DE3226619A1

DE3226619A1 - Modulationseffektvorrichtung

Info

Publication number: DE3226619A1
Application number: DE19823226619
Authority: DE
Inventors: Mitsumi Hamamatsu Shizuoka Kato
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1983-03-24
Also published as: JPS5814191A; GB2103005A; DE3226619C2; GB2103005B; JPH0115075B2

Description

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

Telex 7265509 rose d

12. Juli 1982

NIPPON GAKKI SEIZO KABUSHIKI, 101- Nakazawa -cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken , Japan

MODU LATIONSEFFE KTVORRICHTUN G

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bekannte Modulationseffektvorrichtungen, die dazu verwendet wurden, solche Modulationseffekte einem Musiktonsignal beizugeben, das von einem elektronischen Musikinstrument erzeugt worden ist, wie z. B. Vibrator, Chor und Ensemble (sinfonischer · Chor) waren solche analoge Verzögerungselemente wie z.B. BBD (backet brigade device) oder CCD ( charge coupled device ). Ferner hat man durch Modulation des Verschiebetakts, der an ein solches Verzögerungselement angelegt wird, ein phasen-(frequenz) moduliertes Signal durch das Verzögerungselement erzeugt.

Da der dynamische Bereich des Eingangssignals , welches an das analoge Verzögerungselement angelegt wird, schmal ist, erhält man bei solchen analogen Verzögerungselementen ein schlechtes Signal/ftauschverhalten und viel Geräusch. Wenn die Modulationseffektvorrichtung auf ein elektronisches Musikinstrument angewendet wird, bei dem

ein Musiktonsignal in einen digitalen Code umgewandelt wird, und weil das
digitale Musiktonsignal umgewandelt wird in ein analoges Signal mit Hilfe eines D/A-Wandlers und dann der Modulationseffektvorrichtung eingegeben wird, ist es im Hinblick auf den Filter notwendig, dass er scharfe Flanken hat, damit er dem D/A-Wandler folgen kann. Die Verwendung solcher Filier macht es schwierig,
die Schaltung als integrierte Schaltung aufzubauen und macht die Schaltung
voluminös.

Aufgabe der Erfindung ist es_# eine Modulationseffektvorrichtung anzugeben, die ein gutes bis großes Signal/Rauschverhalten hat und ohne weiteres als integrierte Schaltung hergestellt werden kann.

ErFindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung eignet sich insbesondere für elektronische Musikinstrumente.

Die Erfindung wird nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 2a Kurvenverläufe, die die Variation der Frequenz eines Ausgangs-Signals Fig.2b zeigen, und zwar gemäß einer Änderung eines Multiplikationskoeffizienten

in der Schaltung nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Kurvenverlauf, der den Zusammenhang zwischen der Änderung in der Frequenz des Eingangs-Signals und der Änderung der Phase des Ausgangs-Signals in der Schaltung von Fig. 1 zeigt,

Fig . 4a Blockschaltungen, welche zwei Beispiele eines Modulationskoeffizienten-

4-Fig. 4b Generators zeigen,

Fig. 5a Blockschaltungen, die andere Beispiele des in der Erfindung verwendeten

Fig. 5d digitalen Filters zeigen,

Fig. 6 eine Blockschaltung, die irneinzelnen ein Digitalfilter zeigt,

Fig. 7a Blockschaltungen, welche Anwendungen der Modulationseffektvorrichtung

Fig. 7c nach der Erfindung zeigen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 umfaßt ein digitales Allpass-Netzwerk (Filter), das nachfolgend als Digitalfilter DF in einem weiten Sinne verstanden wird und einen Modulationskoeffizienten-Generator MCG. Der Digitalfilter DF umfaßt Addierer Al und A2, Multiplizierer Ml und M2 und ein Verzögerungselement DL, dessen Verzögerungszeit gleich einer Sampling-Periode eines Eingangs-Musiktonsignals χ (η) ist, wobei η die Zahlen 0,1,2, ... der Sampling-Zeitfenster darstellt.

Das Ausgangssignal des Verzögerungselements DL wird an einen Eingang des

Multiplizierers Μ2 gelegt und mit einem Modulationskoeffizienten K multipliziert, der an einen anderen Eingang des Multiplizierers M2 angelegt wird. Der Ausgang des Multiplizierers M2 wird an den Substraktionseingang (-) des Addierers Al zurückgekoppelt. Der Additionseingang (+) des Addierers Al wird mit dem Eingangs-Musiktonsignal X (n) beaufschlagt, so daß das Ausgangssignal des Multiplizierers M2 vom Musiktonsignal X (n) abgezogen wird und der Rest als Ausgang vom Addierer Al ausgegeben wird. Das Ausgangssignal des Addierers Al wird zum einen Eingang des Multiplizierers Ml geführt und mit dem Modulationskoeffizienten K multipliziert, der an einen anderen Eingang des Multiplizierers Ml gelegt wird. Die Ausgangssignale des Multiplizierers Ml und des Verzögerungselements DL werden an die Additionseingänge (+) des Addierers 2 angelegt, das Ausgangssignal dieses Addierers JK/. wird als Musiktonsignal X(n) ausgegeben, dessen Phase (Frequenz) moduliert wird, und zwar in Abhängigkeit einer Variation mit der Zeit des Modulationskoeffizienten K, der durch den Modulationskoeffizientengenerator MXG erzeugt wird und dem ein Modulationseffekt innewohnt. In diesem Beispiel wird das Verzögerungselement DL durch eine digitale Speichervorrichtung verkörpert und der Modulationskoeffizient ist auf einen Wert eingestellt, für den gilt -1 < K < 1.

