DE2939401C2

DE2939401C2 - Elektronischer Klangsignalgenerator

Info

Publication number: DE2939401C2
Application number: DE2939401A
Authority: DE
Inventors: Horst 2056 Glinde Stietenroth
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE2939401A1; GB2032159A; GB2032159B; US4245336A

Description

2. Klangsignalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang der Frequenzvergleicheranordnung (45) mit einer Steueranordnung (9, 10, 13, 14 in Fig.3) eines den Klangsignalgenerator enthaltenden Mehrfrequenz-Schwingungsgenerators gekoppelt ist, welche diesem ersten Eingang eine Folge aus mehreren eo Signalen bestimmter Frequenzen (f_O\, /02) zuführt.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Klangsignalgenerator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

65 Insbesondere betrifft die Erfindung einen Klangsignalgenerator zur Erzeugung von digitalen Signalen, die dem Läuten oder Schlagen einer elektrischen Uhr entsprechen. Es sind bereits verschiedene Einrichtungen zum Erzeugen eines Geläutes auf digitalem Wege bekannt. Im allgemeinen werden dabei die Töne oder Klänge dadurch synthetisiert, daß man Spannungen bestimmter Grundfrequenzen erzeugt, die dann durch digitale Dividierer bzw. Multiplizierer dividiert oder multipliziert werden, um die verschiedenen Signalfrequenzen zu erzeugen, die die Klangfolge eines Geläutes bilden, wobei eine solche Klangfolge einen oder mehrere aufeinanderfolgende Schläge enthält, die jeweils aus einem Klang mit einer Grundfrequenz und bestimmten Oberwellen dieser Grundfrequenz besteht. Die einen Klang darstellenden Spannungen werden durch geeignete Dämpfungsvorrichtungen mit einer solchen Zeitkonstante gedämpft, daß das Abklingen des Klanges nachgebildet wird, das nach dem Anschlagen einer Glocke oder Klangröhre mit einem Hammer auftritt Das starke Anklingen, das beim Anschlagen der Glocke oder der Klangröhre anfänglich auftritt, wird durch andere Anordnungen nachgebildet Durch wieder andere Anordnungen erfolgt eine Synchronisation mit der Echtzeit, so daß bei den verschiedenen Viertelstundenschlägen die richtigen Klanggeneratorschaltungen erregt werden. Elektronische Uhrenschlagwerke der oben erwähnten Art sind zum Beispiel in der US-PS 40 73 133 und der US-PS 40 85 644 beschrieben.

Bei einem anderen Klangsignalgenerator, der aus der GB-PS 12 45 678 bekannt ist, sind in einem Speicher N Binärwörter sequentiell gespeichert, die aufeinanderfolgende Amplitudenwerte einer gespeicherten periodischen Mehrfrequenz-Schwingung der Periode T₀ darstellen. Die gespeicherte Schwingung enthält Oberwellen einer Grundtonfrequenz /"0, wobei f gleich irgendeine von einer Anzahl speziellen Frequenzen /Oi,

/"02 fan ist. Die Einrichtung enthält ferner eine

Zugriffsanordnung, die unter Steuerung durch ein Eingangssignal der Frequenz /i> einen sequentiellen Zugriff zu den N Binärwörtern mit der Frequenz Nf₀ bewirkt.

Die Zugriffsfrequenz Nfo kann irgendeine von mehreren Frequenzen Nfot, Λ//Ό2, ..., Nfo„ sein. Die Frequenz /0, mit der der Zugriff zum Speicher wiederholt wird, wird die Grundtonfrequenz der Mehrfrequenz-Schwingung. Die Einrichtung enthält ferner eine Digital/Analog-Umsetzer-Anordnung, die durch die aus dem Speicher herausgelesenen Amplitudenwerte, die Wörter darstellen, gesteuert wird und eine resultierende Schwingung erzeugt, die aus mindestens einer Periode 7o der gespeicherten Schwingung besteht.

Aus der DE-OS 22 37 594 ist ein elektronisches Musikinstrument bekannt, das ebenfalls eine gespeicherte Wellenform zur Tonerzeugung abtastet Dabei wird zur Wahl der Abtastfrequenz einer von mehreren Oszillatoren mit einem durch N teilenden Zähler, der aus vier Flipflops besteht, verbunden. Die Ausgangssignale des Zählers werden dann durch einen Dekodierer dekodiert, um die Lesesignale für die Leseleitungen des Speichers zu erzeugen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Klangsignalgenerator dieser Art derart zu vereinfachen, daß er mit geringeren Kosten herstellbar und im Betrieb zuverlässiger ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Klangsignalgenerator der eingangs genannten Art gelöst, der durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1

angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Klangsignalgenerators besteht darin, daß die gewünschte Signalfrequenz k exakt erzeugt und daß der Zähler in der Zugriffsanordnung außerdem für die Erzeugung der > Adressensignale zum Zugriff des Speichers ausgenutzt wird. Durch diese Maßnahme wird r.icht nur die Anzahl der Bauelemente in der Einrichtung verringert (und damit die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht), sondern auch auf einfache Weise gewährleistet, d-iß die i;> Amplitudenwerte oder -proben synchron mit dem Eingangssignal der Frequenz /₀ herausgelesen werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines elektronischen Klangsignalgenerators gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine graphische Darstellung einer Periode einer Schwingung der Periode To, die einen Glocken-, Gong- oder Klangröhrenklang darstellt;

Fig.3 ein Schaltbild des Klangsignalgenerators gemäß Fig. 1, in dem die Schaltung einiger, in Fig. 1 nur in Blockform dargestellter Schaltwerke genauer dargestellt ist;

F i g. 4 ein Schaltbild des Klangsignalgenerators gemäß Fig. 1, bei dem die Schaltung anderer Blöcke genauer dargestellt ist;

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Erzeugung der Klangsignale durch einen Mikroprozessor gesteuert wird;

F i g. 6 eine Schwingung aus mehrmals erzeugten Schwingungen gemäß F i g. 2 mit einem vorgegebenen Dämpfungsfaktor und

F i g. 7 bis 11 verschiedene Schlagfolgen einer Westminster-Sehlaguhr für die Viertelstunden, halben Stunden, Dreiviertelstunden und vollen Stunden.

Der elektronische Klangsignalgenerator gemäß der Erfindung beruht auf dem folgenden Grundprinzip: Eine Schwingung einer Periode 71 des Klanges einer Glocke oder eines anderen angeschlagenen Klangkörpers, wie sie in Fig.2 dargestellt ist, wird in gleiche vertikale Amplitudenabschnitte unterteilt, wie die Abschnittspro-"ben Nr. 1 und Nr. 2. Im ganzen werden 256 solcher iiAmplitudenabschnitte, Amplituden oder Amplituden-••werte gebildet und jeder Amplitudenwert wird dann in •digitales Wort umgesetzt, das den betreffenden Amplitudenwert darstellt. Diese 256 Wörter, die jeweils einen Amplitudenwert oder einen Amplitudenabgriff darstellen, werden in zeitsequentieller Weise in einem 256-Wort-Speicher 16 gespeichert, bei dem es sich um einen Lesespeicher (ROM) oder einen programmierbaren Speicher handeln kann. Dadurch, daß man die 256 Wörter im Speicher 16 mit der richtigen zyklischen Zugriffsgeschwindigkeit oder -frequenz abfragt oder herausliest und die Wörter in einem Digital/Analog-Umsetzer 17 in zeitsynchroner Weise ii Spannungen umsetzt sowie schließlich diese Spannungen über einen Audioverstärker 19 einem Lautsprecher 20 zuführt, kann man den Glockenklang erzeugen, der durch die Schwingung gemäß F i g. 2 dargestellt wird. Die richtige zyklische Zugriffs- oder Abfragefrequenz des Speichers 16 ist gleich der Grundtonfrequenz des gewünschten Klanges. Wenn es im Speicher 16 also 256 Adressen gibt und die gewünschte Grundtonfrequenz gleich 132 Hz ist, beträgt die Zugriffsfrequenz 132 χ 256 Hz und der Speicher 16 wird also 132 ma' pro Sekunde zyklisch abgefragt, wodurch die Grundtonfrequenz von 132 Hz bestimmt wird. Die Schwingung gemäß Fig.2 enthält außerdem die dritte, sechste und zehnte Oberwelle (Harmonische) in einem solchen Grade, wie diese Oberwellen in einem GlockenKlang enthalten sind. Da die tatsächliche Frequenz dieser Oberwellen direkt proportional der Frequenz ist mit der die Adressen des Speichers 16 durchlaufen werden, werden diese Oberwellen in Wirklichkeit die dritte, sechste und zehnte Oberwelle der Abfragezyklusfrequenz des Speichers 16 sein, gleichgültig ob diese Abfragezyklusfrequenz 132 Hz oder 110 Hz ist

Nachdem oben erklärt worden ist wie ein Klang durch sequentielles Abfragen der 256 Adressen des Speichers erzeugt werden kann, soll nun das in F i g. 1 dargestellte Blockschaltbild erläutert werden:

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung enthält eine zeithaltende Vorrichtung wie eine Zeituhr 10, die jede volle Stunde einen elektrischen Startimpuls auf einer Leitung 1! erzeugt. Selbstverständlich kann gewünschtenfalls auch jede Viertelstunde ein solcher Startimpuls erzeugt werden. Die Zeituhr 10 enthält ferner Schalter 30 (Fig. 3) die durch sie betätigt werden, um die Tageszeit, d. h. die Stunde und gewünschtenfalls jede Viertelstunde anzuzeigen. Wenn es beispielsweise acht Uhr ist, wird die Zeituhr 10 dies anzeigen und wenn es 08.45 Uhr ist, kann die Zeituhr 10 die Dreiviertelstunde anzeigen. Es gibt insgesamt fünfzehn relevante Zeitpunkte, nämlich die zwölf vollen Stunden und die jeweiligen drei Viertelstunden. Diese fünfzehn interssierenden Zeitpunkte können durch einen vierstelligen oder Vierfachschalter binär codiert werden.

Bei dem vier Bitsiellen aufweisenden Schalter kann es sich um irgendeine bekannte mechanische, elektromechanische oder elektronische Konstruktion handeln, die durch die Stellung der Stunden- und Minutenzeiger oder des diese Zeiger antreibenden Getriebes betätigbar ist. Die Einstellung des Schalters kann durch den Stundenzeiger zur Anzeige der Stunde und durch den Minutenzeiger zur Anzeige des Ablaufes einer vollen Stunde, also des genauen Stundenzeitpunkts, eingestellt werden. Die Stellung des Minutenzeigers kann außerdem eine elektrische Vorrichtung, wie einen Monovibrator, auslösen um den Startimpuls zu erzeugen. Wenn es z. B. 6 Uhr nachmittags ist, wird der Stundenzeiger den vier Bitstellungen aufweisenden Schalter auf den Binärwert 0110 einstellen und durch den Minutenzeiger wird ein Startimpuls erzeugt werden.

Der Zustand dieses vier Binärstellen aufweisenden Schalters wird über die Adern eines Kabels 12 zu einer Steuervorrichtung 13 übertragen, die als Reaktion hierauf ein Tor- oder Schaltwerk 14 betätigt, um Klänge der richtigen Grundfrequenzen von einer Taktimpulsquelle 9 auszuwählen, die für die Erzeugung der gewünschten Klänge benötigt werden. Genauer gesagt, erzeugt die Taktimpulsquelle 9 Impulszüge der verschiedenen Grundtonfrequenzen der Uhrenschlagklänge.

Bei einem »Bim-Bam«-Schlagwerk können diese Grundtonfrequenzen z.B. 132 Hz und 110 Hz sein, wobei die »Bim-Bam«-Klangkombination zu jeder vollen Stunde sooft wiederholt wird, wie es der Stundenzahl entspricht. Die Steuervorrichtung 13 stellt den Zeitpunkt der vollen Stunde fest und läßt die »Bim-Bam«-Kombination der Grundfrequenztöne über das Schaltwerk 14 die richtige Anzahl von Malen zu einem Frequenzvervielfacher 15 durch, z. B. beim

Sechs-Uhr-Schlagen sechsmal.

Der Frequenzvervielfacher 15 multipliziert die Grundtonfrequenz mit 256, also der Anzahl der im Speicher 16 gespeicherten, Amplitudenwerte darstellenden Wörter. Die Frequenzvervielfacherschaltung enthält eine Teilerschaltung, die mit dem Divisor 256 arbeitet, wie in Verbindung mit Fig.3 noch näher erläutert werden wird, und zum sequentiellen Zugriff und Herauslesen von 256 Wörtern aus einem Lesespeicher (ROM) 16 dient. Diese Wörter werden dann einem Digital/Analog-Umsetzer 17 zugeführt, der eine Spannung mit dem in F i g. 2 dargestellten Schwingungsverlauf erzeugt. Diese Spannung wird dann über einen Audioverstärker 19 einem Lautsprecher 20 zugeführt, um den entsprechenden Klang akustisch wiederzugehen.

Man beachte, daß die 256 Wörter im Lesespeicher 16 bei jedem Schlag der Uhr viele Male der Reihe nach abgefragt werden. Nimmt man als Beispiel an, daß der Klang jedes Schlages, also zum Beispiel der »Bim«- Klang und auch der »Bam«-Klang eine Dauer von einer Sekunde haben sollen und die Grundtonfrequenz 132 bzw. 110 Hz beträgt, so werden die 256 Wörter im Lesespeicher 16 insgesamt 132mal bzw. HOmal herausgelesen.

