DE2552628A1

DE2552628A1 - Elektronisches musikinstrument

Info

Publication number: DE2552628A1
Application number: DE19752552628
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-24
Publication date: 1976-05-26
Also published as: GB1525597A; JPS5160516A; US4000675A; JPS5441500B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Musikinstrument mit digitaler Erzeugung der Harmonischen-Anteile eines zu reproduzierenden Musiktones durch digitale Berechnung cfe* die Tonfärbung bewirkenden Filterfunktion.

Ein Filter, das bei den bekannten elektronischen Musikinstrumenten mit digitaler Datenverarbeitung verwendet wird, besteht aus einem Speicher, der die Amplitudeninformation eines Flankenbereiches einer Filterkurve digital speichert. Mit Flanke ist hier ein Dämpfungsbereich der Frequenz gemeint, der im Falle eines Hochpaßfilters unterhalb der Grenzfrequenz und im Falle eines Tiefpaßfilters oberhalb der Grenzfrequenz liegt. Die in dem Speicher gespeicherte Amplitudeninformation wird als Antwort auf eine der Frequenz entsprechende Information ausgelesen. Bei den bekannten Filtervorrichtungen dieser Art muß der Speicher sämtliche Amplitudeninformationen entsprechend den Frequenzen in dem Dämpfungsbereich speichern, so daß er eine große Speicherkapazität haben muß. Dies führt natürlich

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zu erhöhten Herstellungskosten. Wenn beispielsweise die erforderliche Auflösung (d.h. die kleinste Einheit des Dämpfungsbetrages) 0,75 dB ist und der Dynamikbereich des Dämpfungsbetrages 0 bis 48 dB beträgt, muß der Speicher eine Speicherkapazität von J5.84 Bit haben. Wenn der Dynamikbereich auf 0 bis 72 dB ansteigt, vergrößert sich auch die erforderliche Speicherkapazität auf 672 Bit. Wenn die erforderliche Auflösung auf 0,1875 dB ansteigt, erhöht sich die Speicherkapazität auf 3.456 Bit. Aus diesen Erläuterungen ist verständlich, daß ein Speicher mit großer Speicherkapazität benötigt wird, wenn man eine gute Auflösung wünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Musikinstrument der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es mit geringerer Speicherkapazität auskommt als die bekannten Musikinstrumente.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß Speicher zur Speicherung konstanter Information entsprechend einer Filtercharakteristik vorgesehen sind, daß an die Speicher eine Rechenschaltung angeschlossen ist, die die Amplitudeninformation für die spezielle Frequenz in der Filtercharakteristik in Abhängigkeit von der aus den Speichern ausgelesenen konstanten Information und der Information der jeweiligen Harmonischenfrequenzen errechnet, und daß die Amplituden der Harmonischen-Anteile einer Musiktonwellenform entsprechend der von der Rechenschaltung errechneten Amplitudeninformation gesteuert werden.

Die Erfindung schafft ein elektronisches Musikinstrument,

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das in der Lage ist, eine Funktionsgleichung zur Erzielung der Amplitudeninformation der Flanke einer Filterkurve sukzessive zu berechnen, und zwar für jede einzelne Frequenz, ohne daß ein Speicher benötigt würde, der die Amplitudeninformat&n des Flankenbereiches für jede Frequenz enthalten müßte. Auf diese Weise entsteht eine kompakte und "mit niedrigen Kosten zu realisierende Filterkonstruktion.

Die Erfindung schafft fe*ner ein elektronisches Musikinstrument, bei dem die Filtereinrichtung imstande ist,eine Funktionsgleichung zur Erzielung einer Information über den Flankenbereich des Durchlaßbereiches mit hoher Güte Q für jede einzelne Frequenz zu errechnen und ferner auch die sich verändernde Differenz zwischen der Grenzfrequenz · und dem Durchlaßbereich mit hoher Güte Q in der gewünschten Weise zu verändern.

Das Grundprinzip der Erfindung wird nachfolgend erläutert. Erfindungsgemäß wird ein Filter vom Digitaltyp verwandt, das nach einer Funktionsgleichung rechnet, die auf den Flankenbereich S einer Filterkurve, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 1 repräsentiert wird, abgestimmt ist. Wenn der Flankenbereich S in einer Gleichung erster Ordnung ausgedrückt wird, erhält man die Amplitudeninformation Y durch die folgende Gleichung:

Y = aX (1)

Hierin stellt X die Abszisse dar, d.h. die Frequenzinformation, und a die Flankensteilheit, d.h. den Betrag der Oktavendämpfung. Die Stelle, an der die Flanke S beginnt, ist die Grenzfrequenz COF. Wenn die tatsächliche Frequenz durch F repräsentiert wird, erhält man die Fre-

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quenzinformation zur Berechnung des Flankenbereiches S durch folgende Gleichung (2):

X = log F - COF (2)

