DE2828919A1 - Polyphone syntheseschaltung fuer periodische signale und damit ausgestattetes elektronisches musikinstrument - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Dipl.-Chem. Dipl.-lng. 28 2891 9

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

29. Juni 1978

Christian DEFOREIT

202 rue des Jonos marins

91620 LA VILLE DU BOIS /Frankreich

Unser Zeichen: D 714

Polyphone Syntheseschaltung für periodische Signale und damit ausgestattetes elektronisches Musikinstrument

Die Erfindung bezieht sich auf eine polyphone Syntheseschaltung für periodische Signale und allgemein auf polyphone elektronische Musikinstrumente, die eine oder mehrere derartige Syntheseschaltungen enthalten.

Es gibt in zunehmendem Maße Musikinstrumente, die von elektronischen Verfahren zur Erzeugung von musikalischen Signalen Gebrauch maohen. Das herkömmlichste Musikinstrument dieser Art ist die monophone oder polyphone Elektronenorgel, die entweder von der Analogteohnik oder von der Digitaltechnik oder in den meisten Fällen von einer Vereinigung dieser beiden Techniken Gebrauoh macht. Gewö'hnlioh wird in den polyphonen Instrumenten durch eine Gruppe

809881/1134

von Oszillatoren und Frequenzteilern eine große Anzahl von periodischen Signalen mit bestimmten spektralen Eigenschaften erzeugt. Eine Anordnung von Tasten, Knöpfen und Pedalen, die durch den Benutzer des Instruments betätigt werden, dient zur Auswahl von einem oder von mehreren periodischen Signalen und zur Übertragung dieser Signale zu Tonformungsschaltungen, die dazu bestimmt sind, die spektralen Eigenschaften dieser Signale in Abhängigkeit von der Stellung von Registersteuergliedern und gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Zeit zu verändern. Die Klangfülle der erzeugten Töne hängt von der Kompliziertheit der Schaltungen ab, und der polyphone Charakter des Instruments bedingt eine Vervielfachung der Schaltungen, der Steuerungen und der Verdrahtung und demzufolge auch des Preises.

Die Anwendung der digitalen Technik ermöglicht die Verringerung der Kompliziertheit der Verdrahtung auf der Ebene der Klaviaturen und der Steuerungen, indem beispielsweise ein Verfahren zum sequentiellen Abfragen der verschiedenen Tasten, Knöpfe, Hebel und Pedale angewendet wird. Es gibt jedoch immer noch Einrichtungen zur materiellen und direkten Kopplung zwischen diesen Steueranordnungen, den Signalerzeugerschaltungen und den Filterschaltungen, so daß zur Schaffung eines neuen Instruments oder zur Änderung der Eigenschaften eines vorhandenen Instruments eine praktisch vollständige erneute Entwicklung der Sohaltungen und ein beträchtlicher Arbeitsaufwand auf der materiellen Ebene erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile durch Schaffung einer polyphonen Syntheseschaltung, die unabhängig von den Steuereinrichtungen des Instruments und

809881/1134

sogar unabhängig von der Art des Instruments selbst (Klavier, Orgel, Akkordeon usw.) ist.

Die Syntheseschaltung nach der Erfindung ist so beschaffen, daß ihre Steuereinrichtungen nicht in üblicher Weise direkt mit Hilfe von Tasten, Pedalen, Knöpfen usw. zugänglich sind; der Zugang erfolgt vielmehr in virtueller Weise unter Anwendung von logischen Maßnahmen anstatt durch materielle Mittel.

Bei der polyphonen Syntheseschaltung nach der Erfindung kann praktisch die Gesamtheit der Bestandteile in Form von einer oder zwei integrierten Schaltungen für die Großserienfertigung ausgebildet werden, was geringe Herstellungskosten, einen geringen Stromverbrauch sowie eine große Schnelligkeit beim Entwurf und bei der Inbetriebnahme eines Musikinstruments zur Folge hat.

Nach der Erfindung ist eine polyphone Syntheseschaltung für periodische Signale mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Gruppe von impulsförmigen Signalen, deren Folgefrequenzen in einem bestimmten Tonfrequenzbereich verteilt sind, gekennzeichnet durch eine Anordnung von digitalen Speichern, deren Anzahl wenigstens gleich der Anzahl der gleichzeitig zu erzeugenden periodischen Signale ist, wobei jeder Speicher die Frequenz eines periodischen Signals durch seine Adresse in einem Speioherraum und wenigstens die Amplitude dieses Signals durch seinen Inhalt bestimmt, eine Digital-Analog-Umsetzeranordnung, die unter dem Einfluß von Steuersignalen, positive oder negative Spannungs- oder Stromstufen erzeugt, deren Amplitude einer entsprechenden, in einem Speicher abgelesenen Information proportional ist, und durch Lese- und Urasetzungs-Steueranordnungen, die aufgrund der impulsförmigen Signale

809881/1 134

Steuersignale für das Lesen und die Übertragung der Informationen von.den Speichern zu den Digital-Analog-Umsetzern und Umsetzungssteuersignale erzeugen.

Die Syntheseschaltung nach der Erfindung hat somit die Form eines Moduls, der in der Lage ist, von sich aus eine große Anzahl von periodischen Signalen (Sinussignalen, Dreiecksignalen, Rechtecksignalen usw.) in polyphoner Weise im Zusammenhang mit digitalen Daten zu erzeugen, die in den entsprechenden Speicherelementen aufgezeichnet sind. Der Modul erscheint wie eine große Anzahl von Signalerzeugerschaltungen, die gleichzeitig alle diese Signale erzeugen, wobei die Amplitude jedes dieser Signale einer in einem entsprechenden Speicherelement eingeschriebenen digitalen Information proportional ist. Jedes Speicherelement kann natürlich zusätzlich zu einer Amplitudeninformation eine Phaseninformation, Frequenzinformation usw. enthalten, wobei alle diese Informationen automatisch durch den Modul ausgewertet werden, beispielsweise um die Phase, die Frequenz usw. des entsprechenden Signals zu verschieben.

Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Syntheseschaltung besteht darin, daß sie von Natur aus polyphon ist und somit gleichzeitig eine sehr große Anzahl von Signalen erzeugen, kann (wobei diese Anzahl größer als zehn, sein kann), ohne daß die Komplexität des Moduls vergrößert wird.

Ein weiterer Vorteil des Moduls ergibt sich aus den Steueranordnungen, die zur Steuerung der Signalerzeugung dienen. Ein periodisches Signal mit bestimmter Frequenz und Amplitude wird dadurch erhalten, daß eine sich auf

809881/1 134

die Amplitude beziehende digitale Information in ein Speicherelement eingebracht wird, dessen Ort, d.h. dessen Adresse im Speioherraum oder in der Speicheranordnung sich (wenigstens) auf die Frequenz bezieht.

Daraus folgt, daß die Speicherelemente durch verschiedene außerhalb der Syntheseschaltung liegende Einrichtungen beschickt werden können. Eine vorteilhafte Maßnahme zur Eingabe der Amplitudeninformationen in. die Speicherelemente besteht insbesondere darin, daß ein Mikrocomputer verwendet wird, demgegenüber sich die Syntheseschaltung wie ein einfaches Peripheriegerät verhält. Die gegenwärtig im Handel erhältlichen Mikroprozessorschaltungen können ohne weiteres Punktionen übernehmen, die bisher durch Schaltungsmaßnahmen realisiert wurden, die in den vorhandenen Musikinstrumenten, eingebaut waren. Insbesondere kann der Mikroprozessor die Klaviaturen, Pedale, Registerschalter, Vorwählsohalter usw. abfragen und nach einem zuvor aufgestellten Programm die Eingabe der digitalen Informationen in die Speicher der Syntheseschaltung steuern.

