DE3140109C2 - Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung - Google Patents
Polyphones Musikinstrument mit elektronischer KlangerzeugungInfo
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Abstract
Zur Klangerzeugung in einem elektronischen Musikinstrument wird vorgeschlagen, daß eine in einem als Digitalspeicher ausgebildeten Klangkurvenspeicher gespeicherte Klangkurve durch serienmäßige Abtastung für alle Grundfrequenzen oder einen Teil der Grundfrequenzen des Musikinstrumentes klangbestimmend ist, wobei die Perioden der Grundfrequenzen die Frequenzen der Grundtöne darstellen. Im Gegensatz zu der bei bekannten Anforderungen erforderlichen hohen Speicheranzahl ist bei dem vorgeschlagenen Musikinstrument vom Prinzip her lediglich ein Klangkurvenspeicher erforderlich. Unterschiedliche Klangcharaktere können durch Umprogrammierung des Klangkurvenspeichers erzielt werden. Bei einer bestimmten Programmierung des Klangkurvenspeichers weisen alle Töne des Musikinstrumentes die gleiche Klangfarbe auf.
Description
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Die Erfindung betrifft ein polyphones Musikinstrument
mit elektronischer Klangerzeugung, beispielsweise eine elektronische Orgel, mit einem Taktgenerator
zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz und einem Digitalspeicher, der ein Klangkurvenspeicher ist und an
seinem Ausgang digitale Schwingungssignale abgibt, und mit einem Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung
der Digitalwerte in Analogwerte zur akustischen Wiedergabe.
Derartige Musikinstrumente sind aus der DE-OS 28 55 344 oder der DE-OS 29 00 217 bekannt. Bei diesen
bekannten Musikinstrumenten werden Klangkurven herkömmlicher Orgelpfeifen analysiert und in digitaler
Form gespeichert Hierbei ist jedem Ton ein eigener Speicher zugeordnet Dies bedingt eine Vielzahl von
Speichern bzw. Speicherplätzen. Die Speicher werden nach Auswahl durch eine Auswahlstufe parallel abgelesen
und zu einem Summensignal addiert und einem Digital-Analog-Wandler zugeführt, dort in Analogwerte
umgewandelt und schließlich einer akustischen Wiedergabeeinrichtung zugeführt Die Vielzahl der erforderlichen
Speicher bzw. Speicherplätze bedingt kostenaufwendige Einrichtungen. Darüber hinaus ist für eine Vieizahl
von Variationsmöglichkeiten eine sehr aufwendige Programmierung erforderlich. So bedingt beispielsweise
eine Orgel mit einundsechzig Tasten und zwanzig Registern eintausendzweihundertzwanzig Speicher.
Aus der DE-OS 28 28 919 ist eine Anordnung mit mehreren virtuellen Klavialur-Speichern bekannt. Hiermit
können Schaltschritte gespeichert werden, die ein bestimmtes Klangbild hörbar machen sollen, so beispielsweise
verschiedene Registerkombinationen. Dies bedingt eine Auswahlvorrichtung, die infolge der parallel
anstehenden Speicherausgangssignale einen hohen Verdrahtungs- bzw. Verknüpfungsaufwand erfordert.
Wenn über den Klang einer Orgel hinaus der Klang weiterer Musikinstrumente — in entsprechender Weise
wie bei der Orgelpfeife — analysiert und gesondert in Digitalform gespeichert werden, was wiederum eine
Vielzahl zusätzlicher Speicher bzw. Speicherplätze erfordert Je größer die Möglichkeiten dieser bekannten
Musikinstrumente sein sollen, umso größer wird daher der Aufwand an Speichern bzw. Speicherplätzen, an
Programmierarbeit Vüid an Schaltungsaufwand der Auswahleinrichtungen.
