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Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Musik-
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instrumente und insbesondere Instrumente mit Begleit-Automatik, Für
die Akkord-Begleit-Automatik ist es üblich, eine Gruppe von einem oder mehreren
Harmonie tönen zu erzeugen, um dadurch den Melodieton zu begleiten, der von eihem
Spieler ausgewählt wurde. In der bisherigen Technik wurden sowohl mechanische wie
elektronische Geräte verwendet, die die Möglichkeit schafften, einen oder mehrere
Töne unterhalb des Melodie tons erklingen zu lassen. Üblicherweise werden bei all
diesen Systemen lediglich die Harmonietöne hinzugefügt, die auf der Begleitungstastatur
ausgewählt wurden. Diese Töne erklingen in einem begrenzten ausgewählten Tonumfang
unterhalb des gewählten Melodietons. Beispiele solcher Systeme sind dargelegt in
den U.S. Patenten No .3,283,056 vom 1. November 1966 mit dem Titel "Controlled Harmonization
For Musical Instruments" - einem mechanischen System - und No. 3,929,051 vom a0.
Dezember 1975 mit dem Titel "Multiplex Harmony Generator" - einem elektronischen
System.
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Derartige Systeme bieten lediglich eine Annäherung an eine optimale
musikalische Klangharmonie. Die durch die vorstehenden Systeme nur annäherungsweise
erreichte Harmonie wird häufig dadurch verbessert, daß man Klänge hinzufügt, die
zwar aus der Tonleiter des ausgewählten Harmonie-Akkords stammen, selbst jedoch
nicht Teil des Akkords sind.
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In der Unterhaltungsmusik kann man Melodietöne, die keine Akkordklänge
der gegebenen Harmonie bilden, als verschiedenartige Durchgangsklänge klassifizieren
(d. h. Appoggiaturen oder Verbindungstöne, Vorhalte etc.) und zwar abhängig von
ihrer jeweiligen Position oder Funktion innerhalb der Tonleiter, aus der die gegebene
Harmonie abgeleitet war. Durch die Verwendung solcher Klänge kann daher der erfahrene
Musiker verhindern, daß Harmonieklänge unschöne Sprünge machen, und schafft somit
eine mehr logische Stimmführung und erhöht den harmonischen Einfluß. Üblicherweise
verwendet der erfahrene Musiker zusätzlich Harmonietöne, wie Sexten, Septimen und
Nonen, die in dem den Melodietönen zugeordneten Akkord nicht enthalten sind, während
er gegebenenfalls gewisse Klänge der gegebenen Harmonie fortläßt. Diese Praktiken
verleihen dem Klang "Fülle" und "Farbe".
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Beispielsweise zeigt Figur 7 eine Notenzeile aus der Melodie Melancholy
Baby". Die oberste Notenzeile enthält die Melodie und die unterste die zugehörigen
Harmonien. Unter Verwendung der erwähnten Standard-Begleit-Automatik würde sich
die verschönerte Melodie der zweiten Notenzeile ergeben (die im Diskantschlüssel
geschrieben ist). ("Verschönert" bezeichnet in der vorliegenden Anmeldung eine homophone
Art der Musikbegleitung, wobei homophon - im Unterschied zu monophon und polyphon
-Musik bezeichnet, die aus einer einzelnen Melodie und begleitenden Akkorden besteht.)
Eine bevorzugte musikalische Tonuntermalung, die - wie noch beschrieben wird - mithilfe
der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, ist in der dritten Notenzeile enthalten.
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Bei dem Vergleich der zweiten und dritten Zeile aus Figur 7, die beide
als ersten Ton die Note E enthalten, enthält die dritte Zeile eine vierstimmige
Tonsetzung durch Hinzufügen der Töne C, A und G zum Melodieton E. Die Note A ist
beispielsweise nicht Teil der zugehörigen Harmonie. Der zweite Melodieton F stellt
eine komplexere Situation dar. Zeile 2 zeigt die hinzugefügten Töne C und G (die
gleichen zwei Töne wurden auch zum Melodieton E hinzugefügt). Da der Melodieton
F mit dem Harmonieton E der gegebenen Harmonie nicht verträglich ist, wurde das
E fortgelassen, so daß ein weniger ansprechender Klang übrigbleibt (C-dur Akkord
mit der Vorhaltnote F).
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Der Melodieton F bildet einen Durchgangsklang. Eine geeignete Tonsetzung
ist in Zeile drei gezeigt, wo die Töne D, C und A einen Durchgangs-Akkord bilden.
Zeile zwei zeigt den dritten Melodieton Fis, begleitet mit den gleichen zwei Tönen
C und G wie zuvor. Zusammen bilden diese drei Töne einen unschönen Klang, der keinerlei
Akkord bildet, sondern nur eine Klangkombination darstellt, die keine harmonische
Funktion hat. Die passende Tonsetzung ist in Zeile drei gezeigt und umfaßt die Töne
Dis, C und A mit dem Appoggiatur-Ton Fis als Durchgangs-Akkord. Der vierte Melodieton
G ist wieder in der gegebenen Harmonie enthalten. In Zeile zwei sind nur die Töne
E und C hinzugefügt. Eine geeignete Tonsetzung zeigt Zeile drei mit den zusätzlichen
Tönen E, C und A.
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Zeile zwei zeigt die Töne G und E, die dem fünften Melodieton D hinzugefügt
sind. Die gewählte Konfiguration stellt einen kadenzartigen Haltepunkt dar, der
irreführenderweise so klingt, als könne das Lied hier enden.
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Zeile drei zeigt die Tonsetzung für den Appoggiatur-Ton D, bestehend
aus den Tönen H, D und. E, wodurch das Kadenz-
empfinden vermieden
wird, was aber trotzdem eine Ersatzharmonie für den gegebenen Grundakkord (C-dur)
umfaßt.
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Der sechste und siebte Melodieton C und G werden in gleicher Weise
behandelt wie der erste und vierte, und der achte (Ges oder Fis)erhält die gleiche
Begleitung wie der dritte Melodieton. Für den neunten Melodieton F zeigt ein Vergleich
der zweiten und dritten Notenzeile, daß das E fortgelassen wurde, das in dem gegebenen
Grundakkord vorhanden ist, da es mit dem Melodieton F unverträglich ist. Zeile zwei
fügt die Töne Cis, A und G hinzu, während Zeile drei außer den Tönen Cis und G das
H anstelle von A verwendet, wodurch ein vollerer Klang entsteht. Als Begleitung
für den zehnten Melodieton E enthält Zeile drei den Ton A anstelle von H.
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Die gegenwärtigen Systeme für eine Begleit-Automatik sind insofern
musikalisch begrenzt, als sie nicht die Möglichkeit bieten, gegebenenfalls Töne
zu verwenden, die keine Leiter töne oder keine Akkordtöne sind, falls diese Töne
nicht ausdrücklich vom Musizierenden angegeben werden. Diese Einschränkung wirkt
sich insbesondere dann kritisch aus, wenn ein Spieler mit geringen Kenntnissen oder
Fähigkeiten einen begleitenden Akkord mit nur minimal wenig Tönen aufrecht zu erhalten
sucht.
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In diesen Fällen bieten die als Begleitung einer Melodie ausgesuchten
Akkordtöne zuweilen lediglich einen simplen und flachen Klang, der - musikalisch
nicht immer korrekt -mögliche tonale Sprünge oder Dissonanzen enthält, wenn hierfür
die gegenwärtigen Steuersysteme für Begleit-Automatik verwendet werden. Obwohl zwar
die bisherigen Geräte einen Fortschritt darstellen, indem sie den Spielbereich vieler
Musizierender erweitern, werden
dennoch einige wesentliche musikalische
Gesichtspunkte nicht berücksichtigt, und diese Systeme sind nicht in der Lage, die
Begleitungstöne aufgrund einer harmonischen Beziehung zwischen Melodie und ausgewähltem
Akkord abzuleiten.
