DE2945901C2

DE2945901C2 - Elektronisches Musikinstrument

Info

Publication number: DE2945901C2
Application number: DE2945901A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Hamamatsu Shizuoka Nishimoto
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1978-11-16
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1984-02-23
Also published as: GB2041617B; DE2945901A1; GB2041617A; JPS644199B2; US4297933A; JPS5567799A

Description

Nach der Erfindung wird der Algorithmus einer Ton signalbildungsschaltung sequentiell entsprechend den wechselnden Algorithmus-Steuerzeichen gesteuert, so daß unterschiedliche Tonfarben erzeugt werden können. Die Tonsignalbildungsschaltung enthält arithmetische Schaltungen, die aus Speichern, Addierern, Multiplizierern usw. bestehen und über Tore und Halteschaltungen miteinander verbunden sind. Jedes der Tore (bzw. jede Halteschaltung) wird von den Algorithmus-Steuerzeichen sequentiell gesteuert. Die Tonsignalbildungsschaltung führt die Rechnung durch geeignete Kombination bzw. Ansteuerung der arithmetischen Schaltungen durch, wobei diese Kombination von den Algorithmus-Steuerzeictien bestimmt wird.

Bei einem elektronischen Musikinstrument, das mit einer Tastenzuordnungf.schaltung ausgestattet ist und daher imstande ist, mehrere Töne gleichzeitig zu erzeugen, erfolgt die Rechnung innerhalb einer Kanalzeit der " '\_t Tastenzuordnungsschaltung. Wenn diese Rechnung bei-,^'spielsweise durch Berechnung von sechs Schritten ausgeführt wird, gibt die Algorithmiis-Steuerschaltung in-' Tnerhalb einer Kanalzeit die Algorithmus-Steuerdaten ■" von sechs Schritten aus.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren X ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

_f F i g. 1 ein Blockschaltbild des elektronischen Musik-. Instrumentes,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Schaltung, mit der bei ,dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Taktimpulse erzeugt werden,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Zeitfunktionsgenera- '*L tors,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Zeitbeziehungen zwischen den Taktimpulsen Φο, Φ\ und Φ2 und

F i g. 5 eine graphische Darstellung des in einem Generator für Algorithmus-Steuerdaten gespeicherten Inhalts.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 erfolgt die Steuerung verschiedener Algorithmen nach einem Frequenzmodulatäonssystem durch ein aus 4 Bits bestehendes Algorithmus-Steuerzeichen L, bis L·,, das von dem Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen ausgege- ·: ben wird.

Von einer Tastenzuordnungsschaltung 2 werden diejenigen Tasten erkannt, die an einer Tastatur 1 gedrückt worden sind. Die Tastenzuordnungsschaltung 2 enthält Tonerzeugungskanäle, deren Anzahl der Zahl der maximal gleichzeitig zu erzeugenden Töne (z.B. 12) entspricht. Für jede gedruckte Taste wird ein Tastenwort KC erzeugt und dieses wird einem freien Tonerzeugungskanal zugeordnet. Die zugeordneten Tastenwörter KC werden als Zeitteilungs-Multiplexsignale in den einzelnen Kanalzeiten ausgegeben, die den jeweiligen Kanälen entsprechen und die jeweils Zeitfetister für die Zeitteilungs-Multipiexsignale darstellen. Diese Tastenzuordnungsschaltung 2 wird von dem Impulstakt Φ\ getaktet und die erwähnte Kanalzeit entspricht der Periode dieses Impulstaktes Φ\. Der Impulstakt Φ\ wird gemäß F i g. 2 der letzen Stufe eines achtstufigen Ringzählers 26 entnommen, dem ein von einem Taktgenerator 25 erzeugter Hauptimpulstakt Φο zugeführt wird. Alle acht Impulse des Hauptimpulstaktes Φο wird ein Impuls des Taktes Φ\ erzeugt. Wenn die Tastenzuord- ** nungsschaltung 2 ein eine gedrückte Taste repräsentierendes Tastenwort KCeinem der Tonerzeugungskanäle zugeordnet hat, gibt die Tastenzuordnungsschaltung 2 einen Anschlagimpuls ATPvorbestimmter Dauer in einer Kanalzeit aus, die dem Tonerzeugungskanal entspricht," welchem das Tastenwort /CC zugeordnet wurde. Die im " Zeitteilungsbetrieb von der Tastenzuordnungsschaltung 2 unter Benutzung der jeweiligen Kanalzeiten als Zeitfenster ausgegebenen Tastenwerter /CCwerden einem Generator 3 für Phasenwinkeldaten zugeführt. Dieser gibt nach Empfang des Tastenwones KC ein Phasenwinkelsignal cot, das dem betreffenden Tastenwort KC entspricht, aus. Die Phasenwinkelsignale a>t

ίο werden ebenfalls als Zeitteilungssignale erzeugt. Der Generator 3 für Phasenwinkelsignale kann aus einem Festwertspeicher (ROM) bestehen, der die Frequenzinformation ω gespeichert enthält und dem das Tastenwort KC a\s Adressensignal zugeführt wird. Eine Akkumulatorschaltung akkumuliert die Ausgangssignale des Festwertspeichers unter Steuerung durch einen voreingestellten Takt.