Gegenwärtig handelsübliche elektronische Orgeln weisen einen Tongenerator mit meist rcchteckförmigem
Ausgangssignal und Auswahleinrichtungen zur Auswahl der in dem Tongenerator erzeugien Töne aut
Hierbei iit u. a. nachteilig, daß bei Vorhandensein eines
solchen Tongenerators nur eine begrenzte Anzahl von Obertönen zusammenstellbar ist (additive Klangmischung),
wenn man nicht in Kauf nehmen will, daß die Ungenauigkeiten infolge der temperierten Stimmung
insbesondere bei ungeradzahligen Harmonischen das Klangbild negativ beeinflussen. Weiterhin ist nachteilig,
daß Rechtecksignale lediglich zwei Informationen über den Stand ihrer Periode beinhalten, wodurch diese Tonsignale
nicht serienmäßig mit einer Taktfrequenz verarbeitet werden können, da hierbei Verzerrungen auftreten
würden, wenn die Taktfrequenz nicht genügend hoch über dem Obertonanteil liegt. Bei einem selektiven
Verfahren sind die Obertöne nur gruppenweise beeinflußbar, da nebeneinanderliegende Ob^rtöne nicht einzeln
weggefiltert werden können. Weiterhiii nachteilig bei den gegenwärtig handelsüblichen elektronischen
Orgeln ist daß analog arbeitende Abk'bgeinrichtungen vorgesehen sind, 2. B. bei Sustain und perkussion, welche
nicht ausklingen können, da Dioden bei einem Minimum an Gleichstromanteil sperren und bei dieser Sperrung
der Ton mehr oder weniger schnell abreißt. Die echte Klangnachbildung beispielsweise eines Klaviers
ist daher auf herkömmlichen elektronischen Orgeln mit vertretbarem Aufwand kaum möglich.
Zur Behebung der geschilderten Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Musikinstrument
mit elektronischer Klangerzeugung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei vertretbar geringem
Schaltungsaufwand — je nach Größe des Instrumentes — eine freie Programmierung sämtlicher gewünschter
Obertöne zu den Grundtönen in reiner, schwebungsfreier Form ermöglicht, wobei zusätzlich
die Obertöne auch noch einzeln in ihrer Lautstärke programmierbar sein sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß nur ein Klangkurvenspeicher vorgesehen
ist und eine in dem Klangkurvenspeicher gespeicherte Klanj; kurve durch serienmäßige Abtastung für alle oder
einen Teil der Grundfrequenzen des Musikinstrumentes klangbestimmend ist, und zwischen dem Taktgenerator
und dem Klangkurvenspeicher eine als Addierwerk ausgebildete Zählerstufe geschaltet ist, und die Zählenstufe
zur Abgabe einer der Grundtöne des Musikinstrumentes entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Zählrei-.
hen ausgebildet ist, welche in Zyklen dem Klangkurvenspeicher serienmäßig derart zugeführt werden, daß mit
rien Zahlen der Zählreihen die Adressen des Klangkurvenspeichers angesteuert werden, und der Klangkurvenspeicher
an seinem Ausgang für jede Adresse ein von der ·η dem Speicher gespeicherten Klangkurve abhängiges
Signal abgibt, welches die Klangfarbe bestimmt und ein Teil einer Schwingung der jeweiligen
Zählreihe ist.
Bei der Erfindung ist im Gegensatz zu der bei den bekannten Anordnungen erforderlichen hohen Speicheranzahl
vom Prii.zip her lediglich ein Klangkurvenspeicher erforderlich, weil im Rhythmus der Taktfrequenz
alle Grundfrequenzen in Serie die Adressen des Klangkurvenspeichers ansteuern, an dessen Ausgang
dann Signale mit dem Klang der gespeicherten Klangkurve und der Frequenz der jeweils anliegenden Grundtöne
entstehen. Unterschiedliche Klangcharaktere können ohne weiteres durch Umprogrammierung des
Klangkurvenspeichers erzielt werden. Da bei einer bestimmten Programmierung des Klangkurvenspeichers
alle Töne des Musikinstrumentes die gleiche Klangfarbe
aufweisen, ergibt sich, daß bei einer einzigen Umprogrammierung des Klangkurvenspeichers gleichzeitig alle
Töne des Musikinstrumentes umprogrammiert werden, was wesentlich weniger aufwendig ist, als die bei
den bekannten Anordnungen erforderliche Programmierung aller Töne.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Grundfrequenzen durch laufende
Additionen mit einer jedem Grundton eigenen Verhältniszahl im Rhythmus einer gemeinsamen Taktfrequenz
erzeugt werden. Diese Verhältniszahlen weisen wegen der erforderlichen Genauigkeit eine hohe Bitzahl auf,
wobei sechzehn Bit als ausreichend genau angenommen werden kann, wenn man berücksichtigt, daß bei einem
Manual mit fünf Oktaven Frequenzumfang auch eine Verschiebung der Verhältniszahlen um fünf Bit zustande
kommt, so daß eigentlich für jede einzelne Verhältniszahi in der tiefsten Oktave nur eif Bit zur Verfügung
stehen. Diese sechzehn Bit sind als »Binärzahl mit Komma« zu verstehen, wobei die Stellen hinter dem »Komma«
in der Folge der Additionen wiederum ganze Zahlen ergeben und somit zuaddiert werden. Mit den Stellen
hinter dem »Komma« wird beispielsweise ein programmierbarer Frequenzteiler gesteuert, der bei jedem
Zyklus einen Taktimpuls bekommt und mit seiner Stellung im Vergleich zur Programmierung entscheidet, ob
am Ausgang eine »Eins« abgegeben werden soll, oder nicht. Diese »Eins« wird der ganzen Zahl hinzuaddiert.
