DE2709532C3

DE2709532C3 - Elektronisches Musikinstrument zur Simulaton eines angeschlagenen Saiteninstrumentes

Info

Publication number: DE2709532C3
Application number: DE2709532A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hamamatsu Shizuoka Itakura (Japan)
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-04
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4141269A; DE2709532A1; JPS52118631U; DE2709532B2

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument zur Simulation eines angeschlagenen Saiteninstrumentes mit von der Tastenniederdruckgeschwindigkeit der Tasten einer Tastatur abhängiger Tonerzeugung, bei dem die Amplituden mehrerer, einer einzigen Taste zugeordneter Tonsignale mit unterschiedlichem Frequenzspektrum durch ein Ausgangssigna! eines tastengeschwindigkeitsempfindlichen Hüllkurvengenerators über Modulatoren modulierbar sind, die modulierten Tonsignale an den Eingang einer Mischstufe angelegt werden, wobei wenigstens eines der Tonsignale durch einen Schalter lediglich dann der Mischstufe zugeführt wird, wenn die fimplitude der Hülikurve einen vorbestimmten Schweilwert übersteigt.

Aus der U£-PS 39 35 783 ist eine Schaltung für ein elektronisches Klavier bekannt, bei der zur Erzeugung eines Tones drei Rechtecksignale verwendet werden, die gleiches Tastverhältnis aufweisen, jedoch in der Frequenz sich wie 1:2:3 verhalten. Jedes der drei Rechtecktonsignale wird in einen zugehörigen Amplitudenmodulator eingespeist, der von einem von der Tastenniederdruckgeschwindigkeit abhängigen Hüllkurvengenerator gesteuert wird. Zwei der drei Modulatoren werden jeweils nur dann aufgesteuert, wenn das Hüllkurvensignal eine jeweils vorbe'· timmte Amplitude übersteigt, was dadurch erreicht wird, daß zwischen dem Hüllkurvengenerator und dem entsprechenden Modulator ein Bauelement mit Z-Charakteristik geschaltet ist. Die Ausgangssignale der drei Modulatoren werden über einen gemeinsamen Tiefpaß einem Niederfrequenzverstärker zugeführt.

Dieses Parallelschalten der Ausgänge der Modulatoren an einem gemeinsamen Verstärkereingang entspricht einer Signalmischung an einer »Mischstufe«, so daß die einzelnen Signale im folgenden gemeinsam weiter verarbeitbar sind. Unter Mischstufe ist hier jedoch nicht eine Mischstufe zur Frequenzumsetzung oder Amplitudenmodulation zu verstehen.

Das Zu- oder Abschalten der einzelnen Rechteckschwingungen zur Erzeugung des pianoähnlichen

Klanges führt jedoch zu abrupten Änderungen in der Klangfarbe, die dem Ton einen unnatürlichen Charakter geben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Musikinstrument nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß keine abrupten Klangänderungen auftreten, um den Klang eines angeschlagenen Saiteninstrumentes naturgetreu zu simulieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße elektronische Musikinstrument durch die Merkmale des Hauptanspruclies gekennzeichnet.

Weil bei dem elektronischen Musikinstrument die zur Synthese verwendeten Tonsignale alle die gleiche

Grundfrequenz aufweisen und sich lediglich in ihrem Frequenzspektrum voneinander unterscheiden und weil der Schwellwertschalter dem Modulator nachgeschaltet ist, treten keine sprunghaften Änderungen der Klangfarbe auf, wenn der erzeugte Ton langsam in seiner Amplitude abklingt

Weiterbildungen des elektronischen Musikinstrumentes sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein elektronisches Musikinstrument gemäß der Erfindung in einem Blockschaltbild,

Fig.2 einen zweckmäßigen Schaltungsaufbau verschiedener Blöcke des elektronischen Musikinstrumentes nach F i g. 1,

F i g. 3A und 3B eine Wellenform von zwei Tonsignalen des elektronischen Musikinstrumentes nach Fig. 1, die die gleiche Grundfrequenz aber verschiedene Oberwellen haben und

Fig.4 die Form eines Hüllkurvensignales des elektronischen Musikinstrumentes nach Fig.¹·.

