Tonsignalausgang liegen. Abgesehen hiervon ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 die gleiche wie von F i g. 1 und die Widerstände 64 bis 69 haben gegeneinander binär gewichtete Werte gemäß der binären Zählung des Zählers 40. Die Werte werden

vorzugsweise so gewählt, da IJ das Tonsignal in Min-Dezibel-Schriiien vergrößert wird, in gleicher Weise wie in F ι g. I. In l· i g. 2 geschieht dies dadurch, daß verschiedene Kombinationen der Widerstände 64 bis 69 jeweils dadurch kurzgeschlossen werden, daß die , .Schalttransistoren 74 bis 79 auf Durchlaß geschaltet werden.

Hei Anlegen des ersten Impulses an den umkehrbaren Zähler 40 nimmt mindestens eines der Ausgangssignalc den hohen Pegel ein und bewirkt dadurch ein niedriges m Ausgangssignal an dem NAND-Gatter 84. Das schaltet den Transistor 80 in Sperrstcllung und den Transistor 81 in Durchlaßstellung. Gleich/eilig legt der Inverter 89 ein hohes Hingangssignal an das AND-Gatter 44 und schallet es dadurch auf Durchlaß. Solange aber die Taste r, 38 gedruckt bleibt, verhindert der Inverter 54 den Durchlaß der Impulse des Abfalltaktgcbers durch das AND-Gatter 44.

[erreicht der Zähler 40 seine Maximalzählung mit allen Stufen auf dem hohen Pegel, so liegt minimale :» Dämpfung der Signale vom Tonsignalgenerator vor. da alle Transistoren 74 bis 79 auf Durchlaß geschaltet sind, wodurch die Widerstände 64 bis 69 des Spannungsteiler-Netzwerks kurzgeschlossen werden. Gleichzeitig wird das hohe Ausgangssignal des AND-G.itters 86 durch >-> den Inverter 87 gewandelt, um das AND-Gatter 49 in Sperrstellung zu schalten, ähnlich wie bei F i g. I beschrieben. Ms werden keine Taktgeberimpulse mehr an den Zähler gelegt, weder vom Generator 50 noch vom Generator 52. solange die Taste 58 geschlossen jn bleibt. Wird die Taste 38 jetzt losgelassen, so bleibt das AND-Gatter 49 in .Sperrstellung wegen des niedrigen Potentials, das durch Loslassen des Schalters 38 angelegt wird, aber der Inverter 54 schaltet das AND-Gatter 44 auf Durchlaß, so daß die Impulse des Abfalltaktgebers durchgelassen werden zu dem Abwärtszähleingang des umkehrbaren Zählers 40. Der Zähler kehrt seine Zählrichtung um. wodurch verschiedene binäre Kombinationen der Schalttransistoren 74 bis 79 auf Durchlaß geschaltet werden, damit der Abstieg des Tonsignalausg -ngs in Ein-Dezibel-Schritten mit einer durch die für den Abfall-Taktgeber-Generator 52 gewählten Frequenz stattfindet. In dieser Beziehung ist die Wirkungweise der Schaltung der F i g. 2 ähnlich der der Schaltung von Fig. !.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Anstieg nicht in Ein-Dezibel-Schritten stattzufinden braucht und es ist häufig auch wünschenswert, daß der Anstieg in einer geringeren Schrittzahl stattfindet als notwendig ist. um den Zähler 40 durch seine gesamte Zählung von Minimal zu Maximal zu steuern. Bei der Schaltung nach F i g. 2 wird der Anstieg modifiziert durch Verwendung eines Anstieg-Speicherkreises 90, der vorzugsweise ein ROM-Speicher sein sollte, der vorprogrammiert ist, um eine besondere Anstiegwellenform zu erzeugen. Der Anstiegspeicher 90 hat sechs Ausgänge, welche an den sechs Stufen des umkehrbaren Zählers liegen. Er hat auch einen Eingang, der an der Taste 38 liegt

Bei Schließen der Taste 38 wird ein positives Potential von dem Spannungseingang 56 über die Verbindung 92 an den Eingang eines monostabilen Multivibrators 94 gelegt, der seinerseits einen Spannungsstoß über die Leitung 96 an den Anstiegspeicher 90 gibt In seiner einfachsten Form stellt der Anstiegspeicher 90 verdrahtete Diodenverbipdungen zwischen der Leitung 92 und ausgewählten Ausgängen dar, und >egt somit Triggerimpulse an ausgewählte Stufen des Zählers 40, wenn die Taste 38 geschlossen wird. Diese Impii. .e kehren den Zustand der betreffenden Stufen um und speichern eine neue Anfangszähliing im Zähler 40. Diese Zählung wirkt sich natürlich in den Ausgangszuständen der sechs Stufen des Zählers 40 aus. und legt somit eine vorgewählte Dämfpung an die an dem Ausgang 12 abgegebenen Tonsignale. Diese Dämpfung ist erheblich geringer als die. welche der Zähler 40 liefert, falls er auf minimale Zählung gesetzt worden ist.