Es können zahlreiche Töne durch harmonische Synthese erhalten werden, die durch ein Programm realisiert wird, und es können zahlreiche Spezialeffekte durch Programmsteuerung erzeugt werden. Derartige Programme sind nicht, wie materielle Schaltungsmaßnahmen, unveränderlich festgelegt, so daß es möglich ist, eine Änderung oder einfaoh eine Erweiterung der Eigenschaften des Instruments zu erhalten, ohne daß es notwendig ist, in materieller Hinsicht tiefgreifende Änderungen vorzunehmen. Man kann auf diese Weise einen Produktbereich unter Verwendung des gleichen. Materials schaffen.

809881/1 134

Somit erfolgt der Übergang von einer oder mehreren dem Musiker zugänglichen Klaviaturen zu der Gesamtheit der Speicher des Moduls durch Informationsverarbeitungsmaßnahmen, die denjenigen analog sind, wie man sie bei der Datenverarbeitung durch Computer findet.

Aus Gründen der Vereinfachung und zum besseren Verständnis der Erfindung wird in der folgenden. Beschreibung die Bezeichnung "Klaviatur-Speicher" verwendet, um die Gesamtheit der Speicher zu bezeichnen, deren Inhalb und Ort die Amplitude und die Frequenz von einem oder mehreren periodischen Signalen darstellen. Natürlich können zusätzlich zu der Amplitude auch andere Informationen in den Speicherzellen des Klaviatur-Speichers aufgezeichnet sein. Der Klaviatur-Speicher stellt somit eine "virtuelle Klaviatur" dar, im Gegensatz zu der "reellen Klaviatur", die dem Musiker zugänglich ist.

Einer Taste oder einem Pedal einer reellen Klaviatur kann die Speicherung von Informationen in mehreren Speicherelementen des Klaviatur-Speichers entsprechen. Die Betätigung einer Taste der reellen Klaviatur muß sich nämlich in der Erzeugung eines im allgemeinen komplexen musikalischen. Signals äußern. Soweit die Syntheseschaltung derartige komplexe Signale nicht direkt erzeugt, ist das Signal, das die Syntheseschaltung liefern muß, die Summe von mehreren einfachen Signalen, beispielsweise von Sinussignalen. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß jedes komplexe Signal in eine Summe von Sinussignalen (Eourier-Reihe) zerlegt werden kann, von denen ein Signal das Grundsignal und die übrigen Signale die Harmonischen darstellen.

Jedes der ein komplexes Signal bildenden einfachen Signale besitzt natürlich seine eigene Phase und seine Amplituden-

809881/113 4

Zeit-Punktion, die unabhängig von derjenigen der übrigen Signale sein kann.. Dies kommt darauf hinaus, daß die Speicherung von. Informationen, in mehreren Speicherelementen des Klaviatur-Speichers gesteuert wird, deren Wert sich zeitlich nach einem vorbestimmten Programm ändert, und zwar für jede Betätigung der reellen Klaviaturen. Wenn mehrere Töne von einer oder mehreren reellen Klaviaturen gleichzeitig gespielt werden, kann der in einer Speicherzelle des Klaviatur-Speichers aufgezeichnete Wert die Summe von mehreren Werten sein; hierfür sind nur Additionen vorzunehmen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschema einer polyphonen Syntheseschaltung nach der Erfindung,

Pig. 2 eine genauere Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform des Klaviatur-SpeioherB,

Pig. 3 eine Phasenrechenschaltung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Digital-Analog-Umsetzers,

Fig. 5 eine Darstellung von Signalen des Digital-Analog-Umsetzers,

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel der Synthesesehaltung und

Fig. 7 ein Beispiel eines Musikinstruments, das eine oder mehrere Syntheseschaltungen nach der Erfindung enthält .809881/1 134

Pig.1 zeigt ein Prinzipschema der Syntheseschaltung nach der Erfindung.

Sie enthält vier wesentliche Baugruppen:

- einen Klaviatur-Speicher 26 mit Speicherelementen, deren. Anzahl wenigstens gleich der Anzahl der periodischen Signale ist, die erzeugt werden sollen;

- einen Digital-Analog-Umsetzer 28, 29, der dazu "bestimmt ist, eine Speicherinformation in eine Spannungs- oder Stromstufe umzuwandeln;

- einen Bezugsimpulsgenerator 22, 23, der mehrere Impulsfolgen erzeugt, deren Folgefrequenzen gemäß den verschiedenen Tönen eines "bestimmten Bereichs verteilt sind, "beispielsweise gemäß den zwölf Hal"btönen einer Oktave;

- Steueranordnungen 24, 25, 27 für die Steuerung des Ablesens des Klaviatur-Speichers und für die Digital-Analog-Umsetzung, wobei diese Steueranordnungen durch die Impulse des Bezugsimpulsgenerators nach einem vorbestimmten Programm gesteuert werden.

Diese vier Baugruppen können natürlich eine mehr oder weniger komplexe Struktur haben. Ausführungsbeispiele für jede dieser Baugruppen werden später im Verlauf der Beschreibung angegeben. Ein Taktgeber 21 dient zur Steuerung und Synchronisation der ganzen Anordnung. Taktsignale werden zu dem Digital-Analog-Umsetzer 28 über die Verbindung 215, zu den Steueranordnungen 25 und 27 über die Verbindungen 213 bzw. 214 und zu dem Bezugsimpulsgenerator über die Verbindungen 211 und 212 übertragen.

809881/1134

Der Klaviatur-Speicher 26 enthält eine vorbestimmte Anzahl von Speicherzellen, die in der üblichen Weise wie bei einem Programmreohner über eine Adressen-Sammelleitung adressiert werden können. Die Adresse einer Speicherzelle entspricht der Frequenz eines periodischen Signals, das von der Synthesesehaltung geliefert wird. Wenn die Verteilung der Frequenzen gemäß den zwölf Halbtönen einer Oktave gewählt ist, ist die Adresse für das Lesen oder Schreiben in den Speicherzellen des Klaviatur-Speichers durch eine Gruppe von zwei Zahlen gebildet: eine Zahl ist die Tonnumraer i, die zwischen. 0 und 11 liegt, und die andere Zahl ist eine Oktavennummer n. Jede Speicherzelle des Klaviatur-Speichers ist somit duroh ein bestimmtes Zahlenpaar (i, n) bezeichnet. Der Klaviatur-Speicher kann auf zwei verschiedene Arten adressiert werden: über eine Adressen-Sammelleitung 261, welche die Syntheseschaltung mit dem übrigen Teil des Instruments hinsichtlich ihrer Lage in dessen Gesamtspeicherraum verbindet, sowie über interne Adressen-Steuerungen 232 und 252, die später erläutert werden. Die Adressierung des Klaviatur-Speiohers von zwei verschiedenen Quellen aus, stellt für den Fachmann kein Problem dar. Es genügt beispielsweise die Verwendung einer Multiplexierschaltung für die Adressen am Eingang des Klaviatur-Speichers, wobei ein Zeitintervall für die über die Sammelleitung 261 kommenden Adressen und ein anderes Zeitintervall für die über die Verbindungen 232 und 252 kommenden Adressen reserviert wird.