In Fig. 1 sind Tongeneratoren 11 schematisch dargestellt, mit deren Hilfe den Tasten einer Tastatur 12 entsprechende Tonsignale erzeugbar sind. Ein einer Taste zugeordnetes Tonsignal wird an einer ersten und zweiten Wellenformwandler 13 und 14 angelegt, die jeweils Tonsignale mit verschiedenen Oberwellen, jedoch gleicher Grundfrequenz, erzeugen.

Ein tastendruckempfindlicher Hüllkurvengenerator 15 ist an die Tastatur 12 angeschlossen und erzeugt ein Hüllkurvensignal 16, dessen Amplitude proportional zu der Geschwindigkeit ist, mit der die Taste niedergedrückt wird. Das Hüllkurvensignal 16 ist an einen ersten und zweiten Modulator 17 und 18 angelegt, die jeweils mit den Ausgängen des ersten und zweiten Wellenform-Wandlers 13 und 14 verbunden sind. Die Ausgangssignale des ersten und zweiten Wellenformwandlers 13 und 14 werden zusammen mit dem Hüllkurvensignal 16 in den ersten und den zweiten Modulator 17 und 18 eingespeist

Die Ausgänge des ersten und zweiten Modulators 17 und 18 sind über Tonfarbenfilter 19 und 2fl mit einer »Mischstufe« 21 gekoppelt Der Ausgang der Mischstufe 21 ist mit einem nicht dargestellten Wiedergabesystem verbunden, das einen Verstärker und einen Lautsprecher aufweist. Ein Schwellwertschalter 22 mit einem vorbestimmten Schwellwert ist zwischen dem zweiten Modulator 18 und dem Tonfarbenfilt?r 20 eingefügt. Der Schwellwertschalter 22 kann aber auch zwischen dem Tonfarbeniilter 20 und der Mischstufe 21 eingeschaltet sein. Der über dem Schwellwert liegende Teil des Ausgangssignales des Modulators 18 steht am Ausgang des Schwellwertschalters 22 zur Verfügung. Infolgedessen werden während der Zeit, in der das Hüllkurvensignal erzeugt wird, zwei Tonsignale mit jeweils unterschiedlichen Oberwellen in der Misch stufe 21 zu einem zeitabhängigen Mischsignal addiert bzw. miteinander gemischt. Das bedeutet, daß sich die ergebende Tonfarbe zeitabhängig verändert. Die gemischte Ausgangsspannung hat eine der Tastenniederdruckgeschwindigkeit proportionale Amplitude, und es ist möglich, elektronisch ein durch Schlagen angeregtes Saiteninstrument, wie ein Piano, zu simulieren.

Die Filter 19 un<i 20 können gleiche oder verschiedene Frequenzgänge aufweisen. Die Wellenformwandler 13 und 14 können wegfjüen, wenn die Filter 19 und 20 verschiedene Frequenzgänge haben. In F i g. 1 ist nur der Teil eines polyphonen Musikinstrumentes dargestellt, der einer einzigen Note zugeordnet ist. We Wellenformwandler 13 und 14, die Modulatoren 17 und 18, der Schwellwertschalter 22 und der Hüllkurvengenerator 15 sind wenigstens für jede Note vorgesehen. Eine aus einer Vielzahl hintereinander geschalteter, bistabiler Kippstufen bestehende Frequenzteilerkette, die zusammen mit einem Taktgenerator die Tongeneratoren 11 bildet, die Wellenformwandler 13 und 14, die Modulatoren 17 und 18 und der Schwellwertschalter 22 können auf demselben Halbleiterchip integriert sein. Die Anordnung, mit deren Hilfe das Hüllkurvensignal den Modulatoren 17 und 18, wie in Fig. 1 dargestellt, zugeführt wird, ist für eine Integration der Schalter sehr vorteilhaft

