DE2928896C2 - Einrichtung zum Zusammensetzen von Geräuschen - Google Patents
Einrichtung zum Zusammensetzen von GeräuschenInfo
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- G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
- G10H7/00—Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs
- G10H7/02—Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs in which amplitudes at successive sample points of a tone waveform are stored in one or more memories
- G10H7/06—Instruments in which the tones are synthesised from a data store, e.g. computer organs in which amplitudes at successive sample points of a tone waveform are stored in one or more memories in which amplitudes are read at a fixed rate, the read-out address varying stepwise by a given value, e.g. according to pitch
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zusammensetzen
von ein bestimmtes Tonspektrum aufweisenden Geräuschen, mit einer Adreßerzeugungsschaltung
zum wiederholten fortschreitenden Adressieren von Speichermitteln, in denen an aufeinanderfolgenden
Adressenplätzen Tastungsprobensignale entsprechend zu erzeugendem Tönen gespeichert sind.
Eine Einrichtung mit diesen Merkmalen ist in der DE-AS 26 08 347 beschrieben. Es handelt sich bei dieser
bekannten Einrichtung um ein Gerät zur Wiedergabe von Geräuschen, z. B. MotOi'seräuschen, die zuvor von ,0
einer realen Schallquelle, z. B. einem Motor, aufgenommen und sodafci nach dem Abtasttheorem in zeitdiskrete
Abtastprobensignale oder kurz Signalproben zerlegt werden, welche dann in digital kodierter Form in
Speichermitteln abgelegt werden. Dabei können in verschiedenen Blöcken der Speichermittel die Signalproben
unterschiedlicher Geräusche abgespeichert sein, die z. B. dem Anfahren oder dem Auslaufen des Motors
oder einem gleichmäßigen Motorlauf oder anderen charakteristischen Motorgeräuschen entsprechen. Aus
altedem ergibt sich, daß die bekannte Einrichtung zur Wiedergabe nur solcher Geräusche geeignet ist, die
zuvor von einer realen Schallquelle abgestrahlt, in einem Pulscodemodulationsverfahren digitalisiert und
als digitales Signalproben in einem Speicher abgespeichert wurden. Zur künstlichen Synthese von beliebigen
Geräuschen hingegen ist Hie bekannte Einrichtung weder bestimmt noch geeignet.
Die DE-OS 25 07 272 beschreibt ein Verfahren zur elektronischen Simulation von Schiffsgeräuschen. Dieses
bekannte Verfahren geht davon aus, daß ein stochastisches Binärsignal nach Durchlaufen eines
Tiefpasses mit hinreichend niedriger Grenzfrequenz zu einem Rauschsigna] mit kontinuierlichem Spektrum
wird, welches durch geeignete Ausbildung der Filterflanken dem Spektrum eines Schiffsgesräuschs angenähert
werden kann. Das Verfahren verwendet zur Erzeugung der stoc hastischen Binärsignale ein linear
rückgekoppeltes Schieberegister, um mit geringstmöglichen gerätetechnischem Aufwand ein hinreichend
große Elementzahl von Binärzahlen erzeugen zu können. Die Wiederholzeit, das heißt die Zeit, nach
welcher die Folge von Binärsignalelementen periodisch von neuem beginnt, muß nämlich wesentlich größer sein
als der Reziprokwert der oben genannten Grenzfrequenz,
damit das Geräuschspektrum tatsächlich kontinuierlich ist und nicht zu einem Linienspektrum entartet
Auch dieses Verfahren ist offensichtlich weder dazu bestimmt noch geeignet, beliebige Sigiiaiverkäufe von
Klängen oder Geräuschen aus einer Mehrzahl von Einzeltönen zu synthetisieren.
Durch die DE-AS 20 51 589 ist ein elektrischer Synthesator bekannt, mittels dessen aufeinanderfolgende
Gruppe« von Digitalwörtern zur Erzeugung eines Tons in Analogsignale umwandelbar sind. Dieser
Synthesator dient vorzugsweise zur Sprachübertragung mit drastisch verringerter Kanalkapazität. Dabei wird
von der Erkenntnis ausgegangen, daß eine verständliche Sprachübertragung möglich ist, wenn statt eines den
tatsächlichen Verlauf der betreffenden akustischen Schwingung wiedergegebenen elektrischen Signals eine
Folge von Informationen übertragen wird, die charakteristische Eigenheiten der einzelnen Sprachlaute beinhalten.
Gegenstand der genannten DE-AS ist ein Gerät zur Gewinnung von digital codierten Angaben über
Grundparameter der Sprache und zur Umsetzung dieser Angaben in analoge Signale, die dem Signalverlauf
der menschlichen Sprache zumindest ähnlich sind.