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Melodietöne, die als Ton nicht im begleitenden Akkord enthalten sind,
werden als Durchgangsklänge bezeichnet.
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Wie bei dem obigen Beispiel enthalten viele Melodien Töne, die nicht
in dem ausgewählten Akkord enthalten sind. Diese Durchgangsklänge können entweder
akkordfremd oder leiterfremd sein, bezogen auf die durch den Begleitungsakkord definierte
Harmonie. Diese Durchgangsklänge sind jedoch unmittelbar mit der Melodie und der
Harmonie verknüpft; die Existenz und Festlegung einer solchen harmonischen Beziehung
ist für die Auswahl geeigneter Begleitungstöne notwendig, um die Melodie hervorzuheben.
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Die folgende Tabelle bildet einen Satz tonaler Beziehungen und illustriert
drei musikalische Grundsätze.
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Sie enthält geeignete Begleitungstöne für einen Dur-Akkord der Tonart
C. Jede der zwölf Spalten der Tabelle entspricht einer gegebenen Melodienote. Wenn
also der ausgewählte Melodieton F ist, besteht ein musikalisch geeigneter Satz von
Begleitungstönen für einen Dur-Akkord der Tonart C aus den Tönen D, C, A und F,
wie Spalte 6 der Tabelle angibt.
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Tabelle 1 C-dur mit angefügten Tönen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 C
Cis D Dis E F Fis G Gis A Ais H 1) A Ais H C C D Dis E E G G G 2) G G G A A C C
C C E E E 3) E E E Fis G A A A Ais C D C 4) C Cis D Dis E F Fis G Gis A Ais H Ein
erfahrener Musiker erkennt also, daß eine andere Akkord-Art, etwa Moll oder Septakkord
andere Kombinationen von Begleitungstönen zur Folge hat, wie in den einzelnen Spalten
für die Melodietöne dargestellt ist.
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Außerdem weiß er, daß die fünf Akkord-Typen entsprechend der Ausdrucksweise
variieren können, was für jeden Melodieton und jeden Akkord-Typ verschiedene Sätze
von Begleitungstönen zur Folge hat. Aus diesem Grunde gibt es einen getrennten Satz
von fünf Tabellen (eine Tabelle für jeden Akkord-Typ - Dur, Moll Septakkord, erhöht
und vermindert), die geeignete Begleitungstöne für die üblichen Ausdrucksstile enthalten:
offen (Dreiklang oder Vierklang), geschlossen (Dreiklang oder Vierklang), Block,
Duett (Country oder Common) und Kirchenmusik.
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Wie die vorstehende musikalische Erörterung darlegt, ist es wünschenswert,
aus einer Tabelle, wie sie hier angeführt ist, eine Gruppe von Begleitungstönen
auswählen zu können, wobei diese Tabelle aufgrund der harmonischen Beziehungen zwischen
Melodie und ausgewähltem Akkord abgeleitet wird. Auch wenn für den Augenblick die
zusätzlichen
Schwierigkeiten außer Acht gelassen werden sollen, die durch Einführen verschiedener
Ausdrucksstile entstehen, bildet die Verwendung einer solchen Methode ein schwierig
zu handhabendes Problem bei der Informationsspeicherung und -Rückgewinnung. Da es
fünf mögliche Akkord-Typen und zwölf mögliche Tonarten für jeweils zwölf Melodietöne
gibt, sind 720 (5x12x12) Speicherplätze erforderlich, um die einzelnen Sätze von
jeweils vier Begleitungstönen für jeden der Ausdrucksstile speichern zu können (einige
Ausdrucksstile können mehr oder weniger als vier Begleitungstöne für optimale Harmonie
benötigen).
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und Gerät zur Verbesserung
der musikalischen Qualität eines Musikstückes, das ein Spieler auf einem elektronischen
Musikinstrument spielt, indem harmonische Regleitungstöne eingeführt werden, deren
Auswahl nicht auf die angeschlagenen Akkordtöne und nicht auf einen bestimmten Tonumfang
unterhalb der Melodie beschränkt ist, wobei für die praktische Durchführung minimale
Hardware- und Speicher-Erfordernisse gelten. Das Gerät umfaßt bedeutende zusätzliche,
musikalische Merkmale, einschließlich der Auswahl von Ausdrucksstilen und eine selektive
Orchestrierungsmöglichkeit.
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Im einzelnen ist gemäß einem Merkmal der Erfindung ein Verfahren vorgesehen,
um eine Melodie zu verschönern, die dargestellt wird durch die innerhalb eines Zeitintervalls
erfolgte Betätigung von einer oder mehreren Tasten eines mit Tasten versehenen Musikinstruments,
das die Möglichkeit bietet, mehrere Töne wiederzugeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Auswahl mindestens eines
Akkordes. Mindestens ein Begleitungston wird dann abgeleitet aus der harmonischen
Beziehung zwischen dem erwähnten Melodieton und dem Akkord.
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Melodie und begleitende Töne erklingen und bilden eine Verschönerung
der Melodie.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist ein Verfahren vorgesehen,
mit dem ein Signal abgeleitet wird, das für mindestens -einen Begleitungston kennzeichnend
ist, der gemäß Melodie und Harmonie ausgewählt wurde. Gemäß diesem Erfindungsmerkmal
werden Melodie- und Harmoniesignale gemäß dem Betätigen von Tasten einer Tastatur
erzeugt. Eine Reihe von Tabellen harmonischer Begleitungstöne, die entsprechend
dem musikalischen Akkord-Typ gespeichert sind, können adressiert werden, um wenigstens
einen Begleitungston gemäß der Akkord-Tonart und dem Melodieton aufzurufen. Dann
wird entsprechend diesen aufgerufenen Begleitungstönen ein Begleitungstonsignal
erzeugt.
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Gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Merkmal ist ein Gerät vorgesehen,
um wenigstens einen Begleitungston erklingen zu lassen. Das Gerät umfaßt Vorrichtungen
zum Erzeugen von Signalen gemäß der Melodie und der Harmonie. Außerdem sind Vorrichtungen
zum Speichern von mindestens einem Begleitungston und Vorrichtungen zum Auffinden
des Begleitungstons und Erzeugen eines entsprechenden Signals vorgesehen. Und schließlich
sind entsprechende Vorrichtungen vorgesehen, um den ausgewählten Begleitungston
erklingen zu lassen.
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Die Erfindung läßt sich Folgendermaßen zusammenfassen: Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und zugehöriges Gerät zur Tonuntermalung der auf den Tasten
eines elektronischen Musikinstruments gespielten Melodie. Ein Satz mechanisch abgeleiteter
Tabellen verknüpft Töne einer harmonischen Begleitung mit der Melodie gemäß ausgewählten
Harmonien und wird aufgerufen, um ein Signal zu erzeugen, das zumindest einen passenden
Begleitungston darstellt. Aufgrund dieses Signals erklingen ausgewählte Töne als
Begleitung und erzeugen dadurch die gewünschte musikalische Harmonie. Eine Auswahl
des Ausdrucksstils und ein Drchestrierungszusatz stehen außerdem im Rahmen der Erfindung
zur Verfügung.
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Es folgt nun eine Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
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Figur 1 ist eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems.
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Figur 2a und 2b zeigen ein schematisches Diagramm der erfindungsgemäßen
Eingangsschaltung für die obere oder Melodie-Tastatur bzw. die untere oder Harmonie-Tastatur.
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Figur 3 ist ein schematisches Diagramm eines ersten AusführungsbeispieLs
der erfindungsgemäßen Ausgangsschaltung einschließlich einer ausgangsseitigen Tonschaltungsapparatur
und. einer Stimm- und Mischschaltung.
