DE3133757A1

DE3133757A1 - "elektronisches musikinstrument mit festformanten-synthese2"

Info

Publication number: DE3133757A1
Application number: DE19813133757
Authority: DE
Inventors: Mitsumi Hamamatsu Shizuoka Katoh
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1982-09-16
Also published as: US4406204A; DE3133757C2; JPS5746295A; JPS6242515B2

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD £ISHOLQ. -. VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

AH

NIPPON GAKKI- SEIZO KABUSHIKI KAISHA 10-1, Nakazawa-cho, Hamamatsu-shi Shizuoka-ken, Japan

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Dr.-Ing. K.W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln

DfiCHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

25. August 1981 Sg-f ζ

Elektronisches Musikinstrument mit Festformanten-Synthese

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit Festformanten-Synthese· /mit einer Notenauswahleinrichtung und einer Tonerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Harmonischenanteile enthaltenden Tonsignals entsprechend einer an der Notenauswahleinrichtung ausgewählten Note und mit einem wählbaren festen Formanten.

Natürliche Musikinstrumente haben bekanntlich ihre eigenen festen Formanten, die jeweils dem Aufbau des Musikinstrumentes eigen sind und im Falle eines Pianos beispielsweise von der Ausbildung des Resonanzbodens bestimmt werden. Auch die menschliche Stimme hat einen festen Formanten und dieser feste Formant charakterisiert die der menschlichen Stimme eigene Tonfarbe. Um die Tonfarbe eines natürlichen Musikinstrumentes oder einer menschlichen Stimme in einem

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elektronischen Musikinstrument nachzuahmen, muß ein Ton mit der einem festen Formanten eigenen Tonfarbe synthetisiert werden.

Zur Realisierung eines festen Formanten in einem elektronischen Musikinstrument sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines besteht darin, ein festes Analogfilter zu verwenden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß. ein Analog'filter mit einer hinreichenden Güte Q zur Realisierung eines festen Formanten extrem teuer ist und daß für jeden festen Formanten bzw. für jede Tonfarbe ein festes Filter vorhanden sein muß.

Im Stand der Technik sind digitale elektronische Musikinstrumente mit Tonsynthese auf der Basis fester Formanten aus folgenden Druckschriften bekannt:

a. US-PS 3 809 786,

b. JA-OS 1979-81824,

c. US-PS 4 018 121,

d. JA-OS 1980-18623. '

Die oben angegebene US-PS 3 809 786 und die JA-OS 1979-81824 beschreiben einen Stand der Technik, bei dem ein Partialtonsignal für jeden Harmonischenanteil eines Tones erzeugt und mit einem Amplitudenkoeffizient' der für jede Harmonische eingestellt wird, multipliziert wird. Anschließend werden die Partialtonsignale

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addiert ,um ein Tonsignal mit der gewünschten Spektralstruktur zu erzeugen. Ein derartiges Musikinstrument eignet sich für die Synthese eines Tones, dessen Spektralstruktur der jeweiligen Harmonischenanteile von einer Änderung der Grundfrequenz nicht beeinträchtigt wird, es ist jedoch ungeeignet für eine Tonsynthese auf der Basis fester Formanten. Zur Realisierung eines elektronischen Musikinstrumentes mit festen Formanten muß ein Satz von Harmonischen-Am-

TO plitudenkoeffizienten, die von Taste zu Taste unterschiedlich sind, für jeden festen Formanten vorgesehen sein. Dies erfordert einen Speicher mit extrem großer Kapazität.

Die US-PS 4 018 121 beschreibt eine Tonsynthese mit gewünschter Spektralstruktur durch Frequenzmodulationsrechnung im Audiobereich. Die JA-OS 1980-18623 beschreibt eine Tonsynthese auf der Basis eines festen Formanten unter Verwendung der Frequenzmodulationsrechnung.

' 20 Nach der Lehre der JA-OS 1980-18623 wird die Mittenfrequenz eines festen Formanten zu derjenigen flarmonischenfrequenz modifiziert, die der Mittenfrequenz des durch Drücken einer Taste bestimmten • Tones nächst-benachbart ist. Auf diese Weise wird

•25 durch eine Frequenzmodulationsrechnung ein Formant erzeugt, der als Mittenkomponente die modifizierte Mittenfrequenz (d.h. die Harmonischenfrequenz) hat. Der Grund für die Modifizierung bzw. Verschiebung der

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— 4** —

Mittenfrequenz des festen Formanten auf die nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz besteht darin, daß beim Zusammenbringen einer Trägerfrequenz und einer Modulationsfrequenz für die Frequenzmodulationsberechnung einer Harmonischenfrequenz des gewünschten Tones Seitenfrequenzen entstehen, die Harmonischenanteile des Tones bilden. Wenn jedoch zwischen der Formanten-Mittenfrequenz und der Harmonischenfrequenz eine Diskrepanz besteht, weicht der synthetisierte Formant von dem gewünschten festen Formanten ab. Diese Differenz stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn die Grundfrequenz (f..) eines zu erzeugenden Tones relativ hoch ist. Ein Beispiel einer Spektralhüllkurve für den Fall, daß die Grundfrequenz (f ) niedrig ist, ist in Figur '1a dargestellt und ein Beispiel einer Spektralhüllkurve in dem Fall, daß die Grundfrequenz (f_Q) hoch ist, ist in Figur 1b dargestellt. In diesen Figuren bezeichnen die durchgezogenen Linien die Spektralhüllkurven fester Formanten, die synthetisiert werden sollen ,und die gestrichelten Linien Spoktralhüllkurven der Formanten, die nach den bekannten Verfahren tatsächlich erzeugt werden. Wenn die Grundfrequenz (f_Q) niedrig ist, ist das Intervall zwischen den jeweiligen Harmonischenfrequenzen (f_Qr 2f_n, 3f ...) relativ eng und die Differenz zwischen den Mittenfrequenzen (f_f1 f_f2> eines gewünschten

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AS

festen Formanten und den Harmonischenfrequenzen (3f_n, 8f_n) in der Nähe der Mittenfrequenzen ist nicht so groß, wie Figur 1a zeigt.Die Differenz zwischen dem um die Harmonischenfrequenzen (3f_n, ^Jf(J synthetisierten Formanten und dem gewünschten festen Formanten ist vernachlässigbar klein. Wenn die Grundfrequenz (f«) dagegen hoch ist, ist das Intervall zwischen den Harmonischenfrequenzen (fQ, 2f-, 3f„ ...) groß und die Differenz zwischen den Mittenfrequenzen (f_f1 / f_f?) des gewünschten festen Formanten und den Harmonischenfrequenzen (l⁷ _n, 2f_) in der Nähe des Formanten ist ebenfalls gx-oß. In diesem zweiten Falle wird der um die Harmonischenfrequenzen (f_Q» ^fq) synthetisierte Formant gegenüber dem gewünschten festen Formanten gemäß Figur 1b wesentlich verzerrt, mit dem Ergebnis, daß die Tonfarbe des Tones nachteilig beeinflußt wird. Beispielsweise ist in Figur 1b die Originalamplitude der Harmonischenfrequenz 2f_Q "£„", jedoch ist die tatsächliche Amplitude "L" und dieser Wert ist infolge der durch die gestrichelte Linie angedeuteten Formantenverschiebung viel größer als £.„. Daher ist es schwierig »auf diese Weise die gewünschte Tonfarbe zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Musikinstrument der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Annäherung an die natürliche Tonfarbe trotz der Formantenverschiebung ver-

bessert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Tonerzeugungseinrxchtung, die folgenden Baugruppen enthält:

eine Einrichtung für die Formantensyntheti-

sierung zur Erzeugung des Tonsignals entsprechend einem Formanten, der als Mittenkomponente eine der Harmonischenfrequenzen der ausgewählten Note aufweist, die sich in der Nähe einer Mittenfrequenz dos festen Formanten befindet/ und

eine Amplitudenkorrektureinrichtung zur Amplitudensteuerung des Formanten, entsprechend der Differenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Formanten und der die Mittenkomponente bildenden Harmonischenfrequenz.

Nach der Erfindung wird die Amplitudendifferenz, die durch die Verschiebung der Mittenfrequenz des Formanten entsteht, korrigiert/um die richtige Größe des Signalniveaus wieder herzustellen.Dies geschieht bei einem elektronischen Musikinstrument, bei dem die Mittenfrequenz eines festen Formanten auf diejenige Harmonischenfrequenz des durch Drücken einer Taste bezeichneten Tones verschoben wird, die der Mittenfrequenz nächst-benachbart ist. Der erzeugte Ton wird also auf der Basis eines Formnnten

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%0

synthetisiert, der eine modifizierte Mittenfrequenz als Zentralkomponente aufweist. Der Grundgedanke der Erfindung ist schematisch in Figur 2 dargestellt. In Figur 2 ist die Spektralhüllkurve eines gewünschten festen Förmanten durch die durchgezogene Linie in gleicher Weise wie in Figur 1 dargestellt und ein Formant/der entsteht/wenn die Mittenfrequenz (f..) sich auf eine Harmonischenfrequenz (kf_fl) in der Nähe der Mittenfrequenz ändert, ist gestrichelt dargestellt. Da der Amplitude der Mittenkomponente des Original-Formanten L ist, ist das Signalniveau des modifizierten Förmanten bei der Harmonischenfrequenz (kf ) ebenfalls L. In dem Original-Formanten ist jedoch die Amplitude der Harmonischenfrequenz (^kfn* "^q" ' ^{Nach der} Erfindung wird ein der Differenz zwischen den Werten L und 9, entsprechender Korrekturwert erzeugt, um die Formantenamplitude zu korrigieren und den Originalwert I^ zu erzeugen. Der Korrekturwert I wird auf der Grundlage der Frequenzdifferenz Af zwischen der Orignal-Mittenfrequenz (f_f) und der modifizierten Mittenfrequenz (kf.) erzeugt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Tonsynthese auf der Basis fester Förmanten durch Frequenzmodulation im Audiobereich unter Benutzung der Formanten-Mittenfrequenz als Träger. Grundsätzlich wird ein Tonsignal e(t) durch die folgende Frequenzmodulationsformel synthetisiert:

-fr

eit) = A sin (ω t + I si-ηω t) ... (1),

c m

wobei ω die Winkelfrequenz derjenigen Harmonischen-

frequenz kf darstellt, die der Mittenfrequenz f ,. des Original-Formanten am nächsten benachbart ist.

I ist ein Modulationsindex und ω die Winkelfrequenz einer Modulationswelle. Als Winkelfrequenz ω wird die Grundfrequenz oder eine Harmonischenfrequenz des durch Drücken einer Taste an der Tastatur bezeichneten Tones benutzt. Entsprechend Formel 1 werden mehrfache Seitenfrequenzen zu beiden Seiten der Winkelfrequenz des Trägers ω in Intervallen der Winkelfrequenz der Modulationswelle ώ erzeugt, wodurch ein Formant mit der Winkelfxequenz des Trägers ω als Mittenkomponente gebildet werden karir.. In der Formel 1 kennzeichnet A einen Amplitudenkoeffizienten, durch den die Amplitude des gesamten Formanten bestimmt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Korrektur der Formantenamplitude durch Steuerung des Amplitudenkoeffizienten A durchgeführt. Amplitude bezeichnet hier generell die Höhe bzw. das Niveau der Kurve. Wenn die Amplitude der Mittenfrequenz f.. des Original-Formanten L ist und wenn I die der Frequenzdifferenz Af zwischen den Frequenzen f_f und kf~ entsprechende Korrekturamplitude ist, kann die Amplitudenkorrektur durchgeführt werden, indem der Amplitudenkoeffizient

BAD ORIGINAL

A nach der folgenden Gleichung ausgedrückt wird:

A = D- (L-A) (2) .

Die Amplitudenkorrektur kann auch dadurch erfolgen, daß ein Amplitudenkorrekturbetrag ?,', der der Frequenzdifferenz Af entspricht, als Koeffizient benutzt wird - und der Amplitudenkoeffizient A nach der folgenden Gleichung ausgedrückt wird:

A = D . U¹ - L) · (2¹) .

In den Gleichungen 2 und 2' bezeichnet D einen von anderen Amplitudenbestimmungsfaktoren abhängigen Faktor. Durch Umsetzen dieser Formeln in entsprechende Schaltungen wird die Gesamtamplitude eines zu erzeugenden Formanten nach der Erfindung verringert, wie dies in Figur 2 durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist. Die Amplitude bei der Harmonischenfrequenz (kf_n), die zur Mittenkomponente des Formanten gemacht worden ist, bildet die Original-Amplitude ?,_Q.

Die obige Formel 1 gilt, wenn ein einzelner Formant benutzt wird. Ein Ton besteht jedoch generell aus einem Formantensatz, der mehrere Formanten aufweist. In diesem Fall wird das Tonsignal e(t) durch die folgende Formel synthetisiert:

BAD ORSGINAL

- te -

e(t) = Σ A. sin (ω . t + I. sinui '. t ... (3). . _ι χ ci ι mi

Hierin bezeichnet i die Ordnungszahl (1,2,3. ... N) der Formanten und N die Gesamtzahl der Formanten. Die erfindungsgemäße Amplitudenkorrektur erfolgt für jeden der Formanten.

Die oben beschriebene Steuerung der Gesamtamplitude des Formanten ist voll wirksam zur Korrektur der Amplitude bei der Harmonischenfrequenz kf«, die die Mittenkomponente des Formanten bildet, aber unzureichend für die Amplitudenkorrektur von Harmonischenfrequenzen, die in der Nähe der Frequenz kf_Q liegen. Wenn beispielsweise in einem einzigen Formanten die Harmonischenfrequenzen (kf_n, k + 1 f_Q) enthalten sind,wie dies in dem durchgezogenen Formanten in Figur 3 dargestellt ist, hat nicht nur die Harmonischenfrequenz kf_Q, die der Mittenfrequenz f_f des Formanten nächst-benachbart ist, eine Amplitude von A_n ¹ sondern auch die Harmonischenfrequenz ((k + 1) f ), die darüber liegt. Durch Verschiebung der Formantenmitte auf die Stelle der Harmonischenfrequenz kf_n (gestrichelte Linie) verringert sich die Amplitude der Harmonischenfrequenz ((k + 1) f_Q) in der Nähe der Harmonischenfrequenz kf_Q gegenüber dem Originalwert &q'· Durch entsprechende Steuerung der gestrichelt gezeichneten Formantenamplitude auf die strichpunktierte Linie

IH

mit der oben beschriebenen Amplitudenkorrektur . wird die Amplitude der Harmonischenfrequenz ((k + 1) f~) gegenüber dem Orignalwert £_Q' noch weiter verringert. Diese Erscheinung ist insbesondere bemerkenswert, wenn die Mittenfrequenz f_ des Original-Formanten etwa in der Mitte zwischen den Harmonischenfrequenzen kf~ und ((k + 1) f_n) liegt.

Nach der Erfindung werden zwei Versionen angeboten, um die durch Verschiebung der Mittenkomponente des Formanten auf die nächst-benachbarte Frequenz kf_Q bewirkte Amplitudenverkürzung bei Frequenzen um die Harmonischenfrequenz kf_Q herum zu kompensieren.

