DE2926090A1

DE2926090A1 - Tonerzeugungsverfahren

Info

Publication number: DE2926090A1
Application number: DE19792926090
Authority: DE
Inventors: Norio Tomisawa
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1980-01-10
Also published as: US4249447A; CA1124112A; GB2027250A; NL181385B; FR2430055A1; GB2027250B; NL181385C; FR2430055B1; NL7905003A; DE2926090C2

Description

NIPPON GAKKI SEIZO KABUSHIKI KAISHA,

10-1, Nakazawa-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken / JAPAN

Die Erfindung betrifft ein Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeicher eine Wellenform ausgelesen wird, indem der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird.

Zur Synthetisierung von Musiktönen in elektronischen Musikinstrumenten sind verschiedene Verfahren bekannt. Bei einem der bekannten Verfahren (US-PS 3 8 09 786) werden die Fourier-Komponenten (Harmonischen-anteile) eines Musiktones einzeln berechnet und aufsummiert, um den Musikton synthetisch zu erzeugen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß ein großer Bereich von Musiktönen synthetisiert werden kann, jedoch gleichzeitig den Nachteil, daß es eine große Anzahl von Rechenschaltungen erfordert, was zu einer aufwendigen Konstruktion des elektronischen Musikinstrumentes führt. Diesem bekannten Verfahren haften ferner technische Schwierigkeiten an, die darin bestehen, daß die Anzahl der für die Synthetisierung eines Musiktones benutzten Harmonischen einen ausgedehnten Har-0 monischen-Koeffizienten-Speicher erfordert, damit eine entsprechend große Anzahl von Harmonischen-koeffizienten gespeichert werden kann. Zur Verkürzung der Berechnungszeit der Harmonischen wird eine erhöhte Taktfrequenz für

f? 0 ?! 8 *} Ί ι ύ ^cl h 1

2928090

die Berechnung benötigt. Wenn die Anzahl der Harmonischen bei den bekannten Verfahren erhöht werden soll, während die Frequenz und der Rechentakt unverändert bleiben, muß ein paralleles Verarbeitungssystem vorgesehen werden, und dies erfordert eine weitere Vergrößerung der Konstruktion des elektronischen Musikinstrumentes.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Erzeugung eines Musiktons unter Verwendung der Frequenzmodulationstechnik (US-PS 4 018 121) werden die oben geschilderten Nachteile des Synthetisierungsverfahrens mit Fourier-Komponenten weitgehend beseitigt. Dieses Verfahren kann zahlreiche Partialtöne oder Harmonischen- bzw. Inharmonischen-Anteile durch Rechnung einer einfachen mathematischen Gleichung erzeugen. Es eignet sich insbesondere zur Synthetisierung von Schlaginstrumentklängen (einschließlich Klavier) und Blasinstrument-Klängen. Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Amplituden der jeweiligen Partialtöne irregulär werden, d.h. daß in der Spektralhüllkurve der Musiktöne eine Irregularität auftritt, wenn ein großer Modulationsindex (I) benutzt wird, so daß das Verfahren zur Erzeugung eines Tones mit einer relativ glatten Spektralzusammensetzung (z.B. eines Saiteninstrumenttones) nicht sehr geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tonerzeugungsverfahren anzugeben, das imstande ist, kontinuierlich die Spektralzusammensetzung einer Tonwelle mit einer einfachen Konstruktion zu steuern bzw. zu verändern, indem Wellenformen ausgelesen werden, die sich wesentlich von der in einem Speicher enthaltenen Wellenform unterscheiden.

3 2/0949

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers mit einem Parameter multipliziert wird, daß das Multiplikationsprodukt zu dem Adressensignal hinzuaddiert wird, daß der Wellenformspeicher durch Adressierung mit dem Additionsergebnis angesteuert wird, und daß unter Verwendung des Ausgangssignales des WeI-lenformspeichers oder des Multiplikationsproduktes ein Ton erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Erzeugung eines Tones mit einer Spektralzusammensetzung mit monoton abfallender Tendenz, bei dem die Amplitude mit zunehmender Ordnungszahl der Obertöne kleiner wird. Mit dem Verfahren können auf einfache Weise verschiedenartige Wellenformen erzeugt werden, wie beispielsweise eine Sägezahnwelle, eine Rechteckwelle und eine Wellenform, bei der Obertöne höherer Ordnungen hervorgehoben werden. Dies geschieht durch einfache Steuerung eines Parameters. Ferner ist es möglich, die Anzahl und Ampli-0 tude der Obertöne von diesen Wellenformen aus kontinuierlich zu verringern, bis eine sinusförmige Welle entsteht. Im umgekehrten Falle können Anzahl und Amplitude der Obertöne kontinuierlich vergrößert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Tonwellenformen mit mannigfachen Spektralzusammensetzungen erzeugt werden, indem die aus einem Wellenformspeicher ausgelesenen Amplitudenwerte zur Eingangsseite des Speichers mit einem geeigneten Rückkopplungsfaktor rückgekoppelt und die Adressenauslesegeschwindigkeiten moduliert wer-

909882/0949

den. Das Tonerzeugungsverfahren, bei dem die Amplitudenabtastwerte der aus einem Wellenformspeicher ausgelesenen Wellenformen können mit einem geeigneten Verhältnis dem Adresseneingang eines Wellenformspeichers eines anderen Tonerzeugungssystems zugeführt werden, um die Adressenansteuergeschwindigkeit des Wellenformspeichers des anderen Tonerzeugungssystems zu modulieren, und die entsprechend der modulierten Adresse ausgelesene Tonwellenform wird mit einem geeigneten Rückkopplungsverhältnis auf den Adresseneingang des ersten Viellenformspeichers rückgekoppelt.

Weitere Varianten der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.

909882/0949

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Organisation der Tonerzeugung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Figur 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung zur Erzeugung einer variablen x, die bei dem Verfahren benutzt wird,

Figur 3 ein Blockschaltbild einer Einheit zur Verarbeitung der Ausgangs-Tonwellenform, die als Musikton abgestrahlt werden soll,

Figur 4 ein Stereogramm einer Bessel-Funktion sowie eine grafische Darstellung eines bei dem Verfahren benutzten Bereichs der Bessel-Funktion,

Figuren 5(a) bis 5(h) grafische Darstellungen von Wellenformen, die in den jeweiligen Teilen der Figur 1 für verschiedene Werte von ß erscheinen und die bei einer zu Versuchszwecken hergestellten Vorrichtung (im folgenden als Testvorrichtung bezeichnet) aufgetreten sind,

Figuren 6(a) bis 6(h) grafische Darstellungen der Ergebnisse der beobachteten Spektralkonstruktionen sin y, die in den Figuren 5(a) bis 5(h) dargestellt sind,

Figuren 7(a) und 7(b) jeweils grafische Darstellungen von Beispielen von Wellenformen, bei denen Schwingungen aufgetreten und solche Schwingungen entfernt worden sind,

Figur 8 ein Blockschaltbild einer Mittelwertbildungsschaltung zur Verhinderung des Schwingphänomens, das in Figur 7(a) dargestellt ist,

Figur 9 ein Blockschaltbild der Organisation einer weiteren Aasführungsform der Erfindung,

Figur 10 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Erzeugung unterschiedlicher Variabler x-, und x-.

Figuren 11(a) bis 11(h) grafische Darstellungen von Wellenformen, die an den jeweiligen Teilen in Figur 9 für unterschiedliche Werte von β und m = 2-auftreten und die bei der Testvorrichtung beobachtet worden sind,

Figuren 12(a) bis 12(h) grafische Darstellungen der Ergebnisse der Spektralkonstruktionen der jeweiligen Musiktonwellenformen sin y, die in den Figuren 11 (a) bis 11(h) dargestellt sind,

Figuren 13(a) bis 13(d) grafische Darstellungen der geometrischen Analyse der Tatsache, daß die Ausgangswellenform der Vorrichtung nach Figur 9 die Form einer differenzierten Wellenform annimmt, bei der die Harmonischen-Anteile höherer Ordnung hervorgehoben sind, wenn ein großer Wert des Modulationsparameters m benutzt wird,

903882/0 949

Figuren 14(a) bis 14 (e) grafische Darstellungen der an den jweiligen Teilen der.Figur 9 für verschiedene Werte von ß auftretenden Wellenformen, wenn das Verhältnis der Variationsrate von x. zur Variationsrate von x„ 1:2 und m = 1 ist; diese Wellenformen sind bei der Testvorrichtung beobachtet worden,

Figuren 15(a) bis 15 (e) grafische Darstellungen der Ergebnisse beobachteter Spektralkonstruktionen der jeweiligen Tonwellenformen sin y der Figuren 14 (a) bis 14 (e) ,

Figur 16 ein Blockschaltbild der Organisation einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 17 ein Blockschaltbild der Organisation noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Figur 18 ein Blockschaltbild der Organisation noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der eine einzige arithmetische Einheit für verschiedene Funktionen durch programmierte Steuerung benutzt wird,

Figur 19 ein Blockschaltbild der Organisation einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figuren 20 bis 23 grafische Darstellungen von Beispielen von Wellenformen, die an den jeweiligen Teilen in Figur 19 auftreten, sowie Spektralkonstruktionen der Ausgangs-Tonwellenformen, jeweils beobachtet an der Testvorrichtung, und

909882/0949

Figur 24 ein Blockschaltbild der Organisation einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Figur 1 enthält eine arithmetische Einheit 10 einen Addierer 11 sowie einen Sinuswellenspeicher 12, dessen Inhalt durch den Ausgangswert y des Addierers ausgelesen wird. Einem der Eingänge des Addierers 11 wird eine Variable χ und dem anderen Eingang das Ausgangssignal sin y des Sinuswellenspeichers 12 mit einem geeigneten Rückkopplungsverhältnis zugeführt. Dieses Rückkopplungsverhältnis wird bestimmt durch den Rückkopplungsfaktor ß. Im Rückkopplungszweig befindet sich ein Verstärker 13, der das Ausgangssignal sin y des Speichers 12 mit dem Rückkopplungsfaktor ß multipliziert. Das Produkt ß-sin y der Multiplikation wird dem Addierer 11 zugeführt. Das Ausgangssignal y des Addierers 11 beträgt daher χ + ß-sin y und bildet das Adresseneingangssignal des Sinuswellenformspeichers 12. Es sei angenommen, daß zwischen dem Anstehen des Eingangssignals am Addierer 11 und der Ausgabe des AusgangssignaIs aus dem Sinuswellenspeicher 12 eine bestimmte Verzögerungszeit existiert.