Beim Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber eine beliebige synthetische Zusammensetzung von
Geräuschen aus einer bestimmten Anzahl von Tönen möglich. Eine solche synthetische Geräuscherze::gung
ist beispielsweise bei der Schulung des G?hörs von Nutzen. Ein Beispiel ist die Ausbildung von Kraftfahrzeugmechanikern,
die lernen sollen, anhand bestimmter Motorgeräusche Maschinenfehler zu diagnostizieren.
Dabei ist es nützlich, wenn das zu bewertende Geräusch nicht nur akustisch wahrgenommen wird,
sondern mit Hilfe einer Spektralanalysevorrichtung auch visuell wiedergegeben wird.
Wenn das künstlich hergestellte Geräusch entsprechend seiher spektralen Zusammensetzung aus einer
Mehrzahl von (reinen) Tönen synthetisiert wird, liefer! die visuelle Spektraldarstellung naturgemäß ein Bild mit
vergleichsweise scharfen Spektrallinien, während bei einer Spektralanalyse eines entsprechenden natürlich
erzeugten Geräuschs öp.r in Rede siehenden Art, etwa
eines Motorgeräusches, ein Spektrum mit vergleichsweise breiten Spektrallinien entsteht. Dieser Unterschied
in der Linienbreite bei der visuellen spektralen Darstellung macht die Erkennung und damit die
Zuordnung einer bestimmten charakteristischen Gestalt eines Geräuschs schwie-ig und verringert damit den
Wert der synthetischen Geräuscherzeugung als Schulungsmittel.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe sich Geräusche aus einer
bestimmten Anzahl von Tönen synthetisieren lassen, deren Spektrum demjenigen natürlich erzeugter Geräusche
insbesondere auch in bezug auf die Breite der Spektrallinien möglichst gut angenähert ist, so daß sie
sowohl bei der akustischen Wahrnehmung als auch und insbesondere bei der visuellen Darstellung zweifelsfrei
erkannt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalendes Patentanspruchs I gelöst.
Es ist für die Einrichtung gemäß der Erfindung charakteristisch, daß sich die Breite der Spektrallinien,
die den das Geräusch bildenden Tönen entsprechen, in beliebig wählbarer Weise verändern läßt, was dadurch
geschieht, daß die Speichermittel, in denen die Tastungsprobensignale gespeichert sind, nicht mit einer
für ein bestimmtes zu erzeugendes Geräusch fest vorgegebenen streng determinierten Folge von Adressen
adressiert werden, sondern daß diese Adressen in einer Kombinationseinrichtung gebildet werden, in
welcher den aus einem Hauptspeicher ausgespeicherten Adresseninformationen für die genanten Speichermittel
zusätzliche aus einem Nebenspeicher stammende Informationen überlagert werden, die die aus dem
Hauptspeicher ausgelesenen Adresseninformationen derart ändern, daß sich die Frequenz der aus den
Tastungsprobensignalen abgeleiteten Töne entsprechend ändert. Wenn nun die Kombination der aus
Haupt- und Nebenspeicher ausgespeicherten Informationen zu den die Frequenz der zu erzeugenden Töne
kennzeichnenden Adressen für die Speichermittel — wie im Patentanspruch 1 angegeben — veränderlich
erfolgt, ergibt sich die angestrebte Verbreitung der einzelnen Spektrallinien.
In der Literaturstelle »Einführung in die Datenverarbeitung« von D. Sebastian, 3. Auflage, Berlin !970,
Seiten 59, 60 und 63 bis 74 ist das Blockschaltbild einer sogenannten 1-Adreß-Maschine dargestellt, die insoweit
eine scheinbare Verwandtschaft zur Einrichtung gemäß der Erfindung aufweist als bei ihr zur
Adressierung von Speichermitteln (Externspeichern) ein Steuerwerk vorgesehen ist, das zwei Speicher,
nämlich einen Arbeitsspeicher und Register enthält, deren Informationen in einem Zuordner kombiniert
werden. Es ist jedoch offensichtlich, daß es weder Aufgabe noch Bestimmung des Registers oder Akkumulators
eines Prozessors ist, die Ansteueradressen für einen Festwertspeicher, der Signalproben von Tönen
enthält, in der im Patentanspruch 1 beschriebenen Weise und ζυ dem oben erläuterten Zweck veränderlich
zu gestalten.
Die mit der Einrichtung gemäß der Erfindung mögliche beliebige Verbreitung der Spektrallinien
einzelner Geräuschkomponenten sowie die mögliche zeitliche Änderung charakteristischer Größen führt
dazu, daß das synthetisch gebildete Geräusch einem natürlich gebildeten Geräusch genauer angenähert
werden kann.