Der Klaviatur-Speicher empfängt und liefert auch Daten. Er empfängt Daten, die vom Instrument über eine Daten-Sammelleitung 262 kommen, und ein Schreibsignal über eine Steuer-Sammelleitung 263.

809881/1 134

-H-

Die Verbindungen 261, 262 und 263 können natürlich über eine Schnittstellenschaltung erfolgen, von der angenommen wird, daß sie in dem Klaviatur-Speicher enthalten ist, so daß die Synthesesohaltung beispielsweise mit einer Mikroprozessor-Sammelleitung kompatibel ist. Derartige SchnittBtellenschaltungen sind im Handel erhältlich, beispielsweise unter der Bezeichnung "8255" bei zahlreichen Herstellern.

Es ist somit möglich, über die Verbindungen 261, 262 und 263 Daten an beliebigen Adressen des Klaviatur-Speichers einzuschreiben. Diese Daten beziehen sich auf die Amplitude der Spannungs- oder Stromstufen, die von dem Digital-Analog-Umsetzer 28, 29 abgegeben werden.

Eine Information ΔΑ, die in einer Speicherzelle des Klaviatur-Speichers abgelesen wird, ist an einer Verbindung verfügbar,- die zum Digital-Analog-Umsetzer 28 führt.

Ein chromatisoher Generator 22 liefert zwölf oder dreizehn Rechtecksignale, die in der höchsten Oktave liegen, die von. der Syntheseschaltung erzeugt werden kann. Die zwölf oder dreizehn Signale (C, Gis, D ... H) des chromatischen Generators 22 werden einer Wechseldetektorschaltung 23 zugeführt. Als "Wechsel" wird jeder Übergang eines Rechtecksignals des chromatischen Generators vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel oder umgekehrt bezeichnet. Die Wechseldetektorschaltung 23 stellt die Wechsel der zwölf oder dreizehn Rechteoksignale fest und liefert als Folge davon bei jedem Wechsel zwei digitale Signale; das eine Signal, das über die Verbindung 231 abgegeben wird, ist ein Steuerimpuls t, der zur Auslösung eines Zähl- und Umsetzungszyklus dient, und das andere Signal, das über die Verbindung

809881 /1134

232 abgegeben wird, ist die Nummer i des entsprechenden Signals (Ton. des chromatischen Generators). Die Wechseldetektorschaltung 23 "bleibt anschließend gesperrt, bis ihr ein das Ende des Zyklus anzeigender Impuls über eine Verbindung 251 zurückgeführt wird. Der Taktgeber 21 liefert Steuersignale zu dem chromatischen Generator 22 über die Verbindung 211 und zu der Weohseldetektorschaltung 23 über die Verbindung 212.

Der chromatische Generator 22 kann mit Hilfe von zwölf oder dreizehn unabhängigen Oszillatoren, gebildet sein, oder noch besser unter Verwendung einer vom Taktgeber 21 gesteuerten handelsüblichen Schaltung, beispielsweise der von der Firma MOSTEK hergestellten Schaltung MK 50240.

Die Wechseldetektorschaltung 23 kann auf verschiedene Weisen gebildet sein. Sie kann beispielsweise zwölf oder dreizehn bistabile Schaltungen enthalten, welche jeweils eines der vom chromatischen Generator 22 abgegebenen Rechtecksignale empfangen, wobei jede bistabile Schaltung bei jedem Wechsel des entsprechenden Rechtecksignals vom Zustand "0" in den Zustand "1" geht. Ein Prioritätscodierer, dem ein Decodierer nachgeschaltet ist, stellt die erste bistabile Schaltung fest, die in den Zustand "1" geht, liefert das Steuersignal t auf der Verbindung 231 und die Nummer i auf der Verbindung 232 und bewirkt die Rückstellung der bistabilen Schaltung in den Zustand "0" beim Empfang des das Ende des Zyklus anzeigenden Impulses über die Verbindung 251. Die Wechseldetektorschaltung kann auch einen Zähler der Kapazität 12 oder 13. enthalten, der zyklisch mit großer Geschwindigkeit die Ausgänge des Generators 22 abfragt und die Ausgangssignale mit einem vorhergehenden Zustand vergleicht,der in einem Speicher oder einem Schieberegister gespeichert ist.

809881/1134

Die Nummer i des Signals oder Tons (in. der höchsten Oktave), bei welchem ein Wechsel festgestellt wird, dient zur Adressierung des Klaviatur—Speichers 26 einerseits sowie eines oder mehrerer Speicher in den Steueranordnungen für das Lesen und die Umsetzung (insbesondere in der Steueranordnung 24) andrerseits.

Der Zyklusbeginnimpuls t auf der Verbindung 231, der anzeigt, daß ein Wechsel beim Ton i stattgefunden hat, dient zur Auslösung der lese- und TJmsetzungssteueranordnungen 25, 24, 27.

Er löst in erster Linie eine Rechensehaltung 24 für Phasenabtastwerte aus und setzt in zweiter Linie einen Zähler 25 in Gang.

Die Phasenabtastwert-Rechensehaltung 24 empfängt (auf der Verbindung 232) die Nummer i des Ions, für den ein Wechsel festgestellt worden ist, sowie (über die Verbindung 231) den Zyklusbeginnimpuls t. Sie liefert dann auf der Verbindung 241 einen Wert, der gegenüber dem Wert vor dem Empfang des Impulses t für den. gleichen Wert von i um eine Einheit vergrößert ist. Mit anderen Worten: In dem betreffenden Zeitpunkt stellt der Wert auf der Verbindung 241 die Augenblicksphase Wit des Tons i dar, und zwar in der niedrigsten Oktave, die von der Syntheseschaltung erzeugt werden kann.

Die Phasen der Töne i, die in den höheren Oktaven liegen, werden mit Hilfe eines Oktavenzählers 25 erhalten, wobei die Anzahl der Stellungen dieses Oktavenzählers gleich der Anzahl der Oktaven ist, die von. der Syntheseschaltung geliefert werden können. Der Oktavenzähler 25 wird durch den Impuls t (über die Verbindung 231) in den Anfangszustand gebracht.

809881/1134

_ ·\ 7 —

Er zählt dann regelmäßig bis zu einer End stellung, in welcher er beispielsweise stillgesetzt wird und einen Zyklusschlußimpuls abgibt, der über die Verbindung 251 zur Wechseldetektorschaltung 23 geschickt wird. Dieser Zyklusschlußimpuls gibt die Wechseldetektorschaltung für die Abgabe eines neuen Impulses t und einer neuen Tonnummer i frei.

Der Zählerstand des Zählers 25 ist auf einer Verbindung 252 verfügbar. Er wird zu dem Klaviatur-Speicher 26 geliefert, um (mit dem entsprechenden Wert i) eine Speicherzelle zu adressieren, sowie zu der eigentlichen Urasetzungs-Steuerschaltung 27.

Die Steuerschaltung 27 empfängt die Oktavennummer η (über die Verbindung 252) und die Phase Wit (über die Verbindung 241) der niedrigsten Oktave. Sie leitet daraus zwei Steuersignale ab (auf den Verbindungen 272 und 271), die binäre Signale sind (aktiv im hohen Signalwert oder im niedrigen Signalwert).

