DE3220099A1

DE3220099A1 - Elektronisches musikinstrument, bei dem die tonsynthese unter verwendung der frequensmodulation erfolgt

Info

Publication number: DE3220099A1
Application number: DE19823220099
Authority: DE
Inventors: Shigeru Hamamatsu Shizuoka Yamada
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1983-01-05
Also published as: JPS57199399U; US4455911A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. ULRICH KINKELIN 7032 Sindelfingen - auf dem Goldberg - Weimarer Str. 32/34 Telefon 07031/86501

Telex 7365509 rose d 12 216 21.. Mai 1982

Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha, 10-1, Nakazawa-cho Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan

ELEKTRONISCHES MUSIKINSTRUMENT, BEI DEM DIE TONSYNTHESE UNTER VERWENDUNG DER FREQUENZMODULATION ERFOLGT

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument und insbesondere eine Verbesserung eines elektronischen Musikinstruments, das einen musikalischen Ton unter Verwendung eines Frequenz-Modulationssystems erzeugt.

Es ist bereits ein elektronisches Musikinstrument dieser Art bekannt, bei dem ein augenblicklicher Amplitudenwert e (t) eines Signals, das frequenzmoduliert werden soll, nach Massgabe der erfolgten Gleichung berechnet; der berechnete augenblicklich Amplitudenwert e (t) wird als ein musikalisches Tonsignal verwendet.

e (t) = A * sin (v* et+ I · sin w mt) .... (1)

Darin bedeuten A eine Amplitudeninformation, I eine Modulationsindexinformation, coct eine Trägerfrequenzinformation und Uomt eine Modulationsfrequenzinformation. Die beiden letztgenannten Informationen entsprechen der Tonlage einer gedrückten Taste.

In einem solchen Musikinstrument wie einer Pfeifenorgel unter scheidet sich die harmonische Tonausbildung eines erzeugten musikalischen Tons in dem hohen Tonbereich und dem niedrigen Tonbereich, wodurch musikalische Töne mit verschiedenen Tonfarben

^ erzeugt werden.

Da jedoch in dem elektronischen Musikinstrument des oben beschriebenen Frequenzmodulationstyps das Verhältnis ου c/com der Trägerwinkelfrequenz u>c zur Modulationswinkelfrequenz co m (im folgenden Frequenzmodulationsverhältnis genannt) entsprechend von nur dem Typ der Tonfarbe eingestellt worden ist, unterscheidet sich der harmonische Tonaufbau nicht in dem hohen Tonbereich und im niedrigen Tonbereich des musikalischen Tons. Aus diesem Grunde ist es schwierig gewesen, einen natürlichen musikalischen Ton zu erzeugen, der verschiedene harmonische Tonausbildungen in den hohen und niedrigen Tonbereichen aufweist, wie es in einer Pfeifenorgel der Fall ist.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung , ein verbessertes elektronisches Musikinstrument vom Typ der Frequenzmodulations-Tonsynthese zu liefern, das in der Lage ist, einen musikalischen Ton zu erzeugen, der verschiedene harmonische Tonausbildungen aufweist, und zwar in Abhängigkeit von den Tonbereichen der gedrückten Tasten.

Erfindungsgemass wird diese Aufgabe durch eine Schaltung gelöst, die eine Steuerinformation über das Modulafionsverhältnis liefert. Diese Schaltung erzeugt eine Steuerinformation über das Modulationsverhältnis, deren Wert nach Massgabe des Tonbereichs einer gedrückten Taste so variiert, dass das Frequenzmodulationsverhältnis oo c/ co m nach Massgabe der Steuerinformation über das Modulationsverhältnis variiert wird.

Das erfindungsgemässe elektronische Musikinstrument ist von der Art, bei der ein musikalisches Tonsignal e (t) gemäss der Gleichung

e (t) = A . sin (co et + 1 . sin comt)

erzeugt wird, worin bedeuten A eine Amplitudeninformation, I eine Modulationsindexinformation, co et eine Trägerfrequenzinformation und a>mt eine Modulationsfrequenzinformation. Die beiden letztgenannten Informationen stehen in Beziehung zu einer Tonlage einer gedrückten Taste des elektronischen Musikinstruments. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Musikinstrument ferner eine Modulationsverhältnis-Steuervorrichtung aufweist, die eine Information über das Modulationsverhältnis liefert, deren Wert sich mit einem Tonbereich der gedrückten Taste variiert. Ferner sind Mittel vorhanden, um mindestens eine der beiden letztgenannten Informationen nach Massgabe der Sfeuerinformationen über das Modulationsverhältnis zu variieren.