In Gleichung (2) ist die.Grenzfrequenz COF in logarithmischer Form ausgedrückt. Demnach kann man die Amplitudeninformation Y der tatsächlichen Frequenz F erhalten, indem man die Steilheit a, die eine Konstante ist, und die Grenzfrequenz COF voreinstellt und die Rechnung auf der Basis von Gleichung (2) durchführt, um das Ergebnis anschließend in Gleichung (1) einzusetzen. Eine derartige Rechenschaltung benötigt lediglich einen Speicher zur Speicherung der Steilheit a und der Grenzfrequenz COF, so daß ein Speicher mit relativ geringer Speicherkapazität für diesen Zweck ausreicht. Die auf diese Weise durch Rechnung erhaltene Amplitudeninformation Y wird zur Steuerung der Amplituden der entsprechenden Frequenzen (Harmonischenanteile) benutzt, wodurch die Filterfunktion im wesentlichen durchgeführt ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist deshalb besonders zweckmäßig, weil der Betrag der Oktavendämpfung in der jeweils gewünschten Weise bestimmt werden kann, indem die Steilheit a entsprechend gewählt wird. Die Grenzfrequenz kann ebenfalls in der gewünschten Weise bestimmt werden, indem der Wert der Grenzfrequenzinformation COF entsprechend ausgewählt wird. Wenn beispielsweise die Berechnung auf der Basis der Gleichungen (1) und (2) durchgeführt wird, wobei die Grenzfrequenzinformation COF auf einen Wert geschoben wird, der größer ist als die durch die durdhgezogene Linie in Fig. 1 repräsentierte Filtekurve, wird der

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Plankenbereich auf einen höheren Frequenzbereich verschoben, wie es in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Nach der Erfindung kann ferner der Filter-Durchlaßbereich mit hoher Güte Q, annähernd auf der Basis eines ähnlichen Prinzips errechnet werden. Im einzelnen erhält man die Amplitudeninformation eines spitzen Bereiches der Filterkurve, die die Selektivitätskurve bildet, durch Durchführung einer ähnlichen Rechnung wie der oben beschriebenen und diese Amplitudeninformation des Filter-Durchlaßbereiches wird .mit der Amplitudeninformation der normalen Filterkurve kombiniert, um eine EinELfilter-Amplitudeninformation zu erhalten. Der Filter-Durchlaßbereich mit hoher Güte wird berechnet, indem man die Steilheit und den Spitzenwert des spitzwinkligen Bereiches errechnet und die Differenz zwischen der Spitzenfrequenz und der Grenzfrequenz bildet. Bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel ändert sich die Grenzfrequenz während des Beginns und des Endes eines Musiktones sukzessive und der Spitzenwert des Filter-Durchlaßbereiches mit hoher Güte Q kann entweder nach oben oder nach unten gerichtet ve*den.

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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahneauf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die grafische Darstellung einer Kurve zur Erläuterung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild die gesamte Konstruktion der bevorzugten Ausführungsform des elektronischen Musikinstrumentes,

Fig. 3 zeigt im Blockschaltbild einen wesentlichen Teil des elektronischen Musikinstrumentes nach Fig. 1, und

Fig. 4 (a) bis (f) zeigen grafische Darstellungen der Ausgangscharakteristiken der verschiedenen Teile der Ausführungsform von Fig. 3·

In dem Blockschaltbild der Fig. 2 ist schematisch der gesamte Aufbau des elektronischen Musikinstrumentes dargestellt. Das Grundkonzept der gesamten Konstruktion besteht darin, die Amplitudenwerte derjeweiligen Harmonischen eines zu reproduzierenden Musiktones an den jeweiligen Taststellen mit einem gleichmäßigen Zeitintervall zu errechnen, die Amplitudenwerte mit Amplitudenkoeffizienten der jeweiligen Harmonischen zu multiplizieren, die die Tonfärbung des Musiktones charakterisieren, und anschließend alle Harmonischenanteile kumulativ zu addieren, um die gewünschte Musiktonwellenform zu erhalten. Diese Grundkonstruktion ist bereits in der US-PS 3 809 786 beschrieben, so daß eine detaillierte Beschreibung der Gesamtkonstruktion hier entbehrlich ist und in erster Linie ein Filter 4, das ein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt, in detaillier-

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ter Form erläutert wird.