Dadurch können Freqi, "nzwerte erzeugt werden, die in
keinem ganzzahligen Verhältnis zur Taktfrequenz stehen. ...
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zählerstufe einen programmierten Festwertspeicher
zur zyklisch aufeinanderfolgenden Abgabe von Verhältniszahlen der gewüsnchten Zählfrequenzen zur
Tsktfrciienz aufweist, und dss Addierwerk der Zählerstufe
jede Verhältniszahl in jedem Zyklus dem Inhalt eines ihr eigenen Zwischenspeichers zuaddiert, wobei
das Überlaufbit nicht berücksichtigt wird, so daß bei Auftreten eines Überlaufbits die Zählung wieder klein
beginnt und eine neue Periode der Frequenz des Grundtones eingeleitet wird. Es kommt selbsttätig eine serielle
Übertragung der Grundfrequenzen zustande, weil bei jeder Addition die Summe sowohl zwischengespeichert
als auch zur Ansteuerung des Klangkurvenspeichers herangezogen wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß alle Klangkurven in dem Musikinstrument derart
aufgezeichnet und/oder verarbeitet werden, daß die negativen Halbwelien spiegelbildlich neben den positiven
Halbwellen aufgezeichnet werden und das ranghöchste Bit für die Polarität der Halbwellen bestimmend ist. Damit
wird erreicht, daß größere Schaltschritte im Bereich kleiner Signale vermieden werden, und zwar insbesondere
bei der Digital-Analog-Wandlung. Hierauf wird
weiter unten im Zusammenhang mit der Erläuterung des Gegenstandes des Anspruches 15 noch näher eingegangen.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die in dem Klangkurvenspeicher gespeicherte Klangkurve aus Grundton und beliebig vielen Obertönen
besteht, die in Anzahl und Amplitude frei programmierbar
sind. Hierbei ist vorteilhaft, daß die Programmierung
der Klangkurve aus reinen Sinustönen erfolgt,
die einen Überblick über den gespeicherten Klang ermöglichen und eine Zusammenstellung des Klanges vereinfachen.
Dies stellt-einen beträchtlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Orgeln dar, bei denen mit den
Obertönen auch deren Obertöne eingebracht werden, da die Obertöne der Obertöne nur schwer wegfilterbar
sind. Außerdem können nun die Oktaven bewußt etwas unrein gestimmt werden, da sie zur additiven Klangmischung
entfallen. Die Phasenstarrheit der Oktaven wurde bei den bekannten Orgeln immer bemängelt.
Die Programmierung der Klangkurve kann nach weiteren Merkmalen der Erfindung in einfacher Weise dadurch
erfolgen, daß in einem Klangkurveneinsteller und
ίο Mischer ein unterschiedlich schnelles Abtasten einer Sinuskurve
erfolgt, wobei die Zwischenwerte der Teiltöne addiert werden, nachdem sie durch eine Multiplikation
mit einer Binärzahl zwischen »Null« und »Eins« in der Amplitude beeinflußt worden sind. Das unterschiedlich
schnelle Abtasten der Sinuskurve kann dadurch erfolgen, daß die Reihenfolge der Abtastpunkte verändert
wird. Wenn eine gespeicherte Sinuskurve in beispielsweise 256 Schritten auige^eichiiei ixi, wobei jtui Au'utstung
die Adressen fortlaufend gelesen werden müssen, genügt die fortlaufende Ablesung der Adressen zur Aufzeichnung
einer Schwingung des Grundtones. Die zweite Harmonische muß in der gleichen Zeit zwei Schwingungen
durchlaufen. Man erreicht dies, indem man jede zweite Adresse übergeht, dafür den Speicher zweimal
abliest. Beispielsweise die elfte Harmonische wird dadurch erzeugt, daß die Adressen in elfer Schritten
durchgezähL werden, und zwar fortlaufend, so daß nach
256 Zählungen genau 11 Perioden durchlaufen werden, wobei es sich ergibt, daß jede Adresse des Speichers nur
einmal in der Zählung vorkommt. AuT die gleiche Art werden auch die anderen Obertöne zur Addition bereitgestellt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß in einem Klangfarbenauswahlregister die die Amplitude beeinflussenden Binärzahlen einstellbar sind.