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Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand des Block-Diagramms eines elektronischen Musikinstruments gemäss der Erfindung näher erläutert.

Wie das Block-Diagramm zeigt, weist das elektronische Musikinstrument eine Tastatur 1 auf, ferner einen Detektor 2 für eine gedrückte Taste, eine Speichervorrichtung 3 für die Frequenzzahl, eine Frequenzmodulationsschaltung 4, eine Einstellvorrichtung 5 für die Tonfarbe, eine Amplitudensteuerschaltung 6, einen digital/analog Wandler 7 und ein Tonsystem 8 als Hauptbestandteile.

Wenn eine Taste der Tastatur 1 gedrückt ist, so stellt der Detektor 2 für die gedrückte Taste die gedrückte Taste fest und liefert am Ausgang einen Tasten-Code KC und ein Tasten-Einschaltungssignal KON. Der Tasten-Code KC identifiziert die gedrückte Taste, während das Tasten-Einschaltungssigna I KON zeigt, dass die betreffende Taste gedrückt ist. Bei dieser Ausführungsform des Musikinstruments wird der Tasten-Code KC durch einen Oktaven-Code OC gebildet, welcher die OJ*dve darstellt, zu der die gedrückte Taste gehört, sowie einen Tonlagen-Code, welcher den Tonnamen derselben darstellt. Der Tasten-Code KC wird der Speichervorrichtung 3 für die Frequenzzahl zugeführt, um dort als Adress-Signal zum Ablesen einer Frequenzzahl (in numerischer Form) zu dienen, weiche der gedrückten Taste entspricht. Der Tasten-Code KC wird auch der Frequenzmodulationsschaltung 4 und der Amplitudensteuerschaltung 6 zugeführt, um zu bewirken, dass sie Steuerinformationen K 1, K 2 über das Modulationsverhältnis liefern, und um ferner eine Amplitudeninformation A (t) zu liefern, die dem Tonbereich der gedrückten Taste entsprechen.

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Die Speichervorrichtung 3 für die Frequenzzahl speichert Frequenzzahlen F entsprechend den Tonlagen der betreffenden Tasten der Tastatur 1 in den betreffenden Adressen. Wenn also die Tastatur mit einem Tasten-Code KC beliefert wird, und zwar entsprechend der gedrückten Taste, die von dem Detektor 2 für die gedrückte Taste festgestellt worden ist, so sendet die Speichervorrichtung 3 eine Frequenzzahl F aus, welche der Tonlage der gedrückten Taste entspricht. Die so ausgesandte Frequenzzahl wird dann den Multi- ^r" plizierern 40, 41 der Frequenzmodulationsschaltung 4 zugeführt.

Der Multiplizierer 40 dient dazu, um die verwendete Frequenzanzahl zu ändern und die Modulationsfrequenzinformation vo mt zu bilden, und zwar nach" Massgabe der Tonfarbe und dem Tonbereich der gedrückten Taste; ein Eingang des Multiplizierers 40 wird mit einer Steuerinformation K 1 über das Modulationsverhältnis von einer Speichervorrichtung 420 beliefert. Letztere ist Bestandteil eines Steuerinformationsgenerators 42 über das Modulationsverhältnis.

Der Multiplizierer 41 dient dazu, um die verwendete Frequenzzahl F zu bndern und um die Trägerfrequenzinformation ιλ et zu bilden, und zwar nach Massgabe mit der Tonfarbe und dem Tonbereich der gedrückten Taste. Ein Eingang derselben · wird mit einer Steuerinformation K 2 über das Modulationsverhältnis von einer Speichervorrichtung 421 beliefert. Letztere ist Bestandteil des Informationsgenerators 42 über das Modulationsverhältnis.