Es sei nun das Ausgangssignal des Addierers Al y(n) genannt, wobei η = 0, 1, 2 ist, dann können die Ausgänge in unterschiedlichen Bereichen wie folgt ausgedrückt werden:

a) Ausgangssignal des Verzögerungselements DL

= y(n-D,

b) das Ausgangssignal des Multiplizierers M2

= K . y (n-1).

c) Ausgangssignal des Multiplizierers Ml

= K · y (n),

d) Ausgangssignal des Addierers A2

= K.y(n)+y(n~l). Da das Ausgangssignal y (n) des Addierers Al dargestellt werden kann durch

y(n) = x(n)- K . y (n-1)

kann in diesem Fall das Ausgangssignal X (n) des Addierers 2 wie folgt ausgedrückt werden:

X(n)=K . y (n)+y(n-l)

= K { x(n)-K .y(n-l)} +y(n-l)

= K .x(n)+(l-K²). y (n-1) (1 )

Durch eine Z-Transformation der obigen Gleichung (1) wird die Transferfunktion H (Z) = Y (Z)/X (Z) )der in Figur 1 gezeigten Schaltung, welche das Ausgangssignal X (n) abgibt und welches in der Gleichung (1) gezeigt ist, ausgedrückt werden als

H(Z) = ■ -Z K

1 - K . Z

Dem entsprechend wird das Frequenzverhalten H (e ***) ausgedrückt wurd

l_|/ i \ _ .cos 6O- 2K + K . cosu? -J(I-N )-sintA? (3)

Λ "Z K COiCO+ K¹

Sofern ein Signal χ (η)-' cos (CO ο . η) als Eingangsmusiktonsignal X (η) angelegt wird, wird das Ausgangssignal X (n) des Addierers A2 zu

X(n)= |H(e^iU>e)| cos(O)_oxn + 0) .... (4)

Darin ist

Θ ι u ι iw_O\ λ . ( I - K ) . sin tO

= org(H(e· °))-tan Α———^

Da H (e' ° ) = T ist, wird das Ausgangssignal X (n) wie folgt ausgedrückt: X (n) = cos ( Uo₀ . η + θ ) .... ( 6 )

Es sei nunmehr angenommen, daß K = k_n . sin Oo m . η ist, d.h. den Fall, bei dem der Koeffizient K zeitlich gemäß eines Sinuswellensignals K-. . sin 6O m . η gewählt wird, dann wird das Ausgangssignal X (n) ausgedrückt durch

X (n) = cos (CA3₀n+ θ (n)) ....(7)

Daher wird χ (n+1) , X (n+1) wie folgt ausgedrückt:

X (n+1) = cos[tu_o . (n+1)+

Da die Änderung der Phase Je Zeiteinheit der Frequenz entspricht, können die Frequenzen fx und fy des Eingangssignals χ (η) des Ausgangssignals X (n) dargestellt werden als

U
fx=CA5_{0 +}[θ(η)- θ (η-1)}

Dementsprechend Ist es möglich, ein Ausgangssignal X (n)zu erhalten, das vom Koeffizienten K phasenmoduliert ist.

Den gleichen Digitalfilter wie oben erwähnt erzielt man, indem man die Verdrahtung gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 1 ändert, d. h. ein Eingang des Multiplizierers Ml

und ein Eingang des Multiplizierers M2 können an den Additionseingang (+) des Addierers Al anstelle des Ausgangs des Addierers Al gelegt werden und der Ausgang des Addierers A2 anstelle des Ausgangs des Verzögerungselements DL.

Fig. 2a zeigt den Kurvenverlauf für die Frequenzänderung des Ausgangssignals X (n), wobei ein Koeffizient K = 0,9 sin UO mt ist und ein Musiktonsignal x(n) mit einer Frequenz von 440 Hz eingegeben wird.

Fig. 2b zeigt als Kurve die Änderung in der Frequenz des Ausgangssignals X (η) , wobei ein Koeffizient K = 0,9 sin (a3 mt ist und ein Musiktonsignal x(n) mit einer Frequenz von 220 Hz eingegeben wird. Wie diesen Figuren entnommen werden kann, ist es möglich, ein Ausgangssignal X (n) zu erzielen, welches mit dem Koeffizienten K phasenmoduliert ist, der sich mit der Zeit ändert.

Fig. 3 zeigt als Kurvenverlauf den Zusammenhang zwischen der Frequenz des Eingangssignals χ (n) und der Phase des Ausgangssignals X (n) für K = 0, K > 0 und K < 0. Fig. 3 zeigt drei Kurvenscharen, bei denen die Verzögerungszeit des Verzögerungselements jeweils 1. t-, , 2 . t„ und 3 . t~ ist.
In Fig. 3 stellt fs die Sampling-Frequenz des Eingangsmusiktonsignals x(n) dar.