F i g. 3 zeigt die gleiche Schaltungsanordnung wie F i g. 1 mit der Ausnahme, daß die Schaltungen, die für die Funktionen der Steuervorrichtung 13 und des die Frequenzen auswählenden Tor- oder Schaltwerkes 14 in F i g. 3 genauer dargestellt sind. F i g. 3 enthält ferner ein etwas mehr ins einzelne gehendes Blockschaltbild des Frequenzvervielfachers 15.

Der vier Binärstellen aufweisende Schalter 30 kann durch die Zeituhr 10 entsprechend jeder vollen Stunde und gewünschtenfalls jeder vollen Viertelstunde, halben Stunde und Dreiviertelstunde betätigt werden, um einen voreinstellbaren Abwärtszähler 31 auf einen die Zeit angebenden Zählwert einzustellen. Genauer gesagt, wird der voreinstellbare Abwärtszähler 31 beim Ablauf einer vollen Stunde auf einen der betreffenden Stunde entsprechenden Zählwert eingestellt und er könnte auch auf einen Zähhvert entsprechend einer vollen Viertelstunde, halben Stunde bzw. Dreiviertelstunde eingestellt werden.

Gewöhnlich wird der voreinstellbare Abwärtszähler 31 jedoch erst dann eingestellt, wenn die Uhrzeit einen vollen Stundenwert erreicht und dann durch die Zeituhr 10 ein Startimpuls erzeugt wird, der über eine Leitung 35 dem Abwärtszähler 31 zugeführt wird und diesen Zähler auf einen Zählwert einstellt der durch die volle Stundenzeit bestimmt ist Angenommen, dieser Zählwert sei drei. Die Einstellung eines Zählwerts im Abwärtszähler 31 hat zur Folge, daß ein mit den Stufen des Zählers gekoppeltes ODER-Glied 32 ein Ausgangssignal erzeugt, das ein UND-Glied 33 durchläuft, das durch ein den Ruhezustand einer monostabilen Einrichtung 34 anzeigendes Signal bereits durchlaßbereit gemacht worden war. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 33 setzt eine normalerweise rückgesetzte (im Ruhezustand befindliche) monostabile Vorrichtung 35a, um über ein Verzögerungsglied 39 ein UND-Glied 40 für das Grundton-Taktimpulssignal der Frequenz /01 zu einem ODER-Glied 42 und dann zu einem Phasenvergleicher 45 des Frequenzvervielfachers 15 durchlaßbereit zu machen. Der Frequenzvervielfacher 15 wird durch eine Phasenregelschleife gebildet, in der das Ausgangssignal des Phasenvergleichers 45 über ein Tiefpaßfilter 46 einem spannungsgesteuerten Oszillator

47 zugeführt wird, dessen Ausgangssigna! einer Teilerschaltung 48 zugeführt wird. Die Teilerschaltung

48 teilt durch 256, so daß die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators gleich 256 /01 ist. Die Teilerschaltung 48 ist in der Praxis ein Zähler, dessen Aufgabe nicht nur darin besteht, die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 47 zu teilen, sondern auch die im Lesespeicher 16 gespeicherten 256 Wörter mit einer Zyklusfrequenz /0 sequentiell abzufragen.

Die jeweils einen Amplitudenwert darstellenden Wörter vom Lesespeicher 16 werden, wie oben erwähnt, dem Digital/Analog-Umsetzer 17 zugeführt, wo sie in die in Fig.2 dargestellte Spannungsschwingung umgesetzt werden, die dann dem Audioverstärker 19 zugeführt wird.

Die monostabile Vorrichtung 35a in der Steuervorrichtung 13 ist so ausgelegt, daß sie für etwa eine Sekunde, also die Dauer eines Klanges oder Schlages, gesetzt bleibt. Am Ende dieser Zeitspanne nimmt die monostabile Vorrichtung 35a ihren rückgestelllen Ruhezustand wieder ein, wodurch die monostabile Vorrichtung 34 gesetzt wird. Das Setzen der Vorrichtung 34 macht ein UND-Glied 41 (über ein Verzögerungsglied 38) durchlaßfähig, so daß es ein Grundtonsignal der Frequenz /"02 zum ODER-Glied 42 durchläßt, von dem es dem Frequenzvervielfacher 15 zugeführt wird, wo es bewirkt, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 47 ein Ausgangssignal der Frequenz 256 /02 erzeugt. Alle 256 Wörter des Lesespeichers 16 werden 132mal pro Sekunde abgefragt, da 102= 132 ist, so daß also die Grundtonfrequenz des durch den Lautsprecher 120 wiedergegebenen Klanges gleich 132 Hz ist.