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Figur 4a und 4b zeigen Logikdiagramme und eine Darstellung der Steckverbindungen
für den Mikrocomputer aus dem erfindungsgemäßen Gerät.
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Figur 5 ist ein Flußdiagramm und zeigt die Operationen und Berechnungen
für die vorliegende Erfindung.
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Figur 6 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Ausgangsschaltung; die Schaltung enthält einen Orchestrierungszusatz
für die vorliegende Erfindung.
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Figur 7 zeigt als Vergleich die musikalischen Grenzen bisheriger Orchestrierungssysteme
(zweite Zeile von oben) bei der automatischen Erzeugung einer Begleitung für die
Melodie "Melancholy Baby".
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Das in Figur 1 gezeigte Diagramm zeigt das erfindungsgemäße System
einer elektronischen Orgel. Eine obere oder Melodie-Tastatur 10 und eine untere
oder Harmonie-Tastatur 12 sind konventionelle Vorrichtungen zum Spielen des Instrumentes
(d.h. für die Handhabung gemäß den Praktiken beim Musizieren) und dienen zur Eingabe
von Daten in das System. Die Daten werden dann gemäß den Verfahren der vorliegenden
Erfindung verarbeitet, die das musikalische Prinzip der Transposition umfassen.
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Die Tasten 14 bilden eine übliche Musiktastatur und sind zur Vereinfachung
der Verarbeitung von Daten durchnumeriert. Gemäß Figur 1 sind zwei getrennte Tastaturen
für die Melodie bzw. die Harmonien vorgesehen. Die vorliegende Erfindung kann auch
in einem Orgelsystem mit einer einzigen Tastatur verwirklicht werden. Auch sollte
erwähnt werden, daß der Teilabschnitt für die Harmonien als herkömmliche Knopftastatur
zur Auswahl von Akkorden ausgeführt sein kann Wenn ein solches Gerät mit
Akkord-Auswahl
verwendet wird, ist ersichtlich, daß das im folgenden beschriebene Verfahren und
Gerät übergangen werden kann, indem stattdessen das erfindungsgemäße System verwendet
wird.
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Ein mit den Tasten verbundener Schalter wird durch Einwirken einer
Druckkraft auf die Tasten 14 betätigt.
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Jeder dieser Schalter nimmt im Normalzustand eine erste Stellung und
nach Herabdrücken der zugehörigen Taste 14 eine zweite, entgegengesetzte Stellung
ein. Im Ausführungsbeispiel aus Figur 1, das eine "Low-True"-Eingangslogik (niedrig
entspricht wahr) verwendet, wird durch Schließen dieses Schalters - verursacht durch
Herabdrücken der Taste 14 - eine positive Spannung +V über einen Widerstand (pull-up
resistor) an einen vorgewählten Speicherplatz eines Schieberegisters angelegt (wie
noch in Verbindung mit Figur 2a und 2b erläutert wird), um somit im Register eine
logische Null zu speichern.
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Die durch Betätigen der Tastaturen 10 und 12 erzeugten Daten werden
parallel über einen für die Melodietastatur vorgesehenen Datenbus 16 an das zugehörige
obere Register 20 und über einen für die Harmonie-Tastatur vorgesehenen Datenbus
18 an das zugehörige untere Register 22 angelegt. Wie noch näher erläutert wird,
umfassen die Register 20 und 22, die durch Signale von einem Mikrocomputer 28 gesteuert
werden, Schieberegister zum Speichern aufeinanderfolgender Datenworte (frame),die
durch die Zustände der mit den Tasten 14 verbundenen Tastensätze gebildet werden,
sobald diese Tasten zu gegebener Zeit herabgedrückt werden. Die Datenworte
werden
mit Hilfe von Taktzeitpulsen vom Mikrocomputer 28 aus den Registern ausgelesen.
Jedes der Register 20und 22 liefert dadurch musikalisch wiederzugebende Daten, deren
Registrierung den relativen Plätzen der Tastaturtöne entspricht, an den Speicher
mit wahlfreiem Zugriff(RAM) des Mikrocomputers 28, und zwar als serieller Datenstrom
entlang einer Leitung 24 für den Melodieteil und einer Leitung 26 für den Harmonieteil.
Ein Zeitgeber-Schwingquarz unterstützt die verschiedenen Funktionen des Mikrocomputers
28.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet
einen Intel 8048 Mikrocomputer, ein programmierbares Gerät der Intel Corporation
in Santa Clara, Galifornien. Eine ausführliche Erläuterung der System-Arbeitsweise
des Mikrocomputers 28 erfolgt im Zusammenhang mit Figur 4a und 4b. Hier soll lediglich
gesagt werden, daß der Mikrocomputer 28 sich bei der vorliegenden Erfindung speziell
zur Steuerung der verschiedenen Funktionen eines Orgelsystems eignet und insbesondere
dazu dient, Musikdaten zu sammeln und zu verarbeiten, um die passende Begleitung
zu erzeugen, die eine musikalische Untermalung der von dem Musizierenden gespielten
einzelnen Töne bietet.
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Daten, die die erzeugten Begleitungstöne darstellen, werden über den
Datenbus 32 an eine Ausgangs-Tonschaltung 34 angelegt. Die Tonschaltungsapparatur
34, die vom Mikrocomputer 28 gesteuert wird, umfaßt zwei alternative Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die in Figur 3 und 6 dargestellt sind und weitere neuartige Merkmale
enthalten.
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In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 6 wird ein
Orchestrierungszusatz
geschaffen. Nach der Verarbeitung in der Ausgangs-Tonschaltungsapparatur 34 werden
die resultierenden Analogsignale über einen Bus 36 einer Stimm- und Mischschaltung
38 zugeführt. Die Schaltung 38 liefert eine analoge Wellenform an einen Verstärker
40, der seinerseits das verstärkte Analogsignal einem konventionellen Lautsprechersystem
42 zuführt, um den gewünschten Musikklang zu erzeugen.
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Figur 2a und 2b zeigen Einzelheiten der Eingangssysteme (Melodie und
Harmonie) der Orgel. In Figur 2a ist die obere (Melodie-) Tastaturschaltung dargestellt.
Wie die Abbildung zeigt, enthält das obere Tastaturregister 20 mehrere Schieberegister
46, 48, 50, 52, 54, die über den Melodie-Bus 16 mit der Melodietastatur 10 verbunden
sind. Zahlreiche Leiter 44 bilden eine elektrische Verbindung zwischen einer positiven
Spannung +V, die allen Tasten 14 gemeinsam ist, und einem zugehörigen Speicherplatz
eines der ausgewählten Schieberegister 46-54, und zwar über die zugehörigen, von
den Tasten betätigten Schalter 15. Wie man sieht, enthält die Melodie-Tastatur 10
nur 37 Tasten. Hierdurch wird die Tatsache berücksichtigt, daß - obwohl Orgeltastaturen
standardmäßig 44 Melodietasten enthalten (F' bis c'''') - die sieben untersten Tasten
(F' bis H') in der vorliegenden Erfindung deshalb nicht aufgeführt wurden, weil
unterhalb dieser Melodietöne keine entsprechenden Begleitungstöne erklingen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen einer Begleitung würde also bei diesen
niedrigen Melodietönen nicht ansprechen. Weil die Melodie-Eingabe über die Tastatur
10 nach unten begrenzt ist und weil insgesamt fünf 8-8it-Schieberegister verwendet
werden
(beispielsweise DC 4014B der Radio Corporation of America
in Princeton, New Jersey), sind die ersten drei Speicherplätze des Registers 46
mit einer gemeinsamen positiven Spannung verbunden, die - entsprechend der verwendeten
"Low-True" Eingangslogik - einer logischen Null entspricht.