Der Modulationskoeffizientengenerator MCG zur Herstellung des Modulationskoeffizienten K hat einen Aufbau, wie er in Fig. 4a oder 4b gezeigt ist. Die Fig. 4a ist eine Speichervorrichtung CM für die Wellenformmodulation, die bestimmte Modulationswellenformen MWi (i stellt den Typ des Modulationseffekts dar) speichert, die

jeweils einer größeren Anzahl von Modulationseffekten entspricht . Ferner ist ein Taktimpulsgenerator CG vorgesehen, der einen Taktimpuls 0i erzeugt, dereine Frequenz fi hat, welche den Signalen entspricht, die vom Effektwahl schalter SW ausgegeben werden und die Art des Modulationseffekts darstellen. Ferner ist ein Zähler CTR vorgesehen, der die Anzahl der Taktimpuls 0i zählt, die ein Speicheradress-Signal ADRi erzeugen, welches dem Signal i entspricht und welches an die Speichervorrichtungen für die Wellenform-Modul ation CM angelegt wird , und zwar als Adressensignal niederer Ordnung, während das Signal i als Adressensignal höherer Ordnung zugeführt wird (als ein Signal, welches den Typ der Modulationswellenform angibt). Es ist daher möglich, eine Modulationswellenform MWi zu erzeugen, so wie der Modulationskoeffizrent Ki angibt, der sich mit der Zeit ändert, und zwar entsprechend dem Modulationseffekt, der durch den Effekt Wahlschalter SW angegeben wird.

Wie in Fig. 4b gezeigt ist, kann auch wahlweise der Taktgenerator CG und der Zähler CTR aus Fig. 4a durch eine Frequenzzahl-Speichervorrichtung FNM und einen Akkumulator ACC ersetzt werden. Damit speichert die Frequenzzahl-Speichervorrichtung FNM die Frequenzzahl Fi (numerische Daten) , welche die Frequenzen der jeweiligen Modulqtionseffekte speichern. Ferner wird eine Frequenzzahl Fi entsprechend dem Typ des Modulationseffektes , der durch den Effektwahlschalter SW bestimmt wird, aus der Frequenzzahl-Speichervorrichtung FNM ausgelesen und dem Akkumulator ACC zugeführt. Die Frequenzzahl Fi wird durch den Akkumulator ACC mit einer vorbestimmten Rate akkumuliert, und zwar entsprechend dem Taktimpuls 0 , so daß ein akkumulierter Wert q . Fi gebildet wird (wobei q = 1, 2 ... ) ist, der eine Wiederkehrfrequenz entsprechend der Frequenzzahl Fi hat. Derakkumulierte Wert q Fi wird an die

Speichervorrichtung für die Wellenform-Modulation CM als Adressensignal niederer Ordnung angelegt, wobei die Speichervorrichtung für die Wellenform-Modulation CM eine Modulationswellenform MWi erzeugt sowie den Modulationskoeffizient Ki bestimmt, der sich mit der Zeit entsprechend dem Modulationseffekt ändert, der durch den Effekt-Wahlschalter bestimmt worden ist. In diesem Fall kann eine Bezugsmodulationswellenform durch die Speichervorrichtung CM erzeugt werden , und ein solches Produkt, welches durch die Multiplikation der Bezugsmodulationswellenform mit einem Koeffizienten entsprechend der Art des Modulationseffekts erzeugt worden ist, kann als Modulationskoeffizient Ki verwendet werden.

Zwar wurde im Aufbau der Fig. 1 gezeigt, daß der Digitalfilter DF durch ein Al^ass-Netzwerk (Filter) erster Ordnung aufgebaut ist. Er kann jedoch auch durch ein Allpass-Netzwerk (Filter) höherer Ordnungen aufgebaut sein. De gleiche Wirkung wie in Fig. 1 beschrieben kann auch erzielt werden, indem man den Koeffizienten eines Multiplizierers M eines solchen digitalen Filters einer solchen Grundform eines digitalen Filters zweiter Ordnung gemäß Fig. 5a variiert, sowie eines digitalen Comb-Filters gemäß FIg. 5b, eines digitalen Gitter-Filters gemäß Fig. 5c und eines digitalen Transversal-Filters gemäß Fig. 5d.

Eine Einzelheit des Aufbaus der Digitalfilter, welche grob in den Fig. 5a bis 5d gezeigt sind, wird nachfolgend beschrieben, obwohl jedes Digitalfilter durch ihm innewohnende Hardware aufgebaut sein kann, kann es gemäß Fig. 6 aufgebaut werden.

Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm, welches dazu verwendet werden kann, ein Digitalfilter DF

•2 228 J₃

jeder Art herzustellen und umfaßt eine Speichereinheit 10, eine Operationseinheit 20, eine Steuereinheit 30 und eine Speicheradressen-Ausgabeschaltung 40. Die Speichereinheit 10 ist ein Verzögerungselement, welches die gespeicherten Signale durch irgendeine Verzögerungszeit j .t_ verzögert (j = 1, 2 ... ), indem es verursacht, daß ein Adressenabstand einer Verzögerungszeit t*. entspricht. Sie wird aufgebaut aus einer Datenspeichervorrichtung 100 und einer Verriegelungsschaltung 101. Um ein Signal χ (n-j) auszulesen, das in der Datenspeichervorrichtung 101 gespeichert ist, und zwar Γ~ in einem Sampling-Zeitfenster (n-j) und in einem Zeitfenster (n) nach einer Zeit j . t_

wird ein Adressenabstand ^, ADR, welcher in einem Intervall j . t,. variiert wird, zu dem vorliegenden Adressenwert ADR (n) addiert oder subtrahiert, und das Ergebnis der Addition oder Substraktion wird der Speichervorrichtung 100 eingegeben. Genauer gesagt: Sofern ein Signal χ (η) sequentiell von der höheren Adressenordnung zur niederen Adressenordnung der Datenspeichervorrichtung 100 gespeichert ist, kann man durch die nachfolgende Gleichung einen Adressenwert ADR (n-j) vor einem Intervall j . t_ bestimmen.