F i g. 2 zeigt zweckmäßige Schaltungsanordnungen für eine Reihe von in F i g. 1 dargestellten Funktionsblöcken. Schaltungsanordnungen, die sich vorteilhaft in integrierter Form aufbauen lassen, werden insbesondere für die Modulatoren und den "ihwellwertschalter verwendet Der Wellenformwandler 13 besteht aus einem UND-Verknüpfungsglied 31 mit drei Eingängen und der Wellenformwandler 14 aus einem UND-Verknüpfungsglied 32 mit zwei Eingängen. Rechteckfcrmige Tonsignale 33,34 und 35 mit einem Frequenzverhältnis 1 :2 :4 werden von den Tongeneratoren 11 in das UND-Verknüpfungsglied 31 und rechteckförmige Tonsignale 33 und 35 in das UND-Verknüpfungsglied 32 eingespeist Infolgedessen erzeugen die UND-Verknüpfungsglieder 31 und 32 Tonsignale, wie sie in den Fig. 3A und 3B jeweils dargestellt sind. Die Ausgangs-Tonsignale der UND-Verknüpfungsglieder 31 und 32 haben eine Grundfrequenz, die der Frequenz des rechteckförmigen Tonsignales 33 entspricht, enthalten jedoch verschiedene Oberwellen, wie leicht aus den F i g. 3A und 3B herleitbar ist

Der Modulator 17 weist zwei Feldeffekttransistoren Qi und Qi auf, die in Reihe zwischen dem Ausgang des Hüllkurvengenerators 15 und Masse liegen. Sie sind derart geschaltet, daß sie durch das Ausgangssignal des UMD-Verknüpfungsgliedes 31 wechselweise ein- oder ausgeschaltet werden. Das Ausgangssignal des UND-Verknüpfungsgliedes 31 ist unmittelbar in das Tor eines Anreicherungs-N-Kanal-Feldeffekttransistors Q\ eingespeist dessen Senke mit dem Ausgang des Hüllkurvengenerators 15 verbunden ist. Das Ausgangssignal des IJND-Verknüpfungsgliedes31 liegt über einen Inverter an dem Tor des Anreicherungs-N-Kanal-Feldeffekttransistors Qi, dessen Senke mit der Quelle des Transistors Q\ verbunden ist. Es ist somit verständlich, daß sich bei eingeschaltetem Transistor Qi der Transistor Q2 in dem ausgeschalteten Zustand befindet und umgekehrt. Eine zwischen der Verbindung der 1 rr.r.sivtcren Qt und Q2 und Masse liegende Streukapazität ist mit Q bezeichnet. Der Kondensator C\ entlädt sich, wenn der Transistor Q2 eingeschaltet ist, und wird bis auf einen Wert des Hüllkurvensignales 16 aufgeladen, wenn sich der Transistor Qi in dem eingeschalteten Zustand befindet. Das bedeutet, daß das Hüllkurvensignal 16 wehrend der Einschaltzeit des Transistors Qi oder während einer wie in Fig.3A dargestellten Impulsdauer abgetastet wird. Das getastete Ausgangssignal wird in ein Filter 19 eingespeist, nachdem es durch einen N -Kanal-Transistor Qj verstärkt worden ist. Es sei bemerkt, daß selbst wenn ein Ausgangssignal von dem UND-Verknüpfungsglied 31 abgegeben wird, kein Ausgangssignal durch den Modulator 17 erzeugt wird, wenn nicht gleichzeitig ein Hüllkurvensienal 16 an dem

Modulator 17 anliegt, d.h. wenn nicht die Taste der Tastatur 12 niedergedrückt ist.

Der Modulator 18 besteht aus einem Inverter 37 und Anreicherungs-N-Kanal-Transistoren Qi und Q$. die in der gleichen Weise wie die Transistoren Q₁ und Q₂ ' miteinander verbunden sind. Ein an dem Kondensator C₂ liegendes getastetes Ausgangssignal ist mit dem Schwellwertschalter 22 gekoppelt, der aus zwei Feldeffekttransistoren Qt und Qj besteht. Das Tor des Anreicherungs-N-Kanal-Transistors Qt, ist mit dem Verbindungspunkt der Transistoren Qa und Q=, verbunden und seine Senke ist an eine Betriebsspannungsklemme Von angeschlossen. Außerdem enthält der Schwellwertschalter 22 den Verarmungs-N-Kanal-Transistor Qi, dessen Senke mit der Quelle des Transistors Qt, '■'< verbunden ist und dessen Quellen- und dessen Tor-Anschluß an eine den Schwellwert festlegenden Spannungsquelle V, angeschlossen sind. Der Transistor Ql des SCnwcilVvci'isCnäiici'S 22 äi'uciici ais is-ijiistanistromquelle. Wird das Eingangssignal des Schwellwert- in Schalters 22 größer als die Schwellwertspannung V_s. so fließt ein Strom durch die Transistoren Qt, und Qi, so daß ein Teil des getasteten Ausgangssignales unterhalb der Schwellwertspannung V_s abgeschnitten wird. Ein über der Schwellwertspannung liegender Teil des getasteten -'"> Ausgangssignales kann an der Verbindung zwischen den Transistoren Qb und Q; entnommen werden und wird zur Verstärkung über einen N-Kanal-Tr insistor Qg zu dem Filter 20 geleitet.