Die Variable χ wird von einer Vorrichtung erzeugt, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Ein einer gedrückten Taste an der Tastatur entsprechendes Signal wird von einer Tastenlogik 14 einem Frequenzzahlenspeicher 15 zugeführt. Eine Frequenzzahl, bei der es sich um eine Konstante handelt, die der Frequenz der gedrückten Taste, d.h. einem Phaseninkrement, entspricht, wird daraufhin von dem Frequenzzahlenspeicher 15 ausgelesen. Die aus dem Freque.nzzahlenspeicher 15 ausgelesene Fre-

909882/0949

quenzzahl wird einem Akkumulator 16 zugeführt, wo sie entsprechend einem Impulstakt 0 repetierend addiert und somit akkumuliert wird. Der Akkumulator 16 besteht aus einem Modulo-M-Zähler und sein Ausgangssignal wird dem Addierer 11 als Variable χ zugeführt. Da M = 2 ist (N ist eine ganze Zahl), wiederholt der Wert der Variablen χ die Erhöhung von -2 entsprechend einer Phase -TT bis +2 entsprechend einer Phase +ir mit einer bestimmten Wiederholdungsfrequenz. Die Variable χ erhöht sich daher schnell, wenn ihre Frequenzzahl groß ist,und sie erhöht sich langsam, wenn ihre Frequenzzahl klein ist. Die Änderungsrate, d.h. die Wiederholung innerhalb der Modulo-Frequenz der Variablen χ bestimmt die Frequenz eines von der arithmetischen Einheit 10 der Figur 1 erzeugten Tones.

Die von der arithmetischen Einheit 10 erzeugte Tonwellenform sin y wird von der in Figur 3 dargestellten Schaltung für die Erzeugung eines Musiktones verarbeitet. Ein Hüllkurvengenerator 17 erzeugt ein Hüllkurvensignal entsprechend einem Anschlagsignal KON, das von der Tastenlogik 14 gemäß dem Drücken der Taste erzeugt wird. Dieses Hüllkurvenformsignal wird einem Multiplizierer 18 zugeführt. Der Multiplizierer 18 multipliziert die Tonwellenform sin y, die von der arithmetischen Einheit 10 gelie- fert wurde, mit dem Hüllkurvenformsignal, um die Tonwellenform sin y in die Form einer Amplitudenhüllkurve zu bringen. Das von dem Verstärker 18 ausgegebene Tonsignal wird einer Ausgangseinheit 19 zugeführt und anschließend durch bekannte Verarbeitung, wie z.B. Filterung, als Musikton abgestrahlt.

Bei der in Figur 1 dargestellten Organisation können die Partialanteile eines von der arithmetischen Einheit 10 erzeugten Tones kontinuierlich gesteuert werden_/ indem der Wert des Rückkopplungsfaktors ß verändert wird. Der Grund hierfür wird nachfolgend erläutert. Aus Gründen der Einhachheit sei angenommen, daß sich in der Rückkopplungsschleife kein Verzögerungsglied befindet.

Das Phasen-Eingangssignal y der am Ausgang des Addierers 11 erzeugten Tonwellenform sin y wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

y = χ + ß- sin y (1)

Als Ergebnis der Analyse der Gleichung (1) stellt man fest, daß die Tonwellenform sin y durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

"V 2

sin y = Zj -ητ· Jn (nß) · sin nx (2)

η = 1 ⁿⁱ

Diese Gleichung (2) kann wie folgt ausgeschrieben werden:

2 2

sin y = -Jj-J₁ (ß)'sin χ + -^· J₂ (2ß) · sin 2x

+ ~-J₃(3ß)'sin 3x + (3)

In Gleichung (2) ist Jn(nß) eine Bessel-Funktion, bei der η die Ordnung und n*ß den Modulationsindex darstellen. Gleichung (2) mag derjenigen Gleichung ähneln, die in den bekannten Frequenzmodulationssystemen verwendet wird, insoweit als sie Bessel-Funktionen enthält, jedoch besteht ein entscheidender Unterschied gegenüber der bekannten

Gleichung darin, daß die Ordnung η im Modulatxonsindex

dieser Bessel-Funktion Jn(nß) enthalten ist und daß —-

als Koeffizient mit dieser Bessel-Funktion Jn(nß) multipliziert wird.

In Gleichung (2) oder (3) ist ein Grundwellenanteil enthalten, wenn η = 1 ist. Der Wert von η entspricht der Ordnung eines jeden Partialtones. Die aus Gleichung (2) resultierende Beziehung zwischen der Ordnung eines jeden Partialtones und seiner relativen Amplitude ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.

Ordnung

Tabelle 1

realtive Amplitude

1) (Grundwelle)

2) (2. Harmonische)

f'^J1^(ß)

3) (3. Harmonische) J-^J₃ (3ß)

4) (4. Harmonische) |^-J₄(4ß)

(n-te Harmonische) nß*

Die in Tabelle 1 angegebene Spektalkonstruktion wird mit Hilfe der stereografischen Darstellung der Bessel-Funktion Jn(I) in Figur 4 analysiert.

909882/0949

Bei dem bekannten Synthetisiersystem für Musiktöne, das mit Frequenzmodulation arbeitet, ist der Modulationsindex I für alle Anteile Jn(I) einer jeden Ordnung (n = 0, 1, 2, ...) gleich, so daß jeder Bessel-Funktionswert Jn(I), der durch die Höhe an derjenigen Stelle angegeben wird, an der der gemeinsame Modulationsindex I die jeweilige Ordnung η schneidet, die Spektralkonstruktion ergibt. Wenn sich der Modulationsindex I erhöht, nimmt die erhaltene Spektralhüllkurve eine wellenförmige Form an, mit dem Ergebnis, daß eine glatte Steuerung der Spektralkonstruktion (im Sinne einer monotonen Funktion) außerordentlich schwierig wird.

Nach der Erfindung differiert der Modulationsindex nß für jede Ordnung η und er erhöht sich annähernd monoton ansteigend proportional zu der Ordnung n. Daher nehmen die für jede Ordnung η als I = nß erhaltenen Bessel-Funktionswerte Jn(nß) in Figur 4 an der Bestimmung der Spektralkonstruktion teil. In Figur 4 ist dieser Bessel-Funktionswert Jn(nß) bestimmt durch die Höhe an einem 0 Punkt auf einer Linie, die durch den Ursprung verläuft, in dem η = 0 und β = 0 ist, und die einen durch ß bestimmten Winkel hat. Dieser Zustand ist unter der stereografischen Darstellung in Figur 4 abgebildet . Die den Wert Jn(nß) bestimmende Linie rotiert mit von 0 aus zunehmendem Wert ß von der Achse η bis zur Achse I um den Ursprung.

Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ändert sich die durch Jn(nß) dargestellte Spektralhüllkurve annähernd nach Art einer monotonen Funktion im Bereich 21, wo 0 = β =

$09882/0949

ist,und in einem Bereich 22, in dem ß etwas größer ist als 1. Die Amplitude Jn (nß) nimmt mit zunehmender Ordnung η kontinuierlich ab und sie nimmt mit abfallendem Wert ß ebenfalls kontinuierlich ab, wodurch sich die Spektralkonstruktion im wesentlichen glatt (knickfrei) ändert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Spektralkonstruktion nach der Erfindung geringfügig unterschiedlich ist von derjenigen, die in Figur 4 dargestellt ist, da die Bessel-Funktion Jn(nß) mit dem Koeffizienten —g- multipliziert wird. Dies verstärkt die Tendenz, daß die Amplitude mit zunehmender Ordnung η abfällt.

Eine weitere Analyse des Amplitudenkoeffizienten —jt'J] in Gleichung (2) ergibt, daß die Spektralkonstruktion in der Nähe von ß = 1 eine Konfiguration annimmt, die der Spektralkonstruktion einer Sägezahnwelle ähnelt. Die Bessel-Funktion Jn(nß), die man aus der Tabelle der Bessel-Funktion erhält, ist für den Fall, daß ß = ist, in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2 „ ß =" t η Jn(nß)

1 J₁ (1) = 0,4401

2 J₂ (2) = 0,3528

3 J₃ (3) = 0,3091

4 J₄ (4) = 0,2811 5 J₅ (5) = 0,2611

6 J₆ (6) = 0,2458

7 j_? (7) = 0,2336

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, nimmt die Bessel-Funktion Jn(nß), wenn ß = 1 ist, annähernd gleichmäßige Werte an, unabhängig von der Größe der Ordnung n. In der nachfolgenden Tabelle 3 sind die Annäherungswerte

2
des Amplitudenkoeffizienten —^- J (nß) aufgeführt, die auf der Basis von Tabelle 2 errechnet worden sind.

Tabelle 3

ß = 1

η Näherungswerte von

1 1

6 \

Da Jn(nß) unabhängig von der Ordnung η im wesentlichen

2 gleichförmig ist, kann angenommen werden, daß —-Jn(nß) unabhängig von der Veränderung der Ordnung η konstant ist. Der Amplitudenkoeffizient wird daher im wesentli-0 chen durch den verbleibenden Koeffizientenanteil — bestimmt. Die in Tabelle 3 angegebene Verteilung entspricht der Spektralverteilung einer Sägezahnwelle.

ft Γ| C₁ Q :- ■> / 0

Obwohl Tabelle 3 nur Näherungswerte des Amplitudenkoeffizienten enthält, ist jetzt verständlich, daß mit dem in Figur 1 dargestellten System eine Tonwellenform mit einer Spektralkonstruktion, die derjenigen einer Sägezahnwelle ähnelt, erzielt werden kann.