Es hat sich gezeigt, daß diese erste Zählung so gewählt werden kann, daß sie eine Dämpfung von etwa - 31 Dezibel des Tonsignals bewirkt, um de'i Anstieg an diesem Punkt beginnen zu lassen, liei der soeben beschriebenen einfachsten Form lies AnstiegspeiclK-rs findet der weitere Betrieb des umkehrbaren Zählers 40 zur Ausbildung des weiteren Anstiegs in Min-Dezibel· Schritten statt, wenn der Zähler durch Anlegen der Impulse des Anstiegtaktgebers weiter in seiner Aufwärtszählung geschaltet wird.

Fs ist zu beachten, daß das Setzen der Stufen des Zählers 40 durch den Speicher 90 nur dann stattfindet, wenn über die Leitung 92 ein Impuls angelegt wird und daß keine weiteren Impulse während Anstieg, »sustain« und Abfall angelegt werden, da nur beim ersten Schließen des Schalters 38 über die Leitung 92 ein Impuls ankommt. Der Anstiegspeicher 90 hat keinen Einfluß auf den Verlauf des Abfalls bei dieser Schaltung.

Gelegentlich ist es wünschenswert, den Anstieg weiter in Übereinstimmung mit verschiedenen Zuständen der sechs Stufen des umkehrbaren Zählers 40 zu verändern. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder der sechs Ausgänge des umkehrbaren Zählers 40 auch an sechs zusätzliche Eingänge des Anstiegspeichers 90 gelegt ist. Die Ausgänge dieser Stuten des Zählers 40 werden dann in dem Speicher 90 mit vorgegebenen Bedingungen in Koinzidenzgattern verglichen, woraufhin selektiv zusätzliche Impulse an die Ausgänge des Anstiegspeichers 90 und damit an die einzelnen Stufen des umkehrbaren Zählers 40 gelegt werden. Dadurch werden die so gewählten Stufen in ve-schiedene Zustände gesetzt und der Anstieg somit geändert. Damit ist es möglich. Anstiegschritte, die nicht Ein-Dezibel betragen, als Antwort auf einzelne Impulse des Taktgebers zu erhalten. Sobald aber der Zähler an seiner Maximalzählung angekommen ist. arbeitet das System in der gleichen Weise wie früher beschrieben und der Anstiegspeicher 90 beeinflußt den weiteren Betrieb des Dämpfungs-Netzwerks bei den Betriebsarten »sustain« oder Abfall nicht mehr.

Die Fig. 3 zeigt eine Wellenform, die sich mit der Schaltung der Fig. 2 erzeugen läßt. Bei Anlegen des ersten Impulses von dem Taktgeber steigt die Kurve rasch zu einem relativ hohen Zwischenwert, typisch etwa —31 dB. Es ist weiter zu sehen, daß der Anstieg nicht unbedingt in Ein-Dezibel-Schritten stattfindet diese wurden mit einem einfachen Anstiegspeicher erreicht werden, der nur die Anfangsbedingungen in den Zähler 40 eingibt und den Zustand des Zählers 40 nicht dauernd überwacht und ändert Sobald der Maximal-Pegel (minimale Dämpfung) erreicht ist wenn der Zähler 40 auf seine höchste Zählung gesetzt ist bleibt der Tonsignalausgang auf seinem »sustain«-Pegel (im wesentlichen Dämpfung 0 dB). Dies ist dargestellt in ^m mittleren Teil der Wellenform in F i g. 3. Sobald die Taste 38 losgelassen wird, beginnt der Abfall mit einer Dämpfung in Ein-Dezibel-Schritten, um die Dämpfung von 0 dB auf minus 62 dB bei einem sechsatufigen umkehrbaren Zähler zu verringern. Beim Zählen des

Ii

dreiundsech/.igstcn Impulses weisen alle Ausgangssignale des Ziihlers 40 den niedrigen Pegel auf und das NAND-Gatter 84 schaltet den Transistor 80 auf Durchlaß und den Transistor 81 auf Sperren, dadurch wird dei Tonsignalausgang auf seinen offenen Stromkreis oder Minimalwert verringert, der etwa minus 8OdB ist. Dieser lci/te Abfall von minus 62 auf minus 80 dB in einem Schrill ist jedoch nicht wahrnehmbar, da das Signal, welches bei minus 62 dB vorhanden ist.

bereits äußerst schwach ist. Ks ist selbst bei den langen Abkling/eiten nicht wahrnehmbar, wenn bei dom Register »flute» in Verbindung mil »chime« Abfall Taktfr.quen/.en von mehrere· Sekunden verwendet werden.