Im übrigen sind zweckmäßige Ausgestaltungen der zuvor kurz beschriebenen Einrichtung Gegenstand der
anliegenden Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unier Bezugnahme auf
die Zeichnung näher erläutert, in welcher ein Blockschaitbiid
einer Einrichtung zum Zusammensetzen von Geräuschen oder Klängen wiedergegeben ist, die eine
Pseudo-Zufallssignalgenerator enthält um unregelmäßig die Phasen der einzelnen Töne des betreffenden
Klanges oder Geräusches verändern zu können.
Die Einrichtung zum Zusammensetzen von Klängen oder Geräuschen ist in der Zeichnung allgemein mit 20
bezeichnet und enthält sechs Speicher 21 bis 26, zwei - Zähler 29 und 30, einen Taktgeber 33, Addiereinrichtungen
37 bis 39, einen Frequenzteiler 40, einen Pseudo-Zufallssignalgenerator 42, eine Multipliziereinrichtung
44. einen Adreßgenerator 46, einen Sammler 48, ein Register 50, einen Digital-/Analogumsetzer 51,
κ, ein Tiefpaßfilter 54, einen Spektrumsanalysator 56,
einen Lautsprecher 60 und schließlich ein Anzeigegerät 62. Die Addiereinrichtung 38 erfüllt in Zusammenwirkung
mit dem Speicher 25 die Funktion eines Integrators, welcher in der Zeichnung mit 64 bezeichnet
,5 ist und eine einer Frequenz entsprechende Information
auf der Leitung 66 in eine einer Phase entsprechende Information auf der Leitung 68 für jeden der Töne
umformt, welche von der Einrichtung 20 erzeugt werden sollen.
,„ Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Einrichtung
20 bei der Erzeugung einer Anzahl von Tönen sei ein Beispiel gewählt, bei welchem eine Gruppe von 100
Tönen erzeugt wird, von denen der unterste eine Frequenz von 40 Hz und der höchste eine Frequenz von
,- 4000 Hz habe. Zunächst soll die Erzeugung eines
einzigen Tones, nämlich des höchsten Tones von 4000 Hz betrachtet werden. Digitale Tastungen dieses
T^es erscheinen am Ausgang des Registers 50 und
werden von dem Digital-/Analogumsetzer51 in analoge
}0 Signaltastungen umgeformt und in dem Tiefpaßfilter 54
gefiltert, so daß ein elektrisches Signal entsteht, welches die Gestalt einer Sinusschwingung hat und für den
höchsten Ton die Frequenz von 4000 Hz besitzt. Es sei das Beispiel angenommen, daß für jede Periode der am
Ausgang des Filters 54 auftretenden Sinusschwingung vier Digitaltastungen im Register 50 auftreten. Die
resultierende Tastungsgescbwindigkeit ist dann
16 000 Hz. Die Größe der Tastungsgeschwindigkeit ist unter Zugrundelegung der Frequenz des höchsten
Tones gewählt worden und dieselbe Tastungsgeschwindigkeit wird nun zum Zusammensetzen jedes der
übrigen 99 Töne verwendet. Das sinusförmige elektrische Signal entsprechend dem Ton von 4000 Hz,
welches am Ausgang des Filters 54 auftritt und auch die entsprechenden Signale für die übrigen Töne werden
dem Lautsprecher 60 zugeführt und erzeugen hier ein hörbares Geräusch oder einen hörbaren Klang.
Der Zähler 29 zählt Modulo N, worin N gleich der Anzahl von Tönen ist. Im vorliegenden Beispiel war von
einer Gruppe von 100 Tönen ausgegangen worden, so daß yVder Zahl 100 gleich ist. Jedes Geräuscn oder jeder
Klang, welches bzw. welcher von dem Lautsprecher 60 erzeugt wird, wird aus der Gruppe von 100 Tönen
zusammengesetzt, wobei die Töne in ihrer Amplitude durch die Multipliziereinrichtung 44 eine Maßstabsänderung
erfahren, so daß man eine Gruppe von Amplitudenwerten einschließelich des Wertes Null für
die einzelnen Töne erhält Ein Maßstabfaktor 0 wird dann verwendet wenn der betreffende Ton in dem
Klang oder Geräusch des Lautsprechers 60 überhaupt nicht auftreten soll. Der Zähler 29 erzeugt ein:
Adressensignal auf der Leitung 70 zur Bezeichnung der Töne innerhalb der Gruppe von Tönen nacheinander
unabhängig von den Amplituden, welche für diev einzelnen Töne durch die Wirkung der Multiplizierein- ;
richtung 44 vorgesehen werden. Der Zähler 29 bildet also nacheinander und sich wiederholend die Adressen,
der einzelnen Töne und liefert auf der Leitung 72 bei '
Vollendung jedes Arbeitsspieles der Tonadressierung ein Impulssignal.