ADR (n.-j) = ADR (n) + 4 ADR ( 10 )

Dieser Adressenwert kann dann als Adressensignal der Datenspeichervorrichtung 100 verwendet werden. Wenn auf der anderen Seite das Signal χ (η) sequentiell von der niederen Adresssnordnung zur höheren Adressen Ordnung der Datenspeichervorrichtung gespeichert ist, kann man einen Adressenwert ADR (n-j) vor einem Intervall j . t« bestimmen mit der Gleichung:

ADR (n-j) = ADR (n) - 4 ADR .... ( 11 )

Dies kann als ein Adressensignal der Speichervorrichtung 100 verwendet werden. Dabei kann der Fall auftreten, daß das Signal χ (n-j) ausgelesen wird, das vordem

Intervall j , t^. ϊη dem vorliegenden Sampling-Zeitfenster (η) gespeichert wurde. Es ist damit möglich, die Datenspeichervorrichtung 100 als Verzögerungselement zu verwenden, das irgendeine beliebige Verzögerungszeit hat. Die Adresseninformation ADR (n) zum Schreiben eines Signals χ (η) im gegenwärtigen Sampling-Zeitfenster und die Adressen information ADR (n-j) zum Auslesen eines Signals χ (n~j) vor einem Intervall j . t_ wird von der Steuereinheit 30 geliefert, die später beschrieben wird. In diesem Fall ist eine Vielzahl von Verzögerungselementen notwendig, was abhängig ist vom Filtertyp, so daß Informationen DLk (wobei k = 0, 1,2...) ist, entsprechend der Anzahl der jeweiligen Verzögerungselemente werden als Adressen in formation höherer Ordnung angelegt.

Die Operationseinheit 20 führt die Additions- und Multiplikationsoperationen des Digitalfilters durch und umfaßt einen Selektor 200, eine Operationsschaltung 201, einen Zwischenspeicher 202 und eine Verriegelungsschalfting 203.

Das Eingangs-Musiktonsignal χ (η) wird an den Eingang A des Selektors 200 gelegt, ein aus der Datenspeichervorrichtung 100 ausgelesenes Signal χ (n-j) wird an den Eingang B über die Verriegelungsschaltung lOlangelegt und das Ausgangssignal RGD des Zwischenspeichers 202 wird an den Eingang C über die Verriegelungsschaltung 203 gelegt. Irgendeines dieser Eingangssignale χ (η) , x(n-j) und RGD wird von einem Auswahlsteuersignal SLl ausgewählt, das von der Steuereinheit 30 ausgegeben wird und dann an einen EingangQyder Operationsschaltung 201 angelegt.

Ein durch den Modulationskoeffizientengenerator CG erzeugter ModulaHonskoeffizient iKm

12228 j.-^iL^: *^:.*^:.:λ 3226613

wird an den Eingang(§)der Operationsschaltung 201 angelegt, und zwar über eine Verriegelungsschaltung 50. Eines der Ausgangssignale x(n), x(n-j) und RGD des Selektors 200 wird an den Eingang© angelegt,und das Ausgangssignal RGD des Zwischenspeichers 202 wird an den Eingang® angelegt, und zwar über die Verriegelungsschaltung 202. Gemäß dem Operationssteuersignal CTL (3 Bit-Aufbau), welches von der Steuereinheit 30 ausgegeben wird, führt die Operationsschaltung die folgenden Operationen durch und legt ihr Ergebnis der Operation Y an den Zwischenspeicher 202, an ein Ausgaberegister 70 und an die Speichereinheit 10 an.

00= 0 ... (12-5)

Der Zweck des Zwischenspeichers 202 besteht darin, zeitweilig das Ergebnis der Operationsschaltung 201 zu speichern. Der Zwischenspeicher 202 ist mit einer Anzahl Register R bis R ausgestattet, die durch eine Registerzahl information RG bestimmt wird, welche von der Steuereinheit 30 ausgegeben wird. Der der Operationsschaltung 201 wird in das Register R eingeschrieben, und zwar ent-

sprechend einer Information R , welche einer Information RG entspricht, wenn ein Schreibsteuersignal WR2 zu "1" gemacht wird.

Der Zweck der Steuereinheit 30 besteht darin, verschiedene Steuersignale zu erzeugen, um damit einen Modulationseffekt zu schaffen, der durch eine Effektbestimmungs-Schalter-Schaltung 60 bestimmt ist. Die Steuereinheit 30 ist aufgebaut aus einer

Programmspeichervorrichtung 301, einem Programmzähler 302 , einer Programmdekodierspeichervorrichtung 303 und einem Steuersignalausgangsregister 304.