Im Schaltwerk der Steuervorrichtung 13 übt die monostabile Vorrichtung 34 noch eine weitere Funktion außer dem Auftasten des UND-Gliedes 41 aus. Das Setzen der monostabilen Vorrichtung 34 bewirkt nämlich außerdem ein Verringern des Zählwertes im Abwärtszähler 31 um eine Einheit, also von dem beispielsweise angenommenen Zählwert drei auf den Zählwert zwei.

Die monostabile Vorrichtung 34 kehrt nach etwa einer Sekunde in ihren Ruhezustand zurück, so daß die monostabile Vorrichtung 35a erneut durch einen Impuls gesetzt wird, der das UND-Glied 33 durchläuft (welches durch das Ausgangssignal vom ODER-Glied 32 aufgetastet worden war). Die monostabile Vorrichtung 35a bleibt für eine Sekunde gesetzt, während der das UND-Glied 40 aufgetastet ist und die Grundtonfrequenz /01 durchläßt, die dann durch das ODER-Glied 42 zum Frequenzvervielfacher 15 gelangt, um in der oben beschriebenen Weise den Zugriff zum Lesespeicher 16 zu bewirken.

Wenn die monostabile Vorrichtung 35a nach der einen Sekunde wieder in ihrem Ruhezustand zurückkehrt, bewirkt sie ein erneutes Setzen der monostabilen Vorrichtung 34, wodurch das UND-Glied 41 aufgetastet wird, das das Grundtonsignal der Frequenz ^₂ zum ODER-Glied 42 und von diesem zum Frequenzvervielfacher 15 durchläßt, so daß der Lesespeicher 16 wieder in der beschriebenen Weise abgefragt wird.

Das Setzen der monostabilen Vorrichtung 34 bewirkt ■wieder, daß der Abwärtszähler 31 um eins zurückgeschaltet wird, so daß der in ihm enthaltene Zählwert von zwei auf eins abnimmt

Die monostabflen Vorrichtungen 35a und 34 werden beide noch einmal gesetzt und zurückgesetzt um die Grundtonsignale der Frequenzen in und ife ein drittes

Mal in der oben beschriebenen Weise durch die UND-Glieder 40 und 41 durchzuschleusen und den Zählwert im Abwärtszähler 3i nochmals um eins auf den dann resultierenden Zählwert 0 zu verringern.

Der Zähl wert 0 im Abwärtszähler 31 beendet den Arbeitszyklus der Steuervorrichtung 13, da das ODER-Glied 32 dannn kein Ausgangssignal mehr liefert und das UND-Glied 33 dadurch gesperrt wird. Die monostabile Vorrichtung 35a wird daher beim Zurücksetzen der monostabilen Vorrichtung 34 nicht mehr gesetzt.

Es war oben bereits erwähnt worden, daß die Wörter vom Lesespeicher 16, die eine digitalisierte Amplitude darstellen, durch den Digital/Analog-Umsetzer 17 in den in F i g. 2 dargestellten Spannungsverlauf umgesetzt werden Wenn also die Grup.dtonfrequenz !32Hz beträgt, wird der in F i g. 2 dargestellte Schwingungsverlauf 132ma! pro Sekunde in kontinuierlicher Weise reproduziert. Die gewünschte Ankling- und Auskling-Charakteristik der Klangamplitude wird durch einen Amplitudenmodulator 18 erzeugt, der in F i g. 4 genauer dargestellt ist und zu Beginn jedes Klanges oder »Schlages« durch einen Ladeimpuls von einer Ladeimpulsgeneratorschaltung 51 erregt wird. Die Ladeimpulsgeneratorschaltung 51 wird ihrerseits durch Impulse erregt, die ihr durch ein ODER-Glied 50 bei jedem Setzen der monostabilen Vorrichtungen 34 oder 35a zugeführt wird, das, wie oben erläutert, die Erzeugung eines Schlages oder Klanges einleitet. Die Verzögerungsglieder 38 und 39 gewährleisten eine Erzeugung des Ladeimpulses vor der Einleitung des betreffenden Klanges.