Eine dieser Versionen (im folgenden als "Version I" bezeichnet) besteht darin, neben einem Formanten, dessen Mittenkomponente aus der der Mittenfrequenz fr: eines Original-Formanten nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz kf_Q besteht, einen weiteren 0 Formanten zu bilden, der als Mittenkomponente eine Harmonischenfrequenz ((k-1)f_Q) oder((k+1)f_Q) hat, die der Harmonischenfrequenz kf_Q benachbart ist, jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenfrequenz f_f des Original-Formanten liegt. Wenn beispielsweise die Harmonischenfrequenz kf_Q der Mittenfrequenz f,- des Original-Formanten kleiner ist als die Mittenfrequenz f-,d.h. kf_Q < f_, wie in

BAD ORIGINAL

15

Figur 4a dargestellt, wird der durch die strichpunktierte Linie dargestellte weitere Formant so gebildet, daß er als Mittenkomponente die Harmonischenfrequenz ((k + 1)f_Q) hat, die gegenüber der Frequenz f~ höher liegt. Wenn die Harmonischenfrequenz kf« größer ist als die Mittenfrequenz f-, d.h. kf~ > f_f, wie in Figur 4b dargestellt, wird der durch die strichpunktierte Linie dargestellte weitere Formant so gebildet, daß seine Mittenkomponente auf die gegenüber der Frequenz fj niedrigere Harmonischenfrequenz Hk-IJf,*) gelegt wird. Wenn kf_Q = f_f ist, besteht kein Bedarf nach einem weiteren Formanten. Obwohl die gesamte Amplitude ?,q' des weiteren Formanten entsprechend der Differenz zwischen der Mittenfrequenz f^ des Orignal-Formanten und der Harmonischenfrequenz ((k+1) f_Q) oder (k-1)f_Q) bestimmt werden kann, die die Mittenkomponente des anderen Formanten bildet, kann die Gesamtamplitude l_Q ' des weiteren Formanten auch auf einen bestimmten festen Wert eingestellt werden, der sich dazu eignet, die Amplitude des anderen Formanten zu einem gewissen Grade zu verstärken. Die strichpunktierten Formanten in den Figuren 4a und 4b können auch als Subordinatenformanten oder Hilfsformanten zu den gestrichelt dargestellten Formanten bezeichnet werden, die die primären Formanten bilden. Wie oben beschrieben wurde, kann ein gewünschter Formant (der in Figur 4 durch die durchgezogenen Linien angegeben ist) nach der Version I durch

Hi

- "Wodurch Synthese zweier (in Figur 4 gestrichelt und strichpunktiert dargestellter) Formanten realisiert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Tonsignal e(t) nach Version I grundsätzlich durch die folgende aus zwei Ausdrucken bestehende Frequenzmodulationsformel synthetisiert:

e(t) = I (A₁SXn ((^t + I₁ sinco t) i=1

+ A^ sin (ω_σ,_Α t + I¹^ sinm_mli t) ) .... (4)

Hierbei stellt ω . die Winkelfrequenz derjenigen Harmonischenfrequenz kf_fi dar, die der Mittenfrequenz f_f des i-ten Formanten nächst-benachbart ist und ω ,. stellt die Winkelfrequenz derjenigen Harmonischenfrequenz dar, die der der Mittenfrequenz f_ des i-ten Formanten nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz kf_Q benachbart ist (d.h. (k+1)f_Q im Falle von kf_Q < f_f und (k-1)f_Q im Falle von kf_Q > f^). Wenn die Harmonischenfrequenz kf„ gleich der Mittenfrequenz f.. ist, d.h. kf_Q = f_f, wird angenommen, daß A'i "Cist.

Eine weitere Version (im folgenden als "Version II" bezeichnet) nutzt die Erscheinung, daß eine durch Frequenzmodulation erzielte Spektralhüilkurve mit zunehmendem Modulationsindex flacher wird. Daher wird

BAD ORIGINAL

in der Formel 1 oder 3 der Modulationsindex (I,Ij) entsprechend der Frequenzdifferenz Af zwischen der Mittenfrequenz f_f und der nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz kf_Q oder entsprechend dem Amplitudenkorrekturwert I (Figur 2) gesteuert. Wenn beispielsweise die Frequenzdifferenz Af zwischen der Mittenfrequenz f_f des Original-Formanten und der dieser nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz kf_Q relativ klein ist wie in Figur 5a, werden die Modulationsindizes 1,1. in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz Af etwas größer gemacht als die Original-Werte, wodurch ein (gestrichelt dargestellter) Formant erzielt wird, der verglichen mit dem (durchgezogenen) Original-Formanten etwas abgeflacht ist. Dieser abgeflachte Formant wird um die Harmonischenfrequenz kf_Q herum gebildet. Wenn die Frequenzdifferenz Af relativ groß ist, wie in Figur 5b, werden die Modulationsindizes (1,Ij₁) entsprechend der Frequenzdifferenz Af groß gemacht, wodurch ein in Figur 5b gestrichelt dargestellter abgeflachter Formant um die Harmonischenfrequenz kf_fi herum gebildet wird. Hierdurch wird nicht nur die Amplitude bei der Harmonischenfrequenz kf_Q des (gestrichelten) Formanten automatisch korrigiert, sondern auch die Amplitude der Harmonischenfrequenzen um die Frequenz kf„ herum.

BAD ORIGINAL

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann schließlich auch gelöst werden, indem Daten zur Synthetisierung eines einer gewünschten Tonfarbe entsprechenden Formanten für jede Taste vorgespeichert werden. Da die der Mittenfrequenz eines gewünschten Formanten nächst-benachbarte Harmonischen frequenz für jede Taste bekannt ist, ist auch die Frequenzdifferenz und somit der Amplitudenkorrekturbetrag £ vorbekannt. Wenn die Parameter zur Synthetisierung eines gewünschten festen Formanten für jede Taste nach der für die Amplitudenkorrektur erforderlichen numerischen Korrektur für jede Taste vorgespeichert sind, können die der jeweils gedrückten Taste entsprechenden Parameter zur Synthetisierung des Formanten aus dem Speicher ausgelesen werden. Auf diese Weise kann für jede Taste ein amplitudenkorrigierter Formant ausgelesen werden. Obwohl die Speicherung der für die Synthetisierung eines festen Formanten für jede Taste erforderlichen 0 Parameter einen Speicher mit großer Kapazität erfordert, ist bei einem elektronischen Musikinstrument mit einer relativ kleinen Anzahl von Tasten die.zusätzlich zu speichernde Datenzahl nicht erheblich, so daß keine allzu große Vergrößerung der Speicherkapazität erforderlich ist. Die Speicherung von Parametern ist daher insbesondere bei derartigen Musikinstrumenten ein sehr wirksames Mittel zur Verbesserung der Klangqualität.

BAD ORSGtNAL

- ve- -

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

Es zeigen:

Figuren 1a und 1b

Diagramme von Spektralhüllkurven originaler fester Formanten und Beispiele von Spektralhüllkurven, bei denen die Mittenfrequenz auf die nächstbenachbarte Harmonische verschoben ist, nach dem Stand der Technik,

Figur

eine Spektralhüllkurve zur schematischen Verdeutlichung der Korrektur des Amplitudenverlaufs eines Formanten,

Figur

das Diagramm einer Spektralhüllkurve bei Auftreten eines Fehlers im Amplitudenverlauf eines Harmonisehenanteils welcher der der Mittenfrequenz eines Formanten nächstliegenden Harmonischenfrequenz benachbart ist,

Figuren 4a und 4b

Hüllkurven zur Verdeutlichung der Bildung eines anderen Formanten als eine Lösung zur Korrektur des in Figur 3 verdeutlichten Fehlers,

Figuren 5a und 5b Spektralhüllkurven zur Verdeut-

BAD OFUGINAL

lichung der Steuerung eines Modulationsindex als weitere Lösung der Korrektur des in Figur 3 erläuterten Fehlers,

Figur 6 ein Blockschaltbild des gesamten Aufbaus einer Ausführungsform des elektronischen Musikinstruments,

Figur 7

10

ein Diagramm eines typischen Beispiels des festen Formanten durch eine Spektralhüllkurve,

Figur 8 ein detailiertes Blockschaltbild der in Figur 6 benutzten Parameter-Berechnungsschaltung,

Figur 9 ein Blockschaltbild des in Figur verwendeten Adressengenerators,

Figur 10 ein Flußdiagramm der Operationsfolge der Parameter-Berechnungsschaltung nach Figur 8,

20

Figur 11 ein Blockschaltbild einer in Figur 8 verwendeten Steuerschaltung,

Figur 12

25

ein Flußdiagramm der Operation einer Zustandssteuerlogik in Figur 11,

SAD ORIGINAL

Figur 13 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der im Zeitteilungsbetrieb erfolgenden Rechensteuerung einer Frequenzmodulations-Rechenschaltung, die in Figur 6 verwendet wird,

10

Figur 14 ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teiles eines anderen Ausführungsbeispiels, nämlich einer Schaltung zur Durchführung der in den Figuren 4a und 4b dargestellten Lösungen,

15

Figur 15 ein Blockschaltbild eines wesentlichen Teiles einer weiteren Ausführungsform, nämlich einer Schaltung zur Durchführung der Lösung nach Figur 5, und

20

Figur 16 ein Blockschaltbild des gesamten Aufbaus einer anderen Ausführungsform des elektronischen Musikinstrumentes .

Bei dem elektronischen Musikinstrument nach Figur 6 erfolgt die Amplitudenkorrektur in Bezug auf einen 25 .Amplitudenkoeffizienten A. nach einer Funktion, die der oben beschriebenen Formel (2) oder Formel (2¹)
entspricht/und die Synthese eines Tones (d.h. die
Synthese eines Formanten) erfolgt entsprechend der · oben beschriebenen Formel (3). Eine Tastatur enthält

SAD ORIGINAL

zahlreiche Tasten, von denen eine gedrückt ist, um die Grundfrequenz f~ eines Tones zu bestimmen. Der Ausdruck "Ton" bezeichnet hier nicht nur den Klang eines Musikinstrumentes oder einer menschlichen Stimme, sondern ganz allgemein einen Klang. Eine Erkennungsschaltung

11 für gedrückte Tasten erkennt die an der Tastatur 10 gedrückte Taste und gibt daraufhin ein Tastenwort KC aus, das ein aus mehreren Bits bestehendes kodiertes Signal darstellt und die gedrückte Taste angibt. Wenn die Taste gedrückt worden ist, wird ein kurzer Anschlagimpuls KONP erzeugt. An einem Stimmenselektor 12 kann die Tonfarbe des zu erzeugenden Tones eingestellt werden. Dieser Stimmenselektor 12 gibt ein aus mehreren Bits bestehendes und die eingestellte Tonfarbe"bezeichnendes Stimmenwort VC aus. Da der Ton auf der Basis eines festen Formanten synthetisiert wird, kennzeichnet die Einstellung eines bestimmten Tones an dem Stimmenselektor

12 die Auswahl eines gewünschten festen Formanten. Das Stimmenwort VC bezeichnet somit diesen festen Formanten.

Ein typisches Beispiel eines festen Formanten zeigt Figur 7. Der an dem Stimmenselektor 12 eingestellte feste Formant- besteht aus N Formanten, wobei N jede beliebige ganze Zahl sein kann, die an einer entsprechenden Schaltung eingestellt wird. Die Ordnungszahl i dient zur Unterscheidung einzelner Formanten voneinander. Die Ordnung i beträgt 1,2,3, ... N und kennzeichnet jeweils die Mittenfrequenzen der jeweiligen Formanten in der Reihenfolge von der niedrigsten Frequenz zu höheren Frequenzen hin. In Figur 7 sind nur drei Formanten für i = 1, i = 2 und i = N dargestellt, während die übrigen Formanten zwischen den

BAD ORIGINAL

Formanten f' und f_ fortgelassen sind. Die Mittenfrequenz f (d.h., f j.. , ff? ι ··■ ffvf) ^und die Amplituden L. (d.h. L₁, L„ ... L) der jeweiligen Formanten sowie die Spektralhüllkurven dieser Formanten nehmen Werte und Formen ein, die den einzelnen Tonfarben entsprechen (d.h. feste Formanten), welche an dem Stimmenselektor 12 einstellbar sind. Die Spektralhüllkurve eines jeden Formanten i wird durch einen Modulationsindex (I. = I₁, I~ ... I) bestimmt.

Die Rechenschaltung 13 dient zur Berechnung der Parameter ω ., ω . und (L + 1),, die für die Synthese eines

ei mi ι ²

Formanten nach der Frequenzmodulationsmethode benötigt werden. Der Parameter ω . repräsentiert eine Harmonischenfrequenz Kf , die der Mittenfrequenz f_f. des i-ten Formanten von allen Harmonischenfrequenzen des durch das Tastenwort KC der gedrückten Taste bezeichneten Tones am nächsten benachbart ist, d.h. einen Wert, der bei der Frequenzmodulation der Winkelfrequenz des Trägers entspricht, ω . repräsentiert die Winkelfrequenz einer Modulationswelle bei der Frequenzmodulationsberechnung für die Synthetisierung des i-ten Formanten Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der die Grundfrequenz f„ des durch das Tastenwort KC der gedrückten Taste bezeichneten Tones als Wert ω . benutzt. (L + 1).

mi x

repräsentiert die Amplitude L. der Mittenkomponente des i-ten Formanten, korrigiert durch einen Amplitudenkorrekturbetrag i. ,der der Differenz Af zwischen der als Trägerwelle (ω .) verwendeten Harmonischenfrequenz Kf und der originalen Mittenfrequenz f_f. entspricht.

Die Parameter-Rechenschaltung 13 wird von dem Anschlagimpuls KONP unmittelbar nach dem Drücken der Taste rückgesetzt und führt danach die Rechnung zur Ermittlung des oben beschriebenen Parameters auf der Basis des Tastenwortes KC und des Stimmenwortes VC aus. Der Anschlagimpuls KONP setzt ferner einen Adressengenerator 14 zurück und setzt einen Pufferspeicher RAM 15 unmittelbar nach dem Drücken der Taste in den Einschreibmodus. Der Pufferspeicher RAM 15 wird insgesamt gelöscht durch den Anschlagimpuls KONP. In den Pufferspeicher RAM . werden die durch die Rechenschaltung 13 erhaltenen jeweiligen Daten ω . , ω . und (L + 1). zu Anfang in

C J- III JL -L.

Adressen eingegeben, die von dem Adressengenerator bezeichnet werden. Nach Beendigung der Berechnung in der Rechenschaltung 13 wird ein Rechenendesignal· END dem Adressengenerator 14 zugeführt und daraufhin wird der Pufferspeicher RAM 15 auf Auslesebetrieb geschaltet. Nach dem Umschalten, des RAM 15 auf den Auslesemodus werden die Daten ω .,ω . und (L + 1). aus demjenigen

C -L XlIJL JL

Bereich des Speichers RAM 15 ausgelesen, dessen Adressen von dem Adressengenerator 14 angegeben worden sind. Die aus dem Speicher RAM 15 ausgelesenen Daten ω .,ω . und (L + 1). werden der FM-Rechenschaltung 16

O JL ill -L- -Ju

zugeführt (FM stellt hierbei die Abkürzung für Frequenzmodulation dar). In der FM-Rechenschaltung 16 wird durch Frequenzmodulationsrechnung nach Formel (3) ein Formant gebildet und das aus diesem Formanten bestehende Tonsignal wird erzeugt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 wird im einzelnen weiter unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel der Parameter-Rechenschaltung 13 nach Figur 8 und das Ausführungsbeispiel des in Figur 9 dar-

BAD ORIGINAL

3ST

gestellten Adressengenerators 14 beschrieben.

Gemäß Figur 8 enthält eine Frequenzzahlentabelle 17 die vorgespeicherten numerischen Werte (d.h. Frequenzzahlen) der Grundfrequenzen f der jeweiligen Tasten.

Die Frequenzzahlentabelle 17 gibt auf das von der Erkennungsschaltung 11 für gedrückte Tasten (Figur 6) erzeugte Tastenwort KC hin eine Frequenzzahl C (f ) aus, die diesem Tastenwort KC entspricht. Die in dieser Frequenzzahlentabelle 17 gespeicherten Frequenzzahlen C(f ) repräsentieren die den jeweiligen Tasten zugeordneten Tonhöhen in Cent, wobei die Tonhöhe der niedrigsten Taste (z.B. der Taste C2) als Referenztonhöhe (d.h. null Cent) genommen wird. Ein Beispiel der Beziehung zwischen den Tasten und den Werten (in Cent) der in der Tabelle 17 gespeicherten Frequenzzahlen C(f ) ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1 Frequenzzahlentabelle 17

Taste (Tastenwort KC)	Cent
^C2	0 Cent
*C ff 2*	100
^D2	200
D ff 3 •	300
• • ^C3	• 1200 •
■ ^C4 •	2400
•

Eine weitere Frequenzzahlentabelle 18 enthält die numerischen Werte (Frequenzzahlen) der Formanten-Mittenfrequenzen f_. für die jeweiligen Tonfarben vorgespeichert- Entsprechend dem jeweiligen von dem Stimmenselektor 12 (Figur 6) gelieferten Stimmenwort wird ein Satz von Formanten-Mittenfrequenzen f_f., die den gewünschten festen Formanten bilden, ausgewählt und die der Mittenfrequenz f,.. des i-ten Formanten ent-

sprechende Frequenzzahl C(f_f.) wird entsprechend dem Ausgangssignal X eines Formantenzählers 19 aus dem Satz der Formanten-Mittenfrequenzen ausgelesen. Die in der Frequenzzahlentabelle 18 für Formanten-Mittenfrequenzen gespeicherten Frequenzzahlen C (f-.) repräsentieren - in der gleichen Weise wie die Frequenzzahlen C(f ) in Tabelle 17 - jeweils Frequenzen f,. in Cent, wobei die Frequenz der niedrigsten Taste (C-) als Bezugspunkt (null Cent) genommen wird.