Die Tonfarben-Einstellschaltung 20 gibt ein Tonfarben-Selektionssignal TC aus, das eine von zahlreichen möglichen Tonfarben TC, bis TC_n repräsentiert Die Tonfarben-Einstellschaltung 20 wird durch einen (nicht dargestellten) Tonfarben- Einstellschalter gesteuert.

Die von der Tastenzuordnungsschaltung 2 im Zeitteilungsbetrieb erzeugten Tastenanschlagimpulse KPwerden einem Zeitfunktionsgenerator 24 zugeführt, der die jeweiligen Kanalzeiten als Zeitfenster benutzt und daraufhin eine Zeitfunktion t (t=0 bis (t=m) erzeugt, die dem betreffenden Tastenwort KC entspricht, das dem jeweiligen Kanal zugeordnet worden ist. Die Zeitfunktion f stellt die Zeit dar. die zur Bildung eines dem jeweiligen Kanal zugeordneten Tastenwortes KC entsprechenden Tonsignals erforderlich ist. Entsprechend der Zeitfunktion t wird die Hüllkurve aufgebaut und der _ Zeitpunkt, in dem der Anschlagimpuls KP auftritt, wird von der Zeitfunktion f=0 una dem Zeitpunkt, in dem die Hüllkurve durch die Ze'tfunktion t=m beendet wird, bestimmt. Der Zeitfunktionsgenerator 24 kann beispielsweise aus der in F i g. 3 dargestellten Schaltung bestehen. Gemäß F i g. 3 ist ein Zeitzahlenspeicher 28 vorgesehen, der beispielsweise aus einem Festwertspeicher besteht und in dem bestimmte numerische Daten (d. h. Zeitzahlen T)gespeichert sind.

Das Tonfarben-Selektionssignal Tc wird als Adressensignal für den Zeitzahlenspeicher 28 benutzt. Der Zeitzahlenspeicher 28 erzeugt für jedes anstehende Tonselektionssignai TC eine bestimmte Zeitzahl T. Diese Zeitzahl Tbestimmt die Geschwindigkeit,mit der die Zeitfunktion T abläuft. Mit zunehmender Zeitzahl T wird diese Geschwindigkeit größer, und umgekehrt. Die aus dem Zeitzahlenspeicher 28 ausgelesene Zeitzahl T wird einem Addierer 29 zugeführt.

Das Ausgangssignal des Addierers 29 wird an ein Schieberegister 31 gelegt, das zwölf Stufen zu je y Bits aufweist und das von dem Impulstakt Φ\ über eine Torschaltung 30 getaktet wird. Die Torschaltung 30 wird von einem Signa! gesteuert, das durch Invertieren des von der Tastenzuordnungsschaltung 2 zugeführten Anschlagimpulses KP durch einen Inverter IN erhalten wird. Das Ausgangssignal der letzten Stufe des Schieberegisters 31 bildet das zweite Eingangssignal für den Addierer 29. Anders ausgedrückt: der Addierer 29, die Torschaltung 30 und das Schieberegister 31 bilden einen Akkumulator, der die von dem Zeitzahlenspeicher 28 gelieferte Zeitzahl im Zeitteilungsbetrieb akkumuliert oder aufaddiert. Der Ansc'.iagimpuls KP wird als ■ Löschsignal zum Löschen des Inhalts des Akkumulators benutzt. Wenn beispielsweise ein Tastenwort KC, das einer gedrückten Taste entspricht, einem bestimmten "

Kanal zugeordnet worden ist und daraufhin in der die- «sem Kanal entsprechenden Kanalzeit der Anschlagimpuls KP erzeugt wurde, wird der dem betreffenden Kanal entsprechende Inhalt des Schieberegisters auf den Anschlagimpuls KP hin gelöscht und der aus dem Addierer 29 der Torschaltung 30 und dem Schieberegister 31 bestehende Akkumulator akkumuliert die ihm von dem Zeitzahlenspeicher 28 zugeführte Zeitzahl T bei jedem Impuls des Impulstaktes Φ\. Das Schieberegister 31 erzeugt in dem entsprechenden Zeitfenster einen Akkumulationswert Der von dern Schieberegister 31 in dem Zeitfenster des betreffenden Kanals ausgegebene Akkumulationswert bildet die Zeitfunktion t. Für diese Zeitfunktion t brauchen nicht alle Ausgangs-Bits des Schieberegisters 31 benutzt zu werden, sondern es braucht lediglich ein Teil der Bits, gerechnet von dem höchstwertigen Bit aus, benutzt zu werden. Wenn das Akkumulationsergebnäs der von dem Zeitzahlenspeicher 28 gelieferten Zeitzahl T einen Wert erreicht hat, bei dem alle Bits »1« sind, schaltet ein UND-Tor AN, dessen sämtliche Eingänge mit allen Au3gangs-Bits des Schieberegisters 31 verbunden sind, in einer dem Kanal entsprechenden Kanalzeit durch und gibt ein »1 «-Signal aus. Dieses Ausgangssignal des UND-Tors AN (d. h. »1«), wird der Tastenzuordnungsschaltung 2 als Abklingeiidesignal DFzugeführt, das das Ende der Hüllkurve anzeigt.