Wie F ^: g. 4 zeigt, kann der Digital/Analog-Umsetzer 17 ein konventionelles achtstufiges Leiter-Netzwerk sein, das eine Anzahl von Reihenwiderständen, wie Widerstände 81—83, die jeweils den Widerstandswert R haben, eine Anzahl von Parallelwiderständen, wie Widerständen 75—79, die jeweils den Widerstandswert 2R haben, und einen Arbeitswiderstand 80, der den Widerstandswert IR hat, enthält Der 256 Wörter fassende Lesespeicher 16 hat acht Ausgangsklemmen 55—59 (2⁸=256), die jeweils für die Betätigung eines entsprechenden Schalters von acht Schaltern 60—64 dienen; jeder Schalter hat zwei feste Kontaktstücke 65 und 66 sowie ein bewegliches Kontaktstück 67, wie es beim Schalter 60 dargestellt ist Wenn beispielsweise an der Ausgangsklemme 55 des Lesespeichers eine binäre Null liegt, wird das bewegliche Kontaktstück 67 von dem mit einer Leiterschiene 71 verbundenen Ruhekontaktstück 66 auf das mit einer Masseschiene 70 verbundene Arbeitskontaktstück 65 umgeschaltet Die anderen Schalter 61—64 werden in entsprechender Weise durch binäre Einsen an den entsprechenden Ausgangsklemmen 56—59 des Lesespeichers 16 gesteuert Die Schalter 60—64 können elektronische Schalter anstatt elektromagnetische Schalter sein.

Unterschiedlicher Kombinationen geschlossener bzw. umgeschalteter Schalter 60—64 erzeugen unterschiedliche Spannungen an einem mit dem Arbeitswiderstand 80 verbundenen Ausgang entsprechend der bekannten Beziehung:

iTOTA L

den Wert der Widerstände 81 -83;

die Spannung e—f(t) auf der Leitung 71

in F ig. 4;

den durch den Widerstand 80 in F i g. 4

fließenden Gesamtstrom.

'TOTAL

3R(2^N)

[ + D2³

2^] -t-A2°]

hierin bedeuten:

D, Q Bund A die Zustände der Schalter 60—64 in Fig. 4;

Wenn der Binärwert 1 einer Ausgangsspannung von 0,1 V am Arbeitswiderstand 80 entspricht und an den Ausgangsklemmen 55—59 des Lesespeichers 16 der ίο Binärwert 1 000 1001 liegt, werden die beweglichen Kontaktstücke der Schalter 60, 61 und 64 mit der an Spannung liegenden Leiterschiene 71 verbunden und erzeugen eine Gesamtspannung von

12,8 V (2⁷x 0,1 V)+ 0,8 V (2³ χ 0.1 V)+ 0,1 V

{2° χ 0,1 V) =14,1 V

am Arbeitswiderstand 80.
Der Amplitudenmodulator 18 moduliert die Ausgangsspannung des Digital/Analog-Umsetzers 17 in der folgenden Weise, um das exponentiell Abklingen eines Klanges nachzubilden: Der Ladeimpuls, der wegen der Verzögerungsglieder 38 und 39 (F i g. 3) kurz vor dem Zugriff zum Lesespeicher 16 auftritt, wird über einen Widerstand 90 der Basis eines Verstärkertransistors 91 zugeführt, dessen Kollektor-Emitter-Spannung durch einen veränderbaren Widerstand 92 steuerbar ist. Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 91 lädt über eine Diode 93 einen Kondensator 95 auf einen durch die Kollektorspannung bestimmten Wert auf. Nach dem Ende des Ladeimpulses entlädt sich der Kondensator 95 über einen Widerstand 94 entsprechend der RC-Zeitkonstante. Die abklingende Spannung am Kondensator 95 wird über einen Verstärker 96,-der einen hohen Eingangswiderstand und den Verstärkungsfaktor 1 hat der Leiterschiene 71 zugeführt und bildet die Bezugsspannung e=f(t) für das Leiter-Netzwerk des Digital/Analog-Umsetzers 17.

Das resultierende Ausgangssignal des Digital/Analog-Umsetzers 17 ist in Fig.6 dargestellt; es enthält /₀ Perioden (Reproduktionen) T₀ der in F i g. 2 dargestellten Schwingung, wobei die aufeinanderfolgenden Perioden 7o durch den Amplitudenmodulator 18 zunehmend gedämpft werden. Während der ersten Periode zwischen 0 und To in F i g. 6 (oder während der ersten beiden Perioden) verläuft die oben in F i g. 6 dargestellte Dämpfungskurve verhältnismäßig eben, um die Ankling-Charakteristik eines angeschlagenen Klanges, wie eines Glockenschlages, nachzubilden.

so Die in den F i g. 1,3 und 4 dargestellte Einrichtung ist für die Erzeugung eines Zweiklangschlages vom Typ »Bim-Bam« ausgelegt, die Verdrahtung und dsr Aufbau der verschiedenen Verknüpfungsschaltwerke lassen sich jedoch so erweitern, daß andere Klangfolgen erzeugt werden, wie der in den Fig.7 —11 dargestellte Westminster-Schlag. Für eine solche Erweiterung sind generell vier Grundtöne mit Frequenzen erforderlich, wie sie für die Erzeugung der Noten c, d, e und g benötigt werden, ferner ein Verknüpfungs- und Steuerwerk zur Feststellung der Viertelstunden, halben Stunden, Dreiviertelstunden und vollen Stunden bzw. zur Weiterleitung der vier Grundtonsignale in der für die Erzeugung der Klangfolgen gemäß Fi g. 7,8, 9 bzw. 10 erforderlichen Reihenfolge und Dauer für jeden

es Klang.