Die Steuerinformationen Kl, K 2 über das Modulationsverhältnis entsprechen den Tonfarben, die durch die Einstellvorrichtung 5 für die Tonfarbe eingestellt worden sind

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und von den Speichervorrichtungen 420, 421 ausgesandt werden in Form von numerischen Informationen, welche dem Tonbereich der gedrückten Taste entsprechen. Genauer gesagt weist die Speichervorrichtung 420 Speicherblöcke in einer Anzahl auf, welche den Arten von wählbaren Tonfarben entsprechen. Jeder Speicherblock weist Speicherbereiche in einer Anzahl auf, welche der Anzahl der Oktavtonbereiche der Tastatur 1 entspricht. Jeder der Speicherbereiche speichert eine Steuerinformation

'■ K 1 über das Modulationsverhältnis, die der Tonfarbe eines gegebenen Speicherblocks

und einer Oktave entsprechen. Die Speichervorrichtung 421 hat dieselbe Bauweise und jeder der Speicherbereiche derselben speichert eine Steuerinformation K 2 über das Modulationsverhältnis, die einer Tonfarbe und einer Oktave entspricht. Als Folge davon wenn die Speichervorrichtungen 420 bzw. 421 mit einer Tonfarbeninformation von der Einstellvorrichtung 5fjr die Tonfarbe und mit einem Tasten-Code K C als Adress-Signal beliefert werden, so senden diese Speichervorrichtungen Steuerinformationen K 1 bzw. K 2 über das Modulationsverhältnis aus, welche den eingestellten Ton-

r~- farben und den Tonbereichen der gedrückten Tasten entsprechen.

Als Folge davon wird in den Multiplizierern 40, 41 die Frequenzzahl, die der Tonlage der gedrückten Taste entspricht, multipliziert mit den Steuerinformationen K 1 bzw. K 2 über das Moduiationsverhältnis, um modifizierte Frequenzzahlen K 1 . F bzw. K 2 . F zu liefern. Die Modifizierung erfolgt in Übereinstimmung mit den eingestellten Tonfarben und den Oktaven der gedrückten Tasten.

Die so modifizierten Frequenzzahlen K 1 . F und K 2 . F werden dann Akkumulierern 43 bzw. 44 zugeführt.

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Der Akkumulierer 43 akkumuliert nacheinander die vom Multiplizierer 40 zugeführte modifizierte Frequenzzahl Kl· F nach Massgabe eines Taktimpulses fö , welcher eine vorbestimmte Periode aufweist, um einen akkumulierten Wert q χ K 1 · F zu erzeugen, und zwar als Modulationsfrequenzinformation Dmt (q = 1,2,3...). Dagegen akkumuliert der Akkumulierer 44 nacheinander die Frequenzzahl K 2 · F , welche ihm vom Multiplizierer 41 in Synchronismus mit dem Taktimpuls 0 zugeführt worden ist; am Ausgang erscheint dann dessen akkumulierter Wert q χ K 2 * F als Trägerfrequenzinformation ώ et (q = 1, 2, 3 ...). In diesem Falle, da die Frequenzzahlen K 1 · F , K 2 * F nach Massgabe mit den eingestellten Tonfarben und der Oktave der gedrückten Tasten verändert worden sind, liefern die Akkumulierer 43, bzw. 44 an ihren Ausgängen die Modulationsfrequenzinformation tu mt und die Trägerfrequenzinformation iO et , und zwar entsprechend der Tonlage der gedrückten Taste und in Variation unter Abhängigkeit von dem Tonbereich der gedrückten Taste und der eingestellten Tonfarbe.-

Die Modulationsfrequenzinformation i&mt , welche vom Akkumulierer 43 abgegeben worden ist, wird als Adress-Signal einer Sinusoid-Speichervorrichtung 45 zugeführt. Dagegen wird die Trägerfrequenzinformation u) et, welche von dem Akkumulierer abgegeben worden ist, einem Addierer 47 zugeführt.

Die Sinusoid-Speichervorrichtung 45 speichert Sinus-Amplitudenwerte an entsprechenden Abtastpunkten in einer Periode einer Sinuswellenform in ihrer zugehörigen Adresse.

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Wenn also als Folge davon eine Modulationsfrequenzinformation als Adress-Signal geliefert wird, so erzeugt die Sinusoid Speichervorrichtung 45 einen augenblicklichen Amplitudenwert sin £ mt eines Modulationssignals, das die Repetitionsfrequenz der Modulationsfrequenz Information tf> n»t hat. Dieser augenblickliche Amplitudenwert sin IA mt wird einem Multiplizierer 46 zugeführt.