In der Formanten-Amplitudentabelle 20 sind die Amplituden L. der jeweiligen Formanten für jede . Tonfarbe gespeichert. Entsprechend dem Stimmenwort VC wird jeweils ein Satz von Formantenamplituden

L. eingestellt und ein die Amplitude L. des i-ten Formanten repräsentierender Wert L^ (dB) wird entsprechend dem Ausgangssignal X des Formantenzählers 19 aus dem Amplitudensatz ausgelesen. Dieser Amplitudenwert L. (dB), der in der Tabelle 20 gespeichert ist, drückt das betreffende Signal durch Angabe eines Dämpfungsbetrages aus. Wenn beispielsweise der Amplitudenwert L.(dB) den kleinsten Wert (0 dB), annimmt, bedeutet dies minimale Dämpfung, d.h. die größte Signalamplitude, wogegen der größte Wert L^ (°° dB) , eine maximale Dämpfung angibt, wobei das Amplitudensignal am kleinsten wird bzw. den Wert Null annimmt.

In einer Harmonischenfrequenzzahlentabelle 21 sind die Daten der jeweiligen Harmonischenfrequenzen,aus-

- 25 -

gedrückt in Cent in Bezug auf die als Referenz (0 Cent)·genommene Grundfrequenz f ,vorgespeichert. Diese Harmonischenfrequenzzahlentabelle 21 liefert eine Harmonischenfrequenzzahl C(k)/bei der es sich um einen Cent-Wert der k-ten Harmonischenfrequenz handelt, als Antwort auf das Ausgangssignal Y eines Harmonischenzählers 22. Das Bezugszeichen k bezeichnet die Ordnung der Harmonischenfrequenzen. Die Beziehung zwischen den in der Tabelle 21 gespeicherten Ordnungen k und den Werten der Harmonischenfrequenzzahlen C(k) in Cent ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2 Harmonischenfrequenzzahlentabelle 21

Ordnung k (Y)

1 2

C (K)

0 (Cent) 1200

In einer Frequenzzahlentabelle 23 für Harmonischen-Zwischenfrequenzen sind- die Harmonischen-Zwischenfrequenzzahlen C (INTER)k vorgespeichert, die die Zwischenfrequenzen zwischen den jeweiligen Harmonischenfrequenzen darstellen. Die Frequenzzahlentabelle 23 liefert als Antwort auf das Ausgangssignal Y des Har-

ίο

monischenzählers 22 eine Frequenzzahl C(INTER)k,die die Zwischenfrequenz zwischen einer k-ten Harmonischenfrequenz und einer um eine Ordnung höher liegenden Harmonischenfrequenz (k + 1) repräsentiert. Bei diesen Zwischenfrequenzzahlen C(INTER)K handelt es sich um die Werte einer jeden Zwischenfrequenz (ausgedrückt in Cent) zwischen den jeweiligen Harmonischen, mit der Grundfrequenz (der Frequenz der ersten Harmonischen) f als Bezugswert. Die Werte der Zwischenfrequenzzahlen C(INTER)k, die als Antwort auf das Ausgangssignal Y des Harmonischenzählers 22 ausgelesen werden, sind in Tabelle 3 angegeben.

15

Tabelle 3
Frequenζ ζ ahlentabelle 23 für Harmonischen-Zwischenfrequenz

C(INTER)k

1 2 3

600 (Cent) 1550 2150

Beispielsweise bezeichnet der Wert "600 Cent" der Zwischenfrequenzzahl C(INTER)k die ausgelesen wird ,wenn das Ausgangssignal Y des Harmonischenzählers 22 "1"

HO

- lrh -

f + 2f ist, den Wert einer Zwischenfrequenz(— -)

zwischen der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen, ausgedrückt in Cent in Bezug auf die Grundfrequenz.

kf + (k+1)f Jede Zwischenfrequenz ( = ) zwischen den

jeweiligen Harmonischen wird dazu benutzt, zu beurteilen, ob die Frequenz kf der k-ten Harmonischen, die der Mittenfrequenz f,.. des Formanten nächstbenachbarte Frequenz ist. Wenn die Frequenz kf der k-ten Harmonischen, die der Mittenfrequenz f . nächstbenachbarte Frequenz ist, liegt die Mittenfrequenz f _f ,

zwischen zwei benachbarten Zwischenfrequenzen , , f kf kf + (k+1)f (HJ) und (—- 2 -) . Mit anderen

(HJ—

Worten: Eine Harmonischenfrequenz kf ist die der Mittenfrequenz f_. nächstbenachbarte Frequenz, wenn die Bedingung

(k-1)	t	+ kf O	O	^ffi	+ (k+1)f_o
	²		Bedingung	2
erfüllt	ist	. Ob die	3 + (k+1) f_Q
	f		2
	fi =

_{o o}

^f (7)

erfüllt ist oder nicht, wird geprüft indem die Mittenfrequenz des Formanten mit der Harmonischenfrequenz verglichen wird und der Wert von k ,ausgehend von der niedrigsten Ordnung,um eins erhöht wird.Die Formel 5 ist für einen Wert k erfüllt, für den die

M1

- 2*

Formel 6 während des durch Änderung des Wertes von k nach höheren Ordnungen (d.h. in der Reihenfolge 1,2,3 ...) durchgeführten Vergleichs zuerst erfüllt worden ist. Wenn der Wert von k ihn übersteigt, ist die Bedingung der linken Seite von Formel

(k-1) f . kf

5, d.h. g-Z - < f_fi nicht mehr erfüllt, obwohl Formel 6 erfüllt ist. Demgemäß ist die Frequenz kf derjenigen k-ten Harmonischen, die dem Wert von k entspricht,der zuerst die Formel 6 erfüllt hat (der kleinste Wert von k,der die Formel 6 erfüllt), die der Mittenfrequenz f_f. nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz. Die Methode der Benutzung der Harmonischen-Mittenfrequenzen hat gegenüber der Methode der Ermittlung der nächstbenachbarten Harmonischenfrequenz durch Berechnung der Frequenzdifferenzen zwischen den Mittenfrequenzen der Formanten und den jeweils benachbarten Harmonischenfrequenzen den Vorteil, daß sie Schaltungstechnisch einfacherer zu realisieren ist.

Zur Durchführung des Vergleichs der Formel 6 dient der in Figur 8 dargestellte Komparator 24. Dieser Komparator empfängt an seinem B-Eingang eine Zwischenfrequenzzahl C(INTER)k für eine Harmonischen-

kf + (k+1) f
Zwischenfrequenz (— ₂ ~) /die der k-ten

Harmonischenfrequenz kf entspricht. An seinem A-Eingang empfängt der Komparator 24 das Ausgangssignal

C (fj.. - f ) eines Subtrahierers 25. Der Subtrahierer f 1 ο

25 empfängt an seinem Α-Eingang die Frequenzzahl C(f ) der Grundfrequenz f der gedrückten Taste und

an seinem B-Eingang die Frequenzzahl C(f.p.) der aus der Tabelle 18 ausgelesenen Formanten-Mittenfrequenz f_f.. Der Subtrahierer 25 führt die Subtraktion B-A durch. Im einzelnen subtrahiert er die Grundfrequenzzahl C(f ) von der Formanten-Mittenfrequenz C(f_f.) und liefert an seinem Ausgang (B-A) den Wert C(f_f.- f ), der den Cent-Wert der Mittenfrequenz f . mit der Grundfrequenz f als Bezugswert darstellt.Die dem B-Eingang des Komparators 24 zugeführte Zwxschenfrequenzzahl C(INTER)Jc wird als Cent-Wert in Bezug auf die Grundfrequenz f ausgedrückt,. die als Referenz (0 Cent) genommen wird, wogegen die aus der Tabelle 18 ausgelesene Mittenfrequenzzahl C(f_f.) als Cent-Wert in Bezug auf die niedrigste Taste C₂ als Bezugswert (0 Cent) ausgedrückt wird. Die Bezugswerte der beiden Frequenzzahlen sind also voneinander unterschiedlich. Der Wert C(f_f. - f ), der Formanten-Mittenfrequenz f. der an der Grundfrequenz als Bezugspunkt (0 Cent) orientiert ist, wird berechnet und dem Α-Eingang des Komparators 24 zugeführt, um die Cent-Werte der A- und B-Eingänge passend zu machen.

Die Frequenzzahl C(f )» für die die Grundfrequenz f der gedrückten Taste in Cent ausgedrückt wird, wird durch die folgende Formel ausgedrückt, wobe.i f ~ die Grundfrequenz der niedrigsten Taste C2 darstellt:

BAD ORIGINAL

- 3-e -

C(f_o) = 1200 log₂ ^f- (7).

Die Frequenzzahl C(f_£,),für die die Formanten-Mittenfrequenz f . in Cent ausgedrückt wird, wird durch folgende Formel ausgedrückt:

C(f_f.) = 1200 log, ■—■ (8).

c2

Da der durch Subtraktion im Subtrahierer 25 entstandene Wert C(f_f. - f ) das Ergebnis der Subtraktion der Formel 8 von Formel 7 ist, wird der Wert C(f_f. - f ) durch die

folgende	Formel	ausgedrückt:	(log-	f.. f 1
C(f,, -	f ) = 1	200		j=
¹				^fc2
			log~	f
	= 1	200
			log„	^fc2
		200	^ffi ^fo

- log₂ ^fc2	f
' ^fo	^fc2

Aus Formel 9 geht hervor, daß der dem Α-Eingang des Komparators 24 zugeführte Wert C(f_f. - f ) einen Cent-Wert der Formanten-Mittenfrequenz f . mit der Grundfrequenz f als Bezugswert darstellt.

Der Komparator 24 vergleicht die seinem Α-Eingang zu geführten Werte mit den seinem B-Eingang zugeführten Werten und gibt ein "1"-Signal aus, wenn der Wert A gleich oder kleiner ist als der Wert B (d.h. A < B)t

-M-

A < B bezeichnet, daß der Wert C(INTER)k,der die Harraonischen-Mittenfrequenz repräsentiert, gleich oder größer ist als der Wert C(f_f. - f ) , der die Formanten-Mi.ttenf requenz repräsentiert. Dies bedeutet, daß die Bedingung der Formel 6 erfüllt ist. Das Ausgangssignal des Komparators 24 (A < B) wird einer Steuerschaltung 26 als Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonische zugeführt.

Der Subtrahierer 25 gibt an Leitung 27 ein "1"-Signal aus, wenn das Ergebnis der Subtraktion (B-A) ein positiver Wert ist. Dieses "1"-Signal an Leitung 27 gibt an, daß die Formanten-Mittenfrequenz f_f. gleich der Grundfrequenz f ist oder auf der höheren Seite der Grundfrequenz f liegt. Wenn das Signal an Leitung 27 "0" ist, bezeichnet dies, daß die Formanten-Mittenfrequenz f_f. auf der niedrigen Seite der Grundfrequenz f liegt und daß in diesem Fall die Bildung des . Formanten nicht erforderlich ist. Das Signal an Leitung 27 wird der Steuerschaltung 26 als Such-Befehlssignal x1 zugeführt.

Die aus der Frequenzzahlentabelle 17 ausgelesene Grundfrequenzzahl C(f ) und die aus der HarmonischenfrequenzZahlentabelle 21 ausgelesene Harmonischen- · frequenzzahl C(k) werden einem Addierer 28 zugeführt, der diese Frequenzzahlen addiert. Als Folge der Addition erhalt man einen Wert C(kf ), der den Cent-

Wert der Harmonischenfrequenz kf darstellt, wobei die niedrigste Taste C2 als Bezugswert (0 Cent) genommen 0 wird. Da die aus der Tabelle 21 ausgelesene Harmonischenf requenzzahl C(k) ein Cent-Wert mit der Grundfrequenz f als Bezugswert (0 Cent) ist, wird dieser Cent-Wert von dem Addierer 28 in einen Cent-Wert umge-

BAD ORIGINAL

MS

- 34 -

wandelt, für den die niedrigste Taste C2 als Bezugswert (O Cent) gilt. Die Grundfrequenzzahl C(f ) wird in der oben beschriebenen Weise ausgedrückt und die Harmonischenfrequenzzahl C(k) wird ausgedrückt durch die folgende Formel:

kf

C(k) = 1200 log₂ -^ (10).

Die Harmonischenfrequenzzahl C(kf ) kann daher durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

' ^fo ^kfo

C(kf ) = 1200 (log₂ f- + log₂ -£ )

c2

^fo ^kf

^{= 120}° ^ /

kf

= 1200 log, r~ (11)·

^£C2

Wie sich aus Formel 11 ergibt, stellt die Harmonischenfrequenzzahl C(kf_Q),die von dem Addierer 28 geliefert wird, einen Cent-Wert der Harmonischenfrequenz kf mit der Frequenz f ₂der niedrigsten Taste C2 als Bezugsbasis dar.

Frequenzzahlen-Umwandlungsschaltungen 2 9 und 3 0 dienen zum Umwandeln der Frequenzzahlen C(kf_Q) und C(f_Q), ausgedrückt in Cent, in numerische Werte, die den Originalfrequenzen proportional sind (d.h.Daten die Phaseninkremente pro Zeiteinheit darstellen). Wenn eine einem Cent-Wert C(x) entsprechende Frequenz ausgedrückt wird

durch f(x), existiert die Beziehung

C(x) = 1200 log, 1^- (12).

^Z c2

Daher kann f(χ) berechnet werden durch die Exponentialfunktion

^{= f (13)}

c2 ' Ϊ200

Die Frequenzzahlen-Umwandlungsschaltung 29 und 30 empfängt daher dem Cent-Wert C(x) entsprechende Daten und liefert numerische Werte, die den mit Gleichung (13)berechneten Frequenzen f(x) proportional sind, d.h. numerische Werte, die durch Multiplikation von f(x) mit einer geeigneten Konstante entstanden sind. Diese Frequenζzahlen-Umwandlungsschaltungen 29 und 3 0 können aus Festwertspeichern bestehen.

Die Frequenzzahlen-Umwandlungsschaltung 29 wandelt die Harmonischenfrequenzzahl C(kf j, die von dem Addierer 28 in Cent geliefert wird, in einen Frequenzwert (ein Phaseninkrement) ω . um, der der Harmonischenfrequenz kf proportional ist. In gleicher Weise wandelt die Frequenzzahlen-Umwandlungsschaltung 30 die Frequenzzahl C(f ), die von der Frequenzzahlentabelle 17 in Cent geliefert wird, in einen Frequenzwert (ein Phaseninkrement) ω . um, der der Frequenz f proportional ist.

BAD ORIGINAL

Ein Subtrahierer 31 empfängt die Harmonischenfrequenzzahl C(kf ), die von dem Addierer 28 ausgegeben wurde,und die aus der Frequenztabelle 18 für Formanten-Mittenfrequenzen ausgelesene Mittenfrequenzzahl C(f-.) und erzeugt .die Differenz zwischen den beiden Frequenzzahlen. Diese Differenz wird einer Absolutwertschaltung 32 zugeführt, wo ein Absolutwert der Differenz berechnet wird. Die Absolutwertschaltung 32 liefert Frequenzdifferenzdaten C(Af) entsprechend der Differenz Af zwischen der Formanten-Mittenf requenz f,.. und der Harmonischenfrequenz kf . Die Frequenzdifferenzdaten C (Af) werden einer Formantenkorrekturtabelle 33 zugeführt und aus dieser wird ein Wert I. (dB) ausgelesen, der

den zu der Frequenzdifferenz Af gehörenden Korrekturwert I darstellt. In der Tabelle 33 für die ι

Fdrmantenkorrektur ist die Beziehung zwischen der Frequenzdifferenz Af der Formanten-Mittenfrequenz f_. und einem entsprechend diesem Wert benötigten 0 Korrekturwert i vorgespeichert. Der in der Tabelle 33 gespeicherte Korrekturbetrag £. (dB) wird als Dämpfungswert ausgedrückt, wie die Werte in Tabelle 20.