Die Bessel-Funktion Jn(nß), die die Ordnung η benutzt, hat in demjenigen Bereich, in dem ß Werte von 0 bis etwa 1 annimmt, die Tendenz, einem monotonen Anstieg zu gleichen. In dem Bereich, in dem ß ungefähr 1 ist, nimmt der Wert von Jn(nß) einen im wesentlichen gleichförmigen Wert an, wie in dem Fall, daß ß = 1 ist, so daß man eine Spektralverteilung wie bei einem Sägezahn erhält. Wenn ß vom Wert 1 aus an 0 angenähert, wird, verringert sich der Bessel-Funktionswert Jn(nß) für jede Ordnung η stufenweise und je größer die Ordnung η ist, umso steiler wird die Steigung des Abfalls von Jn(nß). Diese Tendenz wird durch die Bessel-Funktionstabelle bestätigt. Beispielsweise sind die Werte Jn(nß), die man aus der Bessel-Funktionstabelle im Falle von ß zwischen 0,1 und 0,5 0 erhält, in der folgenden Tabelle 4 aufgeführt.

	0,1	Tabelle 4	Jn(nß)
	0,0499
ß η	0,0050	0,5
1	0,0006	0,2423
2	0,0001	0,1149
3	0,0000	0,0610
4	0,0000	0,0340
5	0,0000	0,0196
6	0,0114
7	0,0067

909882/09%S

Aus der obigen Tabelle ergibt sich, daß der Wert von Jn (nß) auf etwa ■=· abfällt, wenn die Ordnung η sich um

1 1 erhöht, wenn β = 0,5 ist,und auf etwa y_ abfällt, wenn die Ordnung η sich bei ß = 0,1 um 1 erhöht. Wenn sich β von ungefähr 1 auf 0 verringert, verringert sich die Amplitude der Harmonischen-anteile und daneben erlöschen die Harmonischen-anteile einer nach dem anderen von den höheren Ordnungen aus.

Die Amplitude der Harmonischen-anteile einer Tonwellenform kann auf diese Weise glatt gesteuert werden, indem der Wert des Rückkopplungsparameters β innerhalb eines bestimmten Bereichs (von 0 bis zu einer Zahl, die etwas größer ist als 1, z.B. 1,5) variiert wird. Im Falle der Organisation von Figur 1 wird, wenn der Wert von ß groß ist (etwa 1), eine Sägezahnwellenform erzeugt und bei abfallendem Wert ß verringert sich die Amplitude von den höheren Ordnungen aus, so daß eine Amplitude nach der anderen von den höheren Ordnungen aus erlischt. Wenn ß = 0 ist, wird eine Sinuswellenform erzeugt.

Wenn ß = 0 ist, ist der Rückkopplungsfaktor 0, so daß eine Sinuswellenform erzeugt wird, die die gleiche ist, wie diejenige, die in dem Speicher 12 gespeichert ist. Dies wird durch eine Analyse bestätigt, nach der der Amplitudenkoeffizient der Grundwelle in Gleichung (2) lim *
ß—>0 — J₁(ß) = 1 ist, wogegen der Amplitudenkoeffizient

der übrigen Komponenten _R_^n 2J (nß)

—^ = 0 ist.

nß

909882/0949

Das oben beschriebene Phänomen wurde durch die Testvorrichtung bestätigt. Figuren 5(a) bis 6(a) zeigen an der Testvorrichtung gemessene Wellenformen an den jeweiligen Teilen der Figur 1. Figur 6(a) bis 6 (b) zeigen Diagramme der Spektralkonstruktion des erzeugten Tones. Diese Diagramme zeigen die in acht Fällen beobachteten Daten, bei denen der Rückkopplungsparameter ß sich im Bereich von 0,00982 bis 1,571 verändert. In Figur 5(a) wurde die obere Wellenform der Variablen χ festgestellt. Die zweite Wellenform stellt die gemessene Wellenform des Rückkopplungsbetrages ß-sin y dar, der von dem Verstärker 13 ausgegeben wurde, die dritte Wellenform zeigt das Ausgangssignal y des Addierers 11 und die untere Wellenform zeigt das Ausgangssignal sin y des Sinuswellenspeichers 12, der von dem Ausgangssignal y angesteuert bzw. ausgelesen wurde. Die Spektralverteilung in den Figuren 6(a) bis 6(h) stellt die Harmonischen-anteile der Musiktonwellenform sin y des Speichers 12 dar. Die Frequenz, bei der die Variable χ (innerhalb des Modulo) wiederholt wird, beträgt 200 Hz. Da die Wellenform der Variablen χ sich nicht in Abhängigkeit von der Veränderung des Wertes ß ändert, ist nur in den Figuren 5(a) und 5(e) die Wellenform der Variablen χ dargestellt und in den übrigen Figuren fortgelassen.

Die Figuren 5(a) bis 5(h) und Figuren 6(a) bis 6(h) bestätigen, daß durch Änderung des Wertes des Rückkopplungsfaktors ß die Anzahl und die Amplitude der Harmonischer.-komponenten einer zu erzeugenden Tonwellenform kontinuierlich und glatt gesteuert werden kann, wobei die Harmonischen-konfiguration kontinuierlich von einer sinusförmigen Welle bis zu einer Sägezahnwelle verändert werden kann.

909882/0948

Unter Bezugnahmem auf die Figuren 5(a) bis 5(b) wird nun die Erzeugung des Tones mit der Schaltung nach Figur 1 analysiert.

Wenn der Rückkopplungsparameter ß ein kleiner Wert in der Nähe von 0 ist, verändert sich die Wellenform des Rückkopplungssignals β«sin y des Verstärkers 13 nur geringfügig, um 0 herum. Die Variable χ wird daher in dem Addierer 11 nur schwach moduliert, so daß das Ausgangssignal y des Addierers 11 in seiner Konfiguration der Variablen χ ähnelt. Als Folge hiervon wird von der arithmetischen Einheit 10 eine Musiktonwellenform sin y erzeugt, die der sinusförmigen Wellenform, die im Speicher 12 gespeichert ist, ähnelt. Dies ist an dem Wellenformdiagramm mit ß = 0,0982 zu beobachten.

Wenn der Wert des Rückkopplungsfaktors ß ansteigt, wird die Schwingung in positiver und negativer Richtung der Rückkopplungswellenform ß'sin y spürbar. Dieser Zustand ist beispielsweise an dem Wellenformdiagramm mit ß = 0,3 zu beobachten. Eine negative Amplitude der Rückkopplungswellenform ß«sin y wird von einem Bereich von -V bis von der Variablen χ subtrahiert, während eine positive Amplitude der Rückkopplungswellenform ß*sin y zu einem Bereich von 0 bis TT der Variablen χ hinzuaddiert wird. Wenn die Amplitude der Rückkopplungswellenform ß-sin y sich von einem negativen Bereich bis in einen positiven Bereich ändert, vergrößert sich daher die Wellenform des Ausgangssignals y des Addierers 11 steil in einem Bereich, in dem die Variable χ in der Nähe von 0 ist. In diesem Bereich, wo die Wellenform y steil ansteigt, erhöht sich die Auslesegeschwindigkeit des Sinuswellenspeichers 12

809882/0949

und die Steigung der Amplitude der ausgelesenen Sinuswellenform wird in dem Teil, in dem die Amplitude aus dem negativen Bereich in den positiven Bereich ansteigt, steil. In dem übrigen Bereich ist die Neigung der Wellenform y schwächer und die Neigung eines entsprechenden Teiles der aus dem Sinuswellenspeicher 12 ausgelesenen Amplitudenwerte ist ebenfalls schwächer. Die aus dem Sinuswellenspeicher 12 ausgelesene Wellenform sin y unterscheidet sich daher offensichtlich von einer normalen Sinuswelle.

Wenn der Wert des Rückkopplungsfaktors ß weiter ansteigt, wird die aus dem Speicher 12 ausgelesene Wellenform, die in dem Teil, in dem die Amplitude von dem negativen Bereich in den positiven Bereich ansteigt, steil ist, mit hohem Verhältnis zurückgeführt, so daß die Abweichung der Ausgangswellenform y des Addierers 11 sich noch weiter verstärkt. Die Steigung der entsprechend der Wellenform y aus dem Speicher ausgelesenen Tonwellenform sin y wird daher in demjenigen Teil, in dem die Amplitude aus dem negativen Bereich in den positiven Bereich ansteigt, noch steiler, wogegen die Wellenform sin y in dem Teil, in dem die Amplitude aus dem positiven Bereich in den negativen Bereich abfällt, schwächer wird. Die Tonwellenform sin y nähert sich daher einer Sägezahnwelle.

Versuche haben gezeigt, daß bei Verwendung von Daten aus TO Bits und Erhöhung des Rückkopplungsfaktors ß auf mehr als etwa 1 gemäß Figur 7(a) in der von dem Speicher 12 ausgegebenen Tonwellenform sin y Schwingungen auftreten. Diese Schwingungen erscheinen in der Nähe des Punktes, bei dem der Wert des Ausgangssignals y

809882/0949

ORIGINAL INSPECTED

des Addierers 11 die Phasenlage I' (oder - 7i ) hat. Die Schwingung wurde auf einen Fehler bei der digitalen Rechnung zurückgeführt. Bei genauer Beobachtung des Schwingphänomens wurde herausgefunden, daß die Amplituden bei positiven und negativen Vorzeichen sich an jedem Abtastpunkt des Speichers 12 schnell ändern. Zur Verhinderung des Auftretens dieses Schwingphänomens ist der in Figur dargestellte Mittelwertbildner vorgesehen.

Der Mittelwertbildner 23 enthält ein VerzÖgerungs-Flip-Flop 24, das von einem Impulstakt 0 getaktet wird, der das Intervall der Abtastpunkte einer Tonwellenform bestimmt, und einen Addierer 25, der das Eingangssignal und das Ausgangssignal des Flip-Flops 24 addiert, sowie einem Multiplizierer 26, der das Ausgangssignal des Addierers 25 mit dem Wert 1/2 multipliziert. Dieser Mittelwertbildner 23 wird an geeigneter Stelle in den in Figur 1 dargestellten, aus dem Addierer 11, dem Speicher 12 und dem Multiplizierer 13 bestehenden Kreis geschaltet. Ein Wert, der dem Wert des gegenwärtigen Abtastpunktes um einen Abtastpunkt vorausgeht und der dem Ausgangssignal des Verzögerungs-Flip-Flops 24 entspricht, wird dem Wert des gegenwärtigen Abtastpunktes von dem Addierer 25 hinzuaddiert und das Additionsergebnis wird von dem Multiplizierer 26 mit 1/2 multipliziert. Hierdurch wird der Mittelwert zwischen den Werten zweier benachbarter Abtastpunkte gebildet. Dieser Mittelwertbildner 23 wird vorteilh^fterweise an den Ausgang des Sinuswellenspeichers 12 angeschlossen (d.h. in Leitung 23' in Figur 1 geschaltet). Auf diese Weise wird mit dem Mittelwertbildner 23 die Amplitude, die an jedem Abtastpunkt ab-

909882/0949

wechselnd in positiver oder negativer Richtung schwingt, gemittelt und die Schwingungen werden eliminiert. Die beobachteten Wellenformen der Figuren 5 (a) bis 5{h) wurden mit einer Testvorrichtung, die den Mittelwertbildner 23 enthielt, erzielt.