Der Taktimpulsgeber 33 liefert Taktimpulse an den Zähler 29 mit einer Geschwindigkeit, welche zur
Erzeugung der zuvor erwähnten Tastungsgeschwindigkeit von 16 000Hz für jeder der 100 Töne ausreicht.
Demgemäß liefert der Taktimpulsgeber 33 Impulse mit ei,>v Wiederholungsfrequenz von 1,6MHz. Nachdem
der Zähler Modulo N zählt, worin N = 100, zählt der Zähler 29 die jeweils 100 Adressen mit der zuvor
erwähnten Wiederholungsgeschwiniigkeit von 16 000 Hz im Zyklus durch. Die Tonadressen, welche auf
der Leitung 70 auftreten, werden jedem der Speicher 21 bis 25 zugeleitet.
Nachdem bezüglich des 4000 Hz-Tones vier Tastungen des Toners während jeder Periode der entsprechenden
Sinusschwingung erzeugt werden, ergibt sich, daß jede Tastung einem Phasenschritt von 90° im
sinusförmigen SiTie! ?.rn Ausgang des Filters 54
entspricht. Da die Tastungsgeschwindigkeit von 16 000 Hz für jeden der Töne verwendet wird, werden
für den 400 Hz-Ton, der gegenüber dem 4000 Hz-Ton eine zehnfach längere Periode aufweist, 40 Tastungen je
Periode des Tones erzeugt, wobei jede Tastung einem Phasenschritt von 9° entspricht. Für den tiefsten Ton
von 40 Hz, dessen Periode lOOfach länger als die Periode des 4000 Hz-Tones ist, werden je Periode
400 Tastungen erzeugt und hier entspricht iede Tastung einem Phasenfortschritt von 0,9°. Der Speicher 21
liefert die erforderlichen Phasenschritte mit der If 000 Hz-Tastungsgeschwindigkeit für jeden der Töne
entsprechend der Adressierung des Speichers 21 durch die über die Leitung 70 von dem Zähler 29 bezogene
Adresse. Jeder Phasenschritt wird von dem Speicher 21 über die Addierschaltung 37 dem Integrator 64
zugeführt. Um die Erläuterung zu vereinfachen, sei zunächst angenommen, daß der Speicher 22 und der
Zufallssignalgenerator 42 nicht arbeiten, so daß das Ausgangssignal der Addiereinrichtung 37, welches auf
der Leitung 66 auftritt, gleich der Phasenschrittinformation ist, welche durch den Speicher 21 geliefert wird. Für
jeden der zu erzeugenden Töne ist also der zugehörige Phasenschritt, welcher durch das auf der Leitung 66
anstehende Digitalsignal dargestellt wird, proportional zur Frequenz des betreffenden Tones. Wie oben
festgestellt, hat im Falle des 40 Hz-Tones jeder Phasenschritt auf der Leitung 66 einen Wert entsprechend
9°, während der Phasenschritt für den 4000 Hz-Ton einen Wert von 90° hat Die Phasenschrittsignale
sowohl für den 40 Hz-Ton als auch für den 4000 Hz-Ton erscheinen mit derselben Tastungsgeschwindigkeit,
nämlich der Wiederholungsgeschwindigkeit von 16 000 Hz. Aufgrund der Tatsache, daß die auf
der Leitung 66 auftretenden Signale proportional zur Tonfrequenz sind, kann das über die Leitung 66
eingegebene Eingangssignal des Integrators 64 als Tonfrequenzsignal bezeichnet werden.
Der Integrator 64 arbeitet als ein digitaler Sammler zum Aufsummieren aufeinanderfolgend auftretender
Phasenschrittsignale der Leiiung 66 für jeden der einzelnen Töne jeweils Modulo 360°. Betrachtet man
z. B. den 4000 Hz-Ton, so wird ein Phasenschritt von 90°
von der Addiereinrichtung 38 zu dem zuvor im Speicher 25 eingespeicherten Phasenwert addiert Wird beispielsweise
angenommen, daß anfänglich der Phasenwert Null im Speicher 25 gespeichert ist, so besitzen die am
Ausgang des Integrators 64 auf der Leitung 68 auftretenden Digitalsignale der Reihe nach für aufeinanderfolgende
Tastungen des 4000 Hz-Tones die Werte
0",9O0, 180°, 270°, 0°, 90° wobei man sieht, daß sich
die Folge aufgrund der Modulo 360° erfolgenden Aufsummierung durch die Addiereinrichtung 38 wiederholt.