Das Signal auf der Verbindung 271 steuert die Änderung, d.h. die Berücksichtigung des vom Klaviatur-Speicher gelieferten Werts ΔΑ und die entsprechende Änderung (Vergrößerung oder Verringerung) des analogen Ausgangssignals auf einer Verbindung 291.

Das Signal auf der Verbindung 272 zeigt an, ob diese Änderung eine Vergrößerung oder eine Verringerung ist.

Die Steuerschaltung 27 kann sehr einfach mit Hilfe eines Codeumsetzers oder eines programmierten Pestspeichers realisiert sein, der als Adresse die Gesamtheit der über

809881 /1134

die Verbindung 241 (Phase der niedrigsten Oktave) und über die Verbindung 252 (Oktavennummer n) gelieferten Signale empfängt und zwei Datenbits abgibt, von denen das erste Bit (Verbindung 271) ein Steuerbit und das zweite Bit (Verbindung 272) ein Vorzeichenbit ist.

Die Digital-Analog-Umsetzeranordnung 28, 29 ist so ausgebildet ι daß sie eine Änderung des Wertes des analogen Ausgangssignals (auf der Verbindung 291) nur dann vornimmt, wenn die Verbindung 271 eine Änderung anzeigt. In diesem Fall gibt die Verbindung 272 das Vorzeichen der Änderung und die Verbindung 264 den Wert der Änderung an.

Der Umsetzer enthält in Wirklichkeit zwei getrennte Teile. Der erste Teil 28 ist ein Umsetzer, der eine digitale Information in ein bipolares Signal umwandelt, bei welchem die Dauer eines der beiden Zustände dem Informationswert proportional ist; der zweite Teil ist ein analoger Integrator 29, der die Dauer des einen Zustands des bipolaren Signals in eine Spannungsonderung (oder Stromänderung) umwandelt. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß die Ausgangsveränderliche eine Spannung ist.

Das Ausgangssignal des Digital-Dauer-Umsetzers auf der Verbindung 281 ist also ein Signal mit drei Zuständen: einem hohen Zustand, während dessen Bestehen die Ausgangsspannung des Integrators wächst, einem niedrigen Zustand, während dessen Bestehen die Ausgangsspannung abnimmt, und einem Zwischenzustand mit sehr großer Impedanz, während dessen. Bestehen die Ausgangsspannung des Integrators konstant bleibt. Es sind zahlreiche Möglichkeiten zur Realisierung der Umsetzeranordnung möglich;

809881 /1134

ein Beispiel hierfür wird später anhand von Pig. 4 angegeben.

Die Wirkungsweise der Syntheseschaltung ist besser verständlich, wenn zunächst angenommen wird, daß sie nur Signale für einen einzigen Ton erzeugt (d.h. für einen einzigen Wert von i), und daß die anderen Töne dann, anschließend in. gleicher Weise erzeugt werden.

Die Phasenrechenschaltung 24 ist ein Zähler, dessen Zählerstand im Rhythmus der Impulse t(i) erhöht wird, die von der aus dem chromatischen Generator 22 und dem Wechseldetektor 23 gebildeten Anordnung geliefert werden. Der Phasenzähler ist beispielsweise ein achtstelliger Binärzähler, also ein Zähler mit 256 Zuständen. Jeder Stellung des Zählers sind über die Steuerschaltung 27 zwei Steuersignale zugeordnet, nämlich ein Steuersignal zur Steuerung einer Änderung der Ausgangsspannung der Syntheseschaltung, die dem im Speicher 26 abgelesenen Wert ΔΑ proportional ist, und ein weiteres Steuersignal zur Steuerung des Vorzeichens der Änderung (Vergrößerung oder Verkleinerung der Ausgangsspannung).

Wenn beispielsweise allen Stellungen des Zählers ein aktives Änderungs-Steuersignal und ein konstantes Vorzeichen-Steuersignal entsprechen, hat dies zur Folge, daß die Ausgangsspannung bei jedem Impuls t eine konstante Änderung ΔΑ erleidet. Das Ausgangssignal ist dann eine lineare Flanke (im wesentlichen treppenförmig), die stetig ansteigt oder stetig abfällt. Dieser Fall kann nicht in Betracht gezogen werden, da die Ausgangsschaltungen dann schnell den. Sättigungszustand erreichen würden.

809881/1134

Wenn dagegen bei einem anderen Beispiel den 128 ersten Stellungen des Phasenzählers ein aktives Änderungs-Steuersignal und ein positives Vorzeichen-Steuersignal entsprechen und den 128 letzten Stellungen ein aktives Änderungs-Steuersignal und ein negatives Vorzeichen-Steuersignal entsprechen, erhält man eine linear ansteigende Planke während der 128 ersten Impulse t und eine linear anfallende Planke während der 128 letzten Impulse t. Das Ausgangssignal ist dann ein Dreieckssignal. Dies kommt darauf hinaus, daß das letzte Bit des Phasenzählers als Vorzeichen-Steuersignal verwendet wird, das an den Umsetzer anzulegen ist.

Mit einer solchen Syntheseschaltung können zahlreiche Formen von periodischen Signalen erzeugt werden. Fig. 5 zeigt als Beispiel die Bildung eines Sinussignals.

In allen Fällen ist das letzte Bit das Vorzeichen-Steuersignal und die ersten Bits des Phasenzählers 24 dienen zur Steuerung einer Kurvenform. Um die Töne i der höheren Oktaven zu erzeugen, braucht dann, nur eine Linksverschiebung des Inhalts des Phasenzählers vorgenommen zu werden. Wenn der Zähler ein achtstelliger Binärzähler ist, ist das achte Bit das Vorzeichen-Steuersignal für den Ton i in der niedrigsten Oktave (n = 0), das siebte Bit ist das Vorzeichen-Steuersignal für die nächsthöhere Oktave (n = 1), das sechste Bit das Vorzeichen-Steuersignal für die Oktave η = 2 usw. bis zur achten Oktave.

Der Wert von n, der dazu dient, den Phasenwert jedesmal dann um ein Bit nach links zu verschieben, wenn η um eine Einheit zunimmt, dient gleichzeitig zusammen mit dem Wert

809881/1 134

von i als Adresse für die Steuerung des Ablesens eines Wertes ΔΑ im Klaviatur-Speicher.

Wenn ein Wechsel t für einen Ton i festgestellt wird, werden die Umsetzungen also nacheinander mit den Werten von ΔΑ durchgeführt, die η = O, η = 1 ... entsprechen. Dann wird ein Zyklusschlußimpuls über die Verbindung 251 zum Wechseldetektor 23 geschickt, und die gleichen Operationen werden für einen anderen Wert von i wiederholt.

Alle diese Operationen werden so schnell durchgeführt, daß die Syntheseschaltung alle möglichen Töne polyphon erzeugen kann.

Im Fall von Fig. 1 ist ein geringfügiger Mangel zu erkennen, der sich daraus ergibt, daß das Signal in der niedrigsten. Oktave durch 256 Stellungen des Zählers definiert ist, während das Signal in der Oktave η = 1 nur noch durch 128 Stellungen definiert ist. Die Spitzen-Spitzenamplitude des Signals in der Oktave η = O ist also doppelt so groß wie in der Oktave η = 1, viermal so groß wie in der Oktave n. = 3 usw. Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, daß der Wert ΔΑ für η = 1 mit 2 multipliziert wird, für η = 2 mit 4 multipliziert wird usw. Dies kann durch die Verarbeitungs- und Rechenanordnungen, d.h. durch die mit dem Klaviatur-Speicher verbundene Zentraleinheit programmgesteuert werden'.