bar sind. Die die Amplitude beeinflussenden Binärzahlen können beispielsweise von Zugriegeln eingestellt
werden. Bei elektronischer Speicherung mit optischer Anzeige und Einstellung der Werte mit Tastern ist es
jedoch möglich, ganze Klangkombinationen zu speichern und mit einem Knopfdruck abzurufen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß anstelle des einen Klangkurvenspeichers
zwei ständig elektronisch austauschbare Klangkurvenspeicher vorgesehen sind, und einer der Klangkurvenspeicher
laufend abgetastet wird, während der andere Klangkurvenspeicher im Laufe eines Programmiervorganges
bis zur endgültigen Programmierung als Zwischenspeicher dient Da der Klangkurvenspeicher zeitlich
stark ausgelastet ist (für eine Abtastung bleiben ihm bei 61 Tasten und einer Abtastgeschwindigkeit von
32 KHz pro Ton nur ganze 240 ns) ist somit ein zweiter gleicher Klangkurvenspeicher vorgesehen, der elektronisch
mit dem ersten Klangkurveiispeieher nach jedem
Programmierzyklus ausgetauscht wird. Dadurch kann der freie Klangkurvenspeicher Schritt für Schritt die
Daten aufnehmen, zwischenspeichern und wieder der Recheneinheit zur Verfugung stellen, bis die endgültige
Programmierung festliegt Die Programmierung erfolgt derart, daß dem freien Speicher ein Hilfsspeicher zugeordnet
wird, um die Bitzahl zu erhöhen. Dann werden nacheinander laufend die einzelnen Harmonischen mit
allen Werten zusammenaddiert, so daß ein Gemisch entsteht,
welches der gewünschten Klangkurve entspricht Da sich durch die laufenden Additionen die Bitzahl erhöht
hat, regelt nun eine laufende Regelstufe die Klangkurve soweit herunter, daß diese in den vorgesehenen
Bit-Bereich hineinpaßt. Dies geschieht einfach durch Schieben »in Richtung Komma«, wobei die Stellen hinter
dem »Komma« einfach wegfallen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Klangkurvenspeicher ein wenigstens
eine Klangkurve beinhaltender Festwertspeicher ist. Durcf; die Möglichkeit, feste Programme in einem
Festwertspeicher anzubieten, kann eine komplette Orgel mit sehr wenigen Bauteilen aufgebaut werden, obwohl
dem Hersteller für die Zusammenstellung- der Programme unbegrenzte Möglichkeiten in noch nie dagewesener
Feinheit zur Verfügung stehen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können mehrere Klangkurvenspeicher vorgesehen sein.
Dies ist vorteilhaft wenn
a) mehrere Manuale vorhanden sind, oder
b) wenn rvianuaiieiiungen gewünscht sind, oder wenn
c) mehrere Instrumente zu gleicher Zeit registriert sind (bei unterschiedlichen Perkussionen, oder
d) wenn verschiedene Hüllkurven eigene Klänge haben sollen, oder wenn
e) zwei nicht rein gestimmte Frequenzen /weeks Choreffekt zu gleicher Zeit übertragen werden sollen.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß für die Programmierung aller Klangkurvenspeicher eine einzige Programmierung aller Klangkurvenspeicher
eine einzige Programmiereinheit vorgesehen ist. Die erwähnten Klangkurvenspeicher können
alle über eine Auswahlvorrichtung eine einzige Programmiereinheit angeschlossen werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Auswahlvorrichtung — beispielswei-
Speichers anliegenden Teiltöne durch Multiplikation mit Binärzahlen zwischen »Null« und »Eins« in der Amplitude
— und somit in der Lautstärke — beeinflußt, und zwar in der Form, daß ein Zwischendigitalspeicher die
Daten zwischenspeichert und synchron zu dem Zyklus der Zählreihen abgibt. Hierbei ist vorteilhaft, daß die
erzeugten Töne auf Wunsch auch vollkommen abklingen können, und zwar in gleichmäßigen dB-Schritten.