Wenn I'-Kannl F-ITs verwende würden in der Schaltung der F-" i g. 2. so wurden die invertierten Zählerausgänge verwendet und das Gatter 84 wäre ein AND-Gatter und das Gatter 86 ein NAND-Gatter

Hierzu 2 Blatt Zcichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Digitaler Abschwächer zur Tonsignalformung bei einem tastenbetätigten elektronischen Musikinstrument mit einem aus einer Vielzahl von gewichteten Widerständen bestehenden Spannungsteilernetzwerk, wobei den Widerständen elektronische Schaltelemente zugeordnet sind, die von den Ausgängen eines taktgesteuerten Zählers betätigt werden, und bei dem für die Erzeugung der Anstiegskurve und der Abfallkurve des Tonsignals ein Anstiegstaktgeber und ein Abfalltaktgeber vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilernetzwerk (15 bis 20; 64 bis 69) am Ausgang eines Tongenerators (10) angeordnet ist, daß die Widerstände (15 bis 20; 64 bis 69) dieses Spannungsteilernetzwerks binär gewichtete Werte aufweisen, daß als Zähler ein reversibler Binärzähler (·*Ο) mit je einem Zähleingang für die die Abfall- bzw. Anstiegskurve bestimmende erste und zweite Zählrichtung vorgesehen ist, und daß alle Ausgänge des Binärzählers (40) auch mit den Eingängen eines ersten (42, 84) und eines zweiten (46, 86) Verknüpfungsglieds verbunden sind, derart, daß im stabilen Ruhezustand das erste Verknüpfungsglied (42, 84) einem dem Zähleingang für die zweite Zählrichtung vorgeschalteten AND-Gatter (44) einen das Gatter sperrenden niedrigen Signalpegel und das zweite Verknüpfungsglied einem dem Zähleingang fü. die erste Zählrichtung vorgeschalteten AND-Gatter (49) sinen '\ohen Signalpegel zuführt, wobei die den Zäb'eingängen vorgeschalteten AND-Gatter (49, 44) jewe"'s mit weiteren Eingängen an den Abfalltaktgeber (50) bzw. den Anstiegstaktgeber (52) und unmittelbar bzw. über einen Inverter (54) an eine Taste (38) angeschlossen sind.

2. Digitaler Abschwächer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilernetzwerk parallelgeschaltete Widerstände (15 bis 20) aufweist, die zwischen einem am Ausgang des Tongenerators (10) angeordneten Widerstand (11) und jeweils den Kollektoren von die Schaltelemente bildenden emitterscitig an Masse angeschlossenen Transistoren (25 bis 30) angeordnet sind, daß der Binärzähler (40) so geschaltet ist. daß im stabilen Ruhezustand alle Ausgänge hohen Signalpegel führen, daß das erste Verknüpfungsglied ein AND-Gatter (42) ist und das /weite Verknüpfungsglied ein NAND-Gatter (46), dem ein Inverter (48) nachgeschaltet ist.

3. Digitaler Abschwacher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilcrnet7.wt.-rk in Reihe geschaltete Widerstände (64 bis 69) aufweist, die zwischen einem am Ausgang des Tongenerators (10) angeordneten Widerstand (II) und dem Ausgangsanschluß (12) des Abschwächers angeordnet sind, wobei als elektronische Schaltelemente (74 bis 79) N-Kanal-MOSFKT«. den Widerständen (64 bis 69) parallelgeschaltet sind, laß der Binärzähler (40) so geschaltet ist, daß im stabilen Ruhezustand alle Ausgänge niedrigen Signalpegel führen, daß das erste Verknüpfungsglied ein NAND-Gatter (84) ist und das /weite Verknüpfungsglied ein AND-Gatter (86). dem ein Inverter (87) nachgeschaltct ist.

4. Digitaler Abschwächer nach Anspruch I.

dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilernetzwerk in Reihe geschaltete Widerslände (64 bis 69) aufweist, die zwischen einem am Ausgang des Tongenerators (10) angeordneten Widerstand (:ll) und dem Ausgangsanschluß (12) des Abschwächers angeordnet sind, wobei als elektronische Schaltelemente (74 bis 79) P-Kanal-MOSFETs den Widerständen parallelgeschaltet sind, daß der Binä¹. zähler (40) so geschaltet ist, daß im stabilen Ruhezustand alle Ausgänge hohen Signalpegel führen, daß das erste Verknüpfungsglied ein AND-Gatter ist und das zweite Verknüpfungsglied ein NAND-Gatter, dem ein Inverter (87) nachgoschaltet ist.

5. Digitaler Abschwächer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Signalanstiegsspeicher (90) zur Bildung vorgegebener, bestimmten Stufen des Binärzählers (40) zugeführter Ausgangssignale, dessen Eingänge mit ausgewählten Stufenausgängen des Binärzählers (40) verbunden sind und der einen weiteren mit der Taste (38) verbundenen Eingang (96) aufweist.