Der aus der Tabelle 33 ausgelesene Korrekturwert I. (dB) wird einem Addierer 34 zugeführt und dort zu dem die Mittenfrequenzkomponente des Formanten repräsentierenden Amplitudenwert L. (dB) hinzuaddiert. Die Rechnung (£' .L) für die Formel 2¹ wird im wesentlichen durch diese Addition im Addierer 34 durchgeführt. Die Addition von L. (dB) und

BAD ORIGINAL

Ä.(dB), ausgedrückt als Dämpfungsbetrag, entspricht einer logarithmischen Addition und stellt im wesentlichen eine Multiplikation des die Amplitude L. der Mittenkomponente des i-ten Formaaten repräsentierenden Dämpfungsbetrages L.(dB) mit dem Wert £.(dB) dar, der den der Frequenzdifferenz Af entsprechenden Amplitudenkorrekturkoeffizienten bildet. Das Ausgangssignal des Addierers 34 repräsentiert eine Originalamplitude I (Figur 2) nach der Amplitudenkorrektur durch einen Dämpfungsbetrag. Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird dies nachstehend schematisch erläutert. Durch Addition des der Korrekturamplitude i entsprechenden Amplitudenkorrekturwertes Jl. (dB) zu dem Wert L.(dB)'der dem Dämpfungsbetrag zur Erzielung der Amplitude L entspricht, wird der Dämpfungsbetrag vergrößert und man erhält den Betrag der Dämpfung (größer als L.(dB)) zur Erzielung der Originalamplitude A , die kleiner ist als die Amplitude L. Daher erbringt die Berechnung in dem Addierer 34 ein Ergebnis, das der Berechnung (L-£) der Formel (2 )äquivalent ist.

Das Ausgangssignal des Addierers 34 wird als Wert (L+.?,) der eine Formantenamplitude nach der Amplitudenkorrektur darstellt, über eine ODER-Torgruppe 35 ausgegeben. Die ODER-Torgruppe 35 ist so ausgebildet, daß sie die Amplitudendaten (L+£).. zwangsweise in Daten mit einer Minimalamplitude (¹^dB) ändert, wenn das Signal an Leitung 27 "0" ist. Das Signal an Leitung 27 ist normalerweise "1". Ein durch Invertieren dieses

BAD ORIGINAL

«9

"1"-Signals in einem Inverter 36 entstandenes "O"-Signal wird der ODER-Torgruppe 35 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 34 wird daher normalerweise als Amplitudenwert (L + I) . ausgegeben, der die ODER-Torgruppe 35 passiert. Wenn das Signal an Leitung 27 auf "0" gegangen ist, wird das Ausgangssignal des Inverters 36 "1" und dieses "1"—Signal wird allen ODER-Toren der ODER-Torgruppe 35 zugeführt, so daß alle Bits des Amplitudenwertes (L + I) . zwangsläufig auf "1" gesetzt werden. Die Tatsache, daß alle Bits des Amplitudenwertes (L + I) .,der den Dämpfungsbetrag angibt, "1" sind (d.h. einen Maximalwert von ⁰⁰ dB haben) gibt die maximale Dämpfung an, so daß der Amplitudenwert seine minimale Größe von 0'annimmt.

Figur 10 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Reihenfolge der Operation in der Parameter-Rechenschaltung 13 aus Figur 8. Eine Reihe von Parameter-Rechenvorgängen startet nach Empfang des Anschlagimpulses KONP. In einer "Einführungsphase" wird die 0 Ordnung des Formanten auf einen Minimalwert 1 (i = 1) eingestellt und die Ordnung k der Harmonischen wird ebenfalls auf 1 (k=1) eingestellt. Dies geschieht durch Rücksetzen des Formantenzählers 19 und des Harmonischenzählers 22 in Figur 8 durch den Anschlagimpuls KONP.

Durch diesen Rücksetzvorgang wird das Ausgangssignal X des Zählers 19 und das Ausgangssignal Y des Zählers 22 jeweils "1". Das Ausgangssignal X des Zählers 19 gibt die Ordnung i desjenigen Formanten an, an dem . gegenwärtig gerechnet wird, wogegen das Ausgangssignal Y des Zählers 22 die Ordnung k derjenigen

BAD ORIGINAL

5"O

Harmonischenfrequenz angibt, die das Objekt der gegenwärtigen Berechnung ist. Der Zähler 19 hat eine modulo-Zahl, die der Maximalzahl· N der einen festen Formanten bildenden Formanten äquivalent ist. Der Harmonischenzähler 22 zählt modulo M entsprechend einer maximalen Anzahl M von Harmonischen.

• Demgemäß werden die Mittenfrequenzzahl C(f_f.) für den Formanten von i = 1 und der Amplitudenwert L.(dB) am Anfang aus den Tabellen 18 und 20 als Antwort auf das Ausgangssignal (X=1) des Zählers 19 ausgelesen. Die Harmonischen-Frequenzzahl C(k) und die Harmonischen-Zwischenfrequenzzahl· C(INTER)k für die erste Harmonischer frequenz (d.h. die Grundfrequenz) f von k=1 werden aus den Tabe^en 21 und 23. ausgelesen.

Der Vergleich zur Erkennung, ob "f_f. = f " ist, d.h..

ob die Formanten-Mittenfrequenz f gleich oder größer ist als die Grundfrequenz f der gedrückten Taste,wird durch den Subtrahierer 25 ausgeführt. Wenn die Antwort YES (JA) lautet, ist das Ausgangssignal (B= A) des Subtrahierers 25 "1", wogegen bei der Antwort NO (NEIN) das Ausgangssignal· "0" ist. Da die Mittenfrequenzzahl· C(f^.) des Formanten von i=1 zu Anfang aus der Tabelle 18 ausgelesen wird, erfolgt der oben beschriebene Vergleich in Bezug auf die Formanten-Mittenfrequenz f^. des Formanten von i=1. Wenn die Antwort YES (JA) lautet, geht das Such-Befehlssignal x1, das von dem Ausgang (B = A) des Subtrahierers 25 über Leitung 27 der Steuerschaitung 26 zugeführt wird auf "1". -Dieses Signal· gibt den Befehl·

BAD ORSGiNAL

zur Suche nach einer Harmonischen!requenz kf , die der Mittenfrequenz f_f. des i-ten Formanten nächstbenachbart ist, aus dem Grunde, daß die Formanten-Mittenfrequenz f,.. höher ist als die Grundfrequenz f für die gedrückte Taste, so daß eine Komponente dieses i-ten Formanten in das der gedrückten Taste entsprechende Tonsignal eingeschlossen werden sollte. Wenn die Antwort NO (NEIN) lautet, ist das Such-Befehlssignal x1 "0", so daß keine Suche durchgeführt wird. Dies liegt daran, daß die Formanten-Mittenfrequenz f_f. kleiner ist als die Grundfrequenz f für die gedrückte Taste, so daß eine Komponente des i-ten Formanten nicht in das der gedrückten Taste entsprechende Tonsignal aufgenommen werden muß. Wenn die .Antwort NO (NEIN) lautet, werden alle Bits der Amplitudendaten (L + I) . über die ODER-Torgruppe 3 5 durch das "O"-Signal an Leitung 27 zwangsweise auf "1" gestellt, wodurch die Amplitude auf Null geht und der i-te Formant gelöscht wird ( (L + I) . ■*■ °° in Figur 10). "Zum RAM 15" in Figur 10 bedeutet das Laden der Daten ω ., ω / und (L + I) ., die dann ausgegeben werden, in den Pufferspeicher RAM 15 (Figur 6). Wenn "f_fi = f_Q?" "NO (NEIN)" ist, wird der Wert (L + I) _± des Dämpfungsbetrages ™ dB (Amplitude 0) in den RAM eingespeichert und demgemäß wird der i-te Formant für den Wert (L + £). der Amplitude 0 nicht erzeugt, wenn die Berechnung in der FM-Rechenschaltung 16 später durchgeführt wird.

BAD ORIGINAL

sz

-W-

kf + (k+1) f In der Stufe "f_fi < —-—^ ~^—" ^wird beurteilt ,

ob die Bedingungen der Gleichung (6) in Bezug auf die Harmonischenordnung k, die gegenwärtig von dem Ausgangssignal Y des Zählers 22 bezeichnet wird, erfüllt ist. Wie schon beschrieben wurde, erfolgt die Beurteilung durch den Komparator 24. Wenn die Antwort NO (NEIN) lautet, erfolgt die Beurteilung "k=M?". Wenn die Antwort dieser Frage NO (NEIN) lautet, wird der Ordnung k eine 1 hinzuaddiert (d.h· k+1 -*■ k) und

TO danach wird die nächste Harmonische bestimmt und die oben beschriebene Beurteilung durch den Komparator 24 durchgeführt.

kf + (k+1) f Wenn die Antwort auf "f_fi = —-—^ "' ^YES

(JA) "lautet, bedeutet dies, daß die der gegenwärtigen Harmonischen-Ordnung k entsprechende Harmonischenfrequenz kf_Q die nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz zu der Formanten-Mittenfrequenz f,.. ist. Das Ausgangssignal (A=B) des !Comparators 24, d.h. das Elrkennungssignal Y1 für die nächstbenachbarte Harmonische,geht daraufhin auf "1". Das amplitudenkorrigierte Amplitudensignal (L+2.) . , das in dem den Subtrahierer 31 enthaltenden Kanal durch den Addierer 34 entsprechend der dann verfügbaren Harmonischenfrequenzzahl C(kf ) berechnet worden ist, wird in den Pufferspeicher RAM 15 mit den Frequenzdaten ω . und ω . eingegeben (zum RAM 15).

Durch Beendigung der Verarbeitung "zum RAM 15" wird die Berechnung·für den i-ten Formanten beendet und die Verarbeitung geht auf die Stufe "i = N?". Wenn die Antwort NO (NEIN) lautet, wird der Prozeß "i + 1 -> i" ausgeführt und der nächste Formant wird bestimmt. Wenn der Wert von i sich geändert hat und der nächste Formant bestimmt worden ist, geht die Verarbeitung wieder auf "ff· > f ?" und der gleiche Prozeß wie oben beschrieben, wird wiederholt. Die Verarbeitung geht dann ebenfalls auf "i = N?" und der.nächste Formant wird bestimmt, wenn die Ordnung k den Maximalwert M (k = M? ist YES. (JA)) erreicht hat, bevor die oben beschriebene Beurteilung "f_f. ^ kf + (k + 1) f '

- ? "YES (JA)" wird. Da sich der Wert

von i schrittweise erhöht,wird die Berechnung für alle Formanten schließlich beendet, wenn die Antwort auf "i = N?" YES (JA) lautet.

Die sequentielle Operation nach Figur 10 wird von der Steuerschaltung 26 gesteuert, deren Aufbau in Figur 11 dargestellt ist.Die Steuerschaltung 26 enthält einen Detektor 37 zur Erkennung, ob das Ausgangssignal X des Formantenzählers 19 (Figur 8) die Gesamtzahl N von Formanten erreicht hat, einen Detektor 3 8 zur Erkennung ob das Ausgangssignal Y des Harmonischen-Zählers 22 (Figur 8) die höchste Harmonischenordnung M (Y = M oder nicht) erreicht hat,und eine. Zustandssteuerlogik 39, die die Ausgangssignale dieser Detektoren 37 und 38, das Nachforschungsbefehlsignal x1 vom Subtrahierer 25, das Erkennungssignal y1 für 0 die nächstbenachbarte Harmonische, den Anschlagimpuls

BAD ORIGINAL

KONP und die Zustandssignale STw ST« und ST , die durch die Verzögerungs-Flip-Flops 40,41 und 42 durch eine Bitzeit verzögert worden sind, empfängt.

Die Zustandssteuerlogik 39 ist so konstruiert, daß sie die Zustände der Zustandssignale ST₁ /ST„ und ST-, in der in Figur 12 dargestellten Reihenfolge entsprechend den Eingangssignalenxi,y1 usw. verändert und ein Signal y2 für die Vergrößerung der Harmonischenordnung, ein Signal x2 zur Vergrößerung der Formantenordnung und ein Fortschaltsignal Adv sowie ein Rechenendesignal END erzeugt. Wenn der Anschlagimpuls KONP ansteht, setzt die Zustandssteuerlogik 39 die Zustandssignale ST₁, ST₂ und ST₃ auf "000" und startet die Steueroperation. In diesem Zustand wird geprüft, ob das Nachforschungsbefehlssignal x1 "1" ist oder nicht (x1 = 1?). Dabei wird die in Figur 10 angegebene Beurteilung "ff· = f ?" durchgeführt. Wenn die Antwort YES (JA) lautet, wird geprüft ob das Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonische "1" ist oder nicht (y1 =1?). Wenn die Antwort NO (NEIN) lautet, wird auf der Basis des Ausgangssignal des Detektors 38 geprüft, ob "Y = M" ist. Da,wie oben erläutert, das Signal Y anfangs auf "1" gesetzt worden ist, lautet die.Antwort auf "Y = M?" NO (NEIN). Der Zustand der Zustandssignale ST₁, ST₂ und ST₃ geht auf "101" , um das Signal y2 für die Erhöhung des Harmonischensignals zu erzeugen (y2 ■> "1"),und dann werden die Zustandssignale STw ST- und ST₃ auf "000" zurückge-

SS

setzt.

Das von der Steuerschaltung 26 erzeugte Erhöhungssignal y2 für die Hartnonischenordnung wird einem Zähleingang des Harmonischenzählers 22 (Figur 8) .zugeführt. Wenn das Signal y2 auf "1" geht, wird der Inhalt Y des Harmonischenzählers 22 um 1 hochgezählt, um die durch Y bestimmte Harmonischenordnung k um 1 zu erhöhen. Wenn beispielsweise das Signal y2 anfangs "1" ist, wird der Inhalt von Y 2 und die Harmonischenfrequenzzahl C(k). und die dem Wert k=2 entsprechende Harmonischenfrequenzzahl C(INTER)k, d.h. die Frequenzzahl der zweiten Harmonischenfrequenz 2f. , werden aus den Tabellen 21 und 23 ausgelesen. Der dem B-Eingang des Komparatörs 24 zugeführte Wert von C(INTER)k ändert sich hierdurch und es erfolgt der Vergleich, ob die zweite Harmonischenfrequenz 2f , die der Formanten-Mittenfrequenz f_f. nächstbenachbarte ist oder nicht.

In der Zustandssteuerlogik 39 der Steuerschaltung wird noch einmal geprüft, ob das nächste Harmonischenerkennungssignal y1, das von dem Komparator 24 geliefert wird»"1" geworden ist. Wenn das Ergebnis NO (NEIN) lautet, geht das Signal y2 zur Erhöhung der Harmonischenordnung wieder auf "1"' nachdem bestätigt worden ist, daß "Y=M" NO (NEIN) lautet. Hierdurch wird der Inhalt Y des Harmonischenzählers 22 (Figur 8) weiter um 1 hochgezählt und die Harmonischenordnung k erhöht sich um 1 (z.B. k=3).

BAD ORIGlMAL

Das Signal y2 zur Erhöhung der Harmonischenfrequenz wird auf die oben beschriebene Weise repetierend erzeugt, wodurch der Inhalt Y des Harmonischenzählers 22 sequentiell hochgezählt und die Harmonischenordnung k schrittweise in der Reihenfolge von 1 nach 2,3,4 ... erhöht wird. Der Komparator 24 (Figur 8) führt daher den Vergleich durch, um zu erkennen, ob die Formel(6)(d.h.

kf + (k+1) f
fr. < — S -? in Figur 10) erfüllt ist oder

nicht. Wenn das Ausgangssignal Y des Harmonischenzählers 22 die Ordnung k der Harmonischenfrequenz kf bezeichnet, die der Formanten-Mittenfrequenz f.p. am nächsten benachbart ist, ist die in dem Komparator 24 eingestellte Bedingung erfüllt und das Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonische wird "1".

Nach Bestätigung, daß das Signal y1 "1" geworden ist, ändert die Zustandssteuerlogik 39 in der Steuerschaltung 26 die Zustände der Zustandssignale ST₁, ST₂ und ST₃ auf "001", gibt das Fortschaltsignal Adv aus (Adv ■*· " 1 ") und ändert danach die Zustände der Zustandssignale ST₁,ST₂ und ST₃ auf "100". Das Fortschaltsignal Adv wird daher eine Bitzeit nach der Erkennung der nächstbenachbarten Harmonischen erzeugt und eine Bitzeit später gelöscht. Mit anderen Worten: Das Fortschaltsignal Adv bleibt während eines Zyklus des Impulstaktes Φ " 1 ".