Die einfachste Methode zur Auswahl der Töne besteht darin, die Töne einfach zu schalten. Um aber Zupfklänge
oder andere Perkussionsklänge zu erreichen, braucht man zusätzlich zu den Tastenkontakten noch Hüllkurvensteuerungen,
auch Hüllkurvengenerator genannt Die hierbei entstehenden Steuersignale sind bei Analogorgeln
Gleichspannungen, die sich proportional zu der gewünschten Lautstärke verhalten. Bei Digitalorgeln
kann die gleiche Wirkung erzielt werden, indem eine Binärzahl durch Multiplikation die Lautstärke be
stimmt Dabei ist es selbstverständlich, daß bei einer Multiplikation eine binäre »Null« eine vollständige
Sperrung des Tones bedeutet Es ist naheliegend, die Tasten mit einer niedrigeren Frequenz abzufragen, als
den Klangkurvenspeicher. Da aber auch die Hüllkurvensteuerung serienmäßig erfolgen soll, sind für die
Aufnahme der Binärzahlen Digitalzwischenspeicher erforderlich. Die Abtastung des Klankurvenspeichers ist
in 64 oder maximal 128 Schritte unterteilt wobei maxi mal 61 verschiedene Gnmdfrequenzen notwendig sind.
Es stehen also zeitlich nur drei Schritte zur Verfugung, um die Zwischenspeicher zu programmieren, da deren
Abfragung ja synchron zu den Gnmdfrequenzen verlaufen muß.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teiltöne der einzelnen Grundfrequenzen
innerhalb eines Zyklus derart addiert werden, daß — ausgehend von einen Nullwert — die positiven
Halbwellen zuaddiert und die durch das ranghöchste Bit als negativ gekennzeichneten Halbwellen subtrahiert
werden, und das entstehende Summensignal wieder derart umgewandelt wird, daß von den durch das
ranghöchste Bit gekennzeichneten negativen Werten der Kehrwert gebildet und eine binäre »Eins« zur Wiederherstellung
der Symmetrie hinzuaddiert wird. Wie bereits bei der Erläuterung des Gegenstandes des Patentanspruches
5 angedeutet, ist es beim Schalten einer Frequenz in einem Musikinstrument notwendig, die
zentrale Lage des Nulldurchganges einer Klangkurve nicht zu verändern. Der andernfalls entstehende Gleichstromanteil
führt zu dem bei elektronischen Geräten oft bemängelten Schaitknack. Bei einer binär aufgezeichneten
Klangkurve erfolgt beim Nulldurchgang ein Umschalten aller Bitwerte, was speziell bei der Digital-Analog-Wandlung
infolge von Bauteile-Toleranzen zu Ungenauigkeiten führt, insbesondere bei der Übertragung
von kleinen Signalen. Diese beiden Nachteile werden durch die vorstehend beschriebene Methode der positiven
Übertragung beider Halbwellen mit Kennzeichnung der Polarität durch das ranghöchste Bit vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Erzeugung von Nachhall, Echo und
Choreffekten das Summensignal direkt einer Signalverzögerungseinheit zugeführt wird. Bei den Verzögerungsschaltungen
der bekannten elektronischen Musikinstrumente treten Ungenauigkeiten stets an den A-D-
und den D-A Übergängen auf. Dies wird durch die in dem Digitalkreis vorgesehene Signalverzögerungsein-
von Bauteilen wird hierdurch auch eine Qualitätsverbesserung erreicht.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die positiven und negativen Halbwellen in dem Digital-Analog-Wandler getrennt umgewandelt werden, wobei die positive Halbwelle positive Spannungswerte und die negative Halbwelle negative Spannungswerte abgibt, die dann zusammengefügt das endgültige Analog-Ausgangssignal ergeben. Die Digital-Analog-Wandlung wird aus den obengenannten Gründen etwa so vorgenommen, wie in einem Klasse B Verstärker, nämlich jede Halbwelle für sich. Zum Schluß wird das Signal dann zusammengesetzt
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die positiven und negativen Halbwellen in dem Digital-Analog-Wandler getrennt umgewandelt werden, wobei die positive Halbwelle positive Spannungswerte und die negative Halbwelle negative Spannungswerte abgibt, die dann zusammengefügt das endgültige Analog-Ausgangssignal ergeben. Die Digital-Analog-Wandlung wird aus den obengenannten Gründen etwa so vorgenommen, wie in einem Klasse B Verstärker, nämlich jede Halbwelle für sich. Zum Schluß wird das Signal dann zusammengesetzt
so Narh einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß jeder Taste der Auswahlvorrichtung
e:n eigener Speicherplatz in dem Digitalzwischenspeicher zugeordnet ist der diejenigen Daten zwischenspeichert und abgibt die eine Hüllkurvenschaltung in
Verbindung mit der Tasteninformation in einzelnen Zählschritten erstellt Die Abfragung der Tasten erfolgt
dabei serienmäßig, wobei ein Vor- und Rückwärtszähler die Daten zyklisch aus dem Digitalzwischenspeicher
entnimmt eine der Tasten- und Registerstellung ent sprechende Zählung vornimmt und die Daten wieder in
den Digitalzwischenspeicher ablegt
Das Abklingen der Töne in gleichmäßigen dB-Schritten wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
dadurch erreicht, daß die im Digitalspeicher liegenden Binärzahlen beim Abklingen proportional zu ihrer Größe verändert werden. Die Abklingschnelligkeit der Töne wird im Grundsatz von den Registern bestimmt Die
Auslaufkurven bei dem Abklingen werden digital da-
durch ermöglicht, daß die die Amplitude bestimmenden Binärzahlen direkt auf die Abzählgeschwindigkeit einwirken,
so daß bei gleicher Zeitdauer ein Halbieren der Binärzahlen auch ein Halbieren der Zählgeschwindigkeit
mit sich bringt.