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Der Steuerbus 30 liefert Signale für Taktzeit- und Verriegelungsfunktionen
an die oberen Tastaturregister, und zwar über die Leitungen 62 und 64. Nach Beendigung
eines Zyklus des Mikrocomputers 28 zur Berechnung eines Melodietons wird ein Taktpuls
an die Register angelegt.
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Dieser Puls ermöglicht den Registern 46-54 die Dateneingabe von der
Tastatur 10 festzuhalten, bis 44 Taktpulse vom Mikrocomputer 28 empfangen wurden,
um dann ein vollständiges Datenwort für die Melodie in den Mikrocomputer einzulesen.
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Figur 2b ist eine ausführliche Beschreibung der Eingangsschaltung
für die untere (Harmonie-) Tastatur. Die Harmonie-Tastatur 12, deren Ausgang zur
Identifizierung der vom Musizierenden ausgewählten Akkord-Art dient, enthält ebenfalls
zahlreiche Schalter 15, je einen für jeden Ton, um eine positive Spannung +V an
vorgewählte Speicherplätze zu Sätze der Schieberegister 68 und 70 anzulegen, die
das untere Tastaturregister 22 bilden. Die Orgel verwendet eine Harmonie-Tastatur
12 mit 28 Tasten.
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Anders als bei der Melodie-Tastatur 10 sind die 28 Ausgänge der Tastatur
12 in einer Reduzierungs-Matrix 66 untereinander querverbunden, so daß der Harmonie-Bus
18 lediglich 12 unabhängige, parallele Ausgänge an die Register 68, 70 liefert.
In entsprechender Weise sir,
die ersten vier Eingänge 72, 74, 76
und 78 des 8-Bit-Schieberegisters 68 direkt an eine positive Spannung angeschlossen,
so daß die zugehörigen Speicherplätze des Schieberegisters eine logische Null speichern.
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Obwohl also die Harmonie-Tastatur 12 achtundzwanzig Töne umfaßt, die
von links nach rechts mit steigender Frequenz vom niedrigsten Ton A' bis zum höchsten
Ton C"' reichen, ist durch die Reduzierungs-Matrix 66 gewährleistet, daß der Inhalt
der Schieberegister 68, 70, die das untere Tastaturregister 22 darstellen, die ursprüngliche
Oktavhöhe der zugeführten Töne unberücksichtigt läßt. Diese Vereinfachung der Schaltung
eliminiert bei der Erzeugung von Harmonien redundante Information aus der Dateneingabe
des Systems. Für Fachleute ist ersichtlich, daß diese Vereinfachung auch eine weniger
komplexe elektronische Schaltung für das Gerät zur Folge hat. Daß bei der Harmonie-Tastatur
in der Dateneingabe Information über die Dktavhöhe unberücksichtigt bleibt, ist
gestattet, da die Identifikation eines Akkordes bezüglich Typ und Tonart gemäß den
Grundsätzen der vorliegenden Erfindung von der Oktavhöhe unabhängig ist.
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Wie schon im Zusammenhang mit dem oberen Tastaturregister 20 beschrieben
wurde, empfangen die Schieberegister 68, 70 des unteren Tastaturregisters 22 über
einen Steuer-Bus 30 Signale vom Mikrocomputer 28. Im einzelnen steuern die Taktleitung
62 und die Verriegelungsleitung 80 die Schieberegister 68, 70 in gleicher Weise,
wie das obere Tastaturregister 20 durch den Mikrocompiuter 28 gesteuert wird. Die
Taktleitung 62 liefert identische
Taktpulse an die Schieberegister
der Verriegelungen für die obere und untere Tastatur, während die Melodie- und Harmonie-Schieberegister
individuell durch Signale auf den Leitungen 64 und 80 verriegelt werden.
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Figur drei zeigt eine ausführliche schematische Darstellung der Ausgangsschaltung
gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie enthält die miteinander in Wechselwirkung
stehende Ausgangsklangschaltung 34, die Stimm- und Mischschaltung 38, den Ausgangsverstärker
40 und den Lautsprecher 42 aus Figur 1.
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Die Ausgangsklangschaltung 34 enthält sechs 8-Bit-Wandler 84, 86,
88, 90, 92, 94 für Seriell/Parallel-Umwandlung, wobei die letzten vier Positionen
nicht auf ankommende Daten ansprechen. Jeder Wandler 94-95 kann ein CD 4094 der
Radio Corporation of America sein, also im wesentlichen ein kombiniertes Schieberegister
mit Speicherverriegelung (buffer latch). Ein Datenstrom aus 44 Daten-Bits, die gemäß
den noch näher zu erläuternden Methoden erzeugt werden, wird durch Taktpulse auf
der Leitung 95 entlanggeführt, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Wandler
84 und dem Mikrocomputer 28 darstellt, und dann in die 44 verwendeten Speicherplätze
der sechs 8-Bit-Wandler eingespeist. Die Bits werden in die Wandler 84 - 94 eingespeist
durch PROG-Taktpulse des Mikrocomputers 28, die über Leitung 62 zugeführt werden.
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Jeder PROG-Puls wi-rd gesteuert durch die Verarbeitung eines OUTPUT-Befehls
innerhalb des Mikrocomputers 28.
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Jedes gemäß den Methoden aus Figur 5 erzeugte Daten-Bit wird also
in richtiger Weise in die Wandler 84-94 eingespeist. Ein Verriegelungspuls über
Leitung 96 stec rt
die Ausgabe (dumping) der Daten, die seriell
in die Wandler eingegeben wurden, entlang 44 parallelen Leitern 98.
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Das Verriegelungssignal wird gemäß der bestätigten Abfrage eines Schleifenzählwerks
erzeugt (abwärtszählendes Register R4 des Intel 8048 Mikocomputers, das weiter unten
beschrieben wird). Eine bestätigte Abfrage kennzeichnet eine System-Feststellung,
die besaqt, daß alle 37 Melodietöne der Eingabe verarbeitet wurden. (Obwohl scheinbar
eine Unstimmigkeit zwischen der Länge der Eingabe-Melodie-Tastatur 10 und der Anzahl
der von der Ausgangsschaltung erzeugten Töne herrscht, muß berücksichtigt werden,
daß die abgeleiteten Begleitungstöne jene Töne ergänzen, die vom Spieler auf den
Tastaturen aufgerufen wurden.) Die 44 parallelen Ausgänge auf den Leitungen 98 stellen
44 unabhängig Tasten-Signale dar. jedes Tastensignal wird nun an ein UND-Gatter
100 angelegt, dessen zweiter Eingang mit einem der 44 Tonsignale eines herkömmlichen
Orgel-Oszillator-Systems (nicht dargestellt) verbunden ist. Die an die UND-Gatter
100 angelegten Tast-Pulse sorgen für das Hindurchschalten der Tonsignale. Der Ausgang
von den UND-Gattern - ein analoges Spannungssignal mit einer einzigen Frequenz,
das eine einzige musikalische Tonhöhe darstellt - wird an die herkömmliche homogene
'itimm- und Misch-Schaltung 30 angelegt.
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Die Schaltung 38 enthält übliche Orgelfilter und zugehörige Mischschaltungen,
wodurch die individuell durch die UND-Gatter 100 gesteuerten Töne tonale Vollständigkeit
erhalten, während sie zu einem gemischten Signal zusammengesetzt werden. Das resultierende
Signal wird dem Ausgangsverstärker 40 und letztlich dem Lautsprecher
42
zugeführt, die als elektroakustischer Wandler das Analogsignal in Klang umsetzen.
