Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument
des Typs, bei dem eine zum Speichern von Wellenform-
Information dienende Speichereinrichtung von einem Adreß
signalgenerator adressiert wird, der ein Adreßsignal
erzeugt, das sich abhängig
von der Frequenz des zu erzeugenden Tons und einem Modulationssignal mit konstanter
Geschwindigkeit ändert.
Ein elektronisches Musikinstrument dieses Typs ist aus
der US-PS 41 83 275 bekannt. Zunächst liegt bei derartigen
elektronischen Musikinstrumenten aufgrund der
eingespeicherten Wellenformen das Frequenzspektrum fest,
und man könnte daran denken, zur Erzeugung verschiedener
Klangfarben z. B. verzerrte Wellenformen in dem Wellenform-
Speicher abzuspeichern. In der genannten US-PS
41 83 275 ist vorgeschlagen, zum Verändern der Klangfarbe
eines Tons einer gewählten Frequenz (Tonhöhe) einen der
Adreßbildung für den Wellenformspeicher zugrundegelegten
Frequenzwert während eines bestimmten Zeitpunkts der
Adreßbildung zu ändern. In der Wellenform-Information
speichernden Speichereinrichtung ist eine reine Sinus
welle oder Kosinuswelle gespeichert. Soll ein Ton mit
einer reinen Sinuswelle ausgelesen und hörbar gemacht
werden, so wird abhängig von einer angeschlagenen Taste
des Musikinstruments ein bestimmter Frequenzwert in einen
Akkumulator eingegeben. Der Inhalt des Akkumulators wird
mit einer vorbestimmten Taktfrequenz erhöht, bis sämtliche
Adressen des an den Akkumulator angeschlossenen
Wellenformspeichers einmal adressiert wurden. Dies ent
spricht dann einer Periodendauer der Sinuswelle. Der
Akkumulator empfängt die in ihm voreingestellten Frequenz
werte von einem Frequenzinformationsspeicher.
Die Klangfarbe eines Tons läßt sich ändern, indem man die
Grundwelle (Sinuswelle oder Kosinuswelle) verzerrt, so
daß das Spektrum der Welle nicht mehr einer Linie,
sondern einem Linienmuster entspricht. Um dies zu er
reichen, ist bei dem bekannten Musikinstrument ein Zu
satzspeicher vorgesehen, in dem ein Adressenänderungs-
Punkt gespeichert wird. Zwischen dem Frequenzinformations
speicher und dem Akkumulator befindet sich ein
Selektor, und das Ausgangssignal des Akkumulators, also
das dem Wellenformspeicher zugeführte Adreßsignal wird
von einem Vergleicher mit dem eingestellten Inhalt des
Adressenänderungs-Punkt-Speichers verglichen. Bis zu
einem in letzterem eingestellten Adreßwert ändert sich
der Inhalt des Akkumulators mit einer ersten, z. B. relativ
hohen Frequenz. Stellt der Vergleicher die Überein
stimmung der laufenden Adresse mit der voreingestellten
Adresse für den Adressenänderungs-Punkt fest, wird durch
den Selektor eine andere, z. B. niedrigere Frequenz in
den Akkumulator geladen, so daß anschließend bis zum
Ende der Periodendauer eine langsamer stattfindende
Adressierung des Wellenformspeichers erfolgt.
In einer einfachen Ausführungsform besitzt das bekannte
Musikinstrument einen Selektor für zwei unterschiedliche
Frequenzwerte. Will man kompliziertere Wellenformen
erhalten, müssen mehrere Frequenzänderungs-Punkte innerhalb
einer Periodendauer vorgesehen werden, so daß
dementsprechend mehrere Selektoren notwendig sind.
Das bekannte Musikinstrument bietet also bei gegebenem
Schaltungsaufwand nur eine sehr begrenzte Anzahl möglicher
Klangfarbenänderungen.