Abschließend sei noch bemerkt, daß es nicht möglich ist, Töne verzerrungsfrei seriell zu übertragen, wenn die
Töne. — wie bei Rechteckgeneratoren — nur zwei Informationen
(Eins und Null) enthalten, es sei denn, die Taktfrequenz liegt sehr hoch über dem höchsten Ton,
wobei eine serielle Übertragung uninteressant ist. Bei dem hier beschriebenen Musikinstrument mit elektronischer
Klangerzeugung trifft dies nicht zu, weil auch die höchste Frequenz immer aus vier Informationen besteht,
die durch eine achtstellige Binärzahl zu jedem Abfragezeitpunkt den tatsächlichen entsprechenden Sinuswert
angeben.
Das Funkiiunsscheiiia einer Orgel gemäß der Erfindung
wird nachfolgend anhand des Blockschaltbildes schematisch erläutert.
Ein mit 1 bezeichneter Taktgenerator und Adressenzähler liefert alle für die ganze Orgel notwendigen Frequenzen
und Adressen und ist für alle synchronen Abläufe zuständig. Beginnend mit der Adresse »0« gibt ein
Festwertspeicher 2 eine frequenzbestimmende Verhältniszahl in eine gleichzeitig als Addierwerk ausgebildete
Zählerstufe 3, wo sie mit der in einem Zwischenspeicher
4 unter der Adresse »0« liegenden Binärzahl zusammenaddiert wird. Während die Summe, die ein Teil des ersten
Tones ist, im Zwischenspeicher 4 wieder abgelegt wird, aber auch gleichzeitig mit ihrem Zahlwert die
gleichlautende Adresse eines Klangkurvenspeichers 5 ansteuert, liegt am Ausgang des Klangkurvenspeichers
5 derjenige Teil der programmierten Klangkurve an, der zu dieser Adresse und somit zu dem zwischengespeicherten
Zahlenwert gehört und die durch die Programmierung des Klangkurvenspeichers 5 endgültige
Klangfarbe enthält. Dieses Signal ist ein Binärwort, welches in der Feinheit der ausgewählten Stellenzahl bzw.
Wortbreite entspricht. Ausreichend dürften acht Bit sein. Dieses Binärwort also iiigt nun an einem Multiplizierer
6 an und wird mit der in einem Digitalzwischenspeicher 12 unter der Adresse »0« liegenden Binärzahl,
die zu der Taste Nummer 1 von Tasten 13 des Instrumentes gehört, multipliziert und in einem Addierwerk
(7) zwischengelagert.
Der beschriebene Vorgang wiederholt sich nun mit der Adresse »1«, die den Ton zur Taste Nr. 2 enthält,
und nun in dem Addierwerk 7 zu dem Wert des ersten Tones hinzuaddiert wird. Es folgt nun die Adresse »2«
usw., bis maximal die Adresse Nr. 60, welche die 61. Taste
der Orgel einschließt, den Zyklus abschließt. Ein Manual hat meist nicht mehr als 61 Tasten. Während dieser
Vorgänge sind nun alle in dem Multiplizierer 6 ausgewählten Binärzahlen im Addierwerk 7 zusammenaddiert
worden. Es ist dabei eine Zeit vergangen, die beispielsweise der Zeit einer halben Periode einer 32 KHz-Schwingung
entspricht Es ist wichtig, daß die höchste im Klangkurvenspeicher gespeicherte Frequenz die
Hälfte der Taktfrequenz (im vorliegenden 32 KHz) nicht übersteigt, weil sonst Störfrequenzen auftreten,
die ein Verhältnis der Taktfrequenz mit der zu übertragenden Frequenz darstellen und im Bereich der zu übertragenden
Frequenz liegen und somit nicht weggefiltert werden können. Die im Addierwerk 7 liegende Summe
wird nun einer Signalverzögerungseinheit 8 zugeführt, wo sie je naeh Wunsch oder Einstellung aufgeteilt einer
oder mehreren Verzögerungsstrecken zugeführt wird.