Die vier verschiedenen Schlagklänge c, d, e und g werden alle durch Vervielfachen der Grundtonfrequenz mittes eines Frequenzvervielfachers, wie des Frequenz-

vervielfachers 15 in F i g. 1 und anschließendes sequentielles Abfragen der 256 Wörter im Lesespeicher 16 erzeugt, wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1—4 und 6 erläutert wurde. Dabei können Ladeimpulse unterschiedlicher Form zweckmäßig sein, da manche Klänge eine längere Dauer haben als andere.

Anstelle von fest verdrahteten Verknüpfungsschaltwerken können ein Mikroprozessor und ein zusätzlicher Speicher verwendet werden, um die richtigen Grundtöne in der richtigen Reihenfolge und mit der richtigen Dauer zu erzeugen. Ein Blockschaltbild eines derartigen Ausführungsbeispieles der Erfindung ist in Fig.5 dargestellt.

Wenn ein Datenprozessor 100 verwendet wird, kann die Tageszeit (12 Stunden) in einem 16 Bitstellen aufweisenden Zähler 101 gehalten werden. Zur vollen Stunde, 15 Minuten nach der vollen Stunde, 30 Minuten nach der vollen Stunde und 45 Minuten nach der vollen Stunde wird dann der Prozessor einen Zugriff zu der richtigen von mehreren Tabellen in einem Speicher 102 bewirken, bei dem es sich um einen Lesespeicher (ROM) handeln kann.

Es können fünf solcher Tabellen vorgesehen sein, wobei jede Tabelle eine der in den Fig.7 bis 11 dargestellten Schlagfolgen darstellt. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel enthält der Speicher 102 eine spezielle Tabelle, in der der Reihe nach Binärwörter aufgeführt sind, die die Grundtöne der in F i g. 9 dargestellten Schlagfolge sowie die Dauer jedes Klanges angeben. Am Ende des ersten Viertels jeder Stunde wird der Prozessor dann diese spezielle Tabelle im Speicher 102 adressieren und der Speicher 102 wird dem Prozessor unter dessen Steuerung die Wörter in der adressierten Tabelle der Reihe nach zuführen. Der Prozessor wird dann als Reaktion auf diese Wörter eine entsprechende Folge von Grundtonfrequenzsignalen erzeugen, die dem Frequenzvervielfacher 15 eines Klangsynthetisators 105 zugeführt werden.

Die in F i g. 11 dargestellten Schläge folgen diesen Klangfolgen zur Anzeige der vollen Stunde, sie werden im wesentlichen auf die gleiche Weise erzeugt wie die Klänge gemäß Fig. 7-10. Um einen Klang (Akkord) mit zwei Grundtönen zu erzeugen, ist jedoch eine zusätzliche zweite Schaltungsfunktion (nicht dargestellt) erforderlich, die ein zweites Exemplar des Frequenzvervielfachers 15, des Speichers 16, des Amplitudenmodulators 18 und des Digital/Analog-Umsetzers 17 enthält Die beiden Grundtonfrequenzen werden vom Prozessor 100 individuell den beiden Frequenzvervielfachern zugeführt und die Ausgangssignale der beiden Digital/ Analog-Umsetzer werden entsprechend einer ODER-Funktion vereinigt und dem Audioverstärker 19 zugeführt.

Zur vollen Stunde wird der Prozessor einen internen Abwärtszähler auf einen Zählwert einstellen, der gleich der betreffenden Stunde ist, z. B. 6 Uhr nachmittags. Nach Beendigung der Klangfolge gemäß Fig. 10 wird der Prozessor dann einen Zugriff zu der die Schlagfolge gemäß F i g. 11 enthaltenden Tabelle im Speicher bewirken und sechs Schlagklänge erzeugen und bei jedem Schlagton wird der Abwärtszähler um eins zurückgeschaltet. Beim Erzeugen des sechsten Schlagtones wird der Zähler auf null geschaltet und die Schlagfolge beendet.

Als Alternative zur Erzeugung der Realzeit des Tages im Prozessor (Realzeitanzeiger 101) kann die Zeit in einem Uhrwerk durch Schalter 30 codiert werden, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 1 —4 und 6 erläutert wurde, und vom Prozessor 100 über Leitungen 106 abgefragt werden.