Ein Tonhöhendaten-Generator 21 gibt Tonhöhendaten Ki aus (i= 1 bis 8), die für die Berechnung des Tonsignals in noch zu erläuternder Weise benutzt werden. Dies erfolgt in Abhängigkeit von dem von der Tonfarben-Einstellschaltung 20 gelieferten Selektionssignal TC, der von dem Zeitfunktionsgenerator 24 gelieferten ~~Zeitfunktion t und vom Synchronisiersignal SVi-SV₈. Die Synchronisiersignale SVi-SV₈ werden von den parallelen Ausgängen des achtstufigen Ringzählers 26 abgenommen, der von dem Impulstakt Φο des Taktimpulsgenerators 25 gemäß Fig.2 getaktet wird. Die chronologischen Beziehungen zwischen den Synchronisiersignalen SVi-SK₈ und dem Impuistakt Φ\ zur Festlegung der Kanalzeiten sind in F i g. 4 dargestellt. Jedes der Synchronisiersignale SVi-SV₈ erscheint in einem Zeitfenster, das durch Teilung eines impulses des !mpulstaktes Φ·, durch acht entstanden ist. Der Tonhöhendaten-Generator 21 besteht aus einem Festwertspeicher, dem das Tonselektionssignal TC, die Zeitfunktion t und die Synchronisiersignale SVi bis SV₈ zugeführt werden.

Aus einem Festwertspeicher besteht ebenfalls der Hüllkurvensignalgenerator 22, der von dem Tonseleklionssignal TC, der Zeitfunktion / und den Synchronisiersignalen SKi bis SKa angesteuert wird. Der Hüllkurvensignaigenerator22gibt ein Hüllkurvensignal A,(i= 1 bis 8) aus, das für die Berechnung des Tonsignals in Abhängigkeit von dem Tonselektionssignal TC, der Zeitfunktion / und den Synchronisiersignalen SVi-SV₈ benutzt wird.

Das Tonselektionssignal TC, die Zeitfunktion t und die Synchronisiersignale SVi bis SV₈ werden ferner dem Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen zugeführt, der daraufhin ein aus 4 Bits bestehendes Algorithmus-Steuerzeichen L\ bis U ausgibt, das den Inhalt der Berechnung zur Bildung eines Tons'rgnals bestimmt. Ähnlich wie der oben beschriebene Tonhöhendaten-Gene- _rator 21 und der Hüllkurvensignalgenerator 22 besteht «der Generator 23 aus einem Festwertspeicher, der von dem Tonfarbenselektionssignal TC, der Zeitfunktion t und den Synchronisiersignalen SVi-SV₈ angesteuert wird.

Der Speicherinhalt des Hüllkurvensignälgeneraiori. 22 ist schematisch in F i g. 5 dargestellt Der Festwertspeicher besitzt Adressen, die den jeweiligen Tonfarben

TCi bis TC_n entsprechen und jede dieser Adressen ist entsprechend der Zeitfunktion t in Adressen f==0 bis t=m unterteilt Die jeweiligen Adressen T=O bis t—m enthalten die Algorithmus-Steuerdaten L\ bis U ent' sprechend den Synchronisiersignalen SVf bis SYt, gespeichert.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für die Algorithmus-Steuerzeichen L\ bis U-

Tabelle 1

SY	Li	L₂	U	U
1	1	0	0	0
2	0	0	1	0
3	1	0	0	0
4	0	0	0	1
5
6
7

Entsprechend den Algorithmus-Steuerzeichen L\ bis U, die in Tabelle 1 dargestellt sind, erfolgt die Berechnung nach der folgenden Gleichung (5):

e(t)

sin (K₂(Ut+Ai <m ) sin (K₄Mt+A₃ sin K₃CJt).

(5)

Die nachfolgende weitere Erläuterung der Schaltung erfolgt nur in Bezug auf eine einzige Kanalzeit unter def Annahme, daß von dem Generator für Algorithmus-Steuerzeichen 23 die in Tabelle 1 angegebenen Steuerzeichen L\ bis U ausgegeben werden.

Im Zeitfenster des Synchronisiersignale SVi wird von dem Tonhöhendaten-Generaior 21 das Tonhöhensignal K\ ausgegeben. Der Hüllkurvensignal-Generator 22 gib ein Hüükurvensigiiai A-, aus und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen gibt ein Algorithmus-Steuerzeichen (L\ bis U) »1000« aus, bei dem nur das Signal L\ »!«ist.

Das von dem Generator 3 für Phasenwinkeldaten ausgegebene Signal, das einem dem Ton der gedrückten Tasten entsprechenden Phasenwinkel ωί darstellt, wird einem Multiplizierer 6 zugeführt Der Multiplizierer 6 erhält ferner von dem Tonhöhendaten-Generator 21 den mit dem Synchronisiersignal SVi synchronism, :εη Tonhöhenwert K\. Der Multiplizierer 6 multipliziert also den Phasenwinkel at mit dem Tonhöhensignal oder Steigungssignai K\ und gibt das Produkt K\cot aus. Dieser Wert K\cot wird einem Addierer 7 zugeführt. Da zu dieser Zeit an dem zweiten Eingang des Addierers 7 noch kein Signal ansteht, wird der Wert K\tut direkt vom Addierer 7 dem Sinuswellenspeicher 8 zugeführt, aus dem eine entsprechende Sinusfunktion mit dern Wert K\(ot ausgelesen wird. Dieser aus dem Sinuswellenspeicher 8 ausgelesene Wert sin K\Cüt wird einem Multiplizierer 9 zugeführt und dort mit dem Hüllkurvensignal A\ multipliziert, das von dem Hüllkurvensi-

gnal-Generator 22 kommt Das Produkt A\ sin K\cot wird einem Addierer 10 zugeführt. Zu dieser Zeit steht an dem anderen Eingang des Addierers 10 noch kein Signal an, so daß der Wert Ai sin K\cot vom Addierer 10

direkt in ein Register 4 gegeben wird, das über eine von dem Signal U gesteuerte Torschaltung 5 von dem Impulstakt Φα getaktet wird.