Die Versuche haben ferner ergeben, daß unabhängig von dem Anstieg der Wiederholungsfrequenz der Variablen χ (d.h. von dem Frequenzanstieg der von der arithmetischen Einheit 10 zu erzeugenden Tonwellenform) das Zeitintervall eines Teiles, in dem die Steigung der erzeugten Sägezahnform groß ist, im wesentlichen konstant ist. Dies wird auf die in der arithmetischen Einheit 10 erzeugte Zeitverzögerung zurückgeführt. Die Zeitverzögerung in der arithmetischen Einheit 10, die unabhängig von der Frequenz eines zu erzeugenden Tones im wesentlichen konstant ist, kann bei niedrigen Frequenzen vernachlässigt werden, weil sich die Variable χ langsam ändert, so daß der gewünschte steile Anstieg einer Sägezahnwelle erzielt werden kann. Wenn die Frequenz höher wird, wird andererseits die Änderung der Variablen χ schneller und die Zeitverzögerung in der arithmetischen Einheit TO kann nicht mehr vernachlässigt werden, was zu einer Verzögerung in der Rückkopplung führt. Die Steilheit des Anstiegsteiles des Sägezahnes wird daher verschlechtert, d.h. das Zeitintervall des Anstiegsteiles des Sägezahnes wird nicht proportional zur Periode der Sägezahnwelle verkürzt, sondern unabhängig von der Frequenz im wesentlichen konstant gehalten. Dies ist vom Standpunkt des Eliminierens von Rauschen wichtig, das durch die Abtastfrequenz verursacht wird, denn durch den Anstieg

809882/0941

Original inspected

der Frequenz des zu erzeugenden Tones wird eine Begrenzung der Frequenzen der Harmonischen höherer Ordnung und damit eine Verringerung der Steilheit der erzeugten Wellenform erreicht.

In der obigen Beschreibung wurde der Speicher 12 der arithmetischen Einheit 10 als Sinuswellenspeicher beschrieben. Der Speicher 12 ist aber nicht auf die Speicherung von Sinuswellen beschränkt, sondern es kann auch ein Speicher verwandt werden, der eine Kosinuswelle enthält,oder eine Sinusfunktion, deren Phasenwinkel von 0 oder 90° abweicht. Eine in dem Speicher 12 gespeicherte Wellenform ist auch nicht auf eine einperiodische Wellenform beschränkt, sondern es kann auch eine halbe Periode oder eine viertel Periode gespeichert sein. Hierzu werden bekannte Techniken benutzt, nach denen eine einperiodische Wellenform erzeugt wird, indem das Auslesen einer solchen gespeicherten Halbwelle oder Vierteilwelle entsprechend gesteuert wird.

Bei dem in Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel haben die arithmetischen Einheiten 10-1 und 10-2 die gleiche Konstruktion wie die arithmetische Einheit 10 der Figur 1. Sie bestehen aus Addierern 11-1 bzw. 11-2 und Sinuswellenspeichern 12-1 und 12-2. Das Ausgangssignal sin y der ersten arithmetischen Einheit 10-1 wird mit dem Rückkopplungsparameter ß in einem Multiplizierer 13-1 multipliziert und das Produkt ß-sin y wird auf den Eingang der arithmetischen Einheit 10-1 rückgekoppelt, genau wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1. Die Wirkungsweise der ersten arithmeti-

909882/0949

2928090

sehen Einheit 10-1 einschließlich des Multiplizierers 13-1 im Rückkopplungszweig ist daher vollkommen die gleiche wie bei der entsprechenden Schaltung der Figur 1.

Die von dem Multiplizierer 13-1 erzeugte Rückkopplungs-Wellenform ß*sin y wird ferner einem Multiplizierer 27 zugeführt, wo sie mit einem Modulationsfaktor m multipliziert wird. Das Wellenformsignal mß-sin y, das von dem Multiplizierer 27 ausgegeben wird, wird dem Addierer 11—2 der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 zugeführt, wo es zu einer Variablen X₁ hinzuaddiert wird. Das Ausgangssignal Y(= x^+mß'sin y) des Addierers 11-2 wird einem zweiten Sinuswellenspeicher 12-2 zugeführt, aus dem die Inhalte der entsprechenden Adressen ausgelesen werden, so daß die Tonwellenform sin·Y erzeugt wird.

Die Variable X₂, die der ersten arithmetischen Einheit 10-1 zugeführt wird, und die Variable χ.., die der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 zugeführt wird, stellen die Phasenwerte dar, die mit entsprechenden Wiederholfrequenzen wiederholt werden. Die Variable X₁ kann den selben Wert haben wie die Variable x~ oder unterschiedlich hiervon sein. Wenn für die Variablen x.. und x, der gleiche Wert verwandt wird, kann die von dem Akkumulator 16 gemäß Figur 2 erzeugte Variable χ gemeinsam den arithmetischen Einheiten 10-1 und 10-2 zugeführt werden (d.h. X₁ = χ- = x). Wenn der Wert der Variablen X₁ von dem Wert der Variablen x₂ unterschiedlich sein soll, werden die Variablen X₁ und X₂ in unterschiedlichen Kanälen erzeugt, wie in Figur 10 dargestellt ist. In einem ersten Frequenz

909882/0949

Zahlenspeicher 15-1 und einem zweiten Frequenzzahlenspeicher 15-2 sind unterschiedliche Frequenzzahlen für dieselbe Taste gespeichert und diese Frequenzzahlen werden aus den Speichern 15-1 und 15-2 durch Ansteuerung mit Daten ausgelesen, die von einer Tastenlogik 14 entsprechend den an der Tastatur gedrückten Tasten erzeugt werden. Diese Frequenzzahlen werden in den Akkumulatoren 16-1 und 16-2 jeweils akkumuliert, wodurch die voneinander unterschiedlichen Variablen X₁ und x- erzeugt werden. Die von dem Akkumulator 16-1 ausgegebene Variable x„ wird der ersten arithmetischen Einheit 10-1 und die von dem Akkumulator 16-2 ausgegebene Variable x„ wird der arithmetischen Einheit 10-2 zugeführt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 erfolgt eine Frequenzmodulation durch die zweite arithmetische Einheit 10-2 und den m-Multiplizierer 27. Im einzelnen wird bei der Modulation die rückgekoppelte Wellenform β-sin y der ersten arithmetischen Einheit 10-1 als Modulationswelle und die Wiederholungsfrequenz der Variablen X₁ als Trägerfrequenz benutzt. Die Modulation erfolgt mit dem Modulationsparameter m. Mit dieser Schaltung kann die von der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 erzeugte Spektralkonstruktion der Tonwellenform sin Y durch Veränderung des Rückkopplungsfaktors ß und des Modulationsparameters m so gesteuert werden, daß der gesamte Regelbereich erweitert wird.

Im folgenden wird nun die Wellenform sin Y untersucht, die von der arithmetischen Einheit 10-2 unter der Bedungung X₁ = X₂ = x erzeugt wird.

909882/0949

Das Ausgangssignal Y des Addierers 11-2 der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Y = χ + mß sin y (4) ,

worin sin y das Ausgangssignal der ersten arithmetischen Einheit darstellt.

Es wurde herausgefunden, daß die als Ergebnis der Analyse von Gleichung (4) erhaltene Tonwellenform sin Y durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

sin Y = 5Γ ^{An sin nx}/

n=1

wobei

^{= m} f '^Jn₊1 I ^{(n + 1} ' ^{m) 13}I

η - ί ₊ m -^Jn-1 ί^(η ~ ^{1 + m}> ^ß} ^

Von dieser Gleichung (5) kann angenommen werden, daß sie eine Spektralkonstruktion liefert, die dieselbe Tendenz hat wie diejenige der Gleichung (2), denn Gleichung (5) enthält die Ordnung η im Modulationsindex der Bessel-Funktion und ferner auch im Nenner des Koeffizienten in derselben Weise wie Gleichung (2). Wenn der Rückkopplungsparameter β innerhalb eines bestimmten Bereichs (von 0 bis zu einer Zahl etwas größer als 1) verändert wird, hat die Spektralkonstruktion einer erzeugten Tonwellenform (sin Y) eine monoton abfallende Tendenz, gemäß welcher die Amplitude mit steigender Ordnung η ab-

909882/0949

fällt und die Amplitude der Harmonischen des Tones kann kontinuierlich verändert werden, indem in dem Stellbereich der Wert von ß verändert wird. Auf diese Weise können Töne von Saiteninstrumenten (d.h. Töne mit Sägezahn-Wellenform) auf einfache Weise erzeugt werden und es kann ein kontinuierlicher übergang von einem Ton mit sinusförmiger Wellenform zu einem Ton Sägezahnwelle mit der Schaltung nach Figur 9 erreicht werden.

Wenn die Variablen x. und x~ auf X₁ = X₂ eingestellt sind und der Modulationsparaineter m auf m = 1 eingestellt ist, wird die Organisation der Schaltung nach Figur 9 die gleiche wie diejenige, die in Figur 1 dargestellt ist. Wellenformen, die in den jeweiligen Teilen der Figur 9 beobachtet werden,und ihre Spektralverteilungen sind unter den Bedingungen X₁ = x„ = x = 200Hz und m = 1 dieselben wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt.

Wenn der Wert des Modulationsparameters zu gering ist, wird die Schaltung nicht hinreichend wirksam. Wenn beispielsweise der Modulationsparameter m 0 ist, wird der Sinuswellenspeicher 12-2 der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 mit der Variablen X₁ (Y = X₁) angesteuert und das Ausgangstonsignal sin Y ist eine Sinuswelle. Die mit der Testvorrichtung angestellten Versuche zeigen, daß interessante Ergebnisse in dem Bereich erzielt werden, in dem der Modulationsparameter m im Bereich von 0,5 bis 2 liegt.