Das Fortschaltsignal Ady wird dem Adressengenerator 14 (Figur 6, Figur 9) zugeführt. Gemäß Figur 9 enthält der Adressengenerator 14 einen Adressenzähler 43, der modulo N zählt -. entsprechend der höchsten Anzahl N der Formanten - und ein Flip-Flop 44. Der Zähler 4 3 und das Flip-Flop 44 werden von dem Anschlagimpuls KONP rückgesetzt. Das Flip-Flop 44 ist daher im Rücksetzzustand und sein Ausgangssignal (Q) wird auf "0" gehalten, während die Parameter-Rechenschaltung 13 (Figur 8) den Rechenprozeß ausführt. Das Ausgangssignal "0" des Flip-Flops 44 wird von einem Inverter 45 invertiert und das invertierte Signal "1" wird einem UND-Tor 46 zugeführt, das hierdurch geöffnet wird. Das Ausgangssignal Q des Flip-Flops 44 wird ferner einem Lese/Schreib-Steuereingang des Pufferspeichers RAM 15 (Figur 6) als Lese/Schreib-Steuersignal R/W zugeführt. Wenn dieses Ausgangssignal Q des Flip-Flops 44, d.h. das Lese/Schreib-Steuersignal R/W,"0" ist, wird der Pufferspeicher RAM 15 in den 0 Schreibmodus versetzt, wogegen der Pufferspeicher RAM 15 in den Lesemodus versetzt wird, wenn das Signal R/W "1" ist. Der Pufferspeicher RAM 15 wird auf diese Weise in den Schreibmodus versetzt, während die Parameter-Rechenschaltung 13 den Rechenprozeß in der Einführungsphase des Tastendruckes ausführt. Das UND-Tor 46 (Figur 9) wird während des Schreibmodus geöffnet, so daß das Fortschaltsignal Adv von dem UND-Tor 46 ausgegeben qnd dem Zähleingang des Zählers 43 zugeführt wird. Das Ausgangssignal ADRS des Zählers

BAD ORIGINAL

5B

wird einem Adresseneingang des Pufferspeichers RAM 15 (Figur 6) zugeführt.

In dem Zustand, in dem der Adressenzähler 43 von dem Anschlagimpuls KONP rückgesetzt ist, bezeichnet das Ausgangssignal ADRS des Adressenzählers 4 3 die Adresse O. Dementsprechend werden die Daten ω ., ω . und L + I. in der Anfangsphase in die Adresse

mx ι ■ ^v *

0 des Pufferspeichers RAM 15 eingeschrieben.

Unmittelbar vor Erzeugung des Fortschaltsignals Adv, d.h. wenn das Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonische "1" geworden ist, wird von dem Harmonischenzähler 22 (Figur 8) das Ausgangssignal Y erzeugt, das die Ordnung k derjenigen Harmonischenfrequenz kf angibt, die der Formanten-Mittenfrequenz f... am nächsten benachbart ist (wo

1 = 1 ist). Gleichzeitig wird der Wert ω . der nächstbenachbarten Harmonischenfrequenz kf , der amplitudenmäßig entsprechend der Differenz Af zwischen der nächstbenachbarten Harmonischenfrequenz kf und der Formanten-Mittenfrequenz f... korrigiert worden ist, von der Parameter-Rechenschaltung 13 (Figur 8) ausgegeben und die Werte ω ., (L + £). und ω .

cx j- mx

werden in die Adresse 0 des Pufferspeichers RAM 15 eingeschrieben. Wenn der Adressenzähler 43 durch Erzeugung des Fortschaltsignals Adv um 1 hochgezählt worden ist, wird die nächste Adresse (1) des Pufferspeichers RAM 15 als Einschreibadresse durch das Ausgangssignal ADRS aufgerufen. Dementsprechend

werden die Daten ω ., (L+Ä). und ω . für die nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz k£ , die in die vorhergehende Adresse (0) eingeschrieben worden sind, in der vorhergehenden Adresse (0) unmittelbar vor der Erzeugung des Fortschaltsignals Adv festgehalten.

Nach Erzeugung des Fortschaltsignals Adv ändern sich die Zustandssignale ST₁, ST und ST- auf "010" nachdem bestätigt worden ist, daß "X=N" von dem Detektor 37 (Figur 11) nicht erkannt worden ist (d.h. "X=N?" in Figur 12 lautet NO (NEIN)),und das Signal x2 zur Erhöhung der Formantenordnung wird erzeugt (x'2 ->■ "1"). Danach werden die Zustandssignale ST₁, ST₉ und ST» auf "000" zurückgesetzt und es erfolgt die Beurteilung "x1 = 1?".

Das von der Steuerschaltung 26 ausgegebene Signal x2 zur Erhöhung der Formantenordnung wird einem Zähleingang des Formantenzählers 19 (Figur 8) zugeführt. Wenn dieses Signal x2 auf "1" geht, wird der Inhalt X des Zählers 19 um 1 hochgezählt, wodurch die Ordnung i des durch X bezeichneten Formanten um 1 erhöht wird. Wenn beispielsweise das Signal x2 zum erstenmal "1" wird, geht das Ausgangssignal X des Zählers 19 auf "2" und die Frequenzzahl C(f_f.) und der Amplitudenwert Li(dB) der Mittenfrequenz f_f„ des Formanten der Ordnung i=2 (d.h. des zweiten Formanten) werden aus den Tabellen 18 und 20 ausgelesen. Der dem Α-Eingang des Komparators 24 (Figur 8) zugeführte Wert von C(f_fi - f ) wird dadurch verändert und es erfolgt der Vergleich zur Er-

kennung der Harmonischenfrequenz kf , die der Mittenfrequenz f __ des zweiten Pormanten (i=2) nächstbenachbart ist. In der gleichen Weise wie oben beschrieben, wird das Signal y2 zur Erhöhung der Harmonischenordnung repetierend wiederholt (y2 -*■ "1"), bis die Antwort auf "y1 =1?" lautet YES (JA), d.h. bis das Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonische erzeugt wird, was zu einem weiteren Anstieg des Inhalts Y des Harmonischenzählers 22 führt-

Wenn das Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonische "1" geworden ist, wird das Fortschaltsignal Adv in der gleichen Weise erzeugt wie oben beschrieben wurde und der Adressenzähler 4 3 (Figur 9) zählt um 1 hoch, wodurch die Daten ω ., (L + I) . und

^wmi derjenigen Harmonischenfrequenz kf , die der Mittenfrequenz f ,.„ des Formanten f_f~ zur Zeit von i = am nächsten liegt, in die Adresse des Pufferspeichers RAM 15 eingegeben werden, bevor die Adresse durch das Fortschaltsignal Adv um eine Adresse weitergeschaltet wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird das Signal x2 zur Erhöhung der Formantenordnung repetierend erzeugt (x2 > "1")/bis die Antwort auf "x = N?" YES (JA) lautet und die der Mittenfrequenz f... eines jeden Formanten nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz kf in jedem Formanten (i = 1,2, ...N) entdeckt ist und die der entdeckten Harmonischenfrequenz kf zugehörigen Daten ω ., (L + I) . und .ω . sequentiell in den Pufferspeicher

BAD ORIGINAL

RAM 15 eingegeben sind.Da bei diesem Beispiel die der Grundfrequenz der gedrückten Taste entsprechenden Daten als Frequenzdaten ω ■ einer Modulationswelle benutzt werden, ändern sich diese Daten ω . trotz

mi

der Änderung von i nicht.

Wenn das Fortschaltsignal AdV in einem Zustand erzeugt wird, in dem das Ausgangssignal X des des Formantenzählers 19 die Maximalzahl N.erreicht hat und die Zustandssignale ST₁ bis ST₃ "100" geworden sind, wird die Antwort auf "X = N?" in Figur 12 YES (JA). Die Zustandssignale ST₁ bis ST₃ ändern sich daher auf "110". Danach gehen die Zustandssignale ST. bis ST₃ auf "111" und das Rechenendesignal END wird gelöscht. Auf diese Weise wird der Rechenprozeß beendet.

Das Rechenendesignal END wird dem Setzeingang S des Flip-Flops 44 (Figur 9) des Adressengenerators 14 zugeführt. Das Flip-Flop 44 wird hierdurch gesetzt und das Lese/Schreib-Steuersignal R/W geht auf "1". Hierdurch wird der Pufferspeicher RAM 15 in den Lesemodus versetzt. Das Ausgangssignal "1" des Flip-Flops 44 wird ferner einem UND-Tor 48 (Figur 9) zugeführt, das einen Taktimpuls des Taktes φ selektiert und über das ODER-Tor 4 7 dem. Zähleingäng des Adressenzählers 43 zuführt. Andererseits geht das Ausgangssignal des Inverters 45 auf "0" und das UND-Tor

46 wird gesperrt. Das Rechenendesignal END wird erzeugt, wenn die Berechnung der Parameter ω . , (L+i.) .

und ω . für alle Formanten beendet ist, so daß in mi

alle.Adressen (N) des Pufferspeichers RAM 15 Rechenergebnisse eingeschrieben sind.

Wenn die Antwort auf "x1 = 1?" (Figur 12) NO (NEIN) lautet, wird das Fortschaltsignal Adv unverzüglich erzeugt (Adv ->· "1"). Zu dieser Zeit ist das Ausgangssignal (B > A) des Subtrahierers 25 (Figur 8) "0" und die von der ODER-Torgruppe 35 ausgegebenen Amplitudendaten (L + Si) . werden von dem Nullsignal an Leitung 27 sämtlich auf "1" (Amplitude 0) gestellt. Der die Amplitude 0 repräsentierende Amplitudenwert (L + i). wird daher zusammen mit den anderen Daten ω . und ω . in den Pufferspeicher RAM 15 eingegeben. Danach wird das Signal x2 zur Erhöhung der Formantenordnung erzeugt (x2 -y "1") und die Frequenzzahl C (f_fi) der Mittenfrequenz f~. eines nächsten Formanten wird aus der Tabelle 18 ausgelesen. Da sich die Ordnung i erhöht, 0 erhöht sich auch die Mittenfrequenz f bis das Ausgangssignal.(B > A) des Subtrahierers 25 "1" wird und das Such-Befehlssignal x1 geht auf "1".

Wenn das Ausgangssignal Y des Harmonischenzählers 22 den Maximalwert M erreicht hat, bevor die nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz kf entdeckt worden ist, wird die Antwort "Y = M?" (Figur 12) YES (JA) und das Fortschaltsignal Adv wird erzeugt (Adv ■*■ "1") Die Tatsache, daß die Antwort auf "Y = M?" YES (JA)

BAD ORIGINAL

-. -so -

geworden ist ,ohne daß das Erkennungssignal y1 für die nächstbenachbarte Harmonischenfrequenz erzeugt worden ist, gibt an, daß die Formanten-Mittenfrequenz f_f. viel höher liegt als die Harmonischenfrequenz

Mf der größten Ordnung (K = M). Demnach hat der durch den Subtrahierer 31 über die Absolutwertschaltung 32 (Figur 8) gelieferte Wert C (Af), der die Frequenzdifferenz Af repräsentiert, zu dieser Zeit eine ziemliche Größe· und der Amplitudenkorrekturwert ι (dB),der aus der Tabelle 33 für die Formanten-Amplitudenkorrektur ausgelesen wird, gibt eine unendlich große Dämpfung an, so daß die Amplitudendaten (L + S.) , sämtlich "1" werden, wodurch eine unendlich große Dämpfung angegeben wird (Amplitude 0).

1-5 Obwohl die Werte ω . , (L + I) . und ω . auf der Basis der Harmonischenfrequenz Mf_Q der höchsten Ordnung (k = M) in den Pufferspeicher RAM 15 durch Erzeugung des Fortschaltsignals Adv eingegeben worden sind, wird ein dieser Frequenz entsprechender Formant nicht erzeugt, da seine Amplitudendaten (L + I). ¹¹O" sind.

Im folgenden wird die Bildung eines Formanten durch Frequenzmodulationsrechnung der FM-Rechenschaltung 16 erläutert. Da der in Figur 9 dargestellte Adressenzähler 4 3 modulo N arbeitet, geht das Ausgangssignal ADRS des Zählers 4 3 nach Empfang des Fortschaltsignals Adv von dem Adressenzähler 4 3 auf den Anfangswert (d.h. die Adresse 0) zurück, wenn das Ausgangssignal χ des Formantenzählers 19 (Figur 8) N ist. Das Flip-Flop 44

BAD ORIGINAL

(Figur 9) wird von dem Rechenendesignal END gesetzt, das unmittelbar danach erzeugt wird,und hierdurch wird der Pufferspeicher RAM 15 in den Auslesemodus geschaltet, so daß die Daten ω ., ω . und (L + I) . ³ ei mi ι

(i = 1), die in der Adresse 0 gespeichert sind, ausgegeben werden. Da der Adressenzähler 4 3 anschließend sequentiell von den Impulsen des über das UND-Tor 48 und das ODER-Tor 4 7 (Figur 9) zugeführten Taktes hochgezählt wird, werden die in den N Adressen (von der Adresse 0 bis zur Adresse N - 1) des Pufferspeichers RAM 15 gespeicherten Daten ω . , ω . und (L + 9,) . der jeweiligen Formanten (i = 1,2, ....N) sequentiell und repetierend ausgelesen. Die Beziehung zwischen den Taktimpulsen des Taktes φ und dem jeweiligen Formanten (i = 1,2,3.... N), für den die Daten ω . , ω . und (L + I) . im Zeitmultiplexbetrieb unter Steuerung durch den Impulstakt φ ausgelesen werden, ist in Figur 13 dargestellt.

Gemäß Figur 6 werden die Mittenfrequenzdaten (Trägerdaten) ω . für die jeweiligen Formanten (i = 1,2,3 ... N) und die Modulationsdaten ω . für die Grund-

ItIl

frequenz der gedrückten Taste aus dem Pufferspeicher RAM 15 im Zeitmultiplexbetrieb ausgelesen und Akkumulatoren 4 9 und 50 zugeführt, in denen Daten der gleichen Ordnung kumulativ aufaddiert werden. Der Akkumulator 49 weist einen Addierer 51 und ein Schieberegister 52 aus N Stufen auf, dessen Schiebesteuerung durch den Impulstakt φ erfolgt. Der Akkumulator 49 ist imstande die Daten ω . der jeweiligen

BAD ORIGINAL

Formanten (i = 1/2,3 ... N) im Zeitteilungsbetrieb kumulativ zu addieren. Die Zeitsteuerung (d.h. die Ordnung i) des akkumulierten Wertes q · ω ., der von dem Schieberegister 52 ausgegeben wird, ist mit der Zeitsteuerung (der Ordnung i) der dem Addierer 51 von dem Pufferspeicher RAM 15 zugeführten Daten ω . synchronisiert, so daß die Daten ω . der gleichen Ordnung i repetierend addiert werden und bei jeder Ordnung ein*Akkumulationswert q ? ω . im Zeitmultiplexbetrieb ausgegeben wird, q ist eine ganze Zahl, die die Anzahl der Ädditionsvorgänge im Akkumulator angibt, und eine Variable die sich entsprechend 1,2,3 ... mit der Zeit erhöht. Der Akkumulator 50 enthält ebenso wie der Akkumulator 4 9 einen Addierer und ein Schieberegister aus N Stufen. Der Akkumulator 50 addiert die Daten ω . für die jeweiligen Ordnungen i im Zeitmultiplexbetrieb kumulativ auf und gibt im Zeitmultiplexbetrieb Akkumula
die jeweiligen Ordnungen aus.

Zeitmultiplexbetrieb Akkumulationswerte q · ω . für

Die Akkumulatoren 49 und 50 arbeiten nach einem modulo, das dem Phasenwinkel 2π entspricht und jedesmal wenn der Akkumulationswert q · ω . oder q · ω . die modulo-Zahl erreicht oder überschritten hat, subtrahieren sie die modulo-Zahl von dem Wert q . u)_ci

25" oder q · ω .. Die Akkumulationswerte q · ω . und q · ω . sind daher Funktionen, die sich repetierend bis zu der modulo-Zahl hin erhöhen. Die Wiederholungsfrequenz ist äquivalent zu der durch den Wert ω . repräsentierten Harmonischenfrequenz kf odor der

BAD ORIGINAL

durch den der Formanten-Mittenfrequenz f-. am nächsten benachbarten Wert ω . repräsentierten Grundfrequenz f der gedrückten Taste.

Der Akkumulationswert q · ω .,der von dem Akkumulator 50 ausgegeben wird, wird einem Adresseneingang einer Sinuswellentabelle 53 zugeführt. Aus der Tabelle 53 wird als Antwort auf den als Phasenwinkelinformation benutzten Wert q · ω . der Amplitudenwert sin q · ω . einer Sinuswelle ausgelesen. Dieser Sinuswellen-Amplitudenwert sin q · ω . entspricht der Modulationswelle sin ω . - t in Formel (3).Das Modulationswellensignal sin q · ω . wird nach dem Auslesen aus Tabelle ^{3 α} mi

53 einem Multiplizierer 54 zugeführt, wo es mit einem aus einem Indexspeicher ROM 55 ausgelesenen Modulationsindex I. multipliziert wird.