Da der Wert der Digitalsignale auf der Leitung 68 sich abhängig von der Zeit linear Modulo 360° erhöht,
versteht es sich, daß die Signale auf der Leitung 68 jeweils die Phase des entsprechenden sinusförmigen
Signales am Ausgang des Filters 54 repräsentieren. to Da der Speicher 25 zur Speicherung der Phasenwerte
für jeden der 100 Töne dient, hat der Speicher 25 100 Abschnitte, welche der Reihe nach durch die über die
Leitung 70 herbeigeführte Adresse entsprechend dem jeweiligen Ton adressiert werden, für welchen ein
ii Tastungsabschnitt auf der Leitung 66 vorgegeben wird.
Das Ausgangssignal der Addiereinrichtung 38 wird also an den betreffenden Abschnitt des Speichers 25
angekoppelt und in diesem Abschnitt gespeichert, was entsprechend der Adressierung durch die über die
_'<> Leitung 70 zugeführte Adresse geschieht. Das in dem genannten Abschnitt des Speichers 25 gespeicherte
Signal wird gehalten, bis der Zähler 29 einen ganzen Zyklus seiner Zählung durchlaufen hat, wonach die
Adresse des entsprechenden Tones wieder auf der :5 Leitung 70 erscheint, so daß das zuvor am Ausgang der
Addiereinrichtung 38 aufgetretene Signal, welches in dem Speicher 25 gespeichert worden war, nun als
Eingangssignal wieder die Addiereinrichtung 38 erreicht.
jo · Das auf der Leitung 68 auftretende Phasenwinkelsignal
wird über die Addiereinrichtung 39 an den Speicher 26 angekoppelt und von dem Speicher 26 in den
entsprechenden Wert der durch den Filter 54 abzugebenden Sinusschwingung umgesetzt. Zur Vereinfachung
J5 der Erklärung sei hier angenommen, daß der Speicher
23 nicht wirksam ist, so daß am Ausgang der Addiereinrichtung 39 derselbe Wert der Phase auftritt
wie auf der Leiiung 68. Der Speicher 26 liefert είπε
Gruppe von Sinusfunktionswerten aufgrund der Adressierung durch das zugehörige Phasenwinkelsignal,
welches vom Ausgang der Addiereinrichtung 19 bezogen wird. Für jeden Wert des Phasenwinkelsignals
der Leitung 68 gibt somit der Speicher 26 eine entsprechende Größe einer normalisierten Sinusfunktion
an den Eingang der Multipliziereinrichtung 44 ab, die dann den normalisierten Wert der Sinusfunktion mit
einem Maßstabsfaktor umformt um die gewünschte Amplitude der Sinusschwingung des Filters 54 erzeugen
zu können.
In Fällen, in welchen mehrere von Null verschiedene Werte von Tönen erzeugt werden sollen, werden die
maßstabsgerechten Amplitudenwertsignale der Tastungen für jeden Ton von der Multipliziereinrichtung 44 zu
dem Sammler 48 weitergegeben, welcher die den Tastungen entsprechenden Signale sämtlicher Töne
während eines Zählzyklus des Zählers 29 aufaddiert Der Speicher 24 liefert die Amplituden-Maßstabsfaktoren
für die Multipliziereinrichtung 44 zur Gewichtung der Amplituden der Tastungen der einzelnen Töne. Auf
diese Weise wird erreicht, daß das Ausgangssignal des Sammlers 48 in digitaler Form eine Tastung der Summe
der Töne in dem vom Lautsprecher 60 wiedergegebenen Geräusch darstellt Die Summe der Tastungen wird
vom Ausgang des Sammlers 48 an das Register angekoppelt wo eine Speicherung vorgenommen wird,
um eine Umwandlung in analoge Tastungen vermittels
des Umsetzers 51 vornehmen zu können. Das über die Leitung 72 zugeführte Signal dient zur Weiterschaltung
des Registers 50 zur Aufnahme der Summe der Tastungen und zur Entleerung oder Rückstellung des
Sammlers 48 nach Übertragung der Tastungssumme auf das Register 50. Eine Verzögerungseinheit 74 verzögert
die Zuführung des als Rückstellsignal verwendeten Signales der Leitung 72 zur Rückstellung des Sammlers
48 nach Durchlauf des Registers 50.
Eine visuelle Darstellung der Spektrumsform des von dem Lautsprecher 60 wiedergegebenen Geräusches
oder Klanges wird von dem Spektrumsanalysator 56 und dem Anzeigegerät 62 erzeugt. Der Spektrumsanalysator
56 bietet die Spektraldaten innerhalb von Spektrumsbändern dar, welche eine Breite von beispielsweise
1 Hz haben, so daß die Spektrumsgestalt ähnlicher Klänge oder Geräusche unterschieden werden
kann.