Der erwähnte Mangel kann auch dadurch vermieden werden, daß die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Syntheseschaltung verwendet wird. Sie ermöglicht es, in den Klaviatur-Speicher 26 Werte ΔΑ ohne Berücksichtigung des zuvor erwähnten Mangels einzugeben. Gemäß dieser Variante

809881/1 134

2828913

ist ein Zwischenspeicher 32 vorgesehen, der durch den Wert η adressiert, wird und duroh Codeumsetzung den im Klaviatur-Speicher bei der Adresse (i, n) abgelesenen Inhalt ΔΑ mit 2ⁿ multipliziert.

In Pig. 2 ist der Klaviatur-Speicher 26 durch eine Anordnung ersetzt, die eine Schnittstellenschaltung 30 und einen Speicher 31 enthält. Die Schnittstellenschaltung 30 ermöglicht in der zuvor erwähnten Weise die Verbindung der SyntheBesohaltung mit den Sammelleitungen eines mit einem Mikroprozessor ausgebildeten Mikrocomputers. Die Schnittstellenschaltung 30 ist mit dem Mikroprozessor über die Adressen-Sammelleitung 261, die Daten-Sammelleitung 262 und die Steuer-Sammelleitung (Lesesteuerung, Sohreibsteuerung) verbunden. Sie adressiert eine Speicherzelle des Speichers 31 über die Verbindungen 304 (ic) und 303 (nc), um darin Daten (d) über eine Verbindung 302 einzuschreiben oder abzulesen. Der Schreibbefehl oder Lesebefehl e wird über die Verbindung 301 übertragen. Die Adressierung des Speichers 31 erfolgt wieder über die inneren Verbindungen 232 (i) und 252 (n) der Synthesesohaltung. Ein abgelesener Wert ΔΑ (i, n) wird zu einem programmierten Speicher 32 übertragen, der den Wert von η (über die Verbindung 252) empfängt und die Multiplikation von ΔΑ (i, n) mit 2ⁿ"^k durchführt, wobei k eine ganze Zahl ist, die von der Genauigkeit abhängt, mit der die Amplitude definiert werden soll.

n—k Anstatt eine Multiplikation mit 2 durchzuführen, kann man auch eine Codeumsetzung DA = f (d, n) vornehmen, wobei η die Oktavennummer ist und d die im Speicher abgelesene Information ist, welche die Amplituden entweder in linearer Darstellung oder in logarithmischer Darstellung (Decibel) darstellt. Diese Multiplikation erfolgt

809881/1134

also durch Codeumsetzung. Der erhaltene Wert wird zu dem Umsetzer 28, 29 über die Verbindung 264 übertragen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Phasenrechensohaltung 24. Sie enthält einen Speioher 245, der als Adresse die Tonnummer i (über die Verbindung 232) empfängt. Es handelt sich beispielsweise um einen Speioher mit zwölf O.ktaden. Die von diesem Speicher über eine Verbindung 241 gelieferten Daten sind die Phasenwerte Wit. Eine Addiersohaltung 246 fügt zu dem vom Speioher gelieferten Wert eine Einheit hinzu. Dieser um 1 erhöhte Wert wird (über die Verbindung 242) beim Empfang des Impulses t (über die Verbindung 231) in den Speicher 245 eingeschrieben.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Digital-Analog-Umsetzeranordnung. Bei diesem Beispiel ist die Anzahl der Analogbestandteile auf ein Minimum reduziert.

Wie bereits zuvor angegeben worden ist, enthält diese Anordnung zunächst einen Digital-Dauer-Umsetzer 28 und anschließend einen Dauer-Spannungs-Umsetzer oder Dauer-Strom-Umsetzer, der einfach durch einen Integrator 29 mit bestimmter Zeitkonstante gebildet ist und die Analogsignale an einer Ausgangsklemme 291 liefert.

Die Umwandlung eines digitalen Signals in eine dazu proportionale Dauer geschieht mit Hilfe eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 282, der über die Verbindung 215 ein vom Taktgeber 21 (Pig. 1) stammendes Taktsignal empfängt. Dieser Vorwärts-Rüokwärts-Zähler zählt vorwärts, wenn sein an einer Verbindung 285 verfügbarer Inhalt negativ ist, und er zählt rückwärts, wenn, dieser Inhalt positiv oder Null ist. Der Ausgang einer Addier-Subtrahier-Schaltung 283 ist mit dem Beschickungseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 282 verbunden. Sie empfängt den Inhalt

809881/1134

des Vorwärts-Rückwärts-Zählers über die Verbindung 285 und den Wert ΔΑ über die Verbindung 264. Das über die Verbindung 272 übertragene Vorzeichen-Steuersignal stellt die Schaltung 283 entweder als Add torschaltung oder als Subtrahierschaltung ein. Je nach dem Wert des Vorzeichens bewirkt diese die Addition oder die Subtraktion des Wertes ΔΑ zu bzw. von dem Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zählers. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 282 wird vom Ausgang der Schaltung 283 beschickt, wenn das Besohiokungs-SteuerBignal, das Über die Verbindung 271 übertragen wird, aktiv ist. Das Vorzeichen des Inhalts des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 282 wird dann über eine Verbindung 281 zu dem Integrator 29 übertragen, der das endgültige komplexe Analogsignal am Ausgang 291 liefert.

Dieses Vorzeichen ist durch ein Binärsignal dargestellt, dessen hoher Signalwert beispielsweise das positive Vorzeiohen darstellt, während der niedrige Signalwert das negative Vorzeichen bedeutet (wie bei dem Steuersignal 272) Die über die Verbindung 231 übertragenen Impulse t dienen dazu, gegebenenfalls die Beschickungssteuerung (Verbindung 271) gültig zu machen.

Wenn in den Vorwärts-Rüokwärts-Zähler ein positiver Wert eingegeben ist, zählt dieser im Rhythmus der Taktimpulse rückwärts, bis sein Inhalt negativ wird (-1). Er zählt dann vorwärts, und das Vorzeiohen am Ausgang ändert sich.

Bei jedem Taktimpuls ändert sich aber die Bedingung, die den Zähler 282 als Vorwärtszähler oder als Rückwärtszähler einstellt, gleichzeitig mit dem Vorzeiohen.

Während der Periode, in welcher das Vorzeichen konstant ist, liefert der Integrator, je nach dem Zustand des

809881/1134

Vorzeichens, eine zunehmende oder abnehmende Ausgangsspannung. Die Dauer dieser Periode ist dem Wert proportional, mit welchem der Vorwärts-Rückwärts-Zähler beschickt worden ist. Am Ende dieser Periode bleibt der Ausgang des Integrators konstant, da das vom Integrator gelieferte Vorzeichen seinen Zustand mit der !Taktfrequenz ändert. Die Zeitkonstante des Integrators wird natürlich ausreichend groß gewählt, damit dieses Ergebnis erhalten wird.

Die Wirkungsweise der TTmsetzeranordnung wird durch Pig. erläutert, welche die Form der Signale an verschiedenen Punkten der Synthesesohaltung zeigt.

Das Signal A stellt das Ausgangssignal des chromatischen Generators 22 für den betreffenden Ton i dar.