Letzterer multipliziert das Modulationssignal sin ia3 mt mit der Modulationsindexinformation I (t). Bei dieser Ausführungsform wird eine Modulationsindexinformation I (t) , welche der eingestellten Tonfarbe und dem Tonbereich der gedrückten Taste entspricht, dem Multiplizierer 46 von einem Modulationsindexgenerator 48 zugeführt. Genauer gesagt, wird dem Modulationsindexgenerator 48 eine Information zugeführt, die die eingestellte Tonfarbe darstellt, welche von der Einstellvorrichtung für die Tonfarbe eingestellt worden ist, sowie ein Tasten-Code KC, welcher die gedrückte Taste darstellt, und zwar von dem Detektorkreis 2 für die gedrückte Taste. !Diese Information und der Tasten-Code KC wirken dabei als Adress-SignaIe. Wenn ein Tasten-Einschaltungssignal KON zugeführt wird, so erzeugt der Modulationsindexgenerator 48 eine Modulationsindexinformation I (t), welche sich mit der Zeit ändert, und zwar entsprechend dem Tonbereich der gedrückten Taste und der eingestellten Tonfarbe in Synchronismus mit dem Aufbau des Tasten-EinschaltungssignaIs KON. Folglich erzeugt der Multiplizierer 46 ein moduliertes Signal I (t) . sin t*5 mt Letzteres ist also mit der Modulationsindexinformation I (t) multipliziert worden, welche sich mit der Zeit ändert. Dieses Modulationssignal I (t). sin VO mt wird dem Addierer 47 zugeführt.

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Dessen Zweck besteht darin, die Trägerfrequenzinformation to et mit dem Modulationssignal I (t) · sin tO mt zu modulieren. Wenn also der Addierer 47 die Information et und das Signal I (t) · sin ij mt erhält, so addiert der Addierer 47 diese Signale, um deren Summe als eine modulierte Frequenzinformation zu erzeugen. (V) et + I (t) sin lomj). Letztere wird der Sinusoidspeichervorrichtung 49 zugeführt, um als Adress-Signal zu wirken.

In ähnlicher Weise wie die Sinusfunktions-Speichervorrichtung 45, die oben beschrieben worden ist, speichert eine andere Sinusfunktion-Speichervorrichtung Sinus-Amplitudenwerte sin φ t an entsprechenden Abtastpunkten in einer Periode einer Sinus-Wellenform in ihren betreffenden Adressen. Wenn also folglich die modulierte Frequenz-Information fnJct + I (t) 'sin \fy mti der Sinusoid- Speichervorrichtung 49 als Adress-Signal zugeführt wird, so erzeugt letztere ein Frequenzmodulationssignal

eO (t) = sin (w ct. + 1 (t) · sin £ mt)

Das so erhaltene frequenzmodulierte Signal eO (t) wird dann der Amplitudensteuerschaltung 6 zugeführt, um die Amplitude einzustellen und zu steuern. Daher wird das frequenzmodulierte Signal eO (t) einem Multiplizierer 60 zugeführt, wo es mit einer Amplituden-Einstellungsinformation A (t) multipliziert wird, welche von einem Amplituden-Informationsgenerator 61 geliefert wird. In diesem Fall wird die Amplituden-Einstellungsinformation A (t) durch den Generator 61 in

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Synchronismus mit dem Aufbau des Tasteneinschaltungssignals KON erzeugt und ändert sich mit der Zeit nach Massgabe der eingestellten Tonfarbe und dem Tonbej-eich der gedrückten Taste. Folglich würde die Amplitude des frequenzmodulierten Signals eO (t) durch eine Amplituden-Einstellungsinformation A (r) eingestellt
worden sein, weiche sich mit der Zeit ändert, und zwar entsprechend der eingestellten Tonfarbe und dem Tonbereich der gedrückten Taste.

Das frequenzmodulierte Signal

e (t) = A (t) · sin |>> et +1 (t) · sin oDmt},

dessen Amplitude in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben eingestellt und gesteuert worden ist, wird also in ein Analog-Signal durch den Digital-Ana log-Wandler 7 umgewandelt und dann dem Tonsystem 8 zugeführt, um als musikalischer Ton ausgesandt zu werden.

Die modifizierten Frequenzzahlen K 1 · F, K 2 · F, welche benutzt worden sind, um die Modulationsfrequenzinformation u> mt und die Trägerfrequenzinformation ^ et zu erzeugen, sind für entsprechende Tonbereiche der gedrückten Tasten
geändert worden, und zwar durch die Steuerinformationen K 1 bzw. K 2 über
das Modulationsverhältnis. Wenn z.B. die Steuerinformationen K 1, K 2 in

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der folgenden Tabelle in bezug auf eine gegebene Tonfarbe in den jeweiligen Oktavbereichen für Tonlagen in einem Bereich von C 2 " bis C 7 eingestellt werden, dann var Herthas Verhältnis "der Informationen