Der Speicher 23 liefert eine Anfangs-Phasenwinkelinformation
für jede Sinusschwingung der Töne, welche 2ΓΓ, AiuS^sn^SuaiSchluß des Filters 54 erscheinen. r^i*»c<»
Phasenwinkel können unmittelbar in den Speicher 25 vor der Erzeugung des Geräusches oder Klanges durch
die Einrichtung 20 eingegeben werden, falls diese Phasenwinkel während der gesamten Zeitdauer der
Geräuscherzeugung unverändert bleiben sollen. Es ist jedoch auch möglich, wie in der Zeichnung gezeigt, die
Phasenwinkel mittels der Addiereinrichtung 39 dem Ausgangssignal des Integrators 64 hinzuzuaddieren. Die
Verwendung der Addiereinrichtung 39 erlaubt eine Veränderung der Phasenwinkelsignale während der
Erzeugung des Geräusches oder Klanges, wodurch die Möglichkeit für die Änderung einer charakteristischen
Eigenschaft des Klanges gegeben ist. Der vom Speicher 23 bezogene Phasenwinkel erscheint als feste Phasenversetzung
in der Folge von Phaseninformationssignalen, welche für jeden Ton auf der Leitung 68 auftreten.
Die Adressierung der Speicher 21, 22, 23 und 24 geschieht durch ein zusammengesetztes Adreßsignal,
welches die auf der Leitung 70 erscheinende Tonadresse und eine auf der Leitung 76 zugeführte Prgrammadresse
enthält Die Programmadresse der Leitung 76 wird durch den Adreßgenerator 46 in Abhängigkeit von dem
Zählerstand des Zählers 30 jeliefert. Der Zähler 30 wird
durch eine Rückstelltaste 78 zu Beginn der Geräuscherzeugung oder Klangerzeugung mittels der Einrichtung
20 zurückgestellt und danach zählt der Zähler 30 die Impulse auf der Leitung 72. Nach jeweils einer
vorbestimmten Anzahl von Zählschritten des Zählers 30 erneuert der Adreßgenerator 46 in Abhängigkeit von
bestimmten Gruppen von Zählschritten die Adresse auf der Leitung 76. Die Speicher 21 bis 24 besitzen
gesonderte Abteilungen entsprechend jeder Programmadresse der Leitung 76. Innerhalb jeder Abteilung
bezeichnet die Tonadresse der Leitung 70 den einzelnen Ton, für welchen das Phasensignal angesammelt werden
soll und für weichen die Amplituden-Maßstabsfaktoren bereitzustellen sind. Man erkennt also, daß der
Adreßgenerator 46 eine Veränderung des relativen Phasenversatzes zwischen den Tönen, wie er durch den
Speicher 23 vorgegeben wird, eine Veränderung des Musters der relativen Amplituden der Töne, wie sie
durch den Speicher 24 vorgegeben werden, eine Veränderung der Frequenz, wie sie durch den Speicher
21 vorgegeben wird, und eine Veränderung der spektralen Linienbreite ermöglicht, wie sie durch den
Speicher 22 bestimmt wird, (dies wird weiter unfen
näher erläutert). So können beispielsweise nach einigen Sekunden der KLngerzeugung oder Geräuscherzeugung
bestimmte Töne aus dem Klang weggelassen werden, indem für diese Töne der Meßstabsfaktor Null
zur Anwendung gebracht wird, während andere Töne in den Klang oder das Geräusch eingefügt werden können.
In dieser Weise vermag der Adreßgenerator 46 sowohl die Anfangsphasen der Töne als auch ihre jeweiligen
Amplituden und Frequenzen während der Dauer der Geräuscherzeugung zu verändern, wodurch man eine
größere Vielseitigkeit und Flexibilität beim Zusammensetzen von Geräuschen oder Tönen in besserer
Annäherung an natürlich auftretende Geräusche oder Töne erzielt. Die Speicher 21, 22, 23 und 24 sind mit
Tastaturen zur Eingabe der jeweiligen Werte von Frequenz, spektraler Linienbreite, Anfangsphase und
Amplitude versehen.
Dies bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung mögliche Vprhrpjtpriing df -SpcMrallinipn, wplrhp auf
dem Wiedergabegerät 62 erscheinen, wird durch den Speicher 22, den Frequenzteiler 62 erscheinen, wird
durch den Speicher 22, den Frequenzteiler 40 und den Zufallssignalgenerator 42 erreicht. Der Teiler 40 teilt die
Pulswiederholungsfrequenz von 1,6MHz des Taktimpulsgenerators
33 und liefert auf diese Weise Taktimpulse mit einer Pulswiederholungsfrequenz von beispielsweise
etwa 40 Hz. Die Taktimpulse des Frequenzteilers 40 dienen zum Betrieb des Zufallssignalgenerators 42.