Der tastendruckempfindliche Hü!"- lrvengenerator ü' 15 enthält einen einpoligen, umschaltenden Tastschalter KSt mit einem Ruhekontakt, der mit einer Spannungsquelle + Ve verbunden ist, und mit einem Arbeitskontakt, der mit der Basis eines NPN-Transistors Q* verbunden ist. Der bewegliche Kontakt des Tastschal- '5 ters KS] ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand Ri, einem Kondensator G und einer Diode D\ mit Masse verbunden.

Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand Ri und einer Diode D₂ liegt parallel zu dem Kondensator G-Der Kollektor des Transistors Q) ist mit einer Klemme + Vo und dessen Emitter über einen Widerstand /?i mit Masse verbunden. Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand Ra und einem Kondensator G liegt parallel zu einem Widerstand /?s. Zwischen Masse und dem Verbindungspunkt des Widerstandes Ra mit dem Kondensator G liegen in einer Reihenschaltung eine Diode Ds, ein Widerstand /?₅ und ein einpoliger Tastschalter oder Dämpfungsschalter KS₂, der mit dem Tastschalter KS] mechanisch gekoppelt ist. Eine Reihenschaltung aus einer Diode Da und einem Widerstand Rt ist parallel zu dem Kondensator G angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Diode A mit dem Widerstand R₆ steht mit den Senken der Transistoren Q, und Q* in Verbindung. Der Verbin dungspunkt zwischen dem Kondensator G und dei Diode Da liegt über eine Diode Ds und einen Widerstanc Ri an einer Spannungsquelle + V_r.

Dip Widerstände R*, K₅ und Ri d·** oben beschriebe nen Hüllkurvengenerators 15 haben verhältnismäßig kleine Widerstandswerte, während die Widerstände R und Rt, jeweils einen beträchtlichen Widerstandswen haben. In dem dargestellten Zustand, bei dem die Taste nicht gedrückt ist, wird der Kondensator G auf einer Wert aufgeladen, der im wesentlichen durch die Widerstände R₁ und R₂ bestimmt ist, während der Kondensator G vollkommen entladen ist. Wenn die Taste gedrückt wird, wird der bewegliche Kontakt des Tastschalters KS₁ von dem Ruhekontakt abgehoben und mit dem Arbeilskontakt verbunden, wobei gleichzeitig der Tastschalter KS₂ geöffnet wird. Infolgedessen beginnt sich der Kondensator G über den Widerstand r\i /.u ciiiiaueii. Aus diesem Grunde ist die Restladung des Kondensators G, wenn der bewegliche Kontakt des Tastschalters KS\ mit dem Arbeitskontakt in Verbindung gebracht ist, von der Geschwindigkeit oder Kraft abhängig, mit der die Taste gedrückt wurde. Der Transistor Qt spricht auf die seiner Basis zugeführte Restladung an und erzeugt an dem Widerstand Rj eine Ausgangsspannung, die proportional zu der Geschwin digkeit und der Kraft ist, mit der die Taste gedrückt wurde. ..lfolgedessen wird der Kondensator G verhältnismäßig schnell auf die Emitterausgangspannung des Transistors Qt über den Widerstand Ra aufgeladen. Nachdem der Kondensator G vollkommen geladen ist, wird er über den Widerstand Ri verhältnismäßig schnell auf eine Spannung V_r entladen. Anschließend entlädt sich der Kondensator G allmählich über die Widerstände R] und/oder R<,. Dementsprechend wird, wie in F i g. 4 dargestellt, ein Hüllkurvensignal 16 durch den Hüllkurvengenerator 15 erzeugt. Der Tastschalter KSi bewirkt, wie durch die gestrichelte Linie in F i g. 4 dargestellt, eine schnelle Entladung des Kondensators G. sobald die Taste losgelassen wird, wodurch die Dämpfung des Tones vergrößert wird.