Eine andere Möglichkeit, bei einem elektronischen
Musikinstrument die Klangfarbe der erzeugten Töne zu
ändern, offenbart die US-PS 42 49 447. Ein Sinuswellen
information speichernder Speicher wird adressiert, indem
ein sich konstant änderndes Adreßsignal dadurch modifiziert
wird, daß das Ausgangssignal des Wellenformspeichers
mit einem Modifizierungs-Parameter multipliziert
wird und das Produktsignal auf das sich konstant
ändernde Adreßsignal addiert wird.
Wenn beispielsweise das Adreßsignal mit konstanter
Geschwindigkeit, also linear erhöht wird, wird bei einem
Modifizierungs-Parameter von "Null" die reine Sinuswelle
aus dem Wellenformspeicher ausgelesen. Hat der Modifizierungs-Parameter einen
gewissen Wert größer als 0, so wird das Adreßsignal durch
den Additionsvorgang dahingehend modifiziert, daß zunächst
eine relativ rasche Erhöhung der Adressen erfolgt,
die dann zum Ende der Periodendauer hin langsamer wird.
Die Möglichkeiten der Verzerrung der Grundwelle sind
hier relativ beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches
Musikinstrument zu schaffen, das es - bei
geringem schaltungstechnischen Aufwand - ermöglicht, den
Verlauf der Wellenformen und mithin des diesen Wellen
formen entsprechenden Spektrums praktisch beliebig zu
ändern, wobei insbesondere zahlreiche Frequenzänderungen
des Signals innerhalb einer Periodendauer möglich sein
sollen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene
Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Musikinstrument wird der
Adressierung der die Wellenform-Information speichernden
Speichereinrichtung ein Satz von Adreßsignalen zugrunde
gelegt, die sich mit konstanter Geschwindigkeit ändern.
Die Modifiziereinrichtung enthält eine Dividiereinrichtung,
die die Adressensignale durch das Modulationssignal
teilt. Eine Einrichtung zum Ändern des Rechenvorgangs
der Dividiereinrichtung wandelt das Adreßsignal abhängig
vom Pegel des Modulationssignals um in ein Adreßsignal,
das sich mit variierender Geschwindigkeit innerhalb der
Periodendauer einer gespeicherten Wellenform ändert.
Abhängig von dem Modulationssignal lassen sich praktisch
beliebig viele Wellenformen erzeugen. Der Anzahl von
Frequenzänderungen innerhalb einer Periodendauer ist
praktisch keine Grenze gesetzt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausgestaltung
des in Fig. 1 gezeigten Wellenform-Synthetisierers,
Fig. 3 und 12 jeweils Schaltungsskizzen, die die An
ordnung gemäß Fig. 2 im Einzelnen darstellen,
Fig. 4 eine Übersicht, die die in Fig. 3 verwendeten
Symbole erklärt,
Fig. 5, 8, 10, 13, 14
Wellenformdiagramme, die die Bildung von
Wellenformen gemäß der Erfindung veranschaulichen,
Fig. 6(A), 7(A), 9(A) und 11(A) Ausgangs-Wellenformen
einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6(B), 7(B), 9(B) und 11(B) die den oben genannten
Wellenformen entsprechenden Spektren, und
Fig. 15 eine Schaltungsskizze eines Festspeichers
sowie dessen periphärer Schaltungen gemäß
einer abgewandelten Ausführungsform der
Erfindung.
Fig. 1 zeigt als spezielle Ausführungsform der Erfindung
in Blockdiagrammform ein elektronisches Musikinstrument.
Der erste Ausgang einer Tastatur 1 ist an einen
Frequenzinformationsgenerator 2 angeschlossen, der
zweite Ausgang der Tastatur ist an einen Steuer
signalgenerator für höhere Harmonische, 4, und an
einen Hüllkurven-Steuersignalgenerator 5 angeschlossen.