. Der Tastenumsetzer 2 erzeugt Tastenadressencodes KC, die die Namen der gedrückten Tasten repräsentieren. Die Information, welche Tasten gedrückt wurden, wird von der Tastaturschaltung 1 geliefert. Diese Tastenadressencodes KC werden im time sharing-Betrleb den jeweiligen Kanälen zugeteilt, die einer maximalen Anzahl gleichzeitig zu reproduzierender Töne entsprechen und in jeder Kanalzeit sequentiell und nacheinander ausgelesen werden. Der Tastenumsetzer erzeugt ferner verschiedene Impulstakte oder time sharing-Information zur Steuerung des synchronisierten time.sharing-Betriebes der einzelnen Baugruppen des Instrumentes, Beispielsweise sei angenommen, daß das erfindungsgemäße elektronische Musikinstrument mit höheren Harmonischen bis hinauf zur achten Harmonischen arbeitet, und daß die Anzahl der maximal gleichzeitig reproduzierbaren Töne acht beträgt. Die Taktimpulse werden von einem ersten (nicht dargestellten) achtstufigen Zähler gezählt, um die time sharing-Schlitze für jede Harmonische zu bilden und die frequenzgeteilten AusgangsSignaIe dieses Zählers werden anschließend von einem zweiten (nicht dargestellten) achtstufigen Zähler gezählt, um die time sharing-Schlitze für jeden der Kanäle zu bilden, deren Anzahl der Anzahl der gleichzeitig reproduzierbaren Töne entspricht. Im folgenden wird das Ausgangssignal des ersten Zählers als Signal BTC bezeichnet, das die Ordnungszahl der Harmonischen repräsentiert. Diese*s Signal BTC dient zur Bildung gleichmäßiger Rechenzeitintervalle, die erforderlich sind, um . die jeweiligen Harmonischen-Bestandteile zu erzeugen, wie nachfolgend noch erläutert wird.

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Zuvor wird in einem Frequenzinformationsspeicher j5 Frequenzinformation R gespeichert. Hierbei handelt es sich um einen Wert, der der Frequenz des jeweiligen Tones proportional ist. Die Frequenzinformation R, die der gedrückten Taste entspricht, wird in Abhängigkeit v.on dem Inhalt des Tastenadressencodes KC ausgelesen.

Ein Grundinformations-Generator 4 zählt in vorbestimmten Intervallen (z.B. alle 8 Kanalzeiten) die im time shaing-Betrieb von dem Frequenzinformationsspeicher J5 ausgelesene Frequenzinformation R in jeder Kanalzeit und bildet dadurch die Grundinformation QR (Q = 1; 2, J ...), die zur Erzeugung der Harmonischen-Information benötigt wird. Die Phase der Grundwelle wird durch diese Grundinformation bestimmt. Die Grundinformation ,QR wird im time sharing in Zuordnung zu den acht Tönen erzeugt und der Wert der Grundinformation ändert sich während einer Kanalzeit nicht.

Das Ausgangssignal des Grundinfirmations-Generators 4 wird einem Harmonischen-Informationsgenerator 5 zugeführt. Hier wird die Grundinformation QR sequentiell und kumulativ mit einer hohen time sharing-Rate, die dem Ordnungszahlsignal der Harmonischen BTC entspricht, gezählt und in time sharing die. Adresseninformation NQR erzeugt, die die Adresse für die jeweilige Taststelle (sample points) zum Auslesen der Welleninformation von acht Harmonischen für jeden Ton entspricht. (Die acht Harmonischen enthalten die Grundwelle) Dies legt die Phasen· der jeweiligen Harmonischen fest. Die an den jeweiligen Taststellen in einem Sinus-Wellenformspeicher 6 gespeicherten Amplituden werden in Abhängigkeit von der Adresseninformation NQR ausgelesen.

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In einem ersten Multiplikator 7a wird die Amplitudeninformation mit der Hüllkurvensteuerinformation von einem Hüllkurveninformationsgenerator 8 multipliziert. Diese Multiplikation erfolgt für jeden Ton (d.h. für jeden Kanal) und das Ergebnis wird einem zweiten Multiplikator 7b als hüllkurvengesteuerte Amplitudeninformation zugeführt. Der Hüllkurveninformations-Generator 8 erzeugt im time sharing-Betrieb Hüllkurvensteuersignale einschließlich der Bereiche für Anhall, Abklingen, Aufrechterhaltung und Beendigung für jeden der gleichzeitig erzeugbaren Töne, d.h. in jeder Kanalzeit, in Abhängigkeit von der von dem Tastenumsetzer 2 kommenden Information über das Anschlagen oder Loslassen einer Taste.

In dem zweiten Multiplikator 7b wird die hüllkurvengesteuerte Amplitudeninfirmation mit der Amplitudeninformation der jeweiligen Harmonischen von dem Filter 9 für jede Harmonische multipliziert. Auf diese Weise entsteht die Amplitudeninformation der jeweiligen Harmonischen-Anteile, deren Tonfärbung gesteuert ist. Die (in Tonfärbung und Hüllkurve gesteuerte) Amplitudeninformation der jeweiligen Harmonischen-Bestandteile wird nacheinander in regelmäßigen Zeitintervallen errechnet und danach dem Akkumulator 11 zugeführt. Der Akkumulator addiert die Amplitudeninformation von der Grundwelle bis zur achten (η-ten) Harmonischen für jeden Ton (d.h. für jede Kanalzeit) zusammen, um die Wellenformamplitude für einen Einzelton zu erzeugen. Erforderlichenfalls können die Amplituden der jeweiligen Töne durch eine Art Tastatur zusammenaddiert werden. Die Wellenform-Amplitudeninformation der zusammengesetzten Harmonischen-Anteile eines Musiktones wird einem Digital-Analogumsetzer 12 zugeführt und dort in ein analoges Wellenformsignal umgesetzt,, das anschließend durch ein akustisches System 1J>

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abgestrahlt wird.