Das Stimmenwort VC vom Stimmenselektor 12 und das Adressensignal ADRS vom Adressengenerator 14 (dem Adressenzähler 4 3 in Figur 9) werden dem Indexspeicher ROM 55 zugeführt. Der Indexspeicher ROM 55 enthält die Modulationsindizes I. zur Bestimmung der Spektralhüllkurven von N Formanten (i = 1,2,3 ... N) für jede Tonfarbe (feste Formanten) gespeichert, die an dem Stimmenselektor 12 einstellbar ist. In dem Indexspeicher ROM 55 wird ein aus N Werten bestehender Satz von Modulationsindizes I. (i = 1,2, ... N) entsprechend einer gewünschten Tonfarbe·in Abhängigkeit von dem Stimmenwort VC ausgewählt und die Modulationsindizes

I^ der jeweiligen Ordnungen (der gleichen Ordnungen i wie die Daten ω ., ω . und (L + Z) . Jwerden im Zeitmultiplexbetrieb aus dem Satz der Modulationsindizes synchron mit dem Auslesen des Puffer-Speichers RAM 15 und als Antwort auf das Adressensignal ADRS ausgelesen. Daher werden jeweils ein Modulationsindex und ein Modulationswellensignal der gleichen Ordnung miteinander multipliziert.

In einem Addierer 56 wird der (dem Phasenwinkel ω .t eines Trägers in der Formel 3 entsprechende) von dem Akkumulator 4 9 ausgegebene Akkumulationswert q · ω . zu dem von dem Multiplizierer 54 ausgegebenen Modulationswellensignal I. sin q · ω . hinzuaddiert. Das Ausgangssignal (q · ω . + I. sin q · ω .) des Addierers 54 wird einem Adresseneingang einer Sinuswellentabelle 57 zugeführt und aus dieser wird ein Amplitudenwert sin (q · ω . + I. sin q . ω .) einer

ei ι mi

Sinuswelle als Antwort auf das als Phaseninformation benutzte Ausgangssignal des Addierers 56 ausgegeben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Sinuswellentabelle 57, die Sinuswellen-Amplitudenwerte in logarithmischer Form gespeichert, weil dies die in einem späteren Stadium durchzuführende weitere Berechnung erleichtert.

Auf die oben beschriebene Weise erhält man das Signal

(q · ω . +1. sin q · ω .) als logarithmischen Wert ei ι ^ mi

durch Frequenzmodulierung eines Trägers (der eine Harmonischenfrequenz f,.. entsprechend dem Wert ω .

BAD ORIGINAL

- 5-5 -

aufweist) mit einer Modulationswelle (mit der Grundfrequenz f der durch den Wert ω . repräsentierten gedrückten Taste mit dem Modulationsindex I..

An Addierer 58 dient dazu, das frequenzmodulierte Signal.log sin (q · ω . + I. sin q · ω .) als von der Sinuswellentabelle 57 abgegebenen logarithmischen Wert mit einem Amplitudenkoeffizienten log A. zu addieren. Durch .die Addition der beiden logarithmischen Werte wird eine Multiplikation des frequenzmodulierten Signals sin (qm . + I. sin q . ω .) mit dem Amplituden-

01 ·*- III -L

koeffizienten A. durchgeführt. Da die Addition logarithmischer Werte einer Multiplikation linearer Werte entspricht, kann die Multiplikation mit dem Amplitudenkoeffizienten A. durch den Addierer 58 durchgeführt werden, der von einfachem Aufbau ist.

Die Amplitudenhüllkurvensignale vom Beginn bis zum Ausklingen des'Tones sind in Bezug auf die jeweiligen Tonfarben in einem Hüllkurvengenerator 59 vorgespeichert. Durch das an dem Stimmenselektor 12 eingestellte Stimmenwort VC wird das einer gewünschten Tonfarbe entsprechende Hüllkurvensignal ausgewählt. Der Hüllkurvengenerator 59 enthält eine Lesesteuerschaltung. Wenn der Anschlagimpuls KONP auftritt, wird die Lesesteuerschaltung getriggert und auf die oben beschriebene Weise wird ein Amplitudenhüllkurvensignal ausgelesen, das zeitlichen Änderungen unterliegt. Das aus dem Hüllkurvengenerator 59 ausge-

lesene Amplitudenhüllkurvensignal log D (t) ist ebenfalls in logarithmischer Form ausgedrückt.

Ein Addierer 60 addiert die den jeweiligen Formanten (i = 1,2 ... N), die a^s dem Pufferspeicher RAM 15 im Zeitmultiplexbetrieb ausgelesen werden, entsprechenden Amplitudendaten (L +' SL) . und das Amplitudenhüllkurvensignal log D (t) zusammen/um die Amplitudenkoeffizienten log A. für die jeweiligen Formanten (i = 1,2 .... N) zu erzeugen. Da der Amplitudenwert (L + SL) . einen Dämpfungsbetrag kennzeichnet, wird der Amplitudenkoeffizient log A^ logarithmisch ausgedrückt. Die Addition in dem Addierer 60 entspricht daher einer Multiplikation der amplitudenkorrigierten Amplitudenwerte der Formanten mit dem Amplitudenhüllkurvensignal D(t). Der dem Amplitudenkoeffizienten A- in Formel(2)oder Formel (2') äquivalente Koeffizient A₁ (i = 1 , 2, . . . N) wird daher von dem Addierer 60 in logarithmischer Form geliefert. Dieser von dem Addierer 60 ausgegebene Amplitudenkoeffizient log A^ wird dem Addierer 58 zugeführt.

Auf die oben beschriebene Weise wird das frequenzmodulierte Signal A. sin (q · ω . + I. sin q · ω .),

J- C -L· -L ILl-L

das in seiner Amplitude durch den Amplitudenkoeffizienten A. korrigiert worden ist, welcher seinerseits amplitudenmäßig entsprechend dem Schiebewert der Formanten-Mittenfrequenz ω . korrigiert worden ist, von dem Addierer 58 als logarithmischer wert ausgegeben. Dieses frequenzmodulierte Signal log A^ sin

BAD ORIGINAL

no

(q · ω . + I. sin q · ω .) in logarithmischer Form o -L Jl nix

wird von einem L_Oq_arithmus/^Linear~^{Wandler 6}^ ⁱⁿ einen Linearwert umgewandelt und danach einem Akkumulator 62 zugeführt.

Der Akkumulator 62 dient zum Summieren der frequenzmodulierten Signale A. sin (q · ω . + I. sin q · ω .)

χ. cii mi.

für. die jeweiligen auf Zeitmultiplexbasis erzeugten Formanten (i = 1,2, ... N) zu jedem Abtastzeitpunkt einer Wellenformamplitude. Der Impulstakt φ wird dem Akkumulator 62 als Signal ACC zugeführt, das die Additionszeitpunkte angibt. Wie Figur 13 zeigt, addiert der Akkumulator 6 2 bei jedem Abfall eines Impulses des Impulstaktes φ, d.h. an jede^t' Zwischenzeitpunkt der Zeitmultiplex-Zeitfenster der jeweiligen Formanten (i = 1,2,3 ... N),kumulativ das frequenzmodulierte Signal A. sin (q · ω . + I. sin q · ω ·) der jeweiligen

j_ ' ν+* -L _L ill-I-

Formanten. Das Ausgangssignal des Akkumulators 6 2 wird einem Register 6 3 zugeführt. Ein Lade-Steuersignal LOAD des Registers 6 3 wird gemäß Figur 13 in der zweiten Hälfte eines Zeitfensters für den N-ten Formanten mit einer geringfügigen Verzögerung gegenüber dam Abfall des Taktimpulses φ erzeugt. Das Ausgangssignal des Akkumulators 62 wird bei dem Anstieg dieses Ladesignals LOAD in das Register 6 3 eingegeben.

Gleichzeitig mit dem Lade-Steuersignal LOAD wird gemäß Figur 13 ein Löschsteuersignal CLR für den Akkumulator 62 erzeugt. Der Akkumulator ist so ausgebildet,

daß er bei dem Abfall dieses Löschsteuersignals CLR gelöscht wird. Wenn die frequenzmodulierten Signale (die augenblicklichen Amplitudenwerte) A. sin

(q · ω . + I. sin q ·ω . ) für den ersten Formanten ei ι . ^ mi

(i = 1) bis N-ten Formanten (i = N) sämtlich kumulativ in dem Akkumulator 6 2 addiert worden sind, wird, das Additionsergebnis in das Register 6 3 eingegeben. Der Inhalt des Akkumulators 6 2 wird unmittelbar danach gelöscht. Aus dem Register 31 wird die Summe der Amplituden der frequenzmodulierten Signale aller Formanten

N (i = 1, 2, ... N) in einer Abtastzeit £ A, sin (q · ω .

+ I. sin q · ω .) ausgegeben. Diese Summe entspricht der Formel(3).Das Ausgangssignal des Registers 63 wird von einem Digital/Analog-Umsetzer 64 in ein (dem Tonsignal e(t) in Formel 3 entsprechendes) Analogsignal umgewandelt und über das Klangsystem 65 wird ein entsprechendes Tonsignal abgestrahlt.

Ein Ausführungsbeispiel mit einer Verbesserung entsprechend einer "Version I" wird im folgenden anhand von Figur 14 beschrieben. Das in Figur 14 dargestellte Hauptsystem 66 hat den gleichen Aufbau wie das in Figur 6 dargestellte elektronische Musikinstrument, (von der Tastatur 10 bis zum Klangsystem 6 5). Durch Hinzufügen eines Subsystems 6 7 zu der Konstruktion nach Figur 6 wird die Verbesserung gemäß Version I erreicht.

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Version I sieht vor, einen anderen Formanten zu bilden, wobei als zentrale Komponente die in den Figuren 4a und 4b durch strichpunktierte Linien dargestellte Harmonischenfrequenz (k + 1) f oder(k - 1) f benutzt wird, die der der Formant-Mittenfrequenz f.p. nächst-benachbarten Harmonischenf requenz kf benachbart ist. Das Subsystem 6 7 dient zur Bildung derartiger anderer Formanten wie sie in den Figuren 4a und 4b durch die strichpunktierten Linien angedeutet sind.

In dem Subsystem 67 wird die von dem Subtrahierer 25 (Figur 8) der Parameter-Rechenschaltung 13 des Hauptsystems 66 ausgegebene Frequenzzahl C(f_f. - f~) dem Α-Eingang eines Komparators 6 8 zugeführt und die aus der Harmonischen-Frequenzzahlentabelle 21 (Figur 8) ausgegebene Harmonischenfrequenzzahl C(k) wird dem B-Eingang des Komparators 68 zugeführt. Die Frequenzzahl C(f_f.- f_Q) stellt einen Cent-Wert der Formanten-Mittenfrequenz f_. mit der Grundfrequenz 0 f als Bezugsbasis (0 Cent) dar, wogegen die Frequenzzahl C(k) einen Cent-Wert der Harmonischenfrequenz kf mit der Grundfrequenz f als Bezugsbasis (0 Cent) bildet. Die Formant-Mittenfrequenz f und die Harmonischenfrequenz kf werden größenmäßig in dem Komparator 68 verglichen. Wenn die Formant-Mittenfrequenz f . gleich der Harmonischenfrequenz kf ist, ist das Ausgangssignal (A = B) des Komparators 68 "1". Wenn die Formant-Mittenfrequenz f_. größer ist als die Harmonischenfrequenz kf (d.h. im Falle von Figur 4a), ist das Ausgangssignal· (Ä > B) des

Komparators 68 "1". Wenn die Formant-Mittenfrequenz f-. kleiner ist als die Harmonischenfrequenz kf (d.h. im Falle von Figur 4b) ist das Ausgangssignal (Λ < B) des Komparators 68 "1

"1"

Andererseits wird das Ausgangssignal Y des Ilarmonischenzählers 22 (Figur 8) einem Addierer 69 und einem Subtrahierer 70 zugeführt. Im Addierer 6 9 wird dem Wert Y eine 1 hinzuaddiert, wogegen in dem Subtrahierer 70 von dem Wert Y eine 1 subtrahiert wird. Wenn das Ausgangssignal (A > B) des Komparators 68 "1" ist, wird von einem Selektor 71 ein Ausgangssignal (k + 1) des Addierers 6 9 selektiert. Wenn das Ausgangssignal (A < B) des Komparators 68 "1" ist, wird von dem Selektor 71 ein Ausgangssignal (k - 1) des Subtrahierers 70 selektiert. In der Harmonischen-Frequenzzahlentabelle 72 sind - ebenso wie in der Harmonischen-FrequenzZahlentabelle 21 in Figur 8 Cent-Werte der jeweiligen Harmonischenfrequenzen mit der Grundfrequenz (der ersten Harmonischenfrequejiz) f als Bezugsbasis (0 Cent) vorgespeichert. Diese Frequenzzahlentabelle 72 liefert eine Harmonischenfrequenzzahl C(k') als Antwort auf die von dem Selektor 71 gelieferten Werte (k + 1) oder (k - 1). Wenn die Formant-Mittenf requenz f,.. größer ist als die Harmonischenfrequenz kf , d.h. f_f. > kf (Figur 4a), erzeugt die Frequenzzahlentabelle 72 als Antwort auf den Wert (k + 1) eine Harmonischenfrequenzzahl C(k'), die eine Harmonischenfrequenz (k + 1)f repräsentiert, deren Harmonischenordnung um eine Ordnung größer ist als die Harmonischenordnung k des Ausgangssignals Y des Harmonischenzählers 22 (Figur 8).

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Wenn die Formant-Mittenfrequenz f kleiner ist als die Harmonischenfrequenz f , d.h. f_. < kf (Figur 4b),erzeugt die Tabelle 72 eine Harmonischenfrequenzzahl· C(k'), die eine Harmonischenfrequenz (k·- 1)f repräsentiert, deren Harmonischenordnung um eine Ordnung niedriger ist als. die Harmonischenordnung k des Ausgangssignals y, als Antwort auf den Wert (k - 1) .

Die Harmonischenf requenzzahl· C(k')_f die aus der 72 ausgel·esen worden ist, wird einem Addierer 73 zugeführt, in dem sie zu der von der Ff^uenZZahientabe^e 17 (Figur 8) des Hauptsystems 66 gelieferten Frequenzzahl C(f ) der gedrückten Taste hinzuaddiert wird. Diesel ■ Addierer 73 dient ebenso wie der Addierer 28 in Figur 8 zur Umwandlung der Harmonischenfrequenzzahl· C (k¹) in einen Cent-Wert mit der Frequenz f _? der niedrigsten Taste C2 als Bezugsbasis. Die Harmonischenfrequenzzahl C(k'f ), die aus einem von dem Addierer 73 ausge-0 gebenen korrigierten Cent-Wert besteht, wird einer Frequenzzahl·en-Umwandlungsschal·tung 74 zugeführt, in der sie zum Vergieich mit einer Normalfrequenz in einen Wert ω ,. umgewandeit wird. Dieser Wert ω ,. entspricht der Winkeifrequenz ω ,. des Trägers in dem

2fj zweiten Ausdruck von Formel· 4. Als Wert ω ,., der der

m ι

Winkelfrequenz der Modulat.ionswelle entspricht, wird der der Grundfrequenz f der gedrückten Taste entsprechende Wert ω .,der von der Frequenzzahlen-Umwandlungsschaltung 30 (Figur 8) des Hauptsystems geliefert wird, benutzt.

is

Eine Amplitudentabelle 75 zur Formantenverstärkung empfängt das Ausgangssignal X des Formantenzählers 19 (Figur 8) des Hauptsystems 66. In diese Amplitudentabelle 75 sind die Verstärkungsamplituden für die jeweiligen Formanten (i = 1,2,3, ... N) (zur Erzielung der Amplitude i ' der Figuren 4a und 4b) als Dämpfungswerte vorgespeichert. Ein Satz der Verstärkungsamplituden (i = 1,2, ... N) wird entsprechend dem Stimmenwort VC selektiert und entsprechend dem Ausgangssignal X wird aus dem selektierten Satz ein Verstärkungsamplitudenwert L¹ . für einen i-ten Formant (i = 1,2, ... N) ausgelesen. Der aus der Tabelle 75 ausgelesene Verstärkungsamplitudenwert L¹. wird einem Pufferspeicher RAM 77 über eine ODER-Torgruppe 76 zugeführt. Dem Pufferspeicher RAM 77 wert
führt.