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Figur 4a und 4b erläutern Einzelheiten der Arbeitsweise des Mikrocomputers
28, der die verschiedenen Steuerfunktionen der vorliegenden Erfindung erfüllt. Figur
4a und 4b verwenden Bezeichnung und Nomenklatur wie sie für den Mikrocomputer-Chip
des Intel 8048 üblich sind, und zwar reduziert auf den Anwendungsfall der vorliegenden
Erfindung. Eine ausführliche Beschreibung der Arbeitsweise dieses Mikrocomputers
findet man im Handbuch "MCS-48 Microcomputer User's Manual" der Intel Corporation,
Santa Clara, Californien (1976). Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs
beschränkt auf die Verwendung dieses speziellen Mikrocomputers 28 noch auf die Verwendung
eines anderen speziellen programmierbaren Steuermechanismus. Daß hier der Intel
8048 angeführt wird, dient lediglich zur Erläuterung und als Ausgangsbasis zum Verständnis
der Zusammenhänge des Programmschemas aus Figur 5. Dieses Schema erläutert das Steuerverfahren
bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung mittels eines Intel 8048
und verwendet die bei diesem Mikrocomputer üblichen Bezeichnungen für die einzelnen
Bestandteile wie Register und dergleichen.
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Figur 4a stellt die für die Erfindung bedeutsamen logischen Funktionen
des 8-Bit Intel 8048 Mikrocomputers dar. Figur 4b erläutert die Konfiguration tsr
Pins des verwendeten Intel 8048 in einer für die vorliegende Erfindung geeigneten
Reduzierung.
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Bei der Gegenüberstellung der beiden erwähnten Abbildungen und bei
der Betrachtung der linken Seite des Logikdiagramms aus Figur 4a von oben nach unten
ist ersichtlich, daß der Schwingquarzeingang des internen Oszillators des Mikrocomputers
am zweiten und dritten Pin des Computer-Chip anliegt. Der Mikrocomputer 28 wird
durch Anlegen eines Rücksetzsignals RESET initialisiert, das ein RC-Kreis erzeugt,
der an diesem Pin anliegt. Die Melodieleitung 24 überträgt den erwähnten Datenstrom
der Melodie-Bits an den Pin Nr. 39, der einen Prüfeirigang T1 bildet. Der Uit-Zustand
an diesem Pin gibt den Zustand des letzten rechten Speicherplatzes des Schieberegisters
54 der Melodie-Eingangsschaltung 20 an.
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Die Pins Nr. 12 bis 19 bilden einen 8-Bit-Datenbus, der als Frequenzteiler
für die in Figur 6 darstellte alternative Ausgangskonfiguration wirkt. Dieser Bus
wird in der Konfiguration aus Figur 3 nicht verwendet.
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Der Speicherzugang Port 1 des Mikrocomputers 28, ein "quasi-Zweiweg-Zugang"
bildet drei Pins (von acht), nämlich Nr. 31, 32 und 33, die mit einem Tastaturgerät
zur KlangFarbenauswahl (nicht dargestellt) verbunden sind. Ein solches Gerät, das
aus einem relativ einfachen Schalter üblicher Bauweise besteht, gibt eine 3-Dit-Zahl
in das Akkumulatorregister RA des Mikrocomputers 28 ein. Über diese Zahl. bietet
das erfindungsgemäße Verfahren dem Spieler die Möglichkeit, einen bevorzugten Klangstil
auszuwählen. Für jeden der acht Klangstile gibt es einen Satz von fünf Tabellen,
deren Inhalt von dem jeweils ausgewählten Stil abhängig ist.
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Die fünf Tabellen beziehen sich auf fünf verschiedene Arten von Akkorden.
Die Klangstile, etwa offen (drei-oder vierstimmig), geschlossen (drei- oder vierstimmig),
Block, Duett (Country oder Common) und Kirchenmusik bilden den Zusammenhang zwischen
der Melodie und der Begleitung eines Musikstücks, und durch Ändern des ausgewählten
Stils kann der Spieler den Ausdruck der Melodie verändern.
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DeY Speicherzugang Port 2 ist ein zweiter quasi-Zweiweg-Zugang. Fünf
der acht Knmponenten von Port 2 mit Zugang am Pin 21-24 und 35 des Mikrocomputers
28 werden verwendet. Die Pins stehen in Verbindung mit demAusgangs-Leiter 96, dem
Melodie-Eingangsleiter 64, dem Harmonie-Eingangsleiter 80, dem Ausgangsleiter 95
und dem Melodie-Eingangsleiter 24. Es sollte erwähnt werden, daß der Port, so wie
er hier verwendet wird,als Zweiweg-Zugang wirkt, da er die Daten auf dem Leiter
24 empfängt und über Leiter 95 Daten aus dem Mikrocomputer 28 ausgibt.
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Der Pin Nr. 8 und Nr. 36 auf dem Chip sorgen für die Übertragung von
Adressierungssignalen an einen programmierbaren Oszillator-Chip, dessen Dateneingabe
über die Pins des oben erwähnten 8-Bit-Datenbus adressiert wird.
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Der Datenbus ist ein wesentliches Clement der alternativen Ausgangsschaitung
aus Figur 6.
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Bei Verwendung des Gerätes,wie es in den bisher beschriebenen Diagrammen
dargestellt ist, findet ein Verfahren zur Datenverarbeitung Anwendung, das verschiedene
Programmschritte umfaBt,die in dem internen Programm ROM des Mikrocomputers 28 gespeichert
sind.
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Diese Programmschritte, mit deren Hilfe das System Tastatur-Daten
verarbeitet, um verschiedene Steuersignale und Funktionen zu erzeugen, stellen ein
Verfahren dar, mit dessen Hilfe aus den eingegebenen Harmonie-und Melodie-Daten
eine Reihe von Degleitungstönen abgeleitet werden, die harmonisch zu der auf dem
Instrument gespielten Melodie erklingen.
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Das musikalische Prinzip der Transposition, basierend auf der in gleichmäßigen
Frequenzabständen temperiert gestimmten Tonleiter mit einer Verdopplung der Frequenz
von Oktave zu Oktave, bietet der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, mit einem
begrenzten Informationsspeichersystem komplexe Harmonien zu erzeugen. Anders ausgedrückt:
Das Prinzip der Transposition erlaubt aufgrund der Regelmäßigkeit innerhalb musikalischer
Tonleitern eine analoge Reihenfolge von Harmonietönen; d.h. die gleiche Reihenfolge
von Harmonietönen, die man erhält, wenn man einen ersten Melodieton mit einem Akkord
kombiniert, der in einer ersten Tonart steht (Melodieton und Tonart nicht notwendiger
Weise der gleiche Ton), kann man beibehalten, um einen zweiten Melodieton mit einem
Akkord erklingen zu lassen, der in einer zweiten Tonart steht, vorausgesetzt, alle
im ersten Fall verwendeten Begleitungstöne werden in der gleichen Richtung auf der
Tonleiter und um die gleiche Anzahl von Tönen verschben, die die zweite Tonart von
der ersten Tonart trennt. Aufgrund dieses Prinzips und in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung wurde ein Satz von fünf Akkord-Typen-Tabellen abgeleitet,
wobei jede Tabelle einen Satz von Zahlen enthält, die die gegenseitigen Beziehungen
der
Begleitungstöne innerhalb der Tonleiter darstellen.
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Jede der fünf Tabellen ist, wie schon erwähnt wurde, auf der Gundlage
der harmonischen Beziehung zwischen den zwölf Melodietönen und dem Akkord abgeleitet
worden.
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Durch willkürliche Zuweisung des Wertes "1" für eine bestimmte Note
auf der Tonleiter lassen sich die Werte der Tabelle der Reihe nach für eine andere
Akkord-Tonart gemäß den vorstehenden Ausführungen ableiten.
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Die folgende Tabelle zeigt beispielsweise die Zahlen für einen Dur-Akkord.