Wenn die aus dem Sinus-Wellenformspeicher 6 ausgelesene Amplitudeninformation, die Hüllkurven-Steuerinforma^iön des Hüllkurveninformations-Generators 8 und-die Amplitudeninformation des Filters 9 logarithmisch ausgedrückt sind, können als Multiplikatoren 7a und 7b einfache Addierer verwendet werden. Die jeweiligen Bestandteile des Musikinstrumentes arbeiten durch dieselbe Harmonischen-Ordnungszahl desselben Kanales in vollständiger Synchronisierung.

Ein Tonfarbeninformations-Generator 10 erzeugt die Tonfarbeninformation TS zur Realisierung einer von dem Spieler an einem (nicht dargestellten) Tonfarbenhebel ausgewählten Tonfärbung. Die Tonfarbeninformation steuert die Amplituden der jeweiligen Harmonischen in bestimmten gegenseitigen Verhältnissen. Das Filter 9 bewirkt die oben beschriebene digitale Filterfunktion und erzeugt durch Rechnung die Amplitudeninformation einer gewünschten Filtercharakteristik.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des in dem erfindungsgemäßen elektronischen Musikinstrumentes verwendeten Filters 9. In einem Flankenspeicher 91 sind die Flankensteigungen der Filtercharakteristik vorgespeichert. Der Flankenspeicher 91 hat bei diesem Ausführungsbeispiel eine Speicherkapazität von 2 Bit und kann somit vier Arten von Flankensteigungsinformation vorsehen, z.B. 1, 1/2, 1/²J- und 0. Wenn beispielsweise der Betrag der Oktavendämpfung bei einheitlicher Steilheit a 12 dB/Okt beträgt und der Frequenzbereich einer Oktave in 64 Stufen unterteilt ist, beträgt die Auflösung dieses Filters 0,1875 dB. Wenn die Steilheit a gleich 1/2 ist, beträgt die Oktavendämpfung 6 dB/0kt,und

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wenn die Steilheit 1/4 ist_; beträgt die Oktavendämpfung 3 dB/Okt. Wenn das Filter nicht benutzt wird, wird der Flankenbereich dadurch ausgeschaltet, daß die Flankensteil-^ heit a zu O eingestellt wird.

Die Grenzfrequenzinformation COF wird von einem Zähler 95 erzeugt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist so konstruiert, daß die Grenzfrequenz sich während einer Periode vom Beginn bis zum Ende des Spielens eines Musiktones sukzessive ändert oder gleitet. Das Ausgangssignal des Zählers 95 dient als Grenzfrequenzinformation COF, die sich sukzessive ändert, indem der Zählvorgang in einer Zählsteuereinheit 9^ gesteuert wird, wie nachfolgend noch erläutert wird. Ein Grenzfrequenz-Speicher 92 enthält einen Anfangszählwert INT, einen Anhall-Ende-Zählwert MAX und einen· Aufrechterhaltungs-Zählwert SUS für den Zähler 95 in verschiedenen Werten (z.B. 6 Bit). In einem Zählratenspeicher 93 sind die einer Anfangsrate (Geschwindigkeit) A, einer ersten Abklingrate D und einer zweiten Abklingrate R entsprechenden Informationen in verschiedenen Werten (z.B. 5 Bit) vorgespeichert. Die Zählrate (Geschwindigkeit) des Zählers 95 hängt von der Information A, D und R ab. Die Zählsteuereinheit 94 steuert den Zählvorgang des Zählers 95 in Abhängigkeit von der von dem Tastenumsetzer 2 gelieferten Eintast-Information KON (Anschlagen einer Taste) und der Austast-Information KOF (Loslassen einer Taste) und der von den Speichern 92 und 93 kommenden Information. Die Anfangszählinformation INT'Wird beispielsweise von dem Speicher 92 dem Zähler 95 iⁿ dem Augenblick des Eintastens zugeführt, •um .den Zählvorgang mit der Anfangs-Zählrate A zu beginnen. Zuerst wird die Anfangszählung INT von dem Zähler 95 als Grenzfrequenzinformation COF geliefert und danach ändert