Der Generator 42 erzeugt Peudo-Zufalls-Kodesignale in Gestalt logischer Signale, welche zwischen dem
Zustand 0 und 1 wechseln. Der Aufbau eines solchen Generators ist an sich bekannt und kann beispielsweise
entsprechend Fig.2 der US-Patentschrift 38 18 478 gewählt werden. Das von dem Generator 42 erzeugte
Signal dient als Vorzeichenbit des Digitalsignals, das von dem Speicher 22 in Abhängigkeit von seiner
Adressierung über die Leitung 70 zur Addiereinrichtung 37 hin abgegeben wird. Nachdem die Digitalzahlen,
welche für jeden der Töne vom Speicher 22 geliefert werden, algebraisch je nach Vorzeichenbit zu den
Digitalzahlen des Speichers 21 in der Addierschaltung 37 entweder addiert oder subtrahiert werden, können
die in dem Speicher 22 für jeden Tag gespeicherten Digitalzahlen als Frequenzänderungsschritt bezeichnet
werden. Der Frequenzänderungsschritt wird also in statistischer Weise zur Wirkung gebracht, wobei die
Addition und die Subtraktion des Frequenzänderungsschrittes sich über die Gesamtlänge eines ganzen
Schieberegistenvortes des Generators 42 zu Null ausmittelt. Eine Tastatur am Speicher 22 erlaubt die
Eingabe einzelner Größen des Frequenzänderungsschrittes für jeden der Töne. Die dem Generator 42
zugeführte Taktimpulsfrequenz ist größer als der Frequenzänderungsschritt aufgrund der aufeinanderfolgend
zugeführten Phasenquanten, welche der Speicher 22 liefert, so daß ein Phasenmodulationsindex bei der
Pseudo-Zufallsmodulation erreicht wird, welcher kleiner als Eins ist Auf diese Weise wird eine von dem
Analysator 56 festgestellte und auf dem Anzeigegerät 42 dargestellte Spektrallinie gleichförmig verbreitert,
ohne daß diskrete Seitenband-Spektrallinien auftreten. Demnach zeigt das Anzeigegerät 62 ein Spektrallinienmuster
mit verbreiterten Spektrallinien ähnlich dem Spektrallinienbild eines natürlich entstandenen Klanges
oder Geräusches.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Einrichtung zum Zusammensetzen von ein bestimmtes Tonspektrum aufweisenden Geräuschen,
mit einer Adreßerzeugungsschaltung zum wiederholten fortschreitenden Adressieren von
Speichermitteln, in denen an aufeinanderfolgenden Adressenplätzen Tastungsprobensignale entsprechend
zu erzeugenden Tönen gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Adreßerzeugungsschaltung (21, 22, 37, 64, 39) eine Kombinationseinrichtung (37) sowie einen Hauptspeicher
(21) und einen Nebenspeicher (22) enthält, deren Speichersignale in der Kombinationseinrichtung
(37) zur Bildung des Fortschrittes aufeinanderfolgender Adressen für die Speichermittel (2G)
mittels Verbreitung des Spektrums eines Tones des zusammenzusetzenden Geräuschs veränderlich
kombiniert werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeieisaet,
daß die Adreßerzeugungsschaltung (21,22, 37, 64, 39) einen Integrator (64) beinhaltet, der aus
den mit Hilfe der genannten Kombinationseinrichtung (37) einander überlagerten Speichersignale von
Haupt- und Nebenspeicher (21 bzw. 22) Adressen zur Ansteuerung der Speichermittel (26) bildet, daß
die Speichermittel (26) bei der genannten Ansteuerung Informationen zur Bildung von Tönen ausspeichern,
deren Frequenz eine Funktion der jeweiligen Adresse ist, und daß die in der Kombinationseinrich- jo
tung (37) stattfindende Oberlagerung der Speichersignair.· von Haupt- und Nebenspeicher am Eingang
des Integrators (64) derart statistisch steuerbar ist, daß die Frequenz eines zu erzeugenden Tons in
entsprechender Weise statistisch schwankt. J5
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zufallsgenerator oder ein
Pseudozufallgenerator (42) vorgesehen ist, durch den die statische Überlagerung der Speichersignale
des Nebenspeichers (22) zu denen des Hauptspeichers (21) bewirkt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitsteuereinrichtungen (70, 46)
vorgesehen sind, die zur Steuerung der Ausspeichergeschwindigkeit von Haupt- und Nebenspeicher (21
bzw. 22) und damit zur Bestimmung der Frequenz bzw. der statistischen Änderung der Frequenz der
aus den ausgespeicherten Informationen der Speichermittel (26) abgeleiteten Töne dienen.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem
Hauptspeicher (21) und dem Nebenspeicher (22) gespeicherten Signale digitale Signale sind, welche
Phasenwerten von Schwingungen entsprechen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
— daß die aus dem Nebenspeicher (22) auslesbaren Speichersignale mit Hilfe des Zufallsgenerators
oder Pseudozufallsgenerators (42) in der w) Kombinationseinrichtung (37) in einer im