Das Signal B stellt die Impulse t dar, die bei jedem Wechsel des Signals A durch den Weohseldetektor 23 erzeugt werden.

Das Signal C ist eine Folge von Zahlen, die den Zustand des Phasenzählers 24 darstellen, der bei jedem Impuls t um eine Einheit erhöht wird.

Das Signal D stellt das Beschickungs-Steuerdignal dar, das über die Verbindung 271 an den Umsetzer 282 angelegt wird.

Das Signal E stellt das Vorzeichen-Steuersignal dar, das über die Verbindung 272 an die Addier-Subtrahier-Schaltung 283 angelegt wird. Die Signale D und E werden aus dem Wert von C duroh Codeumsetzung abgeleitet.

809881/1134

Das Signal F stellt das Vorzeichen des Torwarts-Rückwärts-Zählers 282· dar. Es ist zu bemerken, daß nach jeder Beschickung des Zähler 282 das Signal F während einer Periode, die dem Beschickungswert proportional ist, dem Vorzeichen E gleich ist, und daß dann Ms zur folgenden Beschickung das Vorzeichen mit der Frequenz; des Taktgebers 21 oszilliert.

Das Signal G- stellt das Ausgangesignal des Integrators am Ausgang 291 dar. Jeder Periode konstanten Vorzeichens des Signals F entspricht eine ansteigende oder abfallende Flanke des Signals G-, je nach dem Vorzeichen von F. Den Perioden, oszillierenden Vorzeichens des Signals F entsprechen konstante Stufen im Signal G.

Da die Flanken linear sind, ist die Differenz zwischen den Amplituden von zwei aufeinanderfolgenden Stufen proportional zu dem Wert ΔΑ, mit welchem der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 282 beschickt worden ist.

Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Syntheseschaltung, die es ermöglicht, die Frequenz des Taktgebers 21 merklich zu verringern. Diese Ausführungsform erlaubt insbesondere einen korrekten Betrieb mit Taktfrequenzen mit weniger als 1 MHz. Dies ist wichtig und erlaubt die Integration der Schaltungen der Syntheseschaltung in Form von einer oder mehreren integrierten Schaltungen, beispielsweise in der MOS-Technologie.

In Fig. 6 sind die Schaltungen und Verbindungen, die mit denjenigen von Fig. 1 identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

809881/1134

Es ist angenommen, daß der Klaviatur-Speicher 26 von. der in Fig. 2 dargestellten Art ist. Er enthält die Amplitude der zu erzeugenden Signale, liefert aber durch eine geeignete Codeumsetzung das Amplituden-Inkrement ΔΑ. Eine Schnittstellenanordnung, die Bestandteil des Blocks 26 ist, erlaubt dem Benutzer und den Steuerschaltungen der Syntheseschaltung das Ablesen des Inhalts des Speichers.

Der Digital-Analog-Umsetzer 28-29 ist ebenfalls der gleiche wie in Pig. 1, aber er empfängt nicht mehr das Signal ΔΑ direkt von dem Klaviatur-Speicher 26.

Unverändert sind auch die Schaltungen des Taktgebers 21, die Einrichtungen zur Erzeugung von Bezugsimpulsen, zu denen der chromatische Generator 22 gehört, und der Wechseldetektor 23.

Hinsichtlich der Anordnungen, zur Steuerung des Ablesens des Klaviatur-Speichers und zur Umsetzung bleiben der Oktavenzähler 25, der Phasenzähler 24 und die Umsetzungs-Steuerschaltung 27 nach Aufbau und Funktionsweise unverändert.

Die in der Schaltung von Pig. 6 vorgenommenen Verbesserungen beziehen sich auf das Vorhandensein eines "Warteschlangen"-Speichers 80, der zwischen, den Wechseldetektor und den Oktavenzähler 25 eingefügt ist. Dieser Speicher empfängt die Signale i und t vom Weohseldetektor 23 und liefert neue Signale id und td, die an deren Stelle zu den lese- und Umsetzungs-Steuerschaltungen übertragen werden.

Eine "Zwischenakkumulatorschaltung" 60, die beispielsweise aus einer Addier-Subtrahier-Schaltung besteht, und ein

809881/1134

"Zwisctienakkumulatorspeictier" 70 sind hintereinander zwischen die Umsetzungs-Steuerschaltung 27 und den Umsetzer 28 eingefügt. Die Werte ΔΑ werden anstatt dem Umsetzer 28 nunmehr der Schaltung 60 zugeführt, in der sie mit den vorhergehenden Werten in Abhängigkeit von dem Zustand des Vorzeichensignals (Verbindung 272) und des Beschickungssignals (Verbindung 271) akkumuliert und im Speicher 70 provisorisch bei einer durch das Signal id definierten Adresse gespeichert werden.

Die Verbindung 251 überträgt das Signal t zu dem Warteschlangenspeicher 80 und zu dem Umsetzer 28. Die Verbindung 232 überträgt das Signal i zu dem Warteschlangenspeicher 80 und zu dem Akkumulatorspeicher 70, damit das Ablesen des Beschickungs-Steuersignals (Verbindung 701), des Vorzeichen-Steuersignals (Verbindung 702) und des kumulierten Beschickungswerts (Verbindung 703) und die Übertragung dieser Signale zu dem Umsetzer 28 gesteuert wird.

Die Verbindung 264 überträgt den im Klaviatur-Speicher 26 abgelesenen Wert ΔΑ zu der Zwischenakkumulatorschaltung Diese überträgt ihren Inhalt zu dem Zwischenakkumulatorspeicher 70 über die Verbindungen 601 (Beschickungssteuerung), 602 (Vorzeichen der Beschickung) und 603 (Beschickungswert).

Der vom Warteschlangenepeicher 80 (über die Verbindung 802) abgegebene Wert id dient zur Adressierung des Klaviaturspeichers 26, des Phasenzählers 24 und des Zwischenakkumulatorspeichers 70 (beim Einschreiben). Das Zyklusbeginn-Steuersignal Td (Verbindung 801) wird, wie im Pail von Pig. 1, an den Oktavenzähler 25 und an den Phasenzähler angelegt.

809881/1 134

Der Warteschlangenspeicher 80 ist so ausgebildet, daß die eingegebenen Informationen in der Reihenfolge der Eingabe wieder ausgegeben werden ("first in, first out"). Es sind zahlreiche Schaltungen erhältlich, welche diese Punktion ausführen, beispielsweise die von der Firma Fairchild hergestellte Schaltung "3541".

Das Zyklusbeginnsignal t (Verbindung 231), das vom Wechseldetektor 23 geliefert wird, ermöglicht die Beschickung des Warteschlangenspeichers mit der dem Ton entsprechenden Nummer i (Verbindung 232).

Der Wechseldetektor 23 benötigt kein. Zyklusschlußsignal (Verbindung 251) mehr, um die Feststellung der Wechsel fortzusetzen. Er wird nicht mehr stillgesetzt, und überträgt zu dem Warteschlangenspeicher 80 die Zahlenpaare (t, i) im Verlauf ihres Eintreffens.

Der Warteschlangenspeicher 80 liefert ein Zyklusbeginnsignal td, das gegenüber dem Signal t versetzt ist, sowie den. Wert des entsprechenden Tons id nach dem Empfang eines vom Oktavenzähler 25 (über die Verbindung 251) gelieferten Zyklusschlußsignals.