Figuren 11(a) bis 11(b) und Figuren 12(a) bis 12(h) zei-

909882/0949

gen die an den betreffenden Stellen von Figur 9 auftretenden Wellenformen und Spektralverteilungen, die an der Testvorrichtung unter der Bedingung X₁ = x„ = 200Hz und m = 2 gemessen worden sind. In diesen Figuren sind acht Diagramme dargestellt, bei denen der Rückkopplungsfaktor ß im Bereich von 0,0982 bis 1,571 variiert. In Figur 11 (a) ist oben eine Wellenform der Variablen X₁ (= x„) dargestellt, die in die zweite arithmetische Einheit 10-2 eingegeben wird. In der zweiten Stufe ist die Rückkopplungswellenform ß sin y dargestellt, die von dem Multiplizierer 13-1 der Rückkopplungsschleife der ersten arithmetischen Einheit 10-1 erzeugt wird. In der dritten Stufe ist das Ausgangssignal Y (Y = X₁ + mß sin y) des Addierers 11-2 der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 dargestellt. Unten ist schließlich die von der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 ausgegebene Tonwellenform sin Y dargestellt. Da die Wellenform der Variablen X₁ sich in Abhängigkeit von β nicht verändert, ist diese Wellenform nur in den Figuren 11(a) und 11(e); dargestellt und in den übrigen Figuren fortgelassen.

Wie aus Figur 12 hervorgeht, kann mit der Schaltung nach Figur 9 eine Spektralkonstruktion des gleichen Typs erzeugt werden, wie er mit der Vorrichtung nach Figur 1 erzeugt wird. Die Spektralverteilung kann kontinuierlich verändert werden, indem ß innerhalb eines Bereiches von 0 bis etwa 1,5 variiert wird.

Ein Vergleich der Figuren 11 und 12 mit Figuren 5 und 6 ergibt, daß die zuerst genannten Figuren eine größere Harmonischen-Anzahl und eine höhere Amplitude für jede

809882/0949

Harmonische zeigen als die zuletzt genannten Figuren. Dieses Phänomen wird durch die Darstellungen der Figuren 13(a) bis 13(d) erläutert.

Figur 13 (a) zeigt einen Zyklus der Wellenform der Variablen X₁ und des Ausgangssignals Y (= x.. + m " sin y) des Addierers 11-2, wenn der Modulationsparameter m = Ί , 2, und 4 ist. Diese Wellenformen sind einander überlagert. Die Wellenform des Ausgangssignals Y differiert in Abhängigkeit von dem Wert von ß und ß ist in den Figuren 13 (a) bis 13(d) auf entsprechende Werte eingestellt. Figur 13(b) zeigt einen Zyklus der sinusförmigen Welle, die in dem Sinuswellenspeicher 12-2 gespeichert ist. Figuren 13 (c) und 13(d) zeigen die Tonwellenformen sin y, die man erhält, wenn der Modulationsparameter m jeweils 1, 2, 3 und 4 ist.

Da die Sinuswellenformamplitude von 0 bis -^- schnell ausgelesen wird und die Sinuswellenformamplitude von

Jr v
—j— bis Ji langsam ausgelesen wird, wenn der Modulatxonsparameter 1 ist, wird die Musiktonwellenform sin Y eine Sägezahnwelle wie in Figur 13 (c) dargestellt ist.

Wenn der MDdulationsparameter m = 2 ist, wird die Sinuswellenamplitude von 0 bis zu einer Phase in der Nähe von T" durch die Wellenform Y der Figur 13 (a) schnell ausgelesen und die Amplitude von dieser Phase in der Nähe von ΊΓ bis nach V wird langsam ausgelesen. Die Tonwellenform sin Y steigt daher zu Beginn der Halbperiode auf ihren Spitzenwert an, fällt unmittelbar danach in die Nähe des O-Niveaus ab und sinkt dann kontinuierlich auf 0 ab.

909882/0949

Da das Ausgangssignal Y des Addierers 11-2 die Phased" überschreitet, wenn der Modulationsparameter m 3 und 4 ist, wird in einem Bereich, in dem er die Phase ^f überschritten hat, eine negative Amplitude ausgelesen. Dies bedeutet, daß die Amplitude im Bereich von 0 bis - —ij— durch —~— und tf hindurch schnell ausgelesen werden müssen und in dem Bereich von - —γ- bis IT (d.h. -If ) langsam ausgelesen wird, wenn der Modulationsparameter m = 3 ist. Die Tonwellenform sin Y, die gemäß Figur 13(d) zu Beginn der Halbwelle auf einen positiven Spitzenwert ansteigt, fällt daher unmittelbar anschließend auf einen negativen Spitzenwert und steigt danach kontinuierlich auf 0 an.

Wenn der Modulationsparameter m = 4 ist, werden die Amplituden eines Zyklus einer Sinuswelle von 0 über -V-, y (- Jf ) und - -^- nach 0 schnell ausgelesen und anschließend werden die Amplituden von 0 bis U langsam ausgelesen. Die Tonwellenform sin Y, die zu Beginn der Halbwelle auf einen positiven Spitzenwert ansteigt, fällt unmittelbar anschließend auf einen negativen Spitzenwert und danach graduell auf 0 ab.

Die obige Analyse bestätigt, daß eine Tonwellenform sin Y mit abundanten Harmonischen-komponenten höherer Ordnungen erhalten wird, als wenn sie eine Differenzierschaltung oder einen Hochpaßfilter durchlaufen hätte.

Wie oben erläutert wurde, nimmt das Ausführungsbeispiel der Figur 9 an der kontinuierlichen Steuerung der Spektralkonstruktion durch Veränderung des Rückkopplungs-

Ö09882/09&S

faktors ß teil und bewirkt eine Hervorhebung der Amplituden der Harmonischen höherer Ordnungen durch Verwendung eines großen Modulationsparameters m. Die Tonfarbe der Tonwellenform kann daher leicht durch geeignete Verstellung der Parameter ß und m verändert werden.

Wenn der Wert der Variablen X₁ unterschiedlich von demjenigen der Variablen X₂ bei der Schaltung nach Figur 9 gemacht wird, ergibt sich ein von der obigen Analyse etwas abweichendes Ergebnis in bezug auf die Harmonischen-Anteile. Wie oben beschrieben wurde, ist die Frequenz der Wellenform sin Y, die von der ersten arithmetischen Einheit 10-1 erzeugt wird, die gleiche wie die Frequenz, mit der die Variable X₁ der arithmetischen Einheit 10-1 zugeführt wird. Die Frequenz der von dem Multiplizierer 27 an die zweite arithmetische Einheit 10-2 gelieferten Wellenform mß-sin y ist daher dieselbe wie die Freqeunz, mit der die Variable X₂ wiederholt wird. Die Harmonischen-Anteile der von der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 erzeugten Tonwellenform sind dieselben wie diejenigen, die durch Modulation einer der Variablen X₁ mit einer der Variablen X₂ entsprechenden Frequenz entstanden sind. Wenn die Variablen X₁ und X₂ gleich sind, wie im Falle von Figur 11, können Harmonische aller Ordnungen erzeugt werden. Wenn das Verhältnis zwischen den Frequenzen der jeweiligen Variablen X₁ und x₂ 1 : η beträgt (wobei η 2 oder eine ganze Zahl größer als 2 ist), werden nicht alle Harmonischen erzeugt, sondern Harmonische einiger Ordnungen sind ausgeschlossen. Wenn beispielsweise das Frequenzverhältnis von X₁ und x~ auf 1 : 2 eingestellt ist, werden die

909882/0949

Harmonischen mit ungeraden Ordnungszahlen nicht erzeugt, so daß eine Spektralkonstruktion, die einer Rechteckwelle äquivalent ist, erzeugt wird. Figuren 14(a) bis 14(e) zeigen die an der Testvorrichtung beobachtete Wellenform.

In den Figuren 14 (a) bis 14 (e) sind Wellenformen dargestellt, die an der Testvorrichtung auftraten, wenn ß in fünf verschiedenen Werten von 0,0982 bis 1,571 mit m = 1 verändert wurde. Figuren 15 (a) bis 15(e) zeigen die Spektralkonstruktionen der Tonwellenformen sin Y der Figuren 14(a) bis 14 (e).

In den Figuren 14(a) bis 14(e) ändern sich die Wellenformen von X₂ und x.. nicht mit ß, so daß die Wellenformen X₂ und X₁ ausschließlich in Figur 14(a) dargestellt und in den übrigen Figuren fortgelassen sind. Figuren 14(a) bis 14(e) zeigen außerdem die Rückkopplungs-Wellenform ß sin y und die Ausgangs-Tonwellenform sin Y der arithmetischen Einheit 10-2. Aus den die Spektralzusammensetzungen zeigenden Kurven ersieht man, daß Harmonische ungerader Ordnungszahlen jeweils aus dem Spektrum entfallen. Die Steuercharakteristik durch den Rückkopplungsfaktor ß ist dieselbe wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen (der Figuren 5 und 6 und der Figuren 11 und 12), d.h. die Zahl und Amplitude der Harmonischen steigen bei Veränderung von ß von 0 bis etwa 1 graduell an. Die Spektralverteilung ist ebenfalls die gleiche wie bei den anderen Ausführungsbeispielen (Figuren 5 und 10), mit einer monotonen Tendenz der Amplitudenverringerung mit zunehmender

0O9882/O9A9

Ordnungszahl der Harmonischen. Man beobachtet ferner, daß eine im wesentlichen rechteckige Wellenform entsteht, wenn β auf 1,571 eingestellt ist. Wie aus den Figuren 14 (a) bis 14 (e) hervorgeht, kann die Ausgangs-Tonwellenform sin Y beliebig und kontinuierlich von einer sinusförmigen Wellenform bis zu einer rechteckigen Wellenform durch Veränderung des Wertes von ß verändert werden.

Wenn das Verhältnis zwischen den Wiederholungsfrequenzen der Variablen X₁ und x₂ 1:2 beträgt, brauchen die beiden Frequenzzahlenspeicher 15-1 und 15-2 nicht in der in Figur 10 dargestellten Weise vorgesehen zu werden, sondern es genügt ein einziger Frequenzzahlenspeicher, wie im Falle von Figur 2. In diesem Fall wird das Ausgangssignal χ des Akkumulators 16 von einer Schiebeeinrichtung um ein Bit nach links verschoben, so daß der Wert 2x erzeugt wird und die beiden Werte χ und 2x werden als X₁ und x~ benutzt.