Im Zeitfenster des Synchronisiersignals SY₂ erzeugt der Tonhöhendaten-Generator 21 das Tonhöhensignal K₂, der Hüllkurvensignal-Generator 22 erzeugt das Hüllkurvensignaf A₂ und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen erzeugt das Algorithmuszeichen (U bis U) »0010«, bei dem nur das Signal L₃ »1« ist. Daraufhin multipliziert der Multiplizierer 6 den ihm von dem Generator 3 für Phasenwinkeldaten zugeführten Phasenwinkel cot mit dem von dem TonhöhendatenGenerator gelieferten Tonhöhenzeichen K₂ und liefert das Produkt Κ₂ωί an den Addierer 7. Zu dieser Zeit steht der in das Register 4 eingegebene Wert A\ sin K\cot an dem anderen Eingang des Addierers 7 an. Der Addierer 7 addiert daher den Wert K₂COt. Der Ausgangswert (Κ₂ωί+Ai sin cat) des Addierers 7 wird dem Sinuswellenspeicher 8 zugeführt, um einen entsprechenden Sinuswellenfunktionswert

sin (K₂COt+A\ sin K\O)t)

auszugeben. Dieser Wert wird in dem Multiplizierer mit dem von dem Hüllkurvensignal-Generator 22 kommenden Hüllkurvensignal A₂ multipliziert und dem Addierer 13 wird über den Addierer 10, der zu diesem Zeitpunkt kein weiteres Signal empfängt, das Produkt

A₂ sin (K₂ü>t+At sin

zugeführt Zu dieser Zeit steht auch an dem anderen Eingang des Addierers 13 noch kein anderes Signal an. Der Addierer 13 gibt daher direkt den Wert

A₂ (sin Κ₂ωί+A\unK\cot)

aus, der ihm zugeführt worden ist, und dieser Wert wird auf das Signal L₃ hin in eine Halteschaltung 14 eingegeben.

In dem Zeitfenster des Synchronisiersignals SY₃ erzeugt der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert K₃, der Hüllkurvensignal-Generator 22 das Hüllkurvensignal A₂ und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen das Zeichen (U-U) »1000«. bei dem nur das Signal »1« ist. In diesem Zeitfenster ist das Algorithmus-Steuerzeichen Li — U das gleiche v/ie in dem ersten Zeitfenster des Synchronisiersignals SYu so daß die gleiche Rechnung durchgeführt wird wie im Zeitfenster des Synchronisiersignals SY\. Im einzelnen multipliziert der Multiplizierer 6 den Phasenwinkel cot des Generators 3 für Phasenwinkeldaten mit dem Wert Ki des Tonhöhendatengenerators 21 und gibt das Produkt K₃Wt an den Sinuswellenspeicher 8, der daraufhin einen entsprechenden Sinuswellenfunktionswert sin K₃Wt ausgibt. Der Multiplizierer 9 multipliziert diesen Sinuswellenfunktionswert mit dem Hüllkurvensignal A3 des Hüllkurvensignal-Generators 22 und über den Addierer 10 und die von dem Signal U gesteuerte Torschaltung wird das Produkt A₃ sin K₃(Ot eingegeben.

-Im Zeitfenster des Synchronisiersignals SY₄ erzeugt der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert K₄, der Hüllkurvensignal-Generator 22 das Hüllkurvensignal A4 und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen das Steuerzeicchen (L\—L₄) »0001«, bei dem das Signal U »1« ist In diesem Zeitfenster multipliziert der f iultiplizierer 6 den von dem Generator 3 für Phasen-' winkeldaten gelieferten Phasenwinkel eot mit dem von dem Tonhöhendaten-Generator 21 gelieferten Wert K₄. Dann v/ird das Produkt Kj₁COt mit dem im Zeitfenster des Synchronisiersignals SY₃ in das Register 4 eingespeicherten Wert A₃ sin K₃(Ot im Addierer 7 addiert. Der " Ausgangswert (K₄Wt+A₃ sin K₃Wt) des Addierers 7 " wird einem Adresseneingang des Sinuswellenspeichers 8 zugeführt, so daß aus diesem ein entsprechender Sinuswellenfunktionswert

sin (K₄(Ot+A3 sin K₄(Ot)

ausgelesen wird. Das Ausgangssignal des Speichers 8 wird von dem Multiplizierer 9 mit dem Hüllkurvenwert ίο A₄ multipliziert und das Produkt

A₄ sin (K₄(Ot+A₃ sin K₃Wt)

wird über den Addierer 10 dem Addierer 13 zugeführt. . An dem anderen Eingang des Addierers 13 steht der Wert

A₂ sin (K₂Wt+Ai sin K\cot)

an, der im Zeitfenster des Synchronisiersignals Sy₃ von dem Signal 3 in die Halteschaltung 14 eingegeben worden war. Der Addierer 13 addiert daher diese Werte und erzeugt einen Wert

A₂ sin (KiWt+A\ sin K\cot) +A₄ sin (K₄Wt+A₃ sin K₃Wt).