Die Programmspeichervorrichtung 301 macht eine Voreinspeicherung einer Vielzahl von Speicherprogrammtypen, mit denen man wahlweise Digitalfilter einer Vielzahl von Arten realisieren kann. Welches dieser Steuerprogramme auszugeben ist, wird bestimmt durch ein Bestimmungssignal i (eine Vielzahl von Bits) des Modulationseffekts, welches von der Effektbestimmungs-Schalterschal rung 60 ausgegeben wird. Der Inhalt des so bestimmten Steuerprogramms wird bei jedem Schritt der Reihenfolge nach ausgegeben, und zwar gemäß einer Ausgangsinformation PC des Programmzählers 302, der die Anzahl der Taktimpuls 0 zählt.

Um alle Verarbeitungsschritte in einem Sampling-Zeitfenster OyJ vollenden zu können, die ein Digitalfilter betreffen, wird die Anzahl der Schritte eines Steuerprogramms so ausgewählt, daß sie kleiner als 4800/25 = 192 ist, wobei die Sampling-Frequenz 25 KHz und die Frequenz des Haupttaktimpulses 0~ = 4,8 MHz ist. Das Steuerprogramm für jeden Schritt enthält eine Zahl information DLk des Verzögerungselements DL, eine Datenschreibadressen information ADR (n) , eine Datenauslese information ADR (n-j) , eine Registerzahl information RG , eine Koeffizientenausleseadresseninformation ADR (m),

und einen Operationscode OPC , der eine Vielzahl von Bits umfaßt und dazu verwendet wird, die Operation der Operationsschaltung 201 und das Schreiben der Verriegelungsschaltung 203 zu steuern.

Die Informationen DLK, ADR (n), ADR (n^j), RGm und ADR (m) werden ausgegeben,

sowie sie durch das Steuersignal-Ausgangsregister 304 durch sind, während der Operationscode OPC durch die Programmdekodierspeichervorrichtung 303 in ein Operationssteuersignal CTL, ein Auswahlsteuersignal SLl und ein Schreibsteuersignal WRl bis WR3 und ein Schaltsteuersignal Ll bis L3 dekodiert wird. Diese dekodierten Signale werden von dem Steuersignal-Ausgangsregister 304 ausgegeben.

Die Information ADR (m) ist eine Adresseninformation zum Auslesen des m-ten Modulationskoeffizienten i der Effektbestimmungs-Schalterschaltung 60 vom Koeffizienfengenerator CG bestimmt wurde.

Die Speicheradressen-Ausgabeschaltung 14 gibt Adresseninformationen DM .· ADR aus, mit denen man eine Information schreiben und lesen in und aus der Datenspeichervorrichtung 100 kann. Die Speicherzahl information DLA , welche vom Steuersignal-Ausgangsregister 304 ausgegeben wird, wird als Adresseninformation höherer Ordnung und Adressen information ADR (n) verwendet oder die Ausleseadresssninformation ADR (n-j) wird zu der niederen Ordnung der Adressen information addiert, so daß dieser Informationssatz als eine Adresseninformation DM · ADR ausgegeben wird.

Der Modulationskoeffizientengenerator CG erzeugt einen Modulationskoeffizienten iKm entsprechend dem Modulationseffekt, der bestimmt wurde durch die Effektbestlmmungs-Schalterschaltung 60. Der letzte Wert der Operation wird durch das Ausgaberegister 70 ausgegeben. Die oben beschriebenen Schaltungen arbeiten wie folgt: Es sei angenommen, daß die Anzahl m der Verzögerungselemente DL = 0 sei, daß die Summe des Addierers Al zeitweilig in einem Register R„ gespeichert sei, daß die

12 228 "..ft

Registerzahl £ Oj hat, und daß die Summe des Addierers A2 zeitweilig in einem Regiser Rl gespeichert sei, das die Registerzahl £]J[ hat. Darüber hinaus sei angenommen, daß der Multiplikationskoeffizient des Multiplizierers M₁ = iK sei und daß derjenige des Multiplizierers M2 = -ilC sei. Zuerst wird eine Gleichung

y (n) = x (n)-iK^ . y (n-j)

verarbeitet, indem man ein Eingangs-Musiktonsignal χ (η) zu einem gegenwärtigen Augenblick verwendet ,daß y (n-j) vor einem Intervall j . t und ein Modulationskoeffizient iK verwendet wird. Damit man im Register R_n zeitweilig diesen berechneten Wert von y (n) speichern kann, werden die folgenden Schritte ( 1) bis (6) durchgeführt:

(1) Eine Adresseninformation ADR £2j wird an den Modulationskoeffizientengenerator CG angelegt und der Koeffizient -iK_ wird ausgelesen. Zu dieser Zeit wird ein Verriegelungs-Steuersignal L3 aus dem Steuersignal-Ausgangsregister 304 ausgegeben und der Koeffizient -iK- , welcher vom Modulationskoeffizientengenerator CG ausgelesen wurde, wird in der Verriegelungsschaltung 50 verriegelt und dem Eingang(Aj der Operationsschaltung 201 zugeführt.