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sich der Wert der Information COP mit dem Fortgang des Zählens. Die Zählsteuereinheit 94 erkennt, daß die Zählung in dem Zähler 95 die Anha11-Ende-Zählung MAX erreicht hat und bewirkt daher, daß der Zähler 95 fortfährt von der Anhall-Ende-Zählung MAX bis zur Aufrechterha-ltungs-Zählung SUS mit der ersten Abklingrate D zu zählen. Der Zähler 95 beendet die Zählung, wenn diese den Aufrechterhaltungswert SUS erreicht hat. Dieser Zählwert wird anschließend beibehalten. Wenn die Taste losgelassen worden ist, zählt der Zähler 95> ausgehend von dem Aufrechterhaltungswert SUS herunter bis auf die Anfangszählung INT. Die Unterscheidung zwischen Addition und Subtraktion erfolgt durch Vergleich der jeweiligen Zählwerte INT, MAX und SUS. Als Zähler 95 kann ein Akkumulator verwendet werden, der sequentiell die von dem Zählratenspeicher 95 gelieferte Zählrateninformation zu dem von dem Speicher 92 gelieferten Grenzfrequenzinformation in einem bestimmten In-tervall akkumuliert.

In einem Frequenzlogarithmus-Speicher 96 ist die der Frequenz einer gedrückten Taste für jede Harmonische entsprechende Information in logarithmischer Form gespeichert. Die der Frequenz der gedrückten Taste entsprechende Information F wird grundsätzlich ausgedrückt als F = N · R, wobei R den Grundton (Frequenzinformation) des speziellen Tones, und N die Ordnungszahl der Harmonischen darstellt. In diesem Falle ändert sich die Information F entsprechend der Änderung der Grundfrequenz (d.h. des Grundtones), so daß die durch Rechnung erhaltene Ämplitudeninformation Y für unterschiedliche Grundtöne unterschiedliche Werte annimmt, obwohl die Ordnungszahl der Harmonischen unverändert bleiben kann. Eine solche Art der Steuerung kann zweckmäßigerweise als "fester Formant" bezeichnet werden, d.h. die

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gefilterte Amplitude ist in bezug auf den Absolutwert der jeweiligen Frequenz fest. Wenn andererseits nur das Verhältnis der Harmonischenanteile unabhängig von dem Grundton der gedrückten Taste gesteuert werden soll, muß die in dem Speicher 96 zu speichernde Information F- sich nur auf die Ordnungszahl N der Harmonischen beziehen (d.h. F = N). In diesem Falle wird der Ursprung der Frequenz mit dem X-Abstand in der Filtercharakteristik nach Fig. 1 die Grundfrequenz (d.h. die erste Harmonische), und die Variablen des X-Abstandes sind Frequenzen, die den Ordnungszahlen der jeweiligen Harmonischen entsprechen. Diese Art von Steuerung kann als "Formant-Transfer" bezeichnet werden, d.h. die gefilterte Amplitude ändert sich nicht mit der Ordnungszahl einer Hamonischen, jedoch ändert sie sich in Abhängigkeit von dem Absolutwert der Frequenz. Der Frequenzlogarithmus-Speicher 96 des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist zur Durchführung des Formant-Transfer konstruiert und speichert die Frequenzlogarithmus-Information log N für die erste bis achte (n-te) Harmonische. Dieser Information log N, die bei der Rechnung als log F benutzt wird, ist 0 für die erste Harmonische, 12 für die zweite Harmonische und 2.K für die vierte Harmonische ..., entsprechend der Frequenzverdopplung zwischen den jeweiligen Harmonischen. Der Speicher 96 wird von dem Ordnungszahlsignal BTC der Harmonischen adressiert. Dieses Signal wird von dem Tastenumsetzer 2 geliefert, um sequentiell und sukzessiv die Logarithmusinformation log N für die jeweiligen Harmonischenfrequenzen zu erzeugen. Die in den Speichern 9I, 92 und 93 gespeicherten Informationen a, INT, MAX, SUS, A, D und R können von .dem Spieler des Musikinstrumentes ausgelesen werden, indem ein (nicht dargestellter) Filter-Auswahlschalter, betätigt wird.

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Ein Addierer AD, führt die Subtraktion "log F-COF" aus Gleichung (2) durch. Dem Addierer werden die Grenzfrequenz COF und die Logarithmuslnformatin log F (d.h. log N) zugeführt, um die für die Berechnung des Flankenabschnittes erforderliche Variableninformation X zu erha-lten. Eine Schiebe-Einrichtung S₁ führt die Multiplikation von Gleichung (1) durch, indem lediglich eine Verschiebung der Variableninformation Y erfolgt, wobei die Steilheit als Steuerinformation für den Verschiebevorgang benutzt wird. Im Falle eines Tiefpaßfilters wird der Schiebe-Einrichtung, bei der es sich um ein Schieberegister handeln kann, ein Blockiersignal INH zugeführt, wenn das Ergebnis der in dem Subtraktor AD, durchgeführten Subtraktion eine negative Zahl wird (d.h. die zu filternde Frequenz ist niedriger als die Grenzfrequenz). Dadurch wird das Ausgangssignal Y der Schiebe-Einrichtung S, zwangsläufig auf 0 gestellt. Da die Amplitudeninformatxon bei dieser Ausführungsform in der logarithmisch ausgedrückten Dämpfungsgröße ausgedrückt wird, wird die Amplitudeninformation Y gleich 0 dB und das Harmonischen-Frequenzsignal passiert das Filter, ohne durch dieses bedämpft zu werden. Auf die vorstehend beschriebene Weise wird die Amplitudeninformation Y der Flankenbereiche sukzessive berechnet.