Der Oktavenzähler 25, die Phasenrechenschaltung 24 und die Umsetzungssteuerschaltung 27 arbeiten dann wie im Fall von Fig. 1, aber die Umsetzungssteuerschaltung 27 liefert ihre Steuersignale (Verbindungen 271, 272) diesmal zu der Zwischenakkumulatorschaltung 60. Diese hat die Funktion, für einen Ton gegebener Bezeichnung id alle Amplitudenänderungen ΔΑ entsprechend den über die Verbindung 272 übertragenen Vorzeichen zu kumulieren, die sich auf die verschiedenen Oktaven dieses Tons beziehen.

809881/1 134

Das Ergebnis dieser Kumulierung ist eine Amplitudenänderung (Verbindung 603) und eine Vorzeichenänderung (Verbindung 602), welche den Beitrag der Töne des Klaviatur-Speichers mit der Bezeichnung id zu dem endgültigen polyphonen. Signal darstellen. Dieses Ergebnis wird im Speicher 70 gespeichert, der das Signal id als Einschreibadresse und das Signal i als Leseadresse empfängt (wobei die Signale i und id gleich sind, aber in verschiedenen Zeitpunkten auftreten).

Der Inhalt des Speichers 70 wird beim nächsten Wechsel (in. bezug auf den Wechsel, der ihn verursacht hat) ausgewertet, der durch den Weohseldetektor 23 festgestellt wird. Die entsprechenden Signale bringen dann die Umsetzeranordnung 28-29 zur Wirkung, welche vom Speicher die Amplitudenänderung (Verbindung 703), das Vorzeichen (Verbindung 702) und das Beschickungssteuersignal (Verbindung 701) empfängt. Die ganze Anordnung wird durch das den Wechsel anzeigende Signal t synchronisiert, das über die Verbindung 231 an die Umsetzeranordnung angelegt wird.

Dadurch ist es möglich, daß sich die einem Ton entsprechende Amplitudenänderung auf das analoge Ausgangssignal (bei 291) in Phase mit dem entsprechenden Wechsel des chromatischen Generators 22 auswirkt. Dadurch wird die Verwendung eines Taktgebers 21 mit sehr hoher Frequenz vermieden.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform macht, ebenso wie diejenige von Fig. 1, von handelsüblichen Bauteilen Gebrauch. Es sind zahlreiche Varianten der Ausführung möglich. Beispielsweise ist es möglich, Einrichtungen

809881/1134

2828319

zum Wiederablesen des Klaviatur-Speichers 26 durch den Benutzer über die Sammelleitungen 261, 262, 263 und Schnittstellenschaltungen (30 in Fig. 2) vorzusehen.

Um die für die Steuerung und Synchronisierung der Syntheseschaltung erforderliche Geschwindigkeit des Taktgebers 21 zu verringern, sind Änderungen hinsichtlich des über die Verbindung 251 übertragenen Zyklusschlußsignals möglich. Es ist nämlich überflüssig, am Ausgang ein komplexes Signal zu erzeugen, das die Gesamtheit der Töne des Klaviatur-Speichers enthält, wenn die Amplituden einer großen Anzahl dieser Töne Null sind. Demzufolge kann das Zyklusschlußsignal vor dem Ende des !Durchlaufens aller Oktaven erzeugt werden, wenn, man weiß, daß keine höhere Oktave mehr erzeugt wird. Beispielsweise kann das Zyklusschlußsignal(außer von dem Zähler 25) von einem zusätzlichen binären Element in jeder Speicherzelle des Klaviatur-Speichers 26 geliefert werden. Dieses binäre Element kann entweder vom Benutzer über Einschreibanordnungen und die Sammelleitungen eingestellt werden, oder direkt intern in der Syntheseschaltung, wenn die angetroffenen Daten bis zur letzten Stellung des Klaviatur-Speichers alle Null sind.

Weitere Abänderungen der Ausführung der Syntheseschaltung können auch auf der Ebene des Klaviatur-Speichers in Betracht gezogen werden. Anstatt für jedes zu erzeugende Signal eine Speicherzelle vorzusehen, ist es auch möglich, in jeder Speicherzelle Daten vorzusehen, die eine Gruppe von Tönen betreffen. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der zu erzeugenden Signals beträchtlich zu erhöhen.

Die Organisation der Daten im Speicher kann ebenfalls in verschiedener Weise vorgesehen werden. Anstatt der

809881/1134

ansteigenden Reihenfolge der Frequenzen der zu erzeugenden Signale eine ansteigende Reihenfolge der Adressen zuzuordnen, ist es auch möglich, eine Gruppe von aufeinanderfolgenden Adressen der Grundfrequenz und den verschiedenen Harmonischen des gleichen Tons zuzuordnen, dann nacheinander weitere Adressengruppen den anderen Tönen. Es ist auch möglich, jede Oktave nicht mehr in zwölf Halbtöne, sondern, in vier und zwanzig Yierteltöne zu unterteilen, oder auch eine noch feinere Unterteilung vorzusehen, wodurch es möglich ist, den Portamento-Effekt durch Adressenverschiebung zu erhalten.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung in einem Musikinstrument.

Zwei Frequenzsyntheseschaltungen 1 und 2 naoh der Erfindung sind mit einer gemeinsamen Sammelleitung 14 einerseits und mit Tonabstrahlungs-Ver star kern 15 und 16 andrerseits verbunden. Die Anzahl der Frequenzsyntheseschaltungen, die mit der Sammelleitung verbunden werden können, ist natürlich beliebig und hängt von. dem vom Benutzer gewünschten Ergebnis ab.

Der Benutzer verwendet das Instrument dadurch, daß er eine oder mehrere Klaviaturen 12 und eine Registersteueranordnung 13 betätigt. Das Ablesen des Zustande der Klaviaturen und der Registersteuerungen und die Steuerung der Syntheseschaltungen erfolgt duroh einen Mikrocomputer 11, der aus einem Mikroprozessor, Speichern, einem Taktgeber und Steuerschaltungen für die Sammelleitung 14 aufgebaut ist.

Mit der Sammelleitung 14 können auch noch weitere Peripheriegeräte 3 verbunden sein, beispielsweise zum

809881/113A

-33- 2828319

Aufzeichnen und lesen von Daten und Befehlen auf einem Magnetband oder lochstreifen, oder zur Verwendung eines Eingabe-Ausgabe-Terminals, oder auch zur Verbindung des Instruments mit einem anderen, gegebenenfalls leistungsfähigeren und komplexeren Datenverarbeitungssystem, was insbesondere für die Einstellung des Musikinstruments von Interesse sein kann.

So ist die Umwandlung der sich auf die wirklichen Tastaturen und Register beziehenden Informationen in Informationen, die sich auf die virtuellen Klaviatur-Speicher beziehen, eine programmierte Operation, d.h., daß verschiedene Instrumente durch eine Programmänderung realisiert werden können, die den Schaltungsaufbau nicht beeinflußt. Insbesondere können die Programme in Arbeitsspeichern oder Pestwertspeichern gespeichert und mit Hilfe von externen Organen (3) ausgewertet werden. Spezialeffekte, wie Perkussion, Sustain, Arpeggio, automatische Akkorde usw. können ebenfalls durch Programmierung erzielt werden.