Man kann Prozessoren der verschiedensten Leistungsfähigkeit verwenden und sie auf die verschiedenste Weise programmieren, um das erforderliche Muster von Grundtönen zu erzeugen. Es ist ferner möglich, die Funktion des Frequenzvervielfachers 15 und des Speichers 16 in den Prozessor zu verlegen, wenn dessen Leistungsfähigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit ausreichen. Ferner kann die im Prozessor errechnete Echtzeit dazu verwendet werden, die Zeiger der Uhr über ein Zeitsignal auf einer Leitung 110 zu steuern.

Der Klangsynthetisator 105 enthält dieselben, als Blöcke dargestellten Baueinheiten 15,16,17,18,19 und 20 wie die Ausführungsform gemäß F i g. 1 und er arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise. Der Frequenzvervielfacher 15 multipliziert also die Grundtonfrequenz /0 mit 256 wobei der in ihm enthaltene Teiler (entsprechend der Teilerschaltung 48 in F i g. 3) dazu verwendet wird, die 256 Wörter im Speicher 16 abzufragen, die in digitaler Form eine Periode To der Schwingung gemäß F i g. 2 darstellen.

Die binären Ausgangswörter vom Speicher 16 werden im Digital/Analog-Umsetzer 17 in eine Spannung mit dem in F i g. 2 dargestellten Verlauf umgesetzt, jedoch mit einer Amplitude, die durch den Amplitudenmodulator 18 moduliert ist, wie es F i g. 6 zeigt.

Die Dauer der Ladeimpulse, die dem Amplitudenmodulator JS des Klangsynthctisstors 105 vom Prozessor 100 über eine Leitung 107 zugeführt werden, kann verlängert werden, um den Klang der längeren Noten der Schlagfolge länger zu halten. Zum Beispiel sind die letzten Noten g und c der ersten beiden Takte des Dreiviertelschlages halbe Noten und ihre Dauer ist daher doppelt so groß wie die der vorangehenden Viertelnoten.

Die Erfindung ist nicht auf Klänge entsprechend dem Schlagen einer Uhr beschränkt Sie kann auch für viele andere Zwecke Anwendung finden, z.B. für Pianos, Orgeln, Blasinstrumente, Hupen, Sirenen, Warnläutwerke, Türglocken u. a. m.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Klangsignalgenerator mit

a) einer Speicheranordnung (16), die N sequentiell gespeicherte Binärwörter enthält, welche aufeinanderfolgende Amplitudenwerte einer gespeicherten periodischen Mehrfrequenz-Schwingung der Periode To, die Oberwellen einer Grundtonfrequenz /b enthält, darstellen, wobei /ö gleich eine von mehreren Grundtonfrequen^en /Oi, /02,. - -, 4i ist,

b) einer Zugriffsanordnung (14, 15) die durch ein Eingangssignal (fön fm) der Frequenz f₀ Steuerbar ist, um über einen Zähler mit dem Fassungsvermögen N einen sequentiellen Zugriff zu den N Binärwörtern mit einer Frequenz Nfo zu bewirken, welche irgendeine der Frequenzen Λ//01, Λ%2, ·.-, Nfon sein kann, wobei die Wiederhofungsfrequenz des Zugreifens die Grundtonfrequenz der Mehrfrequenz-Schwingung wird, und

c) einer Digital-/Analog-Umsetzer-Anordnung (18, 19), die unter Steuerung durch die adressierten Wörter, die die Amplitudenwerte darstellen, eine resultierende Schwingung aus mindestens einer Periode T₀ der gespeicherten Schwingung erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriffsanordnung eine

d) Phasenregelschleife und diese ihrerseits
d 1) einen Oszillator (47),

d2) eine Frequenzvergleicheranordnung (45) mit einem ersten Eingang, dem das Eingangssignal der Frequenz /0 zugeführt ist, einem zweiten Eingang und einem Ausgang, der mit dem Oszillator (47) gekoppelt ist und d'esen so steuert, daß ein Ausgangssignal der Frequenz Nfo erzeugt wird, und

d3) den Zähler (48) mit dem Fassungsvermögen N enthält, dem zum Durchzählen seines Zählwertvorrates das Ausgangssignal des Oszillators (47) zugeführt ist und der für den zweiten Eingang dem Frequenzvergleicher (45) für jede Zeitperiode TO ein Signal liefert sowie in jedem seiner N Zählzustände einen Zugriff zu einem entsprechenden Wort der in der Speicheranordnung (16) gespeicherten N Wörter bewirkt.