Die Teilwerte werden dann wieder addiert, wonach in einem Disita!-Ana!"2-Wand!er Q eine 1 ImwanHfunj in
ein Analogsignal erfolgt. Ein Filter unterdrückt nun noch die Reste der Taktfrequenz, wonach das Signal
über eine Regler- bzw. Fußschwellerstufe einem Endverstärker und einem Lautsprecher zugeführt wird. Mittels
eines weiteren Filters können auch Formantklänge erzeugt werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform mit programmierbarem Klangspeicher kann der
Klangkurvenspeicher an einem Klangfarben- und Hüllkurvenauswahlregister
11 laufend neu programmiert werden, so daß eine gewünschte Klangfarbenänderung schon Bruchteile von Sekunden nach der Registrierung
anliegt. Der Programmiervorgang selbst sowie die Hüllkurvensteuerung
wurden bereits bei der Erläuterung der Patentansprüche beschrieben.
Hierzu i Brau zeichnungen
Claims (18)
1. Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung, beispielsweise elektronische
Orgel nvit einem Taktgenerator zur Erzeugung einer
Ausgangsfrequenz und einem Digitalspeicher, der ein Klangkurvenspeicher ist und an seinem Ausgang
digitale Schwingungssignale abgibt, und mit einem Digital-Analog-Wsndler zur Umwandlung
der Digitalwerte in Analogwerte zur akustischen Wiedergabe, dadurch gekennzeichnet,
daß nur ein Klangkurvenspeicher vorgesehen ist und eine in dem Klangkurvenspeicher (5) gespeicherte
Klangkurve durch serienmäßige Abtastung für alle oder einen Teil der Grundfrequenzen des Musikinstrumentes
klangbestimmend ist, und zwischen dem Taktgenerator (1) und dem Klangkurvenspeicher (5)
eine als Addierwerk ausgebildete Zählerstufe (3) geschaltet
ist, und oie Zählerstufe (3) zur Abgabe einer
der Grundtöne des Musikinstrumentes entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Zählreihen ausgebildet
ist, welche in Zyklen dem Klangkurvenspeicher (5) serienmäßig derart zugeführt werden, daß mit
den Zahlen der Zählreihen die Adressen des Klangkurvenspeichers (5) angesteuert werden, und der
Klangkurvenspeicher (5) an seinem Ausgang für jede Adresse ein von der in dem Speicher gespeicherten
Klangkurve abhängiges Signal abgibt, welches die Klangfarbe bestimmt und ein Teil einer Schwingung
der jeweilig', η Zählreihe ist.
2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenzen durch laufende
Additionen mit einer jedren Grundton eigenen Verhältniszahl im Rhythmus einer gemeinsamen
Taktfrequenz erzeugt werden.
3. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerstufe
(3) einen programmierten Festwertspeicher (2) zur zyklisch aufeinanderfolgenden Abgabe von Verhältniszahlen
der gewünschten Zählfrequenzen zur Taktfrequenz aufweist, und das Addierwerk der
Zählerstufe (3) die Verhältniszahl in jedem Zyklus dem Inhalt eines ihr eigenen Zwischenspeichers (4)
zuaddiert, wobei das Überlaufbit nicht berücksichtigt wird, so daß bei Auftreten eines Überlaufbits die
Zählung wieder klein beginnt und eine neue Periode der Frequenz des Grundtones eingeleitet wird.
4. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Klangkurven
in dem Musikinstrument derart aufgezeichnet und/ oder verarbeitet werden, daß die negativen Halbwellen
spiegelbildlich neben den positiven Halbwellen aufgezeichnet werden und das ranghöchste Bit
für die Polarität der Halbwellen bestimmend ist.
5. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem
Klangkurvenspeicher (5) gespeicherte Klangkurve aus Grundion und beliebig vielen Obertönen besteht,
die in Anzahl und Amplitude frei programmierbar sind.
6. Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Klangkurveneinsteller
und Mischer (10) die Programmierung der Klangkurve durch unterschiedlich schnelles Abtasten einer
Sinuskurve erfolgt, wobei die Zwischenwerte der Teiltöne addiert werden, nachdem sie durch eine
Multiplikation mit einer Binärzahl zwischen »Null«
und »Eins« in der Amplitude beeinflußt worden sind.
7. Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unterschiedlich schnelle Abtasten
der Sinuskurve dadurch erfolgt, daß die Reihenfolge der Abtastpunkte verändert wird.
8. Musikinstrument nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß in einem Klangfarbenauswahlregister
(11) die die Amplitude beeinflussenden Binärzahlen einstellbar sind, und daß ganze
Klangkombinationen zwischenspeicherbar sind.
9. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des einen
Klangkurvenspeichers (5) zwei ständig elektronisch austauschbare Klangkurvenspeicher vorgesehen
Sind, und einer der Klangkurvenspeicher laufend abgetastet wird, während der andere Klangkurvenspeicher
im Laufe eines Programmiervorganges bis zur endgültigen Programmierung als Zwischenspeicher
dient.
10. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klangkurvenspeicher
ein wenigstens eine Klangkurve beinhaltender Festwertspeicher ist
11. Musikinstrument nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß für eine Programmierung des Klangkurvenspeichers eine Programmiereinheit
vorgesehen ist
12. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswahlvorrichtung
— beispielsweise Tasten — die in Serie am Ausgang des Klangkurvenspeichers (5) anliegenden
Teiltöne durch Multiplikation mit Binärzahlen zwischen »Null« und »Eins« in der Amplitude — und
somit in der Lautstärke — beeinflußt, und zwar in der Form, daß ein Digitalzwischenspeicher (12) die
Daten zwischenspeichert und synchron zu dem Zyklus der Zählreihen abgibt (Multiplizierer 6).
13. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,daß t.e Teiltöne der
einzelnen Grundfrequenzen innerhalb eines Zyklus derart addiert werden, daß — ausgehend von einem
Nullwert — die positiven Halbwellen zuaddiert und die durch das ranghöchste Bit als negativ gekennzeichneten
Halbwellen subtrahiert werden, und das entstehende Summensignal wieder derart umgewandelt
wird, daß von den durch das ranghöchste Bit gekennzeichneten negativen Werten der Kehrwert
gebildet und durch eine binäre »Eins« zur Wiederherstellung der Symmetrie hinzuaddiert wird (Addierwerk
7).
14. Musikinstrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Nachhall,
Echo und Coreffekten das Summensignal direkt einer Signalverzögerungseinheit (8) zugeführt wird.
15. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven
und negativen Halbwellen in dem Digital-Analog-Wandler (9) getrennt umgewandelt werden, v/obei
die positive Halbwelle positive Spannungswerte und die negative Halbwelle negative Spannungswerte
abgibt, die dann zusammengefügt das endgültige Analog-Ausgangssignal ergeben.
16. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 12 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Taste
der Auswahlvorrichtung (13) ein eigener Speicherplatz in dem Digitalzwischenspeicher (12) zugeordnet
ist, der diejenigen Daten zwischenspeichert und abgibt, welche eine Hüllkurvenschaltung in Ver-
bindung mit der Tasteninformation in einzelnen Zählschritten erstellt.
17. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragung
der Tasten serienmäßig erfolgt, wobei ein Vor- und Rückwärtszähler die Daten zyklisch aus
dem Digitalzwischenspeicher (12) entnimmt, eine der Tasten- and Registerstellung entsprechende
Zählung vornimmt und die Daten wieder in den Digitalzwischenspeicher (12) ablegt
18. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abklingen
der Töne in gleichmäßigen dB-Schritten dadurch erreicht wird, daß die im Digitalspeicher liegenden
Binärzahlen beim Abklingen proportional zu ihrer Größe verändert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813140109 DE3140109C2 (de) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813140109 DE3140109C2 (de) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3140109A1 DE3140109A1 (de) | 1983-04-28 |
DE3140109C2 true DE3140109C2 (de) | 1985-08-01 |
Family
ID=6143719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19813140109 Expired DE3140109C2 (de) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (6)
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FR2396375A1 (fr) * | 1977-07-01 | 1979-01-26 | Deforeit Christian | Synthetiseur polyphonique de signaux periodiques et instrument de musique electronique comportant un tel synthetiseur |
JPS6029959B2 (ja) * | 1977-11-08 | 1985-07-13 | ヤマハ株式会社 | 電子楽器 |
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DE2900217A1 (de) * | 1979-01-04 | 1980-07-17 | Harald Stanger | Verfahren zur ton- und klangerzeugung bei elektronischen orgeln |
JPS55135899A (en) * | 1979-04-12 | 1980-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electronic musical instrument |
-
1981
- 1981-10-09 DE DE19813140109 patent/DE3140109C2/de not_active Expired
Also Published As
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DE3140109A1 (de) | 1983-04-28 |
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