Die Wiederholungsfrequenz von X₁ kann höher als X2 gemacht werden, so daß die Beziehung zwischen den Wiederholungsfrequenzen X₁ und X₂ η : 1 beträgt, wobei η 2 oder eine ganze Zahl größer als 2 ist. Mit einer derartigen Schaltung können interessierende Musikton-Wellenformen erzielt werden. Wenn die Beziehung zwischen den Wiederholungsfreqeunzen von X₁ und X₂ einem nichtganzzahligen Vielfachen entspricht, besteht die Spektralzusammensetzung einer von der arithmetischen Einheit 10-2 erzeugten Ton-Wellenform sin Y aus Obertönen von nicht-ganzzahligem Vielfachen, so daß ein "Klang

909882/0949

ohne Grundton" (unpitched sound) erzeugt wird. Es wurde herausgefunden, daß, wenn die Wiederholungsfreguenzen von x.. und x„ geringfügig unterschiedlich voneinander gemacht werden, Schlag erzeugt wird und man dadurch einen Choreffekt erzielt. Zu diesem Zweck kann die Schaltung nach Figur 10 zur Erzeugung von x. und x₂ verwandt werden.

Zur Verhinderung des oben beschriebenen Schwingphänomens ist auch hier der Mittelwertbildner 23 aus Figur 8 an einer geeigneten Stelle eingesetzt, beispielsweise an den Eingang oder den Ausgang des m-Multiplizierers 27 oder vorzugsweise an den Ausgang des Sinuswellenformspeichers 12-2 in Figur 9.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Figur 16 beschrieben. Dort ist ein Paar arithmetischer Einheiten 10-1 und 10-2 dargestellt, die Addierer 11-1 und 11-2 und Sinuswellenspeicher 12-1 und 12-2 wie bei der Schaltung nach Figur 9 aufweisen. Das Ausgangssignal sin y der ersten arithmetischen Einheit 10-1 wird auf die Eingangsseite rückgekoppelt, nachdem es mit dem Rückkopplungsfaktor ß in einem Verstärker 13-1 multipliziert worden ist. Die Schaltung der Figur 16 unterscheidet sich von derjenigen der Figur 9 darin, daß das Ausgangssignal sin y der ersten arithmetischen Einheit 10-1 dem Eingang der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 über einen Verstärker 28 zugeführt wird* Der Verstärker 28 empfängt einen.Modulationsparameter di , so daß dem Addierer 11-2 der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 das Signal öl «sin y zugeführt wird. Der Addierer 11-2

addiert die Variable X₁ und οί sin y und erzeugt das Signal Z = X₁ + o( -sin y. Der Sinuswellenspeicher 12-2 wird von dem Ausgangssignal Z des Addierers 11-2 angesteuert und erzeugt die Tonwellenform sin Z. Die Variablen x~ und x^, die jeweils den arithmetischen Einheiten 10-1 und 10-2 zugeführt werden, stellen Phasen-Eingangssignale ähnlich denjenigen, die bei der Schaltung nach Figur 9 benutzt werden, dar und die Variablen X₁ und X₂ können entweder gleich oder unterschiedlich sein.

In der Schaltung nach Figur 16 ist der Wert des Rückkopplungsfaktors ß so eingestellt, daß er gleich dem Modulationsparameter (X ist. Auf diese Weise kann derselbe Zustand eingestellt werden, der sich ergibt, wenn der Modulationsparameter m bei der Schaltung nach Figur auf 1 eingestellt ist. Da oi sin y = β-sin y ist und da daher Z = X₁ + oi sin y = X₁ + ß-sin y = Y ist, ist die erzeugte Ton-Wellenform sin Z = sin Y, d.h. mit der Schaltung nach Figur 16 läßt sich die gleiche Ton-Wellenform erzeugen wie mit der Schaltung nach Figur 9. Die Analyse der Ton-Wellenform der Schaltung nach Figur 9 ist also auch auf Figur 16 anwendbar.

Unter der Annahme, daß ß = o< _und X₁ = X₂ ist, ist die Funktion der Schaltung nach Figur 16 die gleiche wie diejenige der Schaltung von Figur 1, und zwar aus demselben Grund wie oben schon für den Fall erläutert worden ist, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 X₁ = x- und m = 1 ist.

Wenn der Modulationsparameter oc = mß ist, wird die Funk-

£09882/094$

2928090

tionsweise der Schaltung von Figur 16 die gleiche wie diejenige von Figur 9. Die gleichen Wellenformen, wie sie von den Schaltungen der Figuren 1 und 9 erzeugt werden, können daher durch die Schaltung von Figur 16 erzeugt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß in der Schaltung von Figur 9 der Rückkopplungsfaktor ß und der Modulationsparameter m individuell gesteuert sind, während in der Schaltung der Figur 16 diese Parameter in einer etwas abweichenden Weise gesteuert werden.

Wenn ß undoi in gegenseitiger Zuordnung miteinander variiert werden, so daß die proportionale Beziehung ß°i><x. beibehalten wird, so handelt es sich um die gleiche Steuerung wie bei der Parametersteuerung von ß «» mß in Figur 9, d.h. um den Fall, daß ß in Figur 9 variiert wird, während m fest ist. Die Wellenformen und die Spektralverteilungen der Figuren 5, 6, 11, 12, 14 und 15 können daher als Wellenformen und Spektralverteilungen angesehen werden, die an den jeweiligen Teilen der Figur 16 erscheinen. Wenn ß in Zuordnung zu ot unter den Bedingungen x.. = x~ und ß = ßC in Figur 16 variiert wird, sind Wellenformen zu beobachten, die gleich denjenigen der Figuren 5 und 6 sind,und die Ausgangstonwellenform sin Z kann von einer Sinuswelle bis zu einer Sägezahnwelle glatt variiert werden.

Wenn ß in Verbindung mit ·* so geregelt wird, daß die Beziehung ß °o°c unter den Bedingungen χ.. = x„ und ot = 2ß beibehalten wird, erhält man die gleichen Wellenformen, die in den Figuren 11 und 12 dargestellt sind. Wenn ß in Verbindung mit οζ unter der Bedingung variiert wird, daß

909882/0949

die Frequenzen von x^ und X₂ das Verhältnis 1 : 2 haben und ß = °t ist, erhält man die Wellenformen der Figuren 14 und 15.

Bei der Schaltung der Figur 16 können die Harmonischen-Anteile der Tonwellenform sin Z zusätzlich in einer Weise gesteuert werden, die unterschiedlich ist von der Steuerung nach den Figuren 1 und 9, indem der Rückkopplungsparameter ß und der Modulationsparameter <X unabhängig voneinander verändert werden.

Wenn der Rückkopplungsparameter ß auf 0 eingestellt ist, wird ferner die Rückkopplungsschleife in der ersten arithmetischen Einheit 10-1 hierdurch unterbrochen und die Ausgangswellenform der arithmetischen Einheit 10-1 wird sin y = sin x~r d.h. eine Sinuswelle. Die von der zweiten arithmetischen Einheit 10-2 gelieferte Tonwellenform sin Z wird daher zu einer Wellenform, die durch Frequenzmodulation einer der Wiederholungsfrequenz der Variablen X₁ entsprechenden Sinuswelle mit einer der Wiederholungsfrequenz der Variablen X₂ entsprechenden Sinuswelle mit einem Modulationsgrad oc entsteht.

Wie oben beschrieben wurde, kann das Ausführungsbeispiel der Figur 16 eine Tonfarbensteuerung durchführen, die mit den bekannten Synthesizern unter Verwendung eines Freqeunzmodulationssystems bewirkt wird (z.B. Schlag- und Blasinstrumentenklänge). Außerdem sind durch die Erfindung zusätzliche Tonfarben (z.B. Töne von Saiteninstrumenten) durch geeignete Steuerung des Rückkopplungsparameters β und des Modulationsparameters <* erzielbar.

909882/0949

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 16 sollte ebenfalls der Mittelwertbildner 23 vorzugsweise an eine geeignete Stelle eingesetzt werden, die das durch digitale Rechnung erzeugte Wellenformsignal passiert (vorzugsweise am Ausgang des Sinuswellenspeichers 12-1 oder 12-2).

Figur 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses enthält zwei parallel angeordnete Schaltungen, von denen eine eine arithmetische Einheit 1OA und einen Multiplizierer 13A und die andere eine arithmetische Einheit TOB und einen Multiplizierer 13B enthält. Jede dieser Schaltungen ist in ihrer Organisation so aufgebaut wie die arithmetische Einheit 10 und der in ihre Rückkopplungsschleife geschaltete Multiplizierer 13. Der arithmetischen Einheit 10A und 10B werden die Phasenvariablen χ und x, der gewünschten Frequenz zu-

a ω

geführt. Dem Verstärker 13A und 13B werden die Rückkopplungsparameter ß und ß, zugeführt.

Die Ausgangswellenformen der arithmetischen Einheit 1OA und 10B werden einem Addierer 33 zugeführt, wo sie zu einer Variablen x, deren Frequenz der gedrückten Taste entspricht (einem ursprünglichen Adressensignal für den Sinuswellenspeicher 34), hinzuaddiert werden. Der Sinuswellenspeicher 34 wird von dem Ausgangssignal des Addierers 33 angesteuert und erzeugt die Tonwellenform. Anders ausgedrückt: das Adressensignal χ wird von den Ausgangswellenformen der arithmetischen Einheiten 1OA und 10B, die in der gleichen Weise arbeiten wie die entsprechende arithmetische Einheit der Figur 1, moduliert und der Sinuswellenspeicher 34 wird von diesem Modula-

tionsadressensignal angesteuert.