Während die Modulatoren 17 und 18 nach F i σ 7 am Transistoren des gleichen Kanaltyps bestehen, können auch Komplementärtransistoren verwendet werden, wobei keine Inverter notwendig sind. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Schwellwertschalter 22 an den Modulator 18 angeschlossen. Jedoch kann ein anderer Schwellwertschalter mit einem Schwellwert, der sich von dem des Schwellwertschalters 22 unterscheidet, an den Ausgang des Modulators 17 angeschlossen sein. Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf monophone Musikinstrumente Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Musikinstrument zur Simulation eines angeschlagenen Saiteninstrumentes mit von der Tastenniederdruckgeschwindigkeit der Tasten einer Tastatur abhängiger Tonerzeugung, bei dem die Amplituden mehrerer, einer einzigen Taste zugeordneter Tonsignale mit unterschiedlichem Frequenzspektrum durch ein Ausgangssignal eines tastengeschwindigkeitsempfindlichen Hüllkurvengenerators über Modulatoren modulierbar sind, die modulierten Tonsignale an den Eingang einer Mischstufe angelegt werden, wobei wenigstens eines der Tonsignale durch einen Schalter lediglich dann der Mischstufe zugeführt wird, wenn die Amplitude der Hüllkurve einen vorbestimmten Schwellwert (V₅) übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Tonsignale (3Λ, 3B) jeweils mit unterschiedlichem Frequenzspektrum gleiche Grundfreq^enz aufweisen und daß der Schalter ein Schwellwertschalter (22) ist, der zwischen dem Ausgang des das wenigstens eine Tonsignal modulierenden Hüllkurvenmodulators (17, 18) und der Mischstufe (21) liegt.

2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (17,18) ein Abtastschaltkreis ist, mit dessen Hilfe das Hüllkurvensignal (16) des Hüllkurvengenerators (15) gesteuert durch das Tonsignal abtastbar ist.

3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (17,18) erste und zweite, zwischen dem Ausgang des Hüllkurvengeneraiors (15> und einem Bezugsspannungspunkt (Vdd) liegende Transistoren (Q₁, Qi, Q, Qi) aufweist, die derart gestaltet sind, daß sie wechselweise durch das Tonsignal (3/1,35,} ein- und ausschaltbar sind und an dem Verbindungspunkt der ersten und zweiten Transistoren (Qu Qi, Qa, Qs) das abgetastete Hüllkurvensignal (16) abnehmbar ist.

4. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (22) einen ersten, mit seiner Senke an eine Gleichspannungsversorgung (Vdd) angeschlossenen Feldeffekttransistor (Qi) aufweist, dessen Quelle mit dem Ausgang des Schwellwertschalters (22) verbunden ist und dessen Torelektrode an den Ausgang des Modulators (18) angeschlossen ist, und einen zweiten Feldeffekttransistor (Qi) aufweist, dessen Senke mit der Quelle des ersten Feldeffekttransistors (Qt) verbunden ist und dessen Quellen- und Torelektroden an eine Schwellwertspannung (V_s) angeschlossen sind.

5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Feldeffekttransistor (Qi) ein selbstleitender Feldeffekttransistor ist.

6. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es Filter (19,20) aufweist, die zwischen den Tongeneratoren (11) und der Mischstufe (21) liegen.

7. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (19, 20) unterschiedlichen Frequenzgang aufweisen.

8. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonsignale (3/1, 3B) periodische Rechteckimpulse sind mit einer unterschiedlichen Anzahl von Rechteckimpulsen innerhalb der Periode.

9, Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Erzeugung der Tonsignale (3/1,3B) Tongeneratoren (11) mit rechteckförmigen Ausgangsspannungen (33, 34, 35) und an diese angeschlossene, logische Verknüpfungsglieder (31,32) aufweist

10. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Tongeneratoren (11) über Wellenformwandler (13,14) mit den Modulatoren (17,18) verbunden sind.