wesentlichen zufälligen Folge den aus dem Hauptspeicher auslesbaren Speichersignalen
additiv oder subtraktiv überlagert werden,
— daß die einander überlagerten Speichersignale in dem Integrator (64) während eines Zyklus der
Zeitsteuereinrichtungen (70, 46) jeweils zur Summe der zuvor ausgelesenen Speichersignale
hinzuaddiert werden, derart daß am Ausgan des Integrators (64) eine Folge von Phasenwer
ten erscheint, die Adressen für die Speichermi tel (26) bilden,
— daß die Adressierung der Speichermittel (26 mit diesen Adressen die Ausspeicherung voi
den Phasenwerten entsprechenden Funktions werten einer Tonschwingung bewirkt
— und daß Mittel (44, 24) zur Maßstabsverände rung dieser Funktionswerte vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet daß die Zeitsteuereinrichtungen ein
Adressierungsschaltung (70, 46) zur sequentielle Adressierung der Speichermittel (26), des Haupt
Speichers (21) und des Nebenspeichers (22) beinhal ten, mittels derer die Speichersignale von Haupt
und Nebenspeicher zur Erzeugung von aus einei Mehrzahl von Tönen bestehenden Ceräuschen odei
Klängen im Zeitmultiplex gruppenweise an die Kombinationseinrichtung (37) ankoppelbar sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Summiereinrichtung (48) zu
Zusammensetzung der der Mehrzahl von Töner entsprechenden Ausgangssignale der Speichermitte
(26) vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet,
— daß die Mittel zur Maßstabsveränderung einer Speicher (24) umfassen, in welchen den
einzelnen Tönen zugeordnete relative Maß Stabsfaktoren einspeicherbar sind,
— daß ein weiterer Speicher (23) vorgesehen ist, in welchen den einzelnen Tönen zugeordnete
Anfangsphasenwerte einspeicherbar sind,
— und daß diese Speicher durch die genannte (70,
46) oder eine weitere Adressierungsschaltung derart adressiert werden, daß die genannten
Maßstabsfaktoren und die Anfangsphasenwerte den betreffsnden Tönen jeweils individuel
zugeordnet werden.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitsteuereinrichtungen einen Programmadreßgenerator (46) umfaßt, durch den
die Adressierung der Speicher (21 bis 24) in aufeinanderfolgenden Zyklen derart veränderbar ist,
daß sich Frequenz, Anfangsphase und Amplitude der einzelnen Töne in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen
ändern.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Tönen entsprechenden elektrischen Signale einem
Lautsprecher (60) und/oder einer optischen Wiedergabeeinrichtung (62) zur Darstellung des entsprechenden
Spektrums zugeführt werden.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
— daß die in dem Hauptspeicher (21) und dem Nebenspeicher (22) enthaltenen Speichersignale
Phasenwinkelschritte sind,
— daß diese Phasenwinkelschritte, die für jede der zu erzeugenden Tonfrequenzen um einen durch
die Speichersignale des Hauptspeichers (21) gegebenen Mittelwert mit einer durch die
Speichersignale des Nebenspeichers (22) gegebenen Schwankungsbreite statistisch schwan-
ken, in dem Integrator (64) aufsummiert werden,
— und daß die Speichermittel (26) eine Zuordnung zwischen den Phasenwinkeln und den Funktionswerten
einer Sinusschwingung beinhalten, derart, daß sie bei Adressierung mit den am Ausgang des Integrators (64) erscheinenden
aufsummierten Phasenwinkelinformationen diesen ent£fjrechende Amplitudenwerte einer
Sinusschwingung ausspeichern, deren mittlere Frequenz durch die Speichersignale des Hauptspeichers
(21) und deren statistische Frequenzschwankungen durch die Speichersignale des Nebenspeichers gegeben sind.
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13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hauptspeicher (22) und in
dem Nebenspeicher (21) für jede der zu erzeugenden Frequenzen jeweils andere Phasenwinkelinformationen
gespeichert sind, deren Größe dem Produkt aus Frequenz und Auslesetaktzeit proportional ist.
und daß Haupt- und Nebenspeicher zur Erzeugung von eine Mehrzahl von sinusförmige Tonsignale
enthaltenden Geräuschen sequentiell im Zeitmultiplex adrresiert werden.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (24, 44) zur Maßstabsveränderung
der relativen Amplituden der Mehrzahl von sinusförmigen Tonsignalen vorgesehen sind, daß
diese Mittel einen Speicher (24) zur Speicherung von Maßstabsfaktoren umfassen, der in Übereinstimmung
mit dem Hauptspeicher (21) derart adressierbar ist, daß jedes der Tonsignale mit einer
entsprechenden individuellen Amplitude erzeugt wird.
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