77 werden außerdem die Daten ω ,. und ω ,. züge-

ro χ οχ

Wenn das Ausgangssignal (A = B) des Komparators 68 "1" ist, wird allen ODER-Toren der ODER-Torgruppe 76 ein "1"-Signal zugeführt, wodurch alle Bits des Amplitudenverstärkungswertes L¹ . zwangsweise auf "1" (den größten Dämpfungsbetrag und somit ein Amplitudenniveau von "0") gesetzt werden. Daher wird kein anderer Formant als der durch die strichpunktierte Linie·in Figur 4 dargestellte von dem Subsystem 6 7 gebildet, wenn f_f. gleich kf ist.

BAD ORIGINAL

Hf.

Der Pufferspeicher RAM 77 empfängt, ebenso wie der Pufferspeicher RAM 15 in Figur 6, das von dem Adressengenerator 14 ausgegebene Adressensignal ADRS und das Lese/Schreib-Steuersignal R/W. Der Pufferspeicher RAM 77 wird daher hinsichtlich des Einschreibens und Auslesens von Daten vollständig synchron mit dem Pufferspeicher RAM 15 (Figur 6) des Hauptsystems 66 betrieben.

Die aus dem Pufferspeicher RAM 77 im Auslesemodus ausgegebenen Daten ω , . , ω ,. und L¹. werden einer ^{J y} c' ι m ι ι

FM-Rechenschaltung 78 zugeführt. Diese FM-Rechenschaltung 78 hat den gleichen Aufbau wie die FM-Rechanachaltung 16 (Figur 6) des Hauptsystems 66. Sie empfängt den Anschlagimpuls KONP, das Stimmenwort VC und das Adressensignal ADRS vom Hauptsystem 06. Die FM-Rechenschaltung 78 führt daher die Frequenzmodulationsrechnung entsprechend dem zweiten Ausdruck von Formel 4 aus:

N
e¹ (t) = T. A'. sin (q · ω ,. + I¹. sin q - ω ,.)

• λ -L O -L _L ill J-.

ι= 1

Hierdurch wird ein anderer Formant erzeugt als in den Figuren 4a und 4b durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist. Das Ausgangssignal e¹ (t) der FM-Rechenschaltung 78 wird dem Hauptsystem 66 zugeführt und mit dem Ergebnis der Frequenzmodulationsrechnuncf gemischt, das dem ersten Ausdruck der in dem Hauptsystem 66 ausgeführten Formel 4 äquivalent ist, d.h.

BAD ORIGiNAL

- -Θ4 -

Σ A. sin (q · ω. + I. sin q · ω .),

und danach einem Klangsystem 65 (Figur 6) zugeführt.

Ein Beispiel bei dem eine Verbesserung gemäß der Version II realisiert ist, wird nun anhand von Figur 15 erläutert.

Figur 15 'zeigt nur die geänderten Teile des Ausführungsbeispiels der Figuren 6 und 8. Der Rest der Schaltung dieses Ausführungsbeispiels entspricht demjenigen der Figuren 6,8 und 9. Mit anderen Worten: Die Version II wird erreicht, indem die in Figur dargestellte Modifikation dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 und 8 hinzuaddiert wird. Die Version II bewirkt eine Abflachung der Spektralhüllkurve eines Formanten proportional zu dem Anstieg der Frequenzdifferenz Af zwischen der Formanten-Mittenfrequenz f_f. und der nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz kf , wie dies durch gestrichelte Linien in den Figuren 5a und 5b dargestellt ist, durch Steuerung des Modulationsindex I. entsprechend der Differenz Af.

Zur Realisierung der Version Il werden aus der Parameter-Rechenschaltung 13 in Figur 8 die formantenkorrigierte Amplitudentabell'e 33 und der Addierer 34 entfernt und die aus der Formanten-Amplitudentabelle 20 ausgelesenen Amplitudendaten L.

Atf

(dB) werden direkt der ODER-Torgruppe 35 zugeführt. Die in der FM-Rechenschaltung 16 benutzten Amplitudendaten (L + £). sind daher die gleichen wie die nicht amplitudenkorrigierten Daten, d.h. die Daten · L . (dB). Ferner sind gemäß Figur 15 eine Modifikationsschaltung 79 zwischen dem Indexspeicher ROM 55 und dem Multiplizierer 54 in Figur 6 und eine Index-Modifikationstabelle 80 vorgesehen. Die Frequenzdifferenzwerte C(Af), die von der Absolutwert- schaltung 32 in der Parameter-Rechenschaltung 13 (Figur 8) geliefert werden, werden der Index-Modifikationstabelle 80 zugeführt.

Die Beziehung zwischen der Differenz Af der Formant-Mittenfrequenz f_f. und einem modifizierten Modulationsindexwert S ist in der Index-Modifikationstabelle vorgespeichert und der modifizierte Modulationsindexwert S wird als Antwort auf die Frequenzdifferenzwerte C(Af) ausgelesen. Dieser modifizierte Wert S wird der· Modifikationsschaltung 79 zugeführt, um den aus dem Indexspeicher ROM 55 ausgelesenen Modulationsindex I. zu modifizieren. Die Modifikationsschaltung .7 9 besteht vorzugsweise aus einem Multiplizierer oder einem Addierer. Sie ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so aufgebaut, daß der Wert SI. des Modulationsindex I. umso größer ist, je größer die Frequenzdifferenz Af ist. Der durch die Modifikationsschaltung 79 modifizierte Modulationsindex SI. wird mit der Modulationswelle sin q · ω .

-W-

im Multiplizierer 54 multipliziert. Auf die oben beschriebene Weise vergrößert sich der Wert des bei der Rechnung in der FM-Rechenschaltung 16 (Figur 6) benutzten Modulationsindex SI. in dem Maße, wie sich die Differenz Af zwischen der in der FM-Rechenschaltung 16 als Träger (ω .) benutzten

C -X-

Harmonischenfrequenz kf und der Original-Formant-Mittenfrequenz f_. anwächst und die resultierende Spektralhüllkurve des Formanten wird in der in den Figuren 5a und 5b dargestellten Weise abgeflacht. Die Amplitudenkorrektur gemäß Version II wird auf diese Weise erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel/ bei dem die Parameter-Rechenschaltung 13 (Figuren 6 und 8) durch einen Parameterspeicher ROM 81 ersetzt ist, wird nun unter Bezugnahme auf Figur 16 erläutert.

Der Parameterspeicher ROM 81 besteht aus einem Festwertspeicher, in dem ein Satz (i = 1,2, ... N) von Parametern (d.h. Daten ω ., die die Frequenz eines Trägers repräsentieren, Daten ω ., die die Frequenz einer Modulationswelle repräsentieren, Modulationsindizes I. und Amplitudendaten Lj), die für die Frequenzmodulationsrechnung zur Bildung eines Formanten in Bezug auf jede Taste der Tastatur und jede einstellbare Tonfarbe (d.h.jeden festen Formanten), gespeichert ist. Wenn die Daten ω ., ω ., I. und L.

BAD ORIGINAL

jeweils aus einem Wort bestehen, bestehen die Parameter (ω . , ω ., I. und L.) für einen Formanten aus vier Wörtern und ein Satz (i = 1,2,3 ... N) von Parametern (ω .,ω ., I. und L₁) entsprechend einer

0X XUJ. X X

Taste, besteht aus 4 . N Wörtern. Wenn R Tasten an der Tastatur 82 vorhanden sind und T Tonfarben an einem Stimmenselektor 83 ausgewählt werden können, muß der Speicher ROM 81 eine Kapazität von 4 -N-R-T Wörtern haben. Wenn beispielsweise die Anzahl N der Formanten zur Bildung eines festen Formanten 8 beträgt, die Gesamtzahl R der Tasten an der· Tastatur 82 25 beträgt und die Anzahl T der Tonfarben 4 beträgt, dann muß der Parameterspeicher ROM 81 eine Kapazität von 4-N-R-T=4x8x25x4= 3200 Wörtern haben.

Ein Beispiel des Speicherformats des Speichers ROM ist in Tabelle 4' angegeben. Entsprechend dieser Tabelle gibt es 4 Tonfarben TA,TB,TC und TD, 25 Tasten im Bereich von einer Taste F₃ bis zu einer Taste F₁- und 8 Formanten. Der Parameter speicher ROM 81 hat 4 große Speicherbereiche entsprechend den Tonfarben TA,TB,TC und TD. Jeder der großen Speicherbereiche besteht aus 25 mittleren Bereichen, die den Tasten F, bis F₁- entsprechen,und jeder der mittleren Bereiche besteht aus 8 kleinen Bereichen, die den jeweiligen Ordnungen i = 1,2, ... 8 eines jeden Satzes von Formanten entsprechen. Jeder der kleinen Bereiche

enthält Daten ω ., ω ., I. und L., die die vier Paraci mi 1 1

meter zur Bildung des entsprechenden Formanten darstellen.

Tabelle 4 Parameterspeicher ROM 81

Adresse	KC (Taste)	^F3	3	iC (i)	Gespeicherte	I	ω . mi	Daten	L.
VC (Ton- farbe)	^F3			1	ω . Cl		ω , ml	I . 1	^L1
ΤΛ		^F5	"'s	2	^ülcl		ω „ m2	r-Γ	^L2
		^F3		3	^Wc2		%3	^τ2	^L3
		•		^wc3		':	^Ι3	•
TB		N= 8	•			•	^L8
TC		^Wc8
TD ¹

1


t


:
■

BAD ORIGINAL

Die als Frequenzdaten ω . des Datenträgers in jedem kleinen Bereich des Parameterspeichers ROM 81 gespeicherten Daten ω . , ω ₂, ω -. ... stellen jeweils eine (entsprechend den Tasten F., ... F₁. unterschiedliche) Harmonischenfrequenz Kf dar, die der i-ten (i = 1,2, ... 8) Formanten-Mittenfrequenz f,.. (d.h. f ₍._Λ , f_co ... t_CQ) in einem festen Formanten

Il I I Γ / IO

für eine bestimmte Tonfarbe TA, TB, TC oder TD nächst-benachbart ist. Die als Frequenzdaten ω ., der Modulationswelle gespeicherten Daten ω .. , ω _? ... repräsentieren jeweils die Grundfrequenz f. der betreffenden Taste (F₃ ... F_r). Die den Modulations-• index I. repräsentierenden Daten I₁, I-, ... bestimmen die Spektralhüllkurve des i-ten Formanten ( i = 1,2, ... 8) in dem festen Formanten zur Realisierung der Tonfarbe. Bei der Amplitudenkorrektur durch Steuerung des Modulationsindex I.» dessen Daten I₁ , I„ ... vorgespeichert sind, wird ein Wert SI. Modifizierung des ursprünglichen Modulationsindex mit einem der Frequenzdifferenz Af zwischen der Mittenfrequenz f_. des Original-Formanten und des Trägers ω . entsprechenden Faktor S erhalten. Die Amplitudendaten L. repräsentieren die Amplitude (L₁, L_ ...) des i-ten (i = 1,2, ... 8) Formanten in dem festen Formanten zur Realisierung der Tonfarbe. In dem Fall, daß die Amplitudenkorrektur durch Korrektur eines Amplitudenniveaus in der gleichen Weise erfolgt wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figur b/ sind (den Ampltidendaten (L). in Figur 8 entsprechende) Daten', die· dadurch ermittelt worden sind, daß die Oriqinalamplitude (L,) durch

BAD

— "3*0 —

Tv

den der Frequenzdifferenz Af der'Original-Formant-Mittenfrequenz f-, und dem Träger (ω .) entsprechenden Korrekturbetrag I, korrigiert wird, Amplitudendaten L₁, L₂, L^ ... vorgespeichert.

Einer der großen Speicherbereiche,der einer bestimmten Tonfarbe TA, TB, TC bzw.TD entspricht, wird durch das von dem Stimmenselektor 83 einem Adresseneingang AD1 des Parameterspeichers ROM 81 zugeführte Stimmenwort VC ausgewählt. Eine Erkennungsschaltung 84 für gedrückte Tasten erkennt, daß eine Taste an der Tastatur 82 gedrückt worden ist und erzeugt ein der gedrückten Taste entsprechendes Tastenwort KC und ein Anschlagsignal KON..Das Tastenwort KC wird einem Adresseneingang AD~ für einen mittleren Bereich des Parameterspeichers ROM 81 zugeführt,um denjenigen der mittleren Bereiche auszuwählen, der der gedrückten Taste entspricht und der in dem von dem Stimmenwort VC ausgewählten großen Bereich liegt. Ein Formantenzähler 85 zählt modulo N = 8 entsprechend 0 der Anzahl N der Formanten und wird von dem Impulstakt φ beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Zählers 85 wird als Bestimmungssignal iC für die Formantenzahl einem Adresseneingang AD,-für einen kleinen Bereich des Parameterspeichers ROM 81 zugeführt, um im Zeitmultiplexbetrieb die Daten ω ., ω ., I. und L.

ei mi ι ι

eines jeden Formanten (i = 1,2, ... 8) aus jedem kleinen Bereich eines durch das Stimmenwort VC und das Tastenwort KC angegebenen mittleren Bereich auszuwählen. Die Zeits-teuerung des Zeitmultiplexbetriebes

BAD ORIGINAL

- 71· -

eines jeden Pormanten (i = 1,2 ... 8) ist die gleiche wie in Figur 13 (N = 8). Eine FM-Rechenschaltung 86 führt in der gleichen Weise wie die FM-Rechenschaltung 16 in Figur 6 die Frequenzmodulationsrechnung der Formel 3 auf der Basis der aus dem Parameterspeicher ROM 81 im Zeitmultiplexbetrieb ausgelesenen Rechenparameter ω ., ω ., I. und L, eines jeden Formanten durch. Die Daten ω,, der gleichen Ordnung werden kumulativ im Zeitmultiplexbetrieb in einem aus einem Addierer 89 und einem Schieberegister 88 aus 8 (=N) Stufen addiert, wodurch die Phasenwinkeldaten q · ω des Trägers erzeugt werden. Andererseits werden die Daten ω . der gleichen Ordnung im Zeitmultiplexbetrieb in einem aus einem Addierer 8 9 und p.inpm Schieberegister 90 aus 8 (=N) Stufen bestehenden Akkumulator kumulativ addiert, wodurch die Phasenwinkeldaten q-(O_ni der Modulationswelle erzeugt werden. Die frequenzmodulierten Wellenamplitudendaten sin q-^_mi werden aus einer Sinuswellentabelle 91 als Antwort auf die Phasenwinkel-0 daten q · ω . ausgelesen. In einem Multiplikator 9 2 werden die frequenzmodulierten Amplitudendaten sin q . (υ , mit dem aus dem Parameterspeicher ROM 81 ausgelesenen Modulationsindex I. multipliziert, um den Wort I. sin q · ω . zu erzeugen. In einem Addierer 93 werden die modulierten Wellenamplitudendaten I. sin q · ω ■ zu dem Phasenwinkelwert des Trägers hinzuaddiert. Das frequenzmodulierte Signal

sin (q · ω . + I. sin q . ω .) wird als Antwort ^α ei ι ^- mi

auf das Ausgangssignal des Addierers 93 aus der

3Ί33757

BS

Sinuswellentabellc 94 ausgelesen. Das aus der Sinuswellentabelle 94 ausgelesene frequenzmoduliertc Signal wird einem Multiplikator 95 zugeführt, in dem es mit einem Amplitudenkoeffizienten A. multipliziert wird.

Das von der Erkennungsschaltung 84 für gedrückte Tasten ausgegebene Anschlagsignal KON wird einem Hüllkurvengenerator 96 zugeführt und ein Signal D(t), das die Amplitudenhüllkurve vom Beginn der Tonerzeugung bis zum Ausklingen des Tones repräsentiert,wird in Abhängigkeit von dem Drücken der Taste erzeugt. In einem Multiplikator 97 werden die Amplitudendaten L . eines jeden aus dem Parameterspeicher ROM 81 ausgelesenen Formanten mit dem Amplitudenhüllkurvensignal D(t) erzeugt, um den Amplitudenkoeffizienten A . des frequenzmodulierten Signals zu erzeugen.