Dieser Ausgangswert des Addierers 13 wird in einer Halteschaltung 13 eingegeben.

Auf diese Weise wird durch Rechnung entsprechend den Algorithmus-Steuerdaten 1 bis 4 des Generators 23 das Signal

e(t)=A₂ sin (K₂Wt+A\ sin K₂Wt)

-+A₄ Sm(K₄Wt+A₃ sin K₃Wt), 3 __

das in die Halteschaltung 15 eingegeben worden ist, in einen Akkumulator 16 eingespeichert.

Die gleiche Rechnung wird in jeder Kanalzeit durchgeführt und das Rechenergebnis einer jeden Kanalzeit wird in dem Akkumulator 16 gespeichert. Die Rechenergebnisse des ersten bis elften Kanals, die in den Akku-

mulator 16 eingespeichert worden sind, werden wiederum in eine von einem Impulstakt Φ₂ getaktete Halteschaltung 17 eingegeben. Der Impulstakt Φ₂ wird von der letzten Stufe eines zwölfstufigen Ringzählers 27 abgeleitet, der von dem die einzelnen Kanalzeiten definie-

renden Impulstakt Φ\ gemäß F i g. 2 getaktet wird. Alle zwölf Impulse des Impulsiaktes Φ\ wird ein Impuls des Impulstaktes Φ₂ erzeugt. Der Akkumulator 16 wird von einem Signal gelöscht, das durch Verzögerung des Impulstaktes Φ₂, beispielsweise durch den Impulstakt Φ_ο,

so erzeugt wird.

Der in die Halteschaltung 17 eingespeicherte Wert wird einem Digital/Analog-Umsetzer (DAC) 18 zugeführt und in ein entsprechendes Analogsignal umgesetzt. Die obige Beschreibung erfolgte anhand einer Operation, die zu einem von der Zeitfunktion, z. B. f = 1, vorgegebenen festen Zeitpunkt erfolgt. Die gleiche Berechnung wird auch für andere von dem Zeitfunktionsgenerator 24 vorgebene Zeitfunktionen t durchgeführt, so daß das vom Digital/Analog-Umsetzer 18 erzeugte Analogsignal mit der Zeitfunktion t variiert. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Analog/Digital-UmSetzcrs 18 einem Klangsystem 19 zur Abstrahlung eines Musiktones zugeführt.
Die obige Beschreibung erfolgte anhand eines Falles,

bei dem von dem Generator 23 für Algorithmus-Steuer-" zeichen die in Tabelle 1 angegebenen Algorithmus-Ste'ierzeichen Li-L₄ erzeugt verden. Nachfolgend wird nun ein Fall beschrieben, bei dem die Algorithmus-"

29 43 901

9 10

, Steuerzeichen Ls-Wm der in Tabelle 2 angegebenen eingegebenen Wert

I Reihenfolgeauftreten: ^ A₁ sin K^₊A₂ sin/^i

^{a e e} zum Zeitpunkt des Synchronisiersignals SY₂ im Addie-

SY i_t I₄ i^ i₄ 5 rer 7 hinzuaddiert und entsprechend der im Addierer 7 ermittelten Summe wird aus dem Sinuswellenspeicher 8,

1 0 10 0 der Sihuswellenfunktionswert

2 10 0 0 sin (K₃Wt+A\ sin K\Wt+A₂ sin K₂Wt)

3 0 0 1 0 I₀ ausgelesen.

4 10 0 0 Der ausgelesene Wert wird in dem Multiplizierer 9

5 ι ο 0 0 ^m't dem Hüllkurvensignal A3 multipliziert und das Pro·*

6 0 0 0 1 ^dukt

A₃ sin (K₃UJt+A\ sin /Ci<yf+,4.2 sin K₂Wt)

wird über die Addierer 10 und 13 von dem Signal L₃ in

Mit diesen Algorithmus-Steuerdaten L₁- L₄ erfolgt die Halteschaltung 14 eingegeben,

die Rechnung nach der folgenden Gleichung (6): Zum Zeitpunkt des Synchronisiersignals SY₄ erzeugt

e(t) = A₃ sin (K₃Ot+A₂ sin K₂Wt ^der Tonhöhendaten-Genertor 21 den Wert K₄, der Hüll-

+A ι sin K\(ot)+ Ab sin [Kf₁W ²⁰ kurvensignal-Generator 22 das Hüllkurvensignal A₄ und

+ A₅ sin <K-«tf+A₄ sin A₄Af*. (6) ^de' Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen das

Zeichen (Li-L₄) »1000«, in dem das Signal L\ »1« ist

Im Zeitfenster des Synchronisiersignals SY\ erzeugt Hierdurch wird das Tor 5 geöffnet. Auf diese Weise wird

der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert K\, der der errechnete Wert A₄ sin K\wt über den Multiplizierer

Hüllkurvensignal-Generator ein Hüllkurvensignal A\ 25 6, den Addierer 7, den Sinuswellenspeicher 8, den Multi*

und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen plizierer 9, den Addierer 10 und Tor 5 in das Register 4

das Steuerzeichen (L]-L₄) »0100«, in welchem das Si- eingegeben.

gnal L₂ »1« ist. Hierdurch wird das Tor 12 geöffnet. Das Im Zeitfenster des Synchronisiersignals 5Vs erzeugt