Der Ausgang des Frequenzinformationsgenerators 2 ist
an den ersten Eingang einer Phasenwinkel-Rechen
schaltung 3 angeschlossen, dessen zweitem Eingang der
Ausgang der Phasenwinkel-Rechenschaltung zugeführt
ist. Der Ausgang ist außerdem an einen Eingang A eines
Wellenform-Synthetisierers 8 angeschlossen. Der Ausgangs
anschluß des Steuersignalgenerators für höhere
Harmonische, 4, ist an den ersten Eingang eines
Addierers 6 angeschlossen, dessen zweiter Eingang von
einer hier nicht dargestellten weiteren Schaltung ein
Steuersignal empfängt. Der Ausgang des Addierers 6
liegt am Eingang B des Wellenform-Synthetisierers 8.
Der Ausgang C des Wellenform-Synthetisierers 8 ist an
den ersten Eingang eines Hüllkurvenmultiplizierers 7
angeschlossen. Der zweite Eingang des Hüllkurven
multiplizierers ist an den Ausgang des Hüllkurven
steuersignalgenerators 5 angeschlossen. Der Ausgang des
Hüllkurvenmultiplizierers 7 ist mit einem nicht darge
stellten Digital/Analog-Umsetzer (DAU) verbunden.
Die Schaltungsteile 2, 3 bilden einen Adreßsignal
generator, die Schaltungsteile 4, 6 einen
Modulationssignalgenerator.
Die Tastatur 1 erzeugt die Positionsinformation einer
angeschlagenen Taste und das Zeitsteuersignal der Taste.
Die Positionsinformation der Taste wird auf den Frequenz
informationsgenerator 2 gegeben, und das Zeit
steuersignal der Taste gelangt an den Steuersignal
generator für höhere Harmonische 4 und an den Hüll
kurven-Steuersignalgenerator 5. Bei dem Frequenz
informationsgenerator 2 handelt es sich um eine Schaltung,
die entsprechend der angeschlagenen Taste auf der
Grundlage der erwähnten Positionsinformation der Taste
Frequenzinformation, nämlich Phasenwinkelinformation
erzeugt. Beispielsweise liefert die Schaltung 2 die
Phasenwinkelinformation sukzessive nach Maßgabe von
Taktimpulsen. Die Phasenwinkel-Rechenschaltung 3
addiert die an seinem ersten und seinem zweiten Eingang
anstehende Information und gibt das Ergebnis aus.
Da das Ausgangssignal der Phasenwinkel-Rechenschaltung
3 an deren zweiten Eingang zurückgeführt wird, werden
nach Maßgabe der Taktimpulse die von der Schaltung 2
erzeugten Phasenwinkel-Informationen sukzessiv auf
die Inhalte der Phasenwinkel-Rechenschaltung addiert.
Das heißt: Die von dem Frequenzinformationsgenerator 2
erzeugten Phasenwinkel-Informationen werden von der
Phasenwinkel-Rechenschaltung angesammelt (kumuliert).
Die Kumulierung wird innerhalb eines Einzelzyklus
durchgeführt, und wenn ein Phasenwinkel den erwähnten
einen das Ende eines Zyklus erreicht hat, wird die Phase eines Zyklus
subtrahiert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der Phasen
winkel eines Zyklus (entsprechend 2 π) z. B. auf 2¹²
eingestellt. Wenn dieser Wert überschritten wird,
sollte ein Übertrag erzeugt werden. Da jedoch kein
Übertrag verwendet wird, führt die Arbeitsweise dieser
Ausführungsform zu einer Subtraktion des einem Zyklus
entsprechenden Phasenwinkels. Das Ausgangssignal der
Phasenwinkel-Rechenschaltung 3 wird auf den Eingang A
des Wellenform-Synthetisierers 8 gegeben. Der Steuer
signalgenerator für höhere Harmonische 4, empfängt
das Zeitsteuersignal und wandelt es z. B. in ein Klang
farben-Steuersignal um, um eine Komponente der höheren
Harmonischen mit der Zeit zu ändern. Das sich ergebende
Klangfarben-Steuersignal wird in dem Addierer 6 auf das
externe Steuersignal addiert, z. B. auf ein Steuersignal
zum Ändern der Klangfarbe.