(2) Um dann ein Musiksignal y (n-j) vor einem Intervall j . ^auszulesen, wird zur Datenspeichervorrichtung 100 geschickt eine Adresseninfbrmation DM ADR, die eine Speicherzahlinformation DLk (k-0) bei einer höheren Ordnung und eine Information ADR (n-j) bei einer niedereren Ordnung hat. Dabei wird das Musiktonsignal y (n-j) vor dem Intervall j . t- ausgelesen. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Verriegelungssignal Ll vom Steuersignal-Ausgangsreg ister 304 ausgegeben, um das Musiktonsignal y (n-j) im Verriegelungs kreis 101 zu verriegeln.

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In diesem Fall ist das Symbol "p'des Musiktonsignals y (n-j)= f 1J , weil die Verzögerungszeit des Verzögerungselements , das in Fig. 1 gezeigt wird, gleich r_ ist.

(3) Um dann das Musiktonsignal y (n-j) , welches zeitweilig in der Verriegelungsschaltung 101 gespeichert ist, mit dem Koeffizienten ~iK-, zu multiplizieren, der zeitweilig in der Verriegelungsschaltung 50 gespeichert ist, gibt das Steuersignalausgangsregister 304 ein Auswahlsteuersignal SLl ab zwecks wahlweiser Ausgabe des Eingangs B des Selekfors 200 und Ausgabe eines Operationssteuersignals CTL zwecks Ausführung der Operation ^=© - ©.

Damit liefert der Selektor 200 das Musiktonsignal y (n-j) an den Eingang Qy der Operationsschaltung 201. Darüber hinaus führt die Operationsschaltung 201 die folgenden Operationen durch:

(4) Zwecks zeitweiliger Speicherung des Ergebnisses der Operation

©=-iK₂ . y (n-j)

der Operationsschaltung 201 im Register R- des Zwischenspeichers 202 gibt das Steuer; signalausgangsregister 304 eine Registerzahl information RGm (m-0) und ein Schreibsteuersignal WR„ ab, wobei das Ergebnis der Operation OJ der Operationsschaltung 201 zeitweilig im Register Rq gespeichert wird.

(5) Um den Inhalt -iK„ . y (n-j) des Registers R_n zum gegenwärtigen Zeitpunkt zum Eingangs-Musiktonsignal χ (η) zu addieren und um die Summe im Register R-,

wiederherzustellen, wird der Inhalt ϊΚ_ · y (η-j) des Registers R„ zur Verriegelungsschaltung 203 transferiert und danach gibt das Steuersignalausgangsregister 304 ein Auswahlsteuersignal SDl aus,um so einen Eingang Ades Selektors 200 auszuwählen, und ferner gibt das Steuersignalausgangsregister 304 ein Operationssteuersigrial CTL zur Ausführung einer OperationQ^Qy+® ab.

Dem entsprechend liefert der Selektor 200 das Musiktonsignal x(n) an den Eingang X der Operationsschaltung 201. Darüber hinaus führt die Operationsschaltung 201 die folgende Operation durch:

(6) Zwecks Speicherung dieses Ergebnisses der Operation Y im Register R« gibt das Sieuersignalausgangsregister 304 eine Registerzahl information RGm (m-0) und ein Schreibsteuersignal WR~ aus, wobei das Register R^ das Ergebnis einer Operation speichert, welches durch die folgende Gleichung dargestellt wird:

y(n) = x(n)-iK₂.y(n-l)

Danach werden die folgenden Schritte (7) bis (14) zwecks Verarbeitung der folgenden Gleichung durchgeführt:

X(O) = JK₁ . y (n)+ y(n-l)

und zur zeitweiligen Speicherung des berechneten Werts X (n) im Register Rl des Zwischenspeichers 202 und zwecks Ausgabe des Wertes X (n) über das Ausgaberegister

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(7) Um Y (η) . iK, zu ve rar bei te η,wird zuerst der Inhalt y (n) = χ (η) - iK . y (n-1) des Registers R„ zur Verriegelungsschaltung 200 weitergegeben und dann wird durch den Modularionskoeffizientengenerator CG der Koeffizient iK. erzeugt und in der Verriegelungsschaltung L3 verriegelt.

(8) Danach gibt das Steuersignalausgangsregister 304 ein Auswahlsteuersignal SLI ab, das den Eingang C des Selektors 200 auswählt und ferner ein Operationssteuersignal
CTL, das eine Gleichung^= (§) . ©verarbeitet, wobei der Selektor 200 das Ausgangssignal y (n) der Verriegelungsschaltung 203 auswählt und es an den Eingang^) der Operationsschaltung 201 anlegt, welche die folgende Gleichung verarbeitet:

(9) Um den berechneten Wert kD im Register Rl zeitweilig zu speichern, erzeugt

das Steuersignalausgangsregister 304 eine Registerzahlinformation RG ( m=l) sowie

ein Schreibsteuersignal WR„ , wodurch der berechnete Wert Q^ ⁼ '^₁ · Y (ⁿ) ι welcher durch die Operationsschaltung 201 errechnet wurde, im Register R. gespd chert wird.

(10) In dergleichen Weise wie beim Schritt 2 wird ein Signal y (n-1) ausgelesen, zwecks Addition des Inhalts iK- . y (n) des Registers R. an ein Signal y (n-1) vor einem Intervall j . t„ und zur Verriegelungsschaltung 101 geschickt.