Aasgangssignal des Multiplizierers 6, der den von dem der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert Ks, der

Generator 3 für Phasenwinkeldaten gelieferten Phasen- 30 Hüllkurvensignal-Generator 22, das Hüllkurvensignal

winkel at mit dem von dem Tonhöhendaten-Generator As und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzei-

21 gelieferten Wert K\ multipliziert, wird über den Ad- chen (Lx-L₄) das Zeichen »1000«, bei dem nur das Si-

dierer 7, an dessem anderen Eingang zu diesem Zeit- gnal L\ »1« ist. Hierdurch wird das Tor 5 geöffnet. Der

— punkt kein Signal ansteht, dem Sinuswellenspeicher 8 Ausgangswert K$a-t des Multiplizieren 6 und der Wert ■

zugeführt. Aus dem Sinuswellenspeicher 8 wird ein ent- 35 A4 sin K₄Wt, der in Zeitfenster des Synchronisiersignals

sprechender Sinuswellenfunktionswert ain K\wt ausge- SY₄ in das Register4 eingegeben worden war, werden in

lesen. Dieser Wert wird in dem Multiplizierer 9 mit dem dem Addierer 7 addiert und aus dem Sinuswellenspei-

von dem Hüllkurvensignal-Generator 22 erzeugten eher 8 wird entsprechend der im Addierer 7 stehenden

Hüllkurvensignal A₁ multipliziert, und das Produkt A.\ Summe der Sinuswellenfunktionswert

sin K\cot wird in das Register 11 eingegeben. Das Regi- 40 ■ ,„ , . ■ „ ,,

ster 11 wird über den Addierer 10, an dessem anderen ^S!n (^Α'^β>ί+Λ«^sm ^ρ-*^ων

Eingang zu diesem Zeitpunkt kein Signal ansteht und ausgelesen. Der ausgelesene Wert wird in dem Multipli-

das von dem Signa! L₂ geöffnete Tor 12 von dem Impuls- z'erer 9 mit dem Hüllkurvensignal As multipliziert und

taki#ogetakiei. das Produkt

In dem Zeitfenster des Synchronisiersignals SY₂ er- 45 . ■ _/L, . ■ ,, ,

zeugt der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert K₂, ^M ^sm <^K^^t+A* ^sin ^K«»0

der Hüllkurvensignalgenerator 22 das HüNkurvensignal wird über den Addierer 10 und das Tor 5 in das Register

A₂ und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzei- 4 eingegeben.

chen (L\ — L₄) das Zeichen »1000«, bei dem das Signal L\ Zum Zeitfenster des Synchronisiersignals SYt erzeugt

»1« ist. Daher wird das Tor 5 geöffnet. Dem Addierer 10 50 der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert Ki, der

wird über den Multiplizierer 6, den Addierer 7. den Si- Hiillkurvensignal-Generator 22 das Hüllkurvensignal

nuswellenspeicher 8 und den Multiplizierer 9 ein Wert At und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzei-

A₂ sin Κ₂ωί zugeführt, der in der beschriebenen Weise chen das Steuerzeichen (Li-L₄) »0001«, bei dem nur

berechnet worden ist. Der Addierer 10 addiert den im das Signal L₄ »1« ist. In diesem Zeitfenster werden der

Zeiifenster des Synchronisiersignals SY\ in das Register 55 Ausgangswewrt Ke t des Multiplizierers 6 und der im

11 eingegebene und nunmehr am anderen Eingang des Zeitfenster des Synchronisiersignals SY5 in das Register

Addierers 10 anstehenden Wert A\ sin K\cot zu dem 4 eingegebene Wert

Wert A₂SmK₂Wt und liefert die Summe . . ,„ ... . „ .,

As sin (KsWt+ A₄ sin K₄Wt)

^1J ' ² ^2ύ) 60 im Addierer 7 addiert und aus dem Sinuswellenspeicher

über das Tor 5 an das Register 4. 8 wird entsprechend dem Summensignal am Eingang

Im Zeitfenster des Synchronisiersignals 5V₃ erzeugt ^ . . _/v. , . . „ ,

der Tonhöhendaten-Generator 21 den Wert K₃, der K₆Wt+A₅ sin (K₅wti-A₄ sin K₄Wt)

Hüllkurvensignal-Generator 22 ό».ζ Hüllkurvensignal der Sinuswellenfunktionswert

„ A₃ und der Generator 23 für Algorithmus-Steuerzei- 65 . ,„ ... ■ ,„ . , , ■ „ ,„»

.chen das Zeichen (U-L₄) »0010«, in dem das Signal L₃ ^sin \^K^^t+A ^sin (^Wt₊A₄ sm K₄Wt^

»1«ist In diesem Zeitfenster wird der von dem Multipli- ausgelesen. Dieser Sinuswellenfunktionswert wird dem

zic-er 6 gelieferte Wert K₃wt zu dem in das Register 4 Multiplizierer 9 zugeführt, um mit dem Hüllkurvensi-

• 1 1

Ii

gnal Ab multipliziert zu werden.
Das Produkt der Multiplikation

Ab sin {KiCot+As sin (Kytat+M sin

wird über den Addierer 10 dem Addierer 13 zugeführt. Dieser Wert wird im Addierer 13 zu dem im Zeitfenster des Synchronisiersignals SY₃ in die Halteschaltung 14 {eingegebenen Wert

A₃ sin (K₃O)I+A₂ sin K₂(Ot+A\ sin Κ\ωή
hinzuaddiert. Die Summe

A₃ sin (K₃ü)t+A₂ sin K₂(Ot+A\ sin
+ /4₆ sin [Ke(Ot+As sin KA

"wird auf das Signal La hin in die Halteschaltung 15 eingespeichert.