Der Addierer 6 kann fortgelassen werden, wenn kein
Steuersignal von außen zugeführt wird. Das Ausgangs
signal des Addierers 6 gelangt an den Eingang B des
Wellenform-Synthetisierers 8. Bei diesem handelt es
sich um eine Schaltung zum Zugreifen auf eine Wellen
form, nachdem der Phasenwinkel oder das Adreßsignal,
daß sich beim Empfang am Eingang A mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit ändert, in ein modifiziertes Adreß
signal umgewandelt wurde, dessen einer Zyklus gleich
dem einen Zyklus des empfangenen Adreßsignals ist, in
dem jedoch die erste Hälfte dieses einen Zyklus z. B.
eine höhere und die zweite Hälfte eine niedrigere Ge
schwindigkeit hat. Das Ausmaß
der Modifizierung ändert sich abhängig von dem am
Eingang B empfangenen Steuersignal.
Das von der Tastatur 1 kommende Zeitsteuersignal gelangt
weiterhin an den Hüllkurven-Steuersignalgenerator
5, der Steuerdaten zum Ändern der Amplitude des
zu erzeugenden Musiktons nach Maßgabe der angeschlagenen
Taste erzeugt. Das Ausgangssignal oder Hüll
kurvensignal der Schaltung 5 wird in den Hüllkurven
multiplizierer eingegeben. Andererseits werden in dem
Multiplizierer 7 Wellenformdaten vom Ausgang C des
Wellenform-Synthetisierers 8 eingegeben. Der Hüllen
kurvenmultiplizierer 7 multipliziert Wellenformdaten
mit dem Hüllkurvensignal und gibt das Ergebnis ab.
Das Ausgangssignal des Hüllkurvenmultiplizierers 7
wird auf einen nicht dargestellten DAU gegeben, der
es in ein Analogsignal umwandelt.
Beispielsweise besteht der Wellenform-Synthetisierer 8
aus einer eine Dividierschaltung (Teiler) enthaltenden Modifizierein
richtung 9 und einem Wellenformspeicher 10 (Fig. 2). Die Schaltung 9
arbeitet so, daß sie den vom Eingang A empfangenen
Phasenwinkel durch das Klangfarben-Steuersignal, d. h.
durch das vom Eingang B empfangene Steuersignal für
höhere Harmonische, teilt, und zwar in einem speziellen
Phasenwinkelbereich. Der Phasenwinkel wird weiter
von einem unterschiedlichen Wert in einem anderen
speziellen Bereich geteilt, Das heißt: In dem Phasen
synthetisierer 8 wird das Fortschreiten des Phasen
winkels nicht innerhalb eines Zyklus, d. h. einer
Periodendauer, konstant gehalten, sondern einer
Änderung unterworfen. Mit dem Teilungsergebnis wird
innerhalb des Wellenform-Synthetisierers 8 auf den
Wellenformspeicher 10 zugegriffen, und am Ausgang C
werden Wellenformdaten zur Verfügung gestellt. Der
Zugriff auf den Speicher ändert sich innerhalb eines
Zyklus, so daß am Ausgang C Wellenformdaten abgegeben
werden, die dadurch erhalten werden, daß die Phase
einer in dem Wellenformspeicher 10 gespeicherten
Wellenform verzerrt wird.
Fig. 3 ist eine Schaltungsskizze, die die erste Ausge
staltung des Wellenform-Synthetisierers 8 entsprechend
der Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt. In Fig. 3 sind
Funktions-Symbole verwendet, die Zuordnung der Symbole
(a) und (c) ist in Fig. 4 bei (b) bzw. (d) dargestellt.