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Tabelle 2 C-dur mit angefügten Tönen C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1) 10 11 12 1 1 3 4 5 5 8 8 8 2) 8 8 8 10 10 1 1 1 1 5 5 5 3) 5 5 5 7 8 10 10 10
10 1 3 1 4) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Wenn dem Ton C der Wert 1 zugewiesen und
jeweils "1" für jeden folgenden chromatischen Halbton hinzuaddiert wird, wobei nach
der Zahl 12 wieder mit 1 begonnen wird, ist ersichtlich, daß die passenden Begleitungstöne
für eine Melodienote D (Spalte 3 der Tabelle) durch die Zahlen 12, 8, 5 und 3 dargestellt
werden.
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Diese Zahlen entsprechen den Tönen H (Ton 12, bezogen auf C),G (Ton
8, bezogen auf C), E (Ton 5, bezogen auf C)
und D (Ton 3, bezogen
auf C). Falls die Tonart dieses Akkordes F war (Ton 6, bezogen auf C) und nicht
C-dur, würden sich die richtigen Töne für D dadurch ergeben, daß die Zahlenwerte
der Töne aus Spalte 3 um einen Betrag verschoben werden, der dem Abstand zwischen
den beiden Tonarten entspricht. Da der Ton F fünf Töne höher liegt als C, würde
die obige Tabelle durch Addieren von fünf zu jedem Begleitungston-Zahlenwert transponiert
werden können. Die neuen Zahlenwerte in Spalte 3 wären dann 5,' 1, 10 und 8.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses musikalische Prinzip
angewandt, um die Komplexität und die Informations-Speicherkapazität zu verringern,
die sonst für ein System erforderlich wären, das zur Auswahl von Begleitungstönen
optimaler Harmonie dient. Die Anwendung dieses Prinzips bei der Ausführung elektronischer
Musikinstrumente bietet die Möglichkeit, eine stark verbesserte automatische Orchestrierungs-Steuerung,
wie sie in Figur 7 gezeigt ist, praktisch auszuführen.
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Durch die Zusammenstellung solcher Begleitungs-Tontabellen, die sich
bequem für eine mathematische Transposition verwenden lassen, der die erwähnten
musikalischen Prinzipien zugrunde liegen, und durch Ausführung der Transposition
im Zusammenhang mit der ausgewählten Melodie und Harmonie (d.h. durch Herabdrücken
der Tastaturelemente) sind lediglich 12'es oder 6(J Speicherplätze für die verschiedenen
Sätze von Regleitungstönen erforderlich, eine relativ überschaubare Situation im
Gegensatz zu 720 Speicherplätzen.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft im wesentlichen
das Wiederauffinden und die Ausgabe von einer Spalte von Daten oder Tönen aus einer
von fünf Tabellen (entsprechend den fünf Grundtypen von Akkorden), die in einem
ROM des Mikrocomputers 28 gespeichert sind.
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Durch Herabdrücken der Tasten an der Melodie- und Harmonie-Tastatur
werden Eingangsdaten erzeugt, um die Adresse der passenden Spalte von Begleitungstönen
herzuleiten. Außerdem gibt es maximal acht getrennte Sätze von jeweils fünf Tabellen,
deren Auswahl von dem gewünschten Klangstil abhängt. Wie schon erwähnt wurde, kann
der Spieler in das Akkumulatorregister RA des Mikrocomputers 28 ein 3-Bit-Wort eingeben,
wodurch jene Spalte von Begleitungstönen adressiert wird, die nicht nur die passende
harmonische Begleitung sondern auch den gewünschten tonalen Ausdrucksstil wiedergibt.
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Figur 5 beschreibt die Begleitungston-Auswahlroutine der im ROM des
Mikrocomputers 28 gespeicherten Programminstruktionen. Kurz gesagt, die richtigen
Begleitungstöne werden mit Hilfe eines Spaltenadressierungsverfahrens aufgefungen,
das auf der musikalischen Transposition basiert.
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Der Betrieb des Rechners beginnt, sobald Spannung anliegt, indem ein
RESET-PuIs an den vierten Pin des Mikrocomputers 28 von einem RC-Kreis zugeführt
wird.
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Im Schritt 52 werden Harmonie-Daten aus der unteren Tastatur schaltung
22 aus den Schieberegistern 68, 70 ausgegeben und über Leitung 82 an den Pin Nr.
35 des Mikrocomputers angelegt. Dann wird die Information des seriellen Bit-Stroms
hinsichtlich Akkord-Typ und
Tonart durch ein bestimmtes Verfahren
abgetastet. Bei diesem Verfahren wird das Muster der gedrückten Tasten in einem
digitalen Speicher an solchen Speicherplätzen gespeichert, deren Adresse den zugehörigen
Akkord-Typ definiert. Ein Tastensignal zur Identifizierung des Musters der vom Spieler
gedrückten Tasten wird dann erzeugt und dient dazu, die zugehörigen, gespeicherten
Tastenmuster-Darstellungen wiederaufzufinden. Sobald Übereinstimmung herrscht, werden
Akkord-Typ und Tonart über einen Prozessor ermittelt.
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Nachdem die den Akkord betreffende Information abgeleitet und gespeichert
ist, werden die Melodie-Daten vom Mikrocomputer 28 verarbeitet. In Schritt S3 wird
die Zählung eines 8-Bit-Abwärtszählers R1 auf Null gesetzt, während die Zählung
des Registers R4 des Intel 8048 auf 44 gesetzt wird. In R1 wird der Speicherplatz
der Begleitungsinformation gespeichert, während R4 als Schleifenzählwerk für die
Melodietöne dient, das jederzeit die Anzahl der Töne der Melodietastatur anzeigt,
die noch verarbeitet werden müssen.
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Das Laden der Daten in die unteren Tastaturregister 46-54 wird durch
Anlegen eines Verriegelungssignals vom Mikrocomputer (Pin Nr. 22) über Leitung 64
des Steuerbus 30 gesteuert. An Ende dieses Schrittes sind 40 Bits in die obere Tastaturschaltung
20 geladen, wobei die Speicherplätze der einzelnen gespeicherten Bit den relativen
Speicherplätzen der löne der oberen Tastatur 10 entsprechen.
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In Schritt S5 wird während der Eingabe der Berechnungsumläufe der
Zustand des im letzten rechten Speicherplatz der oberen Tastaturschaltung befindlichen
Bit untersucht. Dieser Speicherplatz, der über Leiter 24 mit dem Pin Nr. 39 des
Mikrocomputers in Verbindung steht, entspricht ursprünglich dem Melodieton C"" (Ton
Nummer 44). Wenn aufeinanderfolgende Taktpulse (PROG) die Daten des Registers 20
nach rechts verschieben, werden die Töne links von diesem Ton untersucht.
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Wenn bei der Abfrage in Schritt S5 keine herabgedrückte Taste gefunden
wird, wird mit Schritt S9 fortgefahren.
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In S9 wird in das Akkumulatorregister RA des Mikrocomputers 28 Null
eingegeben. Die Eingabe von Null in RA bedeutet nicht wahr". Wenn hierauf ein OUTPUT-Kommando
folgt, wird die Ausgabe am Pin Nr. 24 niedrig.
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(Das OUTPUT-Kommando steuert außerdem die PROG Taktzeit-Funktion,
so daß der niedrige Zustand des Pin Nr. 24 dann über Leiter 95 in den ganz linken
Speicherplatz des Wandlers 84 gespeichert wird.) In Schritt S10 wird das Register
R1 herabgezählt und in S11 abgefragt, ob die Zählung Null erreicht hat.
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Die ursprüngliche Abwärtszählung des Registers R1 wird von Null auf
256 umgeschaltet. Später soll noch gezeigt werden, daß die Zählung von R1 mit Hilfe
des Unterprogramms SUAPM geändert wird, das in den Zeilen 43-58 der Programmliste
aus Anhang A enthalten ist.