Ein Spitzenfrequenz-Differenz-Speicher 97 speichert die Differenz PFD zwischen der Spitzenfrequenz des Filter-Durchlaßbereiches hoher Güte und der Grenzfrequenz COF. Wenn die Grenzfrequenz COF höher ist als* die Spitzenfrequenz PF des spitzwinkligen Abschnittes der Filterchärakteristik des Durchlaßbereiches hoher Güte, wie in Fig. 4 (a) dargestellt ist, speichernder Speicher 97 die Frequenzdifferenz PFD als positive numerische Zahl, wogegen, wenn die Grenzfrequenz COF niedriger ist als

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Spitzenfrequenz PP, wie in Fig. 4 (b) dargestellt, der Speicher 97 die Frequenzdifferenz als negative Zahl speichert.

Die Frequenzinformation PFD von dem Speicher 97 und die Variableninformation X von dem Subtrahierer AD-, werden in dem Addierer AD₂ addiert, um"den Wert "log F-COF+PFD" zu erhalten. Auf diese Weise erhält man die Differenz Xq zwischen der logarithmisch ausgedrückten Frequenz log F und der Spitzenfrequenz PF.

Die Amplitudeninformation Yq des Filter-Durchlaßbereiches hoher Güte kann man durch die folgende Gleichung (3) erhalten, die eine große Ähnlichkeit mit Gleichung (1) aufweist:

Yq = b.Xq O) ,

Hierin stellt b die Flankensteilheit des spitzen Abschnittes der Filtercharakteristik dar.

Diese Steilheit b ist in einem Flankenspeicher 98 vorgespeichert. Der Speicher 98 speichert eine Flanke an nur einer Seite des spitzen BeieLches. Der spitze Bereich hat die Selektivitätscharakteristik eines invertierten V, wenn die Steilheit b eine positive Zahl ist, wogegen der spitze Bereich eine V-förmige Selektivitätscharakteristik hat, wenn die Steilheit eine negative Zahl ist. Die Steilheitsinformation b wird einer Schiebe-Einrichtung Sp zugeführt und der. Absolutwert der Steilheit b wird als Steuer-Information für den Schiebevorgang verwendet. Die Schiebeeinrichtung Sp erhält außerdem die D'ifferenzinformation Xq durch einen Inverter IV-, . Die Differenzinformation Xq wird entsprechend der Steilheitsinformation b verschoben und

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die Multiplikation von Gleichung (J>) wird im wesentlichen in der Schiebeeinrichtung Sp durchgeführt, um die Amplitudeninformation Yq zu erzeugen.

Das Ergebnis der Addition im Addierer ADp kann entweder positive oder negative Werte annehmen, in Abhängigkeit von dem Wert des Variablen log F. Dies bedeutet, daß das Additionsergebnis positiv ist, wenn die Differenz Xq einer Seite des spitzen Bereiches angehört und negativ, wenn die Differenz Xq der anderen Seite angehört. Wenn das Additionsergebnis (Differenz Xq) in dem Addierer AD₂ ein negativer Wert ist, wird dem Inverter IV-, ein Steuersignal SE zugeführt, um die Differenz Xq in einen positiven Wert zu invertieren. Auf diese Weise erzeugt der Inverter IV₁ stets den Absolutwert, der in dem Addierer AD_p erzeugten Differenz Xq. Selbst wenn nur die Steilheit an einer Seite ausgelesen wird, wird demnach die Differenz Xq der Steilheit der anderen Seite in dem Inverter IV-, invertiert, so daß die Amplitudeninformation Yq (Ergebnis der Multiplikation) die richtige Form annimmt, die der Selektivitätscharakteristik eines invertierten V entspricht, wie Fig. 4 (c) zeigt.

In einem Q-Spitzenwert-Speicher 99 ist ein Spitzenwert des Durchlaßbereiches hoher Güte Q vofgespeichert. Die Spitzenwert-Information PL, die von dem Spitzenwert-Speicher 99 ausgelesen wird,wird einem Begrenzer LM zugeführt. Dieser schneidet einen Amplitudenteil von der Spitzenwert-Information Yq ab, der das eingestellte Spitzenwertniveau PL übersteigt. Da die Niveauinformation als Dämpfungsbetrag behandelt wird,wird sie von dem Begrenzer LM,der die in Fig. 4 (d) dargestellte Charakteristik hat, in ihrem unte-

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ren Randbereich abgeschnitten.