Wie man Fig. 4 entnimmt, steht das Symbol (a) für eine
als FET ausgebildete Gatterschaltung, dessen Source
bzw. Drain dem Eingang bzw. dem Ausgang der Gatter
schaltung entsprechen, während sein Gate dem Steuer
eingang der Verknüpfungsschaltung entspricht. Das
Symbol (c) steht für ein Exklusiv-ODER-Glied (d).
Wie Fig. 3 zeigt, sind Eingangsanschlüsse N an eine
Gruppe von Verknüpfungsgliedern (Gattern) G 1 und an eine Gruppe
von Verknüpfungsgliedern G 2 angeschlossen. Die von den
Eingangsanschlüssen N abgewandten Enden der Ver
knüpfungsglieder G 1, G 2 sind mit einer Gruppe von
Exklusiv-ODER-Gliedern EOR 1 verbunden, deren Ausgangs
signale an die Eingänge A 0-A 11 einer Dividierschaltung
DIV gegeben werden, wobei sie eine Gruppe von Exklusiv-
ODER-Gliedern EOR 2 durchlaufen. Die Verknüpfungsglieder
(im folgenden: Gatter) G 1 sind so verschaltet,
daß die jeweiligen Bitstellen N 0 bis N 11 der Eingangs
anschlußgruppe N um ein Bit in Richtung höherwertiger
Bits verschoben werden können, während das niedrigst
wertige Bit derart verschaltet ist, daß es einen
niedrigen Pegel (Massepegel) empfängt.
Ein Steueranschluß SAT ist direkt an die Steueran
schlüsse der Gatter G 2 angeschlossen und außerdem über
einen Negator I 1 mit den Steuereingängen der Gatter
G 1 verbunden. Der erste Eingang eines UND-Glieds AND 1
liegt an einem Steueranschluß SIP, sein zweiter Eingang
empfängt das Bit N 11 der Eingangsanschlußgruppe
N, und sein Ausgang ist an die zweiten Eingänge der
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 1 angeschlossen.
Die Bits M 0 bis M 10 und das Bit M 11 einer Eingangs
anschlußgruppe M sind an die Eingänge B 0 bis B 11 der
Dividier- oder
Teilerschaltung DIV über eine Gruppe von Exklusiv-
ODER-Gliedern EOR 3 bzw. über ein Gatter G 3 und eines
der Exklusiv-ODER-Glieder EOR 3 angeschlossen. Der
Eingang des Exklusiv-ODER-Glieds EOR 3, welches dem
Bit M 11 entspricht, ist an ein Gatter G 4 angeschlossen.
Das dem Exklusiv-ODER-Glied EOR 3 abgewandte Ende des
Gatters G 4 liegt auf Masse, sein Steueranschluß ist
an den Steueranschluß SAT angeschlossen. Der Steuer
eingang des Gatters G 3 ist mit dem Steueranschluß SAT
über einen Negator I 2 verbunden. Die ersten Eingänge
A 11 bis A 0 eines Vergleichers COMP empfangen die Aus
gangssignale der Exklusiv-ODER-Glieder EOR 1, während
die zweiten Eingänge B 11 bis B 0 die gleichen Signale
empfangen, wie die, die auf die Exklusiv-ODER-Glieder
EOR 3 gegeben werden. Das Vergleichs-Ausgangssignal
OUT des Vergleichers COMP ist an den ersten Eingang
eines UND-Glieds AND 2 angeschlossen. Der Steueranschluß
SAT liegt am zweiten Eingang des UND-Glieds AND 2,
dessen Ausgang mit den jeweils zweiten Eingängen der
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 und EOR 3 in Verbindung
steht.