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Wenn noch keine Begleitungs-Bit durch SWAPM in R1 eingegeben wurden
und Ri noch nicht auf Null herabgezählt ist, geht der Ablauf bei Schritt 814 weiter,
einem
OUTPUT-Befehl,' der - wie erwähnt - entsprechend der Null-Zählung
des Akkumularorregisters RA einen niedrigen Zustand in den Wandler 84 einspeist.
Das Umlaufzählerregister R4 wird dann in Schritt 815 um einen Schritt herabgezählt
und in Schritt 516 abgefragt.
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Durch diese Abfrage wird festgestellt, ob die 44 Melodietöne vom Mikrocomputer
28 bereits verarbeitet wurden oder nicht. Falls die Zählung des Registers R4 tatsächlich
Null erreicht hat, wird eine "1' in das Register RÄ eingegeben und an den Pin Nr.
21 weitergeleitet, von wo aus das Bit in die Wandler 84-94 gelangt, wodurch die
Tasten-Daten an die verschiedenen UND-Gatter 100 ausgegeben werden.
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Wenn jedoch die Abfrage in Schritt S16 negativ war, kehrt die Routine
zum Schritt S5 zurück, wo der Zustand des Bit untersucht wird, das als nächstes
durch Steuerung eines PROG-Pulses in Schritt 814 in den ganz rechten Speicherplatz
des Melodie-Schieberegisters 54 geschoben wird. Wenn nun festgestellt wird, daß
dieses neue Bit einer gedrückten Taste entspricht, geht das Verfahren mit Schritt
56 weiter, einem Unterprogramm mit der Bezeichnung GET ADE, dessen Schritt in den
Zeilen 130-650 der Programmliste aus Anhang A aufgezeichnet sind.
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Das Unterprogramm GET AOC holt zwei Byte, die jedes aus zwei 4-Bit-Abschnitten
(Nibble) binärer Daten bestehen, die einen Ton bilden. Die Bytes sind in einer Spalte
einer zugehörigen Tontabelle aufgelistet, die 90 angeordnet ist wie Tabelle 2 und
die gleiche Information wie diese enthält. Die Tabelle ist in
einem
ROM des Mikrocomputers 28 gespeichert. Die Bytes sind in zwei Registern (R5 und
R6) der RAM-Anordnung des Mikrocomputers 28 gespeichert. Jede Zahl stellt das Intervall
von dem zuletzt angeführten Ton der Tabelle dar, und zwar abwärts in den Spalten
und beginnend mit der ganz linken Spalte. Das heißt also, wenn festgestellt werden
soll, daß der zuletzt aus der Tabelle aufgerufene Ton die Note G"' ist, dann würde
die folgende Eingabe der Zahl 5 in die Tabelle derjenigen Note entsprechen, die
fünf Töne nach links liegt, also D"'. Aus der folgenden Beschreibung wird deutlich,
warum Intervalle anstelle von absoluten Inerten gespeichert werden.
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Das Unterprogramm GET AOC lokalisiert und adressiert zu Beginn die
Spalte, die die vier gewünschten Begleitungstöne enthält. Hierfür verwendet das
Unterprogramm eine modulo-12-Addition der Differenz zwischen der Ordnungszahl des
Melodietons, der im vorigen Schritt S5 als Herabgedrückt festgestellt wurde, und
der Zahl der Akkord-Tonart (die in Schritt S2 abgetastet wurde).
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Nachdem diese Berechnung durchgeführt ist und die Position des gedrückten
Melodietons relativ zu der Akkord-Tonart hergeleitet wurde, bleibt nur noch festzustellen,
welche Tabelle aufgesucht werden soll. Die Bestimmung der Tabelle ist in erster
Linie eine Funktion des vom Spieler ausgewählten Klanstils. Wie bereits erwähnt
wurde, erfolgt diese Eingabe in den Mikrocomputer 28 durch Anlegen von Signalen
an die Pins 31-33 über einen Tastaturschalter oder dergleichen.
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Die zweite Bestimmungsgröße, nämlich der Akkord-Typ, liegt bereits
vor (Schritt 82).
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Die beiden Bytes zur Festlegung der vier Begleitungstöne (oder weniger,
falls der betreffende Klangstil weniger als vier Begleitungstöne verlanyt), die
aus der Tabelle entnommen wurden, werden in den 8-Sit-Registern R5 und R6 gespeichert.
Dann wird mit dem Unterprogramm SWAPM (Schritt S7) forgefahren, das die vier rechten
Bits aus der Registerkombination RS, R6 in Register R1 überträgt. Außerdem werden
die übrigen Hits um vier Speicherplätze nach rechts verschoben und die linken Positionen
mit Nullen aufgefüllt. Dann fährt das Programm mit Schritt SB fort, wo Nullen in
das Akkumulatorregister RA eingegeben werden. (Wenn der Melodieton zusätzlich zu
den Begleitungstönen erklingen soll, müßte man eine hexadezimale D8H in das Register
RA eingeben, um einen "wahren" Ausgang zu schaffen.) In Schritt 814 schiebt ein
OUTPUT-Kommando die Nullen aus dem Akkumulatorregister an den Pin 24 des Mikrocomputers
28 und steuert die PROG-Funktion, um ein niedriges 8it in den Wandler 84 einzuqeben.
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Wie zuvor wird Register R4 herabgezählt und zeigt damit die vollständige
Verarbeitung des letzten Melodietons an. Nachdem eine Abfrage in Schritt 516 bestimmt,
ob die Information in den Wandlern 84-94 ausgegeben werden soll, kehrt die Routine
zur Abfrage nach Schritt S5 zurück. Wenn dar nächste Melodieton (d.h. der direkt
links vom vorigen Ton befindliche) nicht gedrückt ist, wird mit Schritt 59 fortgefahren,
wo Nullen in RA als Vorbereitung für einen Ausgabebefehl geladen werden.
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In Schritt S10 wird das Register R1, das jetzt mittels SWAPM eine
Zählung enthält, die gleich den rechten vier Bits ist und den ersten Begleitungston
der ausgewählten
Spalte entspricht, um 1 herabgezählt. In Schritt
S11 wird die Zählung von R1 abgefragt, um festzustellen, ob sie Null ist oder nicht.
Durch analoge Fortsetzung der Überlegungen und in Verbindung mit dem Flußdiagramm
aus Figur 5 ist ersichtlich, daß - vorausgesetzt, daß kein zweiter nahe benachbarter
Melodieton den Verarbeitungsfluß bei Schritt 510 durch einen Sprung zur Schrittfolge
S6 bis S8 unterbricht - weitere Nullen oder niedrige Bits in Schritt S14 bis 816
in den Wandlèr 84 eingegeben oder eingespeist werden, bis die Abfrage in Schritt
S11 ein positives Ergebnis bringt.
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Dieses positive Ergebnis zeigt, daß das Register R1 auf Null herabgezählt
ist. Dies ist erreicht nach einer Anzahl von Pulsen, die dem Tonintervall zwischen
der ersten Begleitungsnote und dem Melodieton entspricht,-der seit der letzten positiven
Abfrage in Schritt S5 in den Wandler 84 eingegeben wurde.
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Das Programm fährt dann mit Schritt S12 fort, wo erneut die SWAPM-Routine
aufgerufen wird. Wiederum werden die vier rechten Bits, die den nächsten Begleitungston
darstellen, durch dieses Unterprogramm in Register R1 eingegeben, und die übrigen
zwei 4-Bit-Abschnitte des kombinierten Registers R5, R6 werden um vier Bits nach
rechts verschoben. In Schritt 813 wird die hexadezimale 08H in das Akkumulator-Register
RA eingegeben. Diese Zählung bedeutet, daß beim nächsten OUTPUT-Kommando ein hohes
Bit oder eine "1" ausgegeben wird.