Das frequenzmodulierte Signal A . sin (q · ω . + I. sin q · ω .)/ das von dem Multiplizierer 95 im Zeitmultiplexbetrieb ausgegeben wird, wird von einem Akkumulator 98 aufsummiert und danach einem Register 99 zugeführt. Die Signale des Impulstaktes φ werden als Zeitsteuersignale ACC für die von dem Akkumulator 98 durchgeführte Addition benutzt. Der Akkumulator 98 wird von einem Löschsignal CLR gelöscht, das in derselben Weise wie in Figur 13

BAD ORIGSNAL

-W-

nach Ablauf der Zeitmultiplex-Zeitsteuerung für den letzten (i - N = 8) Formanten erzeugt wird. Ein Ladesignal LOAD des Registers 99 wird in derselben Weise erzeugt wie in Figur 13, und zwar in der zweiten Hälften der Zeitmultiplex-Zeitsteuerung für den letzten (i = N = 8) Formanten und das in dem Akkumulator 98 stehende Additionsergebnis wird unmittelbar bevor der Akkumulator 98 gelöscht wird, in das Register 99 eingegeben. Auf diese Weise wird das frequenzmodulierte Wellensignal

}.: A, sin (q · ω . + I. sin q . ω .), . _- i ei ι ■ mi

das der Formel (3 )äquivalent ist, von dem Register 99 geliefert. Dieses Ausgangssignal des Registers 9 9 wird durch einen Digital/Analog-Umsetzer 100„in ein Analogsignal umgesetzt und das Analogsignal wird zur Ansteuerung des Klangsystems 101 benutzt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Erfindung anhand eines monophonen elektronischen Musikinstruments erläutert. Die Erfindung ist auch bei polyphonen elektronischen Musikinstrumenten anwendbar. Die FM-Rechenschaltungen 16,78 und 86 zur Bildung eines Formanten durch Frequenzmodulationsrechnung sind als Schaltungen beschrieben worden, die eine Grundfrequenzmodulationsrechnung ausführen. Ein Formant kann auch durch eine kompliziertere Berechnung gebildet werden, die eine Frequenzmodulationsrechnung einschließt (2.B. eine Frequenzmodulation von Mehrfachausdrücken oder

eine Mehrfach-Frequenzmodulation oder eine Kombination aus Frequenzmodulation und Amplitudenmodulation).

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem ein fester Formant durch Frequenzmodulation realisiert wird. Die erfindungsgemäße Amplitudenkorrektur kann auch bei anderen System zur Bildung fester Formanten mit der nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz als zentrale Komponente benutzt werden (z.B. bei einem System zur Bildung eines festen .Formanten durch Harmonischensynthetisierung).Die Einrichtung zur Bestimmung der Grundfrequenz (f_Q) ist nicht auf die Tastatur beschränkt sondern es können auch andere geeignete Einrichtungen benutzt werden.

Claims

Ansprüche

U.I Elektronisches Musikinstrument mit Festformanten-Synthese, mit einer Notenauswahleinrichtung und einer Tonerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Harmonischenanteile enthaltenden Tonsignals entsprechend; einer an der NotenauswahLeinrichtung ausgewählten Note und mit einem wählbaren festen Formanten, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerzeugungseinrichtung, die folgenden Baugruppen enthält:

eine Einrichtung für die Formantensynthetisierung (13,16) zur Erzeugung des Tonsignals entsprechend einem Formanten, der als Mittenkomponente eine der Harmonischenfrequenzen der ausgewählten Note aufweist, die sich in der Nähe einer Mittenfrequenz des festen Formanten befindet, und

eine Amplitudenkorrektureinrichtung (31-35,58, 60,-79,80) zur Amplitudensteuerung des Formanten entsprechend der Differenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Formanten und der die Mittenkomponente bildenden Harmonischenfrequenz.

BAD ORIGINAL

2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenkorrektureinrichtung (31-35,58,60) die folgenden Baugruppen enthält:

E^ine Einrichtung (31,32) zur Berechnung der Frequenzdifferenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Formanten und der die Mittenkomponente bildenden Harmonischenfrequenz,

eine Einrichtung (33) zur Ausgabe von den Frequenzdifferenzen entsprechenden Amplitudenkorrekturwerten und

eine Einrichtung (34,58,60) zur Steuerung eines Amplitudenkoeffizienten des von der Formanten-Synthetisiereinrichtung (13,16) zu synthetisierenden Tonsignals als Antwort auf die Amplitudenkorrekturwerte.

3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (33) zur Ausgabe der Amplitudenkorrekturdaten Amplitudenkorrekturdaten erzeugt, deren Amplitudenniveau für das Tonsignal mit zunehmender Frequenzdifferenz abnimmt.

4. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (31,32) zur Berechnung der Frequenzdifferenz die Frequenzdifferonz als Cent-Wert ausgibt und daß die Einrichtung (3 3) zur Ausgabe der Amplitudenkorrekturdaten die Amplitudenkorrekturdaten in einer den

BAD ORIGINAL

- It

Cent-Werten entsprechenden Größe ausgibt.

5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formanten-Synthetisiereinrichtung . (13 ,16) die folgenden Baugruppen enthält:

eine Erkennungseinrichtung (13) zur Erkennung derjenigen unter den Harmonischenfrequenzen der ausgewählten Note, die der Mittenfrequenz des festen Formanten am nächsten benachbart ist ,und.

eine Frequenzmodulationseinrichtung (16) zur Durchführung einer Frequenzmodulation der als Träger benutzten ermittelten·Harmonischenfrequenz mit einer der ausgewählten Note entsprechenden Modulationsfrequenz zur Bildung eines Formanten, der diese Harmonischenfrequenz als Mittenkomponente aufweist, wodurch ein das frequenzmodulierte Signal enthaltendes Tonsignal erzeugt wird.

6. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung (13) die folgenden Baugruppen enthält:

/ TJ

eine erste Einrichtung (23) zur Erzeugung von Zwischenfrequenzdaten, die die Zwischenfrequenzen zwischen den jeweiligen Harmonischenfrequenzen angeben,und

eine zweite Einrichtung (21,24-29) zur .Erkennung einander benachbarter Zwischenfrequenzen zu beiden Seiten der Mittenfrequenz des festen Formanten durch Vergleich einer jeden Zwischenfrequenz mit der Mittenfrequenz des festen Formanten, zur Erkennung einer zwischen den beiden benachbarten' Zwischenfrequenzen vorhandenen Harmonischenfrequenz, die die der Mittenfrequenz nächst-benachbarte Harmonischenfrequenz darstellt.

7. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Notenauswahleinrichtung die folgenden Baugruppen enthält:

Tastenschalter (10) zum Auswählen einer Note und

eine erste Tabelle (17), in der Grundfrequenzzahlen für die Grundfrequenzen der jeweiligen Noten als Cent-Werte vorgespeichert sind, die jeweils an einer bestimmten Referenzfrequenz als Bezugsbasis orientiert sind,zum Auslesen der Frequenzzahl einer an den Tastenschaltern ausgewählten Note,

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~ 79 -

wobei die Tongeneratoreinrichtung die folgenden Baugruppen enthält:

einen Stimmenselektor (12) zur Einstellung eines gewünschten festen Formanten und

eine zweite Tabelle (18), in der die Mittenfrequenzzah.len vorgespeicherf sind, die die Mittenfrequenzen der festen Formanten als Cent-Werte in Bezug auf eine bestimmte Referenzfrequenz als Bezugsbasis darstellen, zum Auslesen der Frequenzzahl eines ausgewählten festen Formanten als Antwort auf die an dem Stimmenselektor vorgenommene Einstellung,

wobei die erste Einrichtung eine dritte Tabelle (23) aufweist, in der Zwischenfrequenzzahlen von Zwischenfrequenzen als Cent-Werte auf der Basis, von Grundfrequenzen vorgespeichert sind, um sukzessive ausgelesen zu werden

und wobei die zweite Einrichtung.(21,24-29) die folgenden Baugruppen enthält:

eine erste Rechenschaltung (25) zur Durchführung einer Rechnung auf der Basis der aus der ersten Tabelle ausgelesenen Grundfrequenzzahl und der aus der zweiten Tabelle ausgelesenen Mittenfrequenzzahl zur Ermittlung der Daten der Mittenfrequenz des festen Formanten, ausgedrückt

BAD ORIGINAL

als Cent-Werte mit der Grundfrequenz als Bezugsbasis,

eine Vergleichsschaltung (24) zum Vergleichen der von der ersten Rechenschaltung ausgegebenen Daten mit der aus der dritten Tabelle ausgelesenen Zwischenfrequenzzahl,

eine Steuerschaltung (26) zur Erkennung benachbarter Zwischenfrequenzen,zwischen denen sich die Mittenfrequenz des festen Formanten befindet, auf der Basis des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung zur Ermittlung der Ordnung der zwischen den benachbarten Zwischenfrequenzen liegenden Harmonischenfrequenz und

eine zweite Rechenschaltung (21,28,29) zur Berechnung der Grundfrequenzzahl in Abhängigkeit von der durch die Steuerschaltung (26) ermittelten Ordnung und zur Lieferung von Daten, die die der Mittenfrequenz nächst-benachbarte ■ Harmonischenfrequenz angeben.

8. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenkorrektureinrichtung in der Frequenzmodulationseinrichtung einen Modulationsindex entsprechend der Differenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Formanten und der von der Erkennungseinrichtung erkannten Harmonischenf requenz steuert.

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9. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenkorrektureinrichtung die folgenden Baugruppen enthält:

eine Schaltung (31,32) zur Ermittlung der Differenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Forraanten und der von der Erkennungseinrichtung erkannten Harmonxschenfre.quenz,

eine Schaltung (80) zur Ausgabe von Modifizierungsdaten, die den Modulationsindex derart modifizieren, daß er mit ansteigender Differenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Formanten und der Harmonischenfrequenz ebenfalls ansteigt,und

eine Schaltung (79) zur Modifizierung des in der Frequenzmodulationseinrichtung zu benutzenden Modulationsindex durch die Modifizierungsdaten.

10. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1,2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator die folgenden Baugruppen enthält:

BAD ORIGINAL

- 8-a

eine Einrichtung (68-74) zum Einstellen einer in der Nähe der als Mittenkomponente in der Formanten-Synthetisierungseinrichtung zu benutzenden Harmonischenfrequenz liegenden weiteren Harmonischenfrequenz und

eine Subformanten-Synthetisierungseinrichtung (78) zur Synthetisierung eines Tonsignals entsprechend einem Subformanten, der eine andere Harmonischenfrequenz aufweist als die Mittenkomponente.

1. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch TO, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (68-74) zur Einstellung einer anderen Harmonischenfrequenz die folgenden Baugruppen enthält:

eine Vergleichsschaltung (68) zum Vergleich der Mittenfrequenz des festen Formanten mit der als Mittenkomponente in der Formanten-Synthetisiereinrichtung zu benutzenden Harmonischenfrequenz und

eine Schaltung (69,70,71) zur Einstellung der anderen Frequenz, die als die andere Frequenz eine Harmonischenfrequenz auswählt, die der. die Mittenkomponente bildenden Harmonischenfrequenz nach oben hin nächst-benachbart ist, wenn die die Mittenkomponente bildende Harmonischenfrequenz kleiner ist als die

Mittenfrequenz des festen Formanten und zur Auswahl einer der die Mittenkomponente bildenden Harmonischenfrequenz nach unten hin nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz, wenn die die Mittenkomponente bildende Harmonischenfrequenz größer ist als die Mittenfrequenz des festen Formanten,

wobei die Amplitude des Subformanten in der Subformanten-Synthetisiereinrichtung kleiner ist als die Amplitude des Formanten in der Formanten-Synthetisiereinrichtung.

12. Elektronisches Musikinstrument mit Festformanten-Synthese mit einer Notenauswahleinrichtung und einer Tonerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Harmonischenanteile enthaltenden Tonsignals entsprechend einer an der Notenauswahleinrichtung ausgewählten Note und mit einem wählbaren festen Formanten, gekennzeichnet durch folgende Baugruppen:

eine Noteneinstelleinrichtung (10),

eine Stimmeneinstelleinrichtung (12) zur Einstellung eines von mehreren Festformantensätzen,

eine Festfortmanten-Lieferschaltung (18,20) zur Ausgabe der Daten von Mittenfroquenzen und

BAD OälGfNAL

AO

Amplituden fester Formanten, die in dem an dem Stimmenselektor eingestellten Formantensatz enthalten sind,

eine Formanten-Synthetisiereinrichtung (13, 16) zur Bildung mehrerer Formanten unter Benutzung derjenigen Harmonischenfrequenzen der eingestellten Note, die den Mittenfrequenzen der von der Festformanten-Zuführeinrichtung vorgegebenen festen Formanten nächst-benachbart sind, als Mittenkomponenten zur Erzeugung von Tonsignalen, die die Harmonischenkomponenten der eingestellten Note entsprechend diesen Formanten enthalten, sowie zur Einstellung der Amplituden der Tonsignale entsprechend den von der Festformanten-Zuführeinrichtung für jeden dieser Formanten gelieferten Amplitudendaten und

eine Amplitudenkorrektureinrichtung (31-35, 58,60;79,80) zur Berechnung der jeweiligen Frequenzdifferenzen zwischen den Mittenfrequenzen der jeweiligen Formanten und den den Mittenfrequenzen nächst-benachbarten Harmonischenfrequenzen zur individuellen Steuerung der Amplituden der Tonsignale für die jeweiligen Formanten in der Formanten-Synthetisiereinrichtung entsprechend den Frequenzdifferenzen.

13. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formanten-Synthetisiereinrichtung die folgenden Baugruppen enthält:

eine Erkennungseinrichtung (13) zur Erkennung der einer jeden Mittenfrequenz der festen Formanten nächst-benachbarten Harmonischenfrequeriz und

eine Frequenzmodulationseinrichtung (16) zur Frequenzmodulierung der ermittelten Harmonischenfrequenzen im Zeitmultiplexbetrieb und in Bezug auf jeden Formanten, mit einer der ausgewählten Note entsprechenden Modulationsfrequenz.

14. Elektronisches Musikinstrument mit Festformanten-Synthese mit einer Notenauswahleinrichtung und einer Tonerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Harmonischenanteile enthaltenden Tonsignals entsprechend einer an der Notenauswahleinrichtung ausgewählten Note und mit einem wählbaren festen Formanten, gekennzeichnet durch die folgenden Baugruppen:

einen Speicher (81), in dem für jede Taste einer Tastatur der Wert derjenigen Harmonischenfrequenz gespeichert ist, der der Mittenfrequenz des festen Formanten nächst-benachbart ist und in dem ferner Amplitudensteuerdaten gespeichert sind, die

AX

der Differenz zwischen der Mittenfrequenz des festen Formanten und der der Mittenfrequenz nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz entsprechen, wobei die der gedrückten Taste entsprechenden Daten aus dem Speicher auslesbar sind/und

eine Formanten-Synthetisiereinrichtung (86) zur Synthetisierung eines Tonsignals entsprechend einem Formanten, der als Mittenkomponente eine Frequenz aufweist, die durch die aus dem Speicher (81) ausgelesenen Daten der nächst-benachbarten Harmonischenfrequenz repräsentiert wird, während die Amplitudensteuerung des Tonsignals durch die aus dem Speicher ausgelesenen Amplitudensteuerdaten erfolgt.

15. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Formanten-Synthetisiereinrichtung aus einer Frequenzmodulationsschaltung (86) besteht, die die Frequenz die durch die Frequenzdaten der nächst-benachbarten Harmonischen repräsentiert wird, als Träger mit einer Frequenz moduliert, die der gedrückten Taste entspricht, und den Amplitudenkoeffizienten des frequenzmodulierten Signals mit den Amplitudensteuerdaten steuert.

16. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher die Frequenzdaten der nächst-benachbarten Harmonischen und die Amplitudenkorrekturdaten für jode Taste der Tastatur jeweils für mehrere feste Formanten gespeichert enthält und ferner die Modulationsfrequenzdaten und die Modulationsindexdaten für jede Taste der Tastatur in Bezug auf die jeweiligen festen Formanten gespeichert enthält und daß der Speicher ferner an eine Steuereinrichtung (85) zur Steuerung des Auslesens des Speicherinhalts im Zeitmultiplexbetrieb angeschlossen ist, wobei die jeweiligen Daten der gedrückten Tasten aus dem Speicher für jeden der festen Formanten ausgelesen werden und die Frequenzmodulationsschaltung im Zeitmultiplexbetrieb die Frequenzmodulationsrechnung für jeden der Formanten auf der Basis der ausgelesenen Daten durchführt.

BAD ORIGINAL