Wenn nur eine arithmetische Einheit 10A oder 10B in der Schaltung von Figur 17 benutzt wird, entspricht dies dem Zustand, daß der Modulationsparameter oC bei der Schaltung nach Figur 16 auf 1 eingestellt ist. Da das Adressensignal χ mit den Ausgangssignalen der beiden arithmetischen Einheiten 10A und 10B moduliert wird, wird eine sehr komplizierte Tonwellenform von dem Wellenformspeicher 34 erzeugt, und die Harmonischen-Anteile der Tonwellenform werden durch Veränderung der Rückkopplungsparameter ß und ß, kontinuierlich gesteuert. Die Steuerung der Tonwellenform kann daher sehr einfach durchgeführt werden. Der Mittelwertbildner 23 nach Figur 8 sollte auch hier an der Ausgangsseite der arithmetischen Einheiten 10A und 10B vorgesehen sein. Die Anzahl der verwendbaren arithmetischen Einheiten ist nicht auf 2 beschränkt, sondern kann größer sein.

Figur 19 zeigt ein weiteres Auführungsbeispiel der Erfindung. Die dort dargestellten arithmetischen Einhei-0 ten 10AX und 10BX enthalten, wie die arithmetische Einheit 10 der Figur 1, Addierer 10AX und 10BX und Sinuswellenspeicher 12AX und 12BX. Varible (Adressensignale) X₁ und x„, die (von 0 bis zur Modulo-Zahl) repetierend ansteigende Phaseneingangssignale mit den gewünschten Wiederholfrequenzen darstellen, werden den arithmetischen Einheiten 10AX und 10BX zugeführt. Die aus einem Sinuswellenspeicher 12AX der arithmetischen Einheit 10AX ausgelesene Tonwellenform sin Y. wird mit dem Rückkopplungsparameter B₁ in einem Multiplizierer 12AX multipli-

909882/094Ö

ziert und einem Addierer 11B der anderen arithmetischen Einheit 10BX wird das Produkt B₁-sin Y₁ zugeführt.

Der Addierer 11BX addiert die Variable x₂ und zusammen und sein Ausgangssignal Y₂ = x_ + B₁ wird zur Ansteuerung des Sinuswellenspeichers 12BX benutzt. Die aus dem Speicher 12BX ausgelesene Tonwellenform sin Y₂ wird mit dem Rückkopplungsfaktor B- in einem Multiplizierer 13BX multiplziert und das Produkt B₂*sin Y„ wird auf den Addierer 11AX der arithmetischen Einheit 10AX rückgekoppelt.

Der Addierer 11AX addiert die Variable X₁ und B₂-sin Y₂ zusammen und sein Ausgangssignal Y₁ = X₁ + ß„-sin Y₂ wird zur Ansteuerung eines Sinuswellenspeichers 12AX benutzt. Die Tonwellenformen sin Y₁ und sin Y₂ werden von den arithmetischen Einheiten 10AX und 10BX parallel ausgegeben.

Wie oben schon beschrieben wurde, wird die Ausgangstonwellenform sin Y₁ der einen arithmetischen Einheit 10AX auf den Adresseneingang der anderen arithmetischen Einhext 10BX mit einer dem Rückkopplungsfaktor B₁ proportionalen Rate rückgekoppelt, um das Adressensignal X₂ zu modulieren, und ferner wird die Ausgangstonwellenform sin Yp der arithmetischen Einheit 1OBX auf den Adresseneingang der arithmetischen Einheit 10AX mit einer dem Rückkopplungsfaktor B₂ proportionalen Rate rückgekoppelt, um das Adressensignal X₁ zu modulieren. Auf diese Weise wird zwischen den arithmetischen Einheiten 10AX und 10BX eine ringförmige Rückkopplungsschleife (eine indirekte Rückkopplungsschleife) gebildet.

909882/0949

29260^0

Die Variablen χ., und X₂ werden in der oben schon beschriebenen Weise mit einer Schaltung erzeugt, wie sie in Figur 10 dargestellt ist.

Die Wellenformen und ihre Spektralzusammensetzungen, die sich an den verschiedenen Stellen der Schaltung nach Figur 19 an der Testvorrichtung ergeben haben, sind in den Figuren 20 bis 23 dargestellt.

Die Variablen X₁ und X₂ und die Tonwellenformen sin Y. und sin Y₂ sind in den Figuren 20(a), 21(a), 22 (a) und 23(a) dargestellt, die Spektralzusammensetzungen der Signale Y₁ in Figuren 20(b), 21(b), 22(b) und 23(b) und die Spektralzusammensetzung des Signals sin Y₂ in den Figuren 20 (c), 21 (c), 22 (c) und 23 (c).

In den Figuren 2 0 bis 23 ist das Verhältnis zwischen den Rückkopplungsfaktoren B₁ und ß~ so eingestellt, daß B₁ = B₂ ist. In den Figuren 20 und 22 sind B₁ und B₂ auf 0,4670 eingestellt und in den Figuren 21 und 23 sind B₁ und B₂ auf 0,0342 eingestellt. In den Figuren 20 und 21 ist die Wiederholungsfrequenz der Variablen X₁ auf 2 00 Hz 0 und die Wiederholungsfrequenz der Variablen X₂ auf 4 00 Hz eingestellt. Das Frequenzverhältnis zwischen X₁ und X₂ = 1 : 2. In den Figuren 22 und 23 ist die Wiederholungsfrequenz der Variablen X₁ auf 2 00 Hz und diejenige der Variablen X₂ auf 800 Hz eingestellt. Das Frequenzverhältnis von X₁ und X₂ ist 1:4.

Aus den Figuren 20 bis 23 ersieht man, daß die Grundfrequenz der beiden Tonwellenformen sin Y. und sin Y₂ der

909882/0949

Variablen χ- der unteren Wiederholungsfrequenz entspricht, jedoch ist auf der Grundwelle des Spektrums von sin Y₁, das das Ausgangssignal der die Variable x. als Original-Adressensignal benutzenden arithmetischen Einheit 10AX bildet, eine Spitzenamplitude vorhanden, während bei dem Spektrum von sin Y₂, das das Ausgangssignal der arithmetischen Einheit 10BX darstellt, in der die Variable x~ als Original-Adressensignal benutzt wird, der Spitzenwert bei der dritten oder vierten Harmonischen angeordnet ist. Man bemerkt ferner, daß bei Erhöhung der Werte der Rückkopplungsfaktoren ß- und B₂ (ß-i = B₂) eine Erhöhung der Harmonischen-Anzahl eintritt.

Bei der Spektralzusammensetzung der Figuren 20 bis 23 wird man ferner bemerken, daß die Amplitude mit zunehmender Ordnungszahl generell kleiner wird. Wenn ferner der Wert der Rückkopplungsfaktoren ß.. und B₂ (B₁ = B₂) abnimmt, verschwinden die Harmonischen-Anteile graduell von den Komponenten höherer Ordnung, ohne daß sich die Tendenz der monotonen Amplitudenverringerung mit zunehmender Ordnungszahl verändert, so daß die Spektralzusammensetzung zu niedrigen Ordnungszahlen hin glatt konvergiert.

Die oben beschriebenen beobachteten Werte bestätigen, daß bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spektralzusammensetzung eines erzeugten Musiktones ebenfalls glatt und kontinuierlich durch Veränderung der Werte der Rückkopplungsfaktoren B₁ und ß„ variiert werden kann. Durch an der Testvorrichtung durchgeführte Versuche ist ferner bestätigt worden, daß der oben be-

909882/0949

schriebene Effekt im Variationsbereich von ß.. und ß~ zwi schen 0 und etwa 1,5 deutlich spürbar ist. Selbst wenn B₁ und ß~ Werte annehmen, die größer als etwa 1,5 sind, können interessante Wellenformen erzeugt werden. Wenn die Rückkopplungsfaktoren ß- und ß_ zeitabhängige Funktionen sind (ß.. (t) und ß₂ (t) ) wird die Spektralzusammensetzung der Tonwellenform glatt und kontinuierlich zeitabhängig gesteuert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte ebenfalls der Mittelwertbildner 23 nach Figur 8 benutzt und an die Ausgangsseite der arithmetischen Einheiten 10A und 10B angeschlossen werden. Die in den Figuren 20 bis 23 dargestellten Wellenformen wurden unter Benutzung des Mittelwertbildners 23 in den Leitungen 17' und 17" erzielt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 19 werden zwei arithmetische Einheiten 10A und 10B benutzt, jedoch können natürlich auch noch mehr arithmetische Einheiten vorgesehen werden.

Figur 24 zeigt ein Beispiel mit drei arihtmetischen Einheiten 10-1X, 10-2X und 10-3X. Jede dieser arithmetischen Einheiten enthält einen Addierer und einen von dem Ausgangssignal dieses Addierers angesteuerten Sinuswellenspeicher sowie einen Mittelwertbildner 23 nach Figur 8.

Die Variablen X₁, x~ und χ werden als Phaseneingangssignale (Adressensignale) der Eingängen der jeweiligen arithmetischen Einheiten 10-1X, 10-2X und 10-3X zugeführt. Die Tonwellenform sin Y₁, die von der ersten arithmetischen Einheit 10-1X ausgegeben wird, wird auf den Eingang der

909882/0949

zweiten arithmetischen Einheit 1Ό-2Χ über einen Multiplizierer 13-1X rückgekoppelt. Dann wird die Tonwellenform sin Y. mit dem Rückkopplungsfaktor B₁ in dem Multiplizierer 13-1X multipliziert, so daß das Adressensignal x„ für die zweite arithmetische Einheit 10-2X mit dem Multiplikationsprodukt B₁'sin Y₁ moduliert wird. Die Tonwellenform sin Y2 wird von der arithmetischen Einheit 10-2X entsprechend dem modulierten Adressensignal x~ ausgegeben und diese Wellenform sin Y₃ wird der dritten arithmetischen Einheit 10-3X über einen Multiplizierer T3-2X zugeführt. Das Adressensignal X₃ für die dritte arithmetische Einheit 10-3X wird daher von einer Rückkopplungs-Wellenform B-·sin Y₃ moduliert (d.h. hinzuaddiert), die das Produkt der Multiplikation des Ausgangssignals sin Y-der zweiten arithmetischen Einheit 10-3 mit dem Rückkopplungsfaktor B₂ darstellt. Die von der dritten arithmetischen Einheit 10-3X entsprechend dem modulierten Adressensignal erzeugte Tonwellenform sin Y₃ wird auf die Eingangsseite der ersten arithmetischen Einheit 10-1X über einen Multiplizierer 13-3X rückgekoppelt. Das Adressensignal X₁ für die erste arithmetische Einheit Ί0-1Χ wird ebenfalls mit der Rückkopplungs-Wellenform ß,·sin Y, der dritten arithmetischen Einheit 10-3X moduliert (d.h. hinzuaddiert) .