Al et : fc> mt sich im Verhältnis 1:6, 1:5, 1:4 in den

zugeordneten Tonbereichen der angeschlagenen Tasten, und zwar ' entsprechend dem Verhältnis der Informationen K 2 bis''K*!''. ■■ "^ ' "

Tabelle Λ

Bereich	C 2 bis C 3	C if 8 bis C 4	C #4 bis C 5	C #5 bis C 6	C#6bis C 7
Kl	6	5	4	4	4
K2	1	.1	1	1	1
on et : υυ mt	1 :6	1 : 5	1: 4	1 : 4	1 :4

Folglich variiert die harmonische Ausbildung des frequenzmodulierten Signals e fr), d.h. das musikalische Tonsignal e (t), in Übereinstimmung mit dem Tonbereich der gedrückten Tast. Es ist mit anderen Worten möglich, musikalische Töne zu erzeugen, die verschiedene Tonfarben in Abhängigkeit von dem Tonbereich haben.

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Bei dieser Ausführungsform werden beide Steuerinformationen Kl, K 2 über das Modulationsverhältnis in Übereinstimmung mit den Tonbereichen der gedrückten Tasten variiert. Dieselbe Aufgabe kann jedoch auch dadurch gelöst werden, dass man nur einen von beiden variiert.

Ferner sind die Tonbereiche in den gedrückten Tasten für entsprechende Oktaveneinheiten dividiert worden. Die Tonbereiche können aber für eine Vielzahl von Oktaveneinheiten dividiert werden oder nur für eine halbe Oktaveneinheit oder für jeweils 3 Tasten usw.

Ferner wurde die Modulationsindexinformation I (t) und die Amplitudeneinstellungsinformation A (t) in dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit den Tonbereichen der gedrückten Tasten variiert. Diese Informationen können jedoch auch fixiert werden.

Schliesslich wurde oben einem elektronischen Musikinstrument von monophoner Bauweise die Erfindung erläutert. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung auch auf ein elektronisches Musikinstrument der polyphonen Bauweise angewendet werden kann, die eine Ubertragungseinheit für die Tonerzeugung aufweist.

Wie oben erläutert, erlaubt es die Erfindung jeden gewünschten musikalischen Ton zu erzeugen, der eine verschiedene harmonische Ausbildung in Übereinstimmung mit den Tonbereichen der gedrückten Tasten hat; dabei werden musikalische Töne

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erzeugt, die eine Nqtürlichkeit aufweisen, die ausserordentlich ähnlich der Ausbildung ist, wie sie bei einem solchen musikalischen Instrument, wie einer Pfeifenorgel zu verzeichnen ist.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. ULRICH KINKELIN Sindelfingen - auf dem Goldberg - Weimarer Str. 32/34 Telefon 07031/86501 Telex 7265509 rose d 12216 19. Mai 1982 Patentansprüche:

1. Elektronisches Musikinstrument mit einer Tastatur zum Synthetisieren eines

musikalischen Tonsignals

e (t) = A . sin (tfct + I . sin i0 mt), worin bedeuten:

A eine Amplitudeninformation, I eireModulationsindexinformation - U) et eine Trägerfrequenzinformation und tömt eine Modulationsfrequenzinformation,

welche beiden letztgenannten Informationen in Beziehung zu einer Tonlage einer gedrückten Taste des Musikinstruments stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Musikinstrument ferner eine Modulationsverhältnis-Steuervorrichtung aufweist, die das Modulationsverhältnis, das durch das Verhältnis ( tdc : io m) der Trägerfrequenzinformation (u>ct)

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zur Modulationsfrequenzinfprmation (u> rnt) definiert ist,
nach Massgabe einer Tonlage
einer gedrückten Taste variiert.

2. Musikinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Tonfarben-EinsteI!vorrichtung (5),

r um eine von vorbestimmten Tonfarben einzustellen,

wobei die Modulationsverhälntis-Steuervorrichtung
das Modulationsverhältnis nach Massgabe von jeder der eingestellten Tonfarben variiert.

3. Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudeninformation (A) um die Modulationsindexinformation (I) in Beziehung zur eingestellten Tonfarbe und zur Tonlage der gedrückten Taste stehen.

4. Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Modulationsverhältnis-Steuervorrichtung die Trägerfrequenzinformation

(wet) und die Modulationsfrequenzinformation (tomt)

nach Massgabe der Tonlage

der gedrückten Taste und nach Massgabe der eingestellten Tonfarbe variiert.