(11) Nach dem Auslesen des Inhalts iK.. . y (n) des Registers R, und nachdem der Inhalt zur Verriegelungsschaltung 203 geschickt worden ist, gibt das Steuersignalausgangsregister 304 ein Auswahlsteuersignal SLl aus, das dazu verwendet wird, den

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B-Eingang des Selektors 200 auszuwählen sowie ein Operationssteuersignal CTL zur Verarbeitung einer Gleichung© = QQ+@, wobei der Selektor 200 das Ausgangssignal y (n-l)der Verriegelungsschaltung 101 auswählt und es an den Eingang(5() der Operationsschaltung 201 anlegt, welcher eine Gleichung gemäß folgender Formel verarbeitet: © = ® + ®= y (n-1) + 1K₁ . y (n).

Dieses Ergebnis der Berechnung wird im Register R, in der gleichen Weise wie beim Schritt (9) gespeichert, wobei das Register R. ein Signal X (n) speichert, welches durch folgende Gleichung ausgedrückt wird:

X (n) = y (n-1) + \K_} . y (n)

(12) Um den Inhalt X (n) des Registers R. über das Ausgaberegister 70 ausgeben zu können, wird der Inhalt X (n) zur Verriegelungsschaltung 203 geschickt und dann gibt das Kontrollsignalausgaberegister 304 ein Operationssteuersignal CTL zur Verarbeitung von \/) =(B)aus, wobei die Operationsschaltung 201 die folgende Gleichung verarbeitet:

(13) Danach wird das Schreibsteuersignal WR3 vom Steuersignalausgaberegister 304 ausgegeben und das Ergebnis der Berechnung Q^) der Operationsschaltung 201 wird im Ausgaberegister 70 gespeichert, wobei es ein Ausgabesignal folgender Gestalt aussendet:

X(n) = y (n-1)+ IK₁ . y (n)

Wenn iK. = iK ist, dann würde ein Ausgangssignal X (n) ausgesandt, welches das gleiche ist, wie dasjenige der Gleichung (1). Anders ausgedrückt: Es wird ein Signal X (n)

ausgesandt, das gebildet wurde, indem man einen Modulationseffekt dem Eingabemusiktonsignal χ (n) aufgedrückt hat.

(14) Danach wird der Inhalt des Registers R~ in die Datenspeichervorrichtung 100

geschrieben, damit man den Inhalt

y (n) = x(n)'-iK₂.y(h-l)

welcher im Register R gespeichert ist, im nächsten Sampling-Zeitfenster (n+1) verwenden kann.

Danach werden die oben beschriebenen Schritte in den jeweiligen Sampling-Zeitfenstem durchgeführt.

Da es wie oben beschrieben möglich ist, nach Wunsch die Konstruktion des Filters und des Modulationskoeffizienten gemäß dem Steuerprogramm zu variieren, ist es mit der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Modulationseffektvorrichtung möglich, unterschiedliche Arten von Modulationseffekten mit der gleichen Schaltung zu erzielen, was vom Standpunkt der Vielseitigkeit und Wirtschaftlichkeit sehr vorteilhaft ist. Da eine digitale Speichervorrichtung als Verzögerungselement verwendet wird, ist es zusätzlich möglich, nicht nur das Signa l/Rausch- Verhalten zu verbessern, sondern auch einen Modulationseffekt von guter Tonqualität zu erzielen. Da es möglich ist, ein Musiktonsignal direkt einzugeben, das in einen digitalen Code verwandel t. worden ist, braucht man darüber hinaus keinerlei Digital/Analog-Konverter, Analog-Filter usw., wenn die erfindungsgsmäße Vorrichtung mit einem vollständig digitalen elektronischen Musikinstrument kombiniert wird. Wenn man sie in ein elektronisches Musikinstrument einbaut,

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dann werden z.B. zwei digitale Filter DF₁ und DF- vorgesehen, wie dies Fig. 7a zeigt, und die den jeweiligen Filtern DF. und DF₀ zugeführten Modulationskoeffizienten Ka und Kb werden dann so eingestellt, daß die Frequenzvariationen der Ausgangssignale X. (n) und X_ (n) der jeweiligen Filter DF. und DF- Phasenunterschiede von 180 haben. Wenn die Ausgangssignale X,(n) und X₀ (n) der Filter DF, und DF₀ addiert werden, kann man einen Tremoloeffekt oder einen Choreffekt erzielen. Wahlweise kann, wie in Fig. 7bgezeigt_# ein Signal X (n) mit einem Digitalfilter DF gebildet werden, das eine Phasendifferenz von 180 im Hinblick auf das Eingangsmusiksignal χ (η) hat und die Summe dieses Signals X (n) und das Eingangsmusiktonsignal χ (η) kann ausgegeben werden.