Die Erfindung macht es möglich, mit handelsüblichen Bauteilen von verhältnismäßig geringer Anzahl Musikinstrumente jeder Art mit einem bisher nicht erreichten Klangreichtum zu realisieren. Die Mehrzahl der Schaltungen eignet sich für die Integration in großem Maßstab (LSI-Technik), so daß die Kosten der Bauteile und der Fertigung beträchtlich verringert werden können. Die Programmierung eines Instruments kann durch einfaches Ändern oder Hinzufügen von programmierten Festwertspeichern oder durch Lesen von Daten leicht geändert oder erweitert werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht schließlich in der Güte der erzeugten Signale. Die Amplituäendefinition der Signale

80 9881/1134

ist bei allen Frequenzen konstant. Dies bedeutet für Sinussignale, daß* diese ihre klangliche "Rundung" selbst bei den niedrigsten Pegeln beibehalten.

809881/1 134

Claims (9)

Dipl.-lng. E. PrinzPatentanwälte Dipl.-Chem. Dr. G. HauserDipl.-lng. 2828919 G. LeiserErnsber-gerstrasse 198 München 6029. Juni 1978 Christian DEFOREIT 202 rue des Jones marins 91620 IA VILLE Du BOIS /Frankreich Unser Zeiohen: D 714 Pa t e nt a ns prüo he

1. Polyphone Syntheseschaltung für periodisohe Signale mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Gruppe von impulsförmigen Signalen, deren Folgefrequenzen in einem bestimmten Tonfrequenzbere ich verteilt sind, gekennzeichnet durch eine Anordnung von digitalen Speiohern (26), deren Anzahl wenigstens gleich der Anzahl der gleichzeitig zu erzeugenden periodischen Signale ist, wobei jeder Speicher die Frequenz eines periodischen Signals durch seine Adresse in einem Speicherraum und wenigstens die Amplitude dieses Signals durch seinen Inhalt "bestimmt, eine Digital-Analog-Umsetzeranordnung (28, 29), die unter dem Einfluß von Steuersignalen positive oder negative Spannungs- oder Stromstufen erzeugt, deren Amplitude einer entsprechenden, in einem Speicher abgelesenen Information proportinal ist, und durch lese- und Umsetzungs-Steueranordnungen (25, 24, 27)* die aufgrund der impulsförmigen Signale Steuersignale für das Lesen und die Übertragung der Informationen von den Speichern zu den Digital-Analog-Umsetzern und Umset.zungssteuersignale erzeugen.

809881/1134

Lei/Gl

ORIGINAL INSPECTED

2. Synthesesehaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicheranordnung (26) eine Anzahl von Schreib-Lese-Speicherelementen, Einrichtungen zum Adressieren, Beschreiben und Ablesen jedes beliebigen Speicherelements durch ein außerhalb der Syntheseschaltung liegendes Datenverarbeitungssystem sowie interne Einrichtungen sum Adressieren und Ablesen jedes beliebigen Speicherelements durch die Steueranordnungen der Syntheseschaltung enthält.

3. Syntheseschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Adressieranordnung Einrichtungen zum Decodieren und Adressieren aufgrund von zwei Signalen enthält, von denen sich das erste Signal (i) auf die Bezeichnung eines musikalischen Tons bezieht, unabhängig von der Oktave, in der sich der Ton befindet, während sich das zweite Signal (n) auf die zu erzeugende Harmonische bezieht.

4. Syntheseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicheranordnung (26) Codeumsetzereinrichtungen (32) enthält, die das den übrigen Speichern zugeführte zweite Signal (n) und die darin abgelesene Information empfangen und eine davon abhängige neue Information liefern,

5. Syntheseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Analog-Umsetzeranordnung einen Digital-Dauer-Utnse'tzer (28) enthält, der eine digitale Information in ein bipolares Signal umwandelt, dessen hoher oder niedriger Signalwert durch ein Vorzeichen-Steuersignal bestimmt ist und bei dem die Dauer des Zustands der digitalen Information proportional ist, sowie einen Analog-Integrator (29), der das bipolare Signal in eine Spannungs- oder Stromstufe umwandelt, deren Amplitude der. digitalen Information proportional ist.

809881 /1134

6. Syntheseschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Dauer-Umsetzeranordnung (28, Fig. 4) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (282) enthält, der so beschaltet ist, daß er unter der Steuerung von Taktsignalen vorwärts zählt, wenn sein Inhalt negativ ist, und rückwärts zählt, wenn sein Inhalt positiv ist, wobei der Vorwärts-Rückwärts-Zähler (282) einen Ausgang (281), der ein das Vorzeichen seines Inhalts darstellendes bipolares Signal liefert, einen Besehickungseingang (284) und einen Beschickungssteuereingang (271) hat, und daß die Digital-Dauer-Umsetzeranordnung ferner eine Addier-Subtrahierschaltung (283) aufweist, die einen Addier- oder Subtrahier-Steuereingang (272), zwei Eingänge (264, 285) für den Empfang der umzusetzenden Information bzw. für den Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zählers und einen mit dem Beschickungseingang (284) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (282) verbundenen Ausgang hat.

7. Syntheseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lese- und Umsetzungs-Steueranordnungen enthalten:

- eine Wechseldetektoranordnung (23), die bei jedem impulsförmigen Signal einen Zyklusbeginnimpuls (t) und eine Adressierungs-Information (i) liefert, die sich auf die Frequenz (den Ton) des periodischen Signals bezieht, das die Erzeugung des' impulsförmigen Signals verursacht hat;

- einen Oktavenzähler (25), der den Impuls (t) empfängt und nacheinander Adressierungsdaten (n) liefert, die sich auf die Oktaven des Tons (i) beziehen;

809881 /1134

- eine Phasenabtastwert-Rechenschaltung (24), die durch die Toninforroation (i) adressiert und durch den Zyklusbeginnitnpuls (t) schrittweise fortgeschaltet wird;

- eine Umsetzungs-Steuerschaltung (27), welche die Oktaveninformationen (n) und die von der Phasenrechenschaltung (24) gelieferte Phaseninformation empfängt und Vorzeichensteuersignale und Beschickungssteuersignale für die Digital-Analog-Umsetzeranordnung (28, 29) liefert;

- Verbindungseinrichtungen zum Anlegen der Ton- und Oktaveninformationen (i, n) als Adressierung an die Speicheranordnung (26).

8. Synthesesehaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechseldetektoranordnung einen Wartesehlangenspeicher (80, Fig. 6) enthält, der bei jedem Signalwechsel ein erstes Signalpaar (i, t) empfängt und ein zweites Signalpaar (id, td) für die Steuerung der übrigen Bestandteile der Lese- und Ümsetzungssteueranoränung liefert, daß zwischen die ümsetzungssteueranoränung (27) und äie Digital-Analog-Umsetzeranordnung (28) eine Akkumulatorschaltung (60), die die in der Speicheranordnung (26.) abgelesene Information zu ihrem Inhalt hinzufügt, und eine Pufferspeicherschaltung (70) eingefügt sind, und daß die Pufferspeicherschaltung (70) beim Einschreiben durch die Toninformation (id) des zweiten Signalpaares (id, td) und beim Lesen durch die Toninformation (i) des ersten Signalpaares (i, t) adressiert wird.

9. Polyphones Musikinstrument, gekennzeichnet durch wenigstens eine Syntheseschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Ton- und Register-Wähleinrichtungen (12, 13) und Datenverarbeitungsanordnungen (11) zur Steuerung der Syntheseschaltungen.

809881/1134