Die Ausgänge D 0 bis D 11 der Teilerschaltung DIV werden
über Gruppen von Gattern G 5 und G 6 auf die Adress
eingänge eines Festspeichers ROM gegeben. In dem Festspeicher
ROM sind die Wellenformamplituden einer
halben Kosinuswelle gespeichert. Der Amplitudenwert
entspricht -1, wenn sämtliche Ausgänge niedrigen Pegel
haben, ein Amplitudenwert von +1 entspricht dem Zustand,
daß sämtliche Ausgänge hohen Pegel haben. Ein Steuer
anschluß SQU ist direkt an die Steuereingänge der
Gatter G 5 angeschlossen und ist außerdem über einen
Negator E 3 an die Steuereingänge der Gatter G 6 ange
schlossen. Die Ausgänge O 0 bis O 10 des Festspeichers
ROM werden auf eine Gruppe von Exklusiv-ODER-Gliedern
EOR 4 gegeben. Der Steueranschluß SQU und das Bit N 11
sind an die Eingänge eines UND-Glieds AND 3 ange
schlossen, dessen Ausgang mit den Eingängen sämtlicher
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4 verbunden ist.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ent
sprechen die Eingangsanschlußgruppen N und M den
Eingängen A bzw. B des Wellenform-Synthetisierers 8
in Fig. 1. Der Eingang N empfängt die Ausgangsdaten
oder Phasenwinkeldaten N 0 bis N 11 der z. B. 12 Bits
umfassenden Phasenwinkel-Rechenschaltung 3 in Fig. 1,
während der Eingang M von dem z. B. 12 Bits umfassenden
Addierer 6 in Fig. 1 Farbklang-Steuerdaten oder
Modulationsgrad-Daten M 0 bis M 11 empfängt.
Die beschriebene Schaltung enthält die drei oben
erwähnten Steueranschlüsse SAT, SIP und SQU. Durch
Auswahl irgendeines dieser Steueranschlüsse, d. h.
durch Anlegen eines hohen Pegels an die Anschlüsse,
ändert sich eine Wellenform abhängig von den am
Eingang M empfangenen Daten.
Wenn zunächst das Signal hohen Pegels an den Steuer
anschluß SAT gegeben wird, während Signale niedrigen
Pegels an die Steueranschlüsse SIP und SQU gegeben
werden, wird eine Sägezahn-Wellenform erzeugt. Empfangen
die Steueranschlüsse SIP und SQU niedrige Signale,
erhalten die Signale der UND-Glieder AND 1 und AND 3
niedrigen Pegel, und die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 1
und EOR 4 arbeiten als Puffer. Da außerdem die Steuer
eingänge der Gatter G 5 das Signal mit niedrigem Pegel
empfangen, werden diese Gatter G 5 ausgeschaltet, d. h.
gesperrt. Da weiterhin der Negator I 3 das Signal
niedrigen Pegels empfängt, wird sein Ausgangssignal
hoch, und dieses Signal hohen Pegels gelangt an die
Steuereingänge der Gatter G 6 und schaltet diese ein.
Das heißt: Die Ausgänge D 1 bis D 11 der Teilerschaltung DIV
werden an die Adressen A 0 bis A 10 des Festspeichers ROM
gegeben. Andererseits wird das Signal hohen Pegels an
den Steueranschluß SAT gelegt, so daß die Gatter G 2
öffnen. Dieses hohe Signal wird von dem Negator I 1 in
ein niedriges Signal umgesetzt, welches an die Steuer
eingänge der Gatter G 1 gelangt, so daß diese schließen.
Das heißt: Die jeweiligen Bits N 0 bis N 11 des Eingangs
N treten durch die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 in die
Eingänge A 0 bis A 11 der Teilerschaltung DIV ein. Wenn
weiterhin das hohe Signal an den Steuereingang SAT
gelegt wird, öffnet das Gatter G 4, während das Gatter
G 3 schließt, und das dem Eingang B 11 der Teiler
schaltung DIV entsprechende Eingangssignal des Exklusiv-
ODER-Glieds EOR 3 erhält niedrigen