Die obige Beschreibung erfolgte anhand einer Kanalzeit in derselben Weise wie die Operation gemäß der

■ obigen Tabelle 1. Eine ähnliche Operation wird während jeder Kanalzeit durchgeführt und das Rechenergebnis für jeden Kanal, das in der Halteschaltung 15 gespeichert ist, wird dem Akkumulator 16 zugeführt. Der In-

■ halt des Akkumulators 16 wird in derselben Weise, wie ,oben beschrieben wurde, dem Schallsystem 19 über die I von dem Impulstakt Φ₂ gesteuerte Halteschaltung 17 " Oind den Digital/Analogumsetzer 18 zugeführt.

Die oben beschriebenen Operationen stellen nur Beii'spiele verschiedener Operationen dar, die mit der erfintlungsgemäßen Einrichtung durchgeführt werden können. Wenn die Algorithmus-Steuerdaten L\ bis L₄ beispielsweise die in Tabelle 3 angegebene Folge haben, wird entsprechend den Synchronisiersignalen SY\ -SYa die Gleichung

Φ) =

L,

L₂

L₁

1	1	0
2	0	1
3	1	0
4	0	1
5	1	0

10

+ Aa sin (tUmt+M sin Κ₃ωή + A-: sin (Ksdjt+As sin
+ Ai sin (K%mt+Ai i

realisiert, wodurch eine Berechnung nach Art einer Modulation »vier Reihen mit einem Ausdruck« ausgeführt werden kann.

Tabelle 3

SY

L,

6	0	1	0
7	1	0	0
8	0	0	1

Wenn die Algorithmus-Steuerdaten L\—L, die in Tabelle 4 angegebene Folge haben, wird die Gleichung

e(t)

realisiert.
Tabelle 4

₁ sin Κ,ωί

SY

L₃.

20

25

1	0	0
2	0	U
3	0	0
4	0	0
5	0	0
6	0 1	0
7	0 1	0

30

In diesem Fall wird die Rechnung zur Erzeugung eines Musiktones nicht mit dem oben beschriebenen Frequenzmodulationsystem (nach Tabellen 1 bis 3) ausgeführt, sondern nach dem System der Harmonischenana-

:5 lyse.

Das oben beschriebene Algorithmus-Steuerzeichen L\ — Li, ist in dem Generator 23 für Algorithmus-Steuerzeichen entsprechend den Tonfarben 7Ci-FC_n derart gespeichert, daß jedes Steuerzeichen einem optimalen Algorithmus für die ausgewählte Tonfarbe (Toneigenschaften) entspricht. Die Berechnung nach dem optimalen Algorithmus für die ausgewählte Tonfarbe v/ird durchgeführt, indem ein Tonsignal gebildet werden kann, das dieser Tonfarbe am besten angepaßt ist.

■*5 Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch in solchen Fällen anwendbar ist, in denen die Rechnung zur Bildung eines Tonsignales auch nach anderen Gleichungen als den oben beschriebenen Gleichungen erfolgt. Die aus Addierern, MultipHzierern.Torschaltungen und Haiteschaltungen bestehende Rechenschaltung kann auch auf andere Weise ausgeführt sein, um die angegebene Rechensynthese durchzuführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 gen die Anwendung von Gleichung (1) darstellt: mPatentansprüche: ,

1. Elektronisches Musikinstrument mit einer Ta- e(t) = 2 A_k (t) sin {«_u<a t + /_A CO sin H₂^ >) Statur, deren Tasten die Noten der zu spielenden ο *-ι ... Töne kennzeichnen, einer Einrichtung (2, 3) die für ⁽ ' jede gedrückte Taste eine digitale Kennzahl erzeugt, Hierin sind AiJt), lieft), Jt= 1... m und η, η\ι<ω, fykco die und mit einer Tonsignalbildungsschaltung (6 bis 18), gleichen Größen wie A(t), l(l)i\\co und η₂ω.

welche eine Algorithmus-Ausführungsschaltung (6 Der Algorithmus wird ferner nach der folgenden

bis 15) zur Durchführung von Rechenoperationen io Gleichung (3) ausgeführt, die durch Polynomvertau-

nach einem vorgegebenen Algorithmus enthält,der- schungvonGleichung(l)entsteht:

art, daß für jede gedrückte Taste ein Tonsignal mit

einer dem Algorithmus entsprechenden Toneigen- t ™

schaft erzeugt wird, dadurch gekennzeich- ^eW ⁼ A(t)sinyi_xtat + 2^I_k(t) sin ^

net, daß die Algorithmus-Ausführungsschaltung (6)5 *"' «)

bis 15) steuerbare Schaltungen enthält, die mehrere

unterschiedliche Algorithmen ausführen können. Hierin sind A(t), Irft). η\ω und n₂kco gleich den betref-

und daß ein Generator (23) zur Lieferung von Algo- fenden oben erläuterten Werten.

rithmus-Steuerzeichen (Li bis Li) vorgesehen ist, die Der Algorithmus bei einem derartigen elektronischen

der Algorithmus-Ausführungsschaltung (6 bis 15) 20 Musikinstrument kann ferner durch Realisierung der

zugeführt werden und diese jeweils auf einen ande- folgenden Gleichung (4) ausgeführt werden, die durch

ren Algorithmus einstellen. Verschachtelung von Gleichung (1) entsteht:

2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Algorithmus- e(t) = A(t)sm[n_ttot + I,(t) sin π₂ωί+I₂(t) sin znat].