Eine Q-Richtungssteuereinheit 100 dient zur Bestimmung der nach oben oder unten weisenden Richtung des spitzen Bereiches des Filter-Durchlaßbereiches in Abhängigkeit von der Polarität der Steilheitsinformation b, die aus dem Q-Flan-* kenspeicher 98 ausgelesen wurde. Die Einheit 100 enthält eine Torschaltung, die die von dem Begrenzer LM kommende und in ihrem^pitzen^.Wert geregelte Amplitudeninformation Y ' zu einem Inverter IV₂ durchläßt, wenn die Steilheitsinformation b einen positiven Wert hat (d.h. nach oben zeigt). Der Inverter IV₂ läßt ferner die Amplitudeninformation Y ^r durch und leitet sie einem Addierer AD^ zu, wenn die Steilheitsinformation b einen positiven Wert hat. Wenn die Steilheitsinformation b einen negativen Wert hat, (d.h. nach unten zeigt) führt die Q-Richtungssteuereinheit 100,die die Spitzenwert-Information PL von dem Q-Spitzenwertspeicher 99 erhält, die Rechnung Y ^r - PL = Y " durch und erzeugt die Amplitudeninformation Y ", die die in Fig. 4 (e) dargestellte Charakteristik hat. Wenn ein Signal, das die Polarität der Steilheit b anzeigt, mit dem Bezugszeichen G versehen wird und wenn man annimmt, daß die Polarität positiv ist (d.h. nach oben gerichtet), wenn das Signal G gleich 0 ist, wogegen es negativ (d.h. nach unten gerichtet) ist, wenn das Signal G gleich 1 ist, so führt die Steuereinheit 100 im wesentlichen die Rechnung

Y " = Y ' - G · PL aus. Wenn die Steilheit b negative Polarität hat (d.h. nach unten gerichtet ist) invertiert der Inverter IV₂ die Polarität der Amplitudeninformation

Y " gemäß Fig. 4 (e) auf eine positive Seite und bildet dadurch die Amplitudeninformation Y ^m , die eine nach unten weisende Selektivitätskurve gemäß Fig. 4 (f) aufweist.

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Der Addierer AD., addiert die Amplitudeninformation Y von der Schiebeeinrichtung S₁ und die Amplitudeninformation Y ' oder Y "' ,die dem Durchlaßbereich hoher Güte Q entspricht, zusammen und erzeugt dadurch für jeden Harmonischenanteil eine Filteramplitudeninformation mit einer nach oben gerichteten Selektivitätskurve,wie die Fig.4 (a) und 4(b) zeigen,oder eine Filteramplitudeninformation,mit einer nach unten gerichteten FiIterkurve.Das Ausgangssignal des Addierers AD., (d.h. die Filte'amplituderinformation) wird einem Multiplizierer MP zugeführt, wo es mit der Tonfarbeninformation TS von dem Tonfarbeninformations-Generator 10 multipliziert wird. Da die Tonfarbeninformation TS und die Filteramplitudeninformation beide in logarithmischer Form ausgedrückt sind, führt der Multiplizierer MP tatsächlich eine Addition aus. Auf die zuvor beschriebene Weise werden die Tonfarbeninformation TS, die den Amplitudenverhältnissen zwischen den jeweiligen Harmonischenanteilen zur Realisierung eines bestimmten Musiktones entspricht, und die Filteramplitudeninformation, die ihre Filtercharakteristik entsprechend der sich verändernden Grenzfrequenz COF ändert, kombiniert und die Amplitudeninformation (Amplitudenkoeffizient) für jeden Harmonischenanteil zur endgültigen Bestimmung der Tonfärbung wird nacheinander von dem Multiplizierer MP dem zweiten Multiplizierer 7b zugeführt.

Die oben erläuterten Speicher 97, 98 und 99 speichern die Spitzenfrequenz-Differenzinformation PFD, die Spitzen-Flankensteilheitsinformation b und die Spitzenamplituden-Information PL für verschiedene Wertö, damit der Spieler des Musikinstrumentes die gewünschten Informationen durch Betätigung des Filterwählschalters einstellen kann.

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Die Speicher 9I bis 93 und 97 bis 99 brauchen nur eine relativ kleine Speicherkapazität zu haben, weil sie lediglich- konstante Information zur Berechnung der Amplitudeninformation des Filterflankenbereiches speichern müssen. Beispielsweise reicht eine Gesamtspeicherkapazität der Speicher 9I bis 93 und 97 bis 99 von weniger als 100 zur Erzielung einer einzelnen Filterkurve aus. Die erforderliche Speicherkapazität steigt mit der Anzahl der an dem Auswahlschalter einstellbaren Filterkurven an. Die Gesamtkapazität des gesamten Filters 9 mit einem Dynamikbereich von z.B. 0 bis 72 dB und einer Auflösung von z.B. 0,1875 dB liegt in der Größenordnung von einigen Hundert Bits. Dieser Aufwand an Speicherkapazität ist weit geringer als bei den zum Stand der Technik gehörenden Musikinstrumenten.