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Das OUTPUT-Kommando und die zugehörige Steuerung der PROG-Funktion
erfolgt im nächsten Schritt S14. Das Kommando gibt das hohe Bit in den Wandler 84
ein, und zwar nach Eingabe von so vielen Nullen, wie die Zahl
des
letzten, im Register R1 enthaltenn negleitungstons betrug. Der Vorgang läuft weiter.
Durch analoge Überlegungen und Analyse ist ersichtlich, daß der Umlauf forfährt
mit Schritt S9 bis S13, falls keine Unterbrechung durch Auffinden einen zusätzlichen
Melodietons erfolgt in Schritt S14, wobei so viele Null-Bits in den Wandler 84 eingegeben
werden, wie dem letzten Intervall entspricht, das durch SWAPM (Schritt S12) in R1
eingespeist wurde. Wenn eine Unterbrechung auftritt, würde der Vorgang erneut mit
dem Melodieton bei Schritt S5 beginnen und wie oben beschrieben fortfahren.
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Nach der richtigen Anzahl von Null-Bits wird ein hohes Bit ausgegeben,
wenn die Abfrage in Schritt 811 positiv ist. Es ist also ersichtlich, daß in die
Wandler 84-94 ein Strom digitaler Daten-Bits eingegeben wird, der durch Einsen unterteilt
ist, und zwar in Abständen, die den Zahlen der zugehörigen Tabellen entsprechen.
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Wenn alle 44 Bits in die Wandler eingespeist wurden, herrscht ein
Verhältnis von eins zu eins zwischen den Abständen der Speicherplätze in den Wandlern
84-94 und den Intervallen, die in der Transpositions-Akkordtabelle gespeichert sind.
Außerdem kann durch Setzen einer "wahren" Instruktion in Schritt S8 der vom Spieler
direkt gespielte Melodieton in den Datenstrom eingegeben und in die Begleitungstöne
eingereiht werden. Durch Zuweisung von passenden Werten an die Speicherplätze in
den Wandlern 84-94 wird eine "1" oder eine Null,in den Speicherplätzen gespeichert,
die das Erklingen oder Nicht-Erklingen des zugehörigen Tons anzeigen.
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Figur 6 zeigt eine Ausgangsschaltung, die anstelle von Figur 3 verwendet
werden kann. Die Anordnung enthält einen Orchestrierungszusatz, mit dessen Hilfe
die nach dem vorstehenden Verfahren ermittelten Begleitungstöne in der Klangfarbe
verschiedener Instrumente wiedergegeben werden können.
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Acht parallele Leiter 104, die den Datenbus des Mikrocomputers 28
bilden, liefern in zwei getrennten Ladezyklen einen 16-8it-Divisor an einen programmierbaren
Oszillator-Chip 106. Der Chip 106 ist ein konventionelles Bauteil, das ausführlich
im Service Manual, Model L-15/L-S, Publikations-Nummer 993-030885 der Lowrey Organ
Division of Norlin Industries, 707 Lake Cook Road, Deerfield, Illinois (Septsmber
1979) beschrieben wird. Er wird von einem Master-Oszillator gesteuert, der beispielsweise
eine Frequenz von 1 MHz für aufeinanderfolgende Funktionen innerhalb des vorliegenden
Systems aufweist. In dem Chip sind mehrere (fünf) Register/Komparator/Zähler-Kombinationen
enthalten. Das adressierte Register umfaßt den 16-8it-Divisor, der über Leiter 104
am Mikrocomputer 28 anliegt.
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Der Zähler zählt die Anzahl der Zyklen vom Master-Oszillator und wird
durch ein Signal vom Komparator zurückgesetzt, wenn die Zählung des Registers erreicht
ist. Die Rücksetzpulse werden mit einer Frequenz wiederholt, die der Frequenz des
Master-Oszillators, dividiert durch die Zählung des Registers, entspricht (Divisor).
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Durch Einstellen des Wertes des Divisors kann also die Frequenz des
Rücksetzsignals eingestellt werden, das auf einem von fünf Leitern 112, 114, 116,
118 und 120 anliegt, die den programmierbaren Dszillator-Chip 106 mit der Stimmschaltung
verbinden.
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Die gewünschten Ausgangstöne werden durch Decodierung der Begleitungstöne
erzeugt, die gemäß Figur 5 ermittelt wurden. Sobald ein hörbar zu machender Ton
decodiert ist, ist es relativ einfach, den richtigen Divisor zu bestimmen, der an
die Pins 12-19 des Mikrocomputers 28 angelegt werden soll. Uas Unterprogramm PUT
POP, dessen einzelne Schritte in der Programmliste aus Anhang A in den Zeilen 845-893
stehen, führt diese relativ geradlinig verlaufende Operation aus. Der Inhalt des
Bus wird in den programmierbaren Oszillator -Chip 106 eingelesen, und zwar durch
die Wechselwirkung zwischen einem WRITE-Kommando, das über Leiter 108 vom Mikrocomputer
28 am zugehörigen Eingang des Chip 106 anliegt, und einem ADDRESS/DATA-Kommando,
das über den Leiter 110 vom Mikrocomputer 28 am Chip 106 anliegt. Der Ladevorgang
ist bekannt und verständlich für Fachleute, die mit der Arbeitsweise des Intel 8048
vertraut sind.
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Für andere Geräte kann eine andere Folge funktioneller Schritte zum
Laden der Daten erforderlich sein. Der Ablauf ist natürlich abhängig von dem verwendeten
spezifischen Oszillator-Chip 106.
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Jeder der fünf vom Chip 106 erzeugten Töne wird über einen der Leiter
112, 114, 116, 118 und 120 an fünf individuelle Stimmschaltungen 122, 124, 126,
128, 130 angelegt, die jeder Filter und Wellenformer- (envelope) Schaltungen verwenden,
um eine Frequenzeingabe in die Simulation eines Musikinstrumentes umzuwandeln. Auf
diese Weise kann also ein Arrangeur mit Hilfe der Ausgangsschaltung aus Figur 6
ein Orchester-Arrangement auswählen (d.h. bestimmen, welche Instrumente verwendet
werden und in welcher Oktavhöhe sie spielen sollen),
um die gespielte
Melodie und abgeleitete Begleitung wiederzugeben.
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Die geformten Frequenzen, die aus den Stimmschaltungen 122-130 austreten,
werden in der Mischschaltung 132 kombiniert und zu einer zusammengesetzten analogen
Wellenform gsmischt. Die Mischschaltung 132 umfaßt die Widerstände 134, 136, 138,
140 und 142 zusammen mit dem Differentialverstärker 144 und zugehörigem Rückkopplungswiderstand
146. Der Ausgang des Operationsverstärkers wird dann an den Ausgangsverstärker und
Lautsprecher oder aber an das Lautsprechersystem aus Figur 1 angelegt, um den Orchesterklang
zu erzeugen.
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Es wurde also gezeigt, daß auf dem Gebiet der musikalischen Instrumentierung
ein neuartiges Verfahren und Gerät beschrieben wurde, mit dessen Hilfe die von einem
Spieler ausgewählten Einzel töne musikalisch untermalt werden können. Bei der Verwendung
des Verfahrens und Geräts der vorliegenden Erfindung ist man nicht beschränkt auf
einen vorgegebenen Tonumfang der Melodie oder aber auf die Auswahl von Harmonietönen
im Bereich von verfügbaren Begleitungstönen. Die Erfindung bietet die Möglichkeit,
die Komplexität der verfügbaren Melodie zu erhöhen, ohne die Komplexität der automatischen
Erzeugung von Fülltönen in undurchführbarer Weise zu vergrößeren. Weil der vorliegenden
Erfindung das Prinzip der musikalischen Transposition zugrunde liegt, wird das gesteckte
Ziel auf praktische und einfache Weise erreicht.