Ausführungsschaltung aus einer Kombination von 25 ,..

arithmetischen Schaltungen besteht, die durch von ^l '

den Algorithmus-Steuerzeichen (Lu La, Lz, Li) ge- Hierin ist ein Ausdruck von Gleichung (1) einer Fre-

steuerte Tore (5,12) bzw. Halteschaltungen (14,15) quenzmodulathn in einem Doppelmodus unterworfen,

zur Durchführung der Rechnung nach dem einge- A(t), I\(t), h(t), η>ω, η₂ω und mm sind dieselben Größen

stellten Algorithmus miteinander verbunden sind. 30 wie oben erläutert.

Obwohl verschiedene Einrichtungen zur Erzeugung

von Tönen unter Ausführung der oben beschriebenen

Algorithmen entwickelt worden sind, kann jede dieser

■— Einrichtungen nur einen der beschriebenen Algorith- ■ Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstru- 35 men ausführen, d. h. lediglich einen Algorithmus fester ment mit einer Tastatur, deren Tasten die Noten der zu Art, für den die Einrichtung konzipiert ist. spielenden Töne kennzeichnen, einer Einrichtung, die Die harmonischen Spektren der durch Ausführung für jede gedrückte Taste eine digitale Kennzahl erzeugt, der oben beschriebenen Algorithmen erhaltenen Tonsi- und mit einer Tonsignalbildungsschaltung, welche eine gnale sind allerdings unterschiedlich voneinander, so Algorithmus-Ausführungsschaltung zur Durchführung 40 daß mit einem einzelnen Algorithmus nicht alle Arten von Rechenoperationen nach einem vorgegebenen AI- von Tonfarben (Toneigenscha'ten) erzeugt werden köngorithmus enthält, derart, daß für jede gedrückte Taste nen. Beispielsweise eignet sich ein Tonsignal, das durch ein Tonsignal mit einer dem Algorithmus entsprechen- Ausführung der Rechnung nach Gleichung (1) entstanden Toneigenschaft erzeugt wird. den ist, zwar für die Synthese bestimmter Tonfarben, Zum Stand der Technik gehört ein elektronisches 45 jedoch nicht für die Synthese anderer Tonfarben. Das Musikinstrument (DE-OS 29 45 518), bei dem die Tonsi- gleiche gilt auch für ein durch Ausführung von Gleignale (oder Tonquellensignale) durch Ausführung eines chung (2), (3) oder (4) entstandenes Tonsignal, bestimmten abgebraischen Algorithmus erzeugt wer- Die bekannten Einrichtungen, die jeweils nach einem den. Dieser Algorithmus ist fest und in Abhängigkeit festen Algorithmus (d. h. nach nur einer Art von Algovon diesem festen Algorithmus werden Töne verschie- 50 rithmus) arbeiten, sind hinsichtlich des Bereichs der zu dener Tonfarben erzeugt. Bei einem elektronischen Mu- erzeugenden Tonfarben (Toneigenschaften) beschränkt, • sikinstrument, das in Frequenzmoduiationstechnologie so daß eine hinreichende Vielfalt der Tonfarben nicht

arbeitet, wird beispielsweise ein grundlegender Algo- erzielt werden kann.

rithmus nach folgender Gleichung ausgeführt: Aufgabe der Erfindung ist es. ein elektronisches Mu-

-■ 55 sikinstrument der eingangs genannten Art zu schaffen,

e(t) = A(t) sm \n\OJt + l(t) sin H₂OJt]. (1) das imstande ist, mit einer einzigen Schaltung wahlweise

„, unterschiedliche Algorithmen auszuführen, die anhand

Hierbei ist A(t) ein Koeffizient, der die Größe der der gewünschten Toneigenschaft (Tonfarbe) einstellbar

ε Amplitude der berechneten Wellenform (d. h. der Hüll- sind, so daß eine große Vielfalt erzeugter Töne möglich

kurvenamplitude) bestimmt. I(t) ist eine Konstante, die 60 ist.

von der Modulationstiefe (dem Modulationsindex) ab- Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorhängt, n\ und 1J2 sind jeweils Winkelgeschwindigkeiten, gesehen, daß die Algorithmus-Ausführungsschaltung die die Frequenz des Trägers und diejenige der Modula- steuerbare Schaltungen enthält, die mehrere unteftionswelle bestimmen. Diese Winkelgeschwindigkeiten schiedliche Algorithmen ausführen können, und daß ein . entsprechen der Tonhöhe einer gedrückten Taste. 65 Generator zur Lieferung von Algorithmus-Steuerzei- > Bei einem elektronischen Musikinstrument dieser Art chen vorgesehen ist, die der Algorithmus-Ausführungserfolgt auch eine Berechnung nach einem Algorithmus schaltung zugeführt v/erden und diese jeweils auf einen entsprechend der folgenden Gleichung (2), die so^usa- anderen Algorithmus einstellen.