Die obige Beschreibung erfolgte an Hand eines Ausführungsbeispiels, bei dem das Filter als Tiefpaßfilter konstruiert ist. Es ist jedoch klar, daß entsprechend den oben erläuterten Prinzipien der Erfindung auch ein Hochpaßfilter oder ein Bandpaßfilter konstruiert werden kann.

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Claims

Ansprüche

ί!^/Elektronisches Musikinstrument mit digitaler Erzeugung der Harmonischen-Anteile eines zu reproduzierenden Musiktones durch digitale Berechnung der die Tonfärbung bewirkenden Filterfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß Speicher (9I, 92, 93, 97, 98, 99) zur Speicherung konstanter Information entsprechend einer Filtercharakteristik vorgesehen sind, daß an die Speicher eine'Rechenschaltung (94, 95, AD,, SI) angeschlossen ist, die die Amplitudeninformation für die spezielle Frequenz in der Filtercharakteristik in Abhängigkeit- von der aus den Speichern ausgelesenen konstanten Information und der Information der jeweiligen Harmonischenfrequenzen errechnet,und daß die Amplituden der Harmonischen-Anteile einer Musiktonwellenform entsprechend der von der Rechenschaltung errechneten Amplitudeninformation Y gesteuert werden.

2'. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzfrequenz-Speicher zur Speicherung der Grenzfrequenz

COF und ein Flanken-Speicher (9I) zur Speicherung der Flankensteilheit ,a einer Filterkurve vorgesehen ist, und daß die Rechenschaltung zur Berechnung der Funktion

Y = a (log F - COF) ausgebildet ist, wobei F die jeweilige Frequenz darstellt.

3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spitzenfrequenz-Differenzspeicher (97) vorgesehen ist, der die Differenz PFD zwischen der Spitzenfrequenz

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des Filter-Durchlaßbereiches hoher Güter und der Grenzfrequenz COF speichert, daß ferner ein Flanken-Speicher, der die Flankensteilheit des spitzen Beid-ches des Filter-Durchlaßbereiches speichert und ein Q-Spitzenwertspeicher vorgesehen ist, öse einen Spitzenwert PL speichert, und daß die Rechenschaltung die folgenden Baugruppen enthält:

einen zweiten Schaltkreis zur Errechnung der Amplitudeninformation Yq = b (log F - COF + PFD) ;

einen Begrenzer (LM) zur Begrenzung des Wertes der Amplitudeninformation Yq , wenn ihr Spitzenwert den Spitzenwert PL übersteigt und zur Erzeugung der Amplitudeninformation Yq¹ ,·

eine Q-Richtungs-Steuereinheit (100) zum Durchlaß der Amplitudeninformation Yq' von dem Begrenzer (LM), wenn die Steilheitsinformation (B) ein positiver Wert ist und zur Durchführung der Rechnung γ" = Yq' - PL wenn die Steilheit der Information b ein negativer Wert ist;

einen Inverter (IVp) zum Invertieren der Information ' Yq" zur Erzeugung der Information Yq"¹ , wenn die Steilheitsinformation b ein negativer Wert ist, und zum Durchlaß der Information Yq' , wenn die Steilheit der Information b ein positiver Wert ist; und

einen Addierer (AD-,) zur Durchführung der Additionen Y + Yq' und Y + Yq"' _;..

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4. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung zur sukzessiven Änderung der Grenzfrequenz während einer Zeitperiode vom Beginn bis zum Ende des Spielens eines Musiktones vorgesehen ist.

5. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzfrequenzspeicher (92) vorgesehen ist, der einen Anfangszählwert, einen Anna11-Ende-Zählwert und einen Aufrechterhaltungszählwert als mehrere Grenzfrequenzen speichert, daß ein Zählraten-Speicher (93) vorgesehen ist, der eine Anfangszählrate, eine erste Anhall-Zählrate und eine zweite Abkling-Zählrate speichert, und daß die Steuereinrichtung die folgenden Baugruppen enthält:

einen Zähler (95) zur Erzeugung wechselnder Grenzfrequenzen am Zählerausgang, und

eine Zählsteuer-Einheit (94) zur Steuerung der Zählrate des Zählers, derart, daß der Zähler beim Eintasten vom Anfangszählwert bis zum Anhall-Ende-Zählwert mit der Anfangszählrate, vom Anhall-Ende-Zählwert bis zum Aufrechterhaltungs-Zählwert mit der ersten Abkling-Zählrate zählt, und danach den Aufrechterhaltungs-Zählwert beibehält und nach dem Austasten mit der zweiten Abkling-Zählrate von dem Aufrechterhaltungs-Zählwert auf den Anfangs-Zählwert zurückzahlt.

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