Man kann diese Digitalfilter DF., DF und DF„ auch wie in Fig. 7c gezeigt vorsehen. In diesem Falle, in dem die Koeffizienten Ka, Kb und Kc so eingestellt sind, daß die Frequenzvariationen des Ausgangssignals X₁ (n), K₀ (n) und X_-3 (n)der jeweiligen digitalen Filter Phasen unterschiede von 120 haben, dann erzeugt der Addierer A ein Ausgangssignal, dem ein Ensembleeffekt innewohnt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die erfindungsgemäße Modulationseffektvorrichtung es ermöglicht, einem Musiktonsignal, das erzeugt werden soll, einen erwünschten Modulationseffekt aufzuprägen, indem man den Umstand verwendet, daß die Frequenz des Ausgangssignals variiert werden kann , indem man den Multiplikationskoeffizienten in einem digitalen Filter entsprechend dem Vergehen einer Zeitspanne variiert. Aus diesem Grunde ist es möglich, ohne weiteres einen Modulationseffekt zu erzielen, der ein verbessertes Signal/Rauschverhalten hat. Darüber hinaus

ist es auch möglich, die Schaltung als integrierte Schaltung herzustellen, so daß die Vorrichtung klein wird. Dem entsprechend ist die Modulationseffektvorrichtung nach der Erfindung besonders geeignet zur Verwendung in elektronischen Musikinstrumenten. Übrigens wird der digitale Filter in dieser Modulationseffektvorrichtung nicht dazu verwendet, dem Musikton einen Nachhalleffekt aufzuprägen, sondern einen solchen Modulationseffekt wie z.B. ein Vibrato aufzuprägen. Wenn man die Absicht hat, den digitalen Filter als NachhaiIvorrichtung auszubilden, dann ist es notwendig, daß das Verzögerungselement im digitalen Filter eine lange Verzögerungslänge, z. B. lOOCBits hat. Lediglich 1 Bit reicht hinsichtlich der Verzögerungslänge in dieser Erfindung aus, welche den Digitalfilter dazu verwendet, den Modulationseffekt aufzuprägen.

Claims

PATENTANWALT DIBI.^IkV. VlRiQh- KIN K E LI N Sindelfingen -Auf dem Goldberg- Weimarer Str. 32/34 - Telefon 07031/86501 Telex 7265509 rose d 12. Juli 1982 12 228 Patentansprüche:

1. Modulationseffektvorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Es ist ein Digitalfilter zur digitalen Filterung eines musikalischen Tonsignals vorgesehen, das in einen digitalen Code verwandelt worden ist und dieser Digitalfilter enthält einen Multiplizierer.

Es ist ein Koeffizienten-Generator vorgesehen, der dem Multiplizierer einen Multiplikationskoeffizienten liefert, der sich mit der Zeit ändert, wodurch ein Musiktonsignal erzeugt wird, dessen Phase oder Frequenz moduliert ist, und zwar im Zusammenhang mit der zeitlichen Änderung des MuI tipi ikatbnskoeffizienten als Ausgangssignal des digitalen Filters.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Filter einen digitalen Allpassfilter umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizientengenerator eine Speichervorrichtung umfaßt, dereinen Multiplikationskoeffizienten entsprechend einem erwünschten Modulationseffekt speichert und daß ein Adressensignalgenerator vorgesehen ist, derein Adressensignal bildet, welches sich mit der Zeit entsprechend dem erwünschten Modulationseffekt ändert und das

Adressensignal an ein Adressen ein gang der Speichervorrichtung liefert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseffektvorrichtung weiterhin einen Modulationskoeffizientengenerator umfaßt, und daß der Al IpassfiIter ein Verzögerungselement , einen ersten Addierer, einen zweiten Addierer, einen ersten Multiplizierer und einen zweiten Multiplizierer umfaßt, ferner eine Vorrichtung zum Anlegen eines durch den Modulationskoeffizientengenerator ausgegebenen Koeffizienten an einen Eingang des ersten und zweiten Multiplizierers, ferner eine Vorrichtung zum Anlegen des Musiktonsignals und eines Ausgangssignals des zweiten Multiplizierers an den ersten Addierer, ferner eine Vorrichtung zum Anlegen eines Ausgangssignals des ersten Addierers an die andere Eingangsklemme des ersten Multiplizierers und an eine Eingangsklemme des Verzögerungselements und femer Vorrichtungen zum Anlegen von Ausgangssignalen des ersten Multiplizierers und des Verzögerungselements an den zweiten Addierer zur Erzeugung des phasen- oder frequenzmodulierten Musiktonsignals.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationskoeffizientengenerator einen Taktgenerator zur Erzeugung eines Takts umfaßt, einen Zähler zum Zählen der Anzahl der Takte, eine Modulationswellenformspei chervorrichtung, die mit einem Adressensignal aus dem Zähler versorgt wird, und einen Effektbesiimmungsschalter, der ein Signal an den Taktgenerator und an die Modulationswellenform-Speichervorrichtung anlegt, welches den Typ eines Modulationseffekts bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationskoeffizientengenerator eine Frequenzzahl-Speichervornchtung umfaßt, ferner einen Akkumulator, welcher ein Ausgangssignal der Frequenzzahl-Speichervorrichtung akkumuliert, ferner eine Modulationswellenform-Speichervorrichtung, der ein akkumulierter Wert des Akkumulators als ein Adressensignal zugeführt wird und ein Effektbestimmungsschalter, der einen Ausgang an die Frequenzzahl-Speichervorrichtung und an die Modulationswellenform-Speichervorrichtung abgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Filter einen Tiefpaßfilter umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Filter ein Hochpaßfilter umfaßt.

9; Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Filter vom Kamm-Typ ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Filter vom Gitter-Typ ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Filter ein Transversaltypfilter umfaßt.