Wie oben beschrieben wurde, bilden die arithmetischen Einheiten 10-1X bis 10-3X eine ringförmige indirekte Rückkopplungsschleife, in die die Ausgangs-Tonwellenformen der jeweiligen arithmetischen Einheiten 10-1X bis 10-3X jeweils auf die Eingangsseiten der nächsten arithmetischen Einheiten rückgekoppelt werden. Die Rück-

809882/0949

kopplungsverhältnisse sind durch die jeweiligen Rückkopplungsfaktoren ß- , ß~ und ß-, bestimmt. Nach einer derartigen sequentiellen Rückkopplung kehren die rückgekoppelten Wellenformen auf die Eingangsseiten der arithmetischen Einheiten zurück, von denen sie ausgegangen sind. Durch diese Schaltung werden die Wellenformen, die den Wiederholungsfrequenzen der Adressensignale X₁, x~ und X₃ entsprechen, auf sehr komplexe Art moduliert. Die Ausgangs-Tonwellenformen sin Y₁, sin Y₂ und sin Y₃, die von der Schaltung nach Figur 24 erzeugt werden, nehmen komplexere Konfigurationen an als in den Figuren 20 bis 24 dargestellt sind.

Die Wiederholungsfrequenzen der Phaseneingangsvariablen X₁, x₂ und X₃ der jeweiligen Systeme können jeweils gleich oder unterschiedlich sein. Diese Variablen können auch in nicht-ganzzahligen Verhältnissen zueinander stehen. In diesem Fall wird ein "Klang ohne Grundton" erzeugt. Wenn die Wiederholungsfrequenzen der Variablen X₁, X₂ und X₃ geringfügig voneinander abweichend einge-0 stellt werden, wird ein Schlageffekt erzeugt, mit dem Ergebnis, daß ein Choreffekt entsteht. Ferner ist es möglich, die Beziehung zwischen zweien der drei Systeme (z.B. X₁ und X₂) gemäß einem ganzzahligen Vielfachen der Variablen und die Beziehung zwischen zwei anderen Systemen (z.B. X₁ und X₃) gemäß einem nicht-ganzzahligen Vielfachen zu gestalten.

Die Schaltung der Figuren 9, 16, 17, 19 und 24 enthalten die arithmetischen Einheiten 10-1, 10-2; 10A, 10B; 10AX, 10BX und 10-1X bis 10-3X und die Verstärker 13-1; 13A,

909882/0949

13-B; 13AX, 13BX; 13-1X bis 13-3X und 27, 28. Diese Einheiten und Multiplizierer müssen nicht notwendigerweise mehrfach vorgesehen sein. Wie Figur 18 zeigt, können ein einziger Sinuswellenspeicher 30, Addierer 31, Multiplizierer 32 und Register 20 vorgesehen sein und diese können gemeinsam im time-sharing-Betrieb unter Steuerung durch eine Steuereinheit 2 9 benutzt werden. In diesem Fall führt die Steuereinheit 2 9 die Berechnung in der in den Figuren 9, 16, 17, 19 oder 24 dargestellten Weise durch.

Die Erfindung ist nicht nur bei Erzeugung eines einzelnen Tones anwendbar, sondern auch bei gleichzeitiger Erzeugung mehrerer Töne bei einem polyphonen elektronischen Musikinstrument. Bei einer derartigen Anwendung besteht die Tastenlogik 14 gemäß Figur 3 aus einer bekannten Tonerzeugungszuordnungsschaltung, die als Tastenzuordner bezeichnet wird, oder einem Kanalprozessor, in dem-ein- : zelnen Kanälen zugeordnete Töne im time-sharing-Betrieb verarbeitet werden.

0 Der Rückkopplungsparameter ß und die Modulationsparame-. ter m und <=c können Funktionen der Zeit B(t), m(t) und öi. (t) sein. In diesem Fall können (nicht dargestellte) Hüllkurvengeneratoren vorgesehen sein, die die Zeitsteuerung dieser Parameter vornehmen. Die Hüllkurvengeneratoren können von einem von der Tastenlogik 14 gelieferten Anschlagsignal KON gesteuert werden und die Parameter ß(t), m(t) und Ol (t) in der Form von Hüllkurven erzeugen, die der Betätigung der einzelnen Tasten (d.h. dem Tonerzeugungsintervall) entsprechen.

909882/0949

Im Rahmen der Erfindung schließt der Ausdruck "Wellenformspeicher" (d.h. Sinuswellenspeicher 12) eine Vorrichtung ein, die eine Wellenform durch Rechnung erzeugt, d.h. sie umfaßt generell eine Vorrichtung, die die Berechnung von Wellenamplituden unter Verwendung eines einem Adressensignal als Phasenparameter entsprechenden Eingangssignals ausführt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt der Parameter ß im Bereich von 0 bis etwa 1,5. Wenn ein größerer Wert von ß eingestellt wird, kann immer noch ein Toneffekt erzielt werden, der sich von den mit den bekannten Musikinstrumenten erzeugbar.en Tönen unterscheidet. Wenn ferner in dem Sinuswellenspeicher 12 eine andere als eine trigonometrische Punktion gespeichert ist, kann ebenfalls ein Toneffekt erzielt werden, der gegenüber den mit den bekannten elektronischen Musikinstrumenten erzielbaren Toneffekten unterschiedlich ist.

909882/0949

eerse

it

Claims

VON KREISLER SCHÖNWALu EISHOLD FUES VONKREISLER KELLER SELTING WERNER

Anmelderin PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler t 1973

NIPPON GAKKI SEIZO Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

KABUSHIKI KAISHA Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln

10-1, Nakazawa-Cho, Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

HamamatSU-Shi , Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Shizuoka-ken / JAPAN Dipl.-Ing, G. Selting, Köln

Dr. H.-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

19. Juni 1979 Sg/En

Ansprüche

1. Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeicher eine Wellenform ausgelesen wird, indem der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers mit einem Parameter multipliziert wird, daß das Multiplikationsprodukt zu dem Adressensignal hinzuaddiert wird, daß der tJellenformspeicher durch Adressierung mit dem Additionsergebnis angesteuert wird, und daß unter Verwendung des Ausgangssignales des Wellenformspeichers oder des Multiplikationsproduktes ein Ton erzeugt wird.

2. Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeieher eine Wellenform ausgelesen wird, indem

803882/0-94$

Telefon: (0221) 131041 · Telex= 8882307 dopo d · Telegn

der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers mit einem Parameter multipliziert wird, daß das Multiplikationsprodukt zu dem Adressensignal hinzuaddiert wird, daß der Wellenformspeicher durch Adressierung mit dem Additionsergebnis angesteuert wird, daß das Multiplikationsprodukt weiterhin mit einem zweiten Parameter multipliziert und ein zweites Multiplikationsprodukt erzeugt wird, daß das zweite Multiplikationsprodukt mit einem weiteren Adressensignal addiert wird, daß ein zweiter Wellenformspeicher durch Ansteuerung des Additionsergebnisses aus der Addition des Adressensignales mit dem zweiten Multiplikationsprodukt angesteuert wird, und daß ein Ton unter Verwendung des Ausgangssignales des zweiten Wellenformspeichers erzeugt wird.

Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeicher eine Wellenform ausgelesen wird, indem der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers mit einem Parameter multipliziert wird, daß das Multiplikationsprodukt zu dem Adressensignal hinzuaddiert wird, daß der Wellenformspeicher durch Adressierung mit dem Additionsergebnis angesteuert wird, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers neben der Multiplikation mit dem ersten Parameter zur Erzeugung eines zweiten Multiplikationsproduktes mit einem zweiten Parameter multipliziert

809882/0949

wird, daß das zweite Multiplikationsprodukt mit einem anderen Adressensignal addiert wird, daß ein zweiter Wellenformspeicher mit dem Additionsergebnis einer Addition des Adressensignales mit dem zweiten Multiplikationsprodukt angesteuert wird, und daß ein Ton mit dem Ausgangssignal des zweiten Wellenformspeichers erzeugt wird.

4. Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeicher eine Wellenform ausgelesen wird, indem der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale mehrerer Wellenformspeicher mit wählbaren Parametern multipliziert werden, daß das Multiplikationsergebnis jeweils zur Ansteuerung eines entsprechenden Wellenformspeichers benutzt wird, daß die Ausgangssignale der Wellenformspeicher mit einem weiteren Adressensignal addiert werden, daß über die beiden Wellenformspeicher hinaus ein weiterer Wellenformspeicher vorgesehen ist, der von dem Additionsergebnis der Addition eines weiteren Adressensignales mit den Ausgangssignalen der beiden ersten Wellenformspeicher angesteuert wird, und daß von dem Ausgangssignal des weiteren Wellenformspeichers ein Ton erzeugt wird.

5. Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeicher eine Wellenform ausgelesen wird, indem der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal

2326090

des Wellenformspeichers mit einem Parameter multipliziert wird, daß das Multiplikationsprodukt zu dem Adressensignal hinzuaddiert wird, daß der Wellenformspeicher durch Adressierung mit dem Additionsergebnis angesteuert wird, und daß sequentiell ein Mittelwert von Amplituden an zwei benachbarten Abtastpunkten der aus dem Wellenformspeicher ausgelesenen Tonwellenform gebildet wird.

6. Tonerzeugungsverfahren, bei welchem aus einem Wellenformspeicher eine Wellenform ausgelesen wird, indem der Wellenformspeicher mit einem Adressensignal mit einer ausgewählten Wiederholungsfrequenz angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wellenformspeicher in mehreren Systemen vorgesehen sind, die bestimmte Wellenformen enthalten und von Adressensignalen wählbarer Wiederholungsfrequenzen ansteuerbar sind, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers eines jeden Systems mit einem Parameter multipliziert wird, und daß das Multiplikationsergebnis in jedem System mit dem Adresseneingang eines nachfolgenden Systems multipliziert wird, während das Multiplikationsprodukt des letzten Systems dem Adresseneingang des ersten Systems zugeführt wird und dadurch das Adressensignal in jedem System mit dem jedem System zugeführten Multiplikationsprodukt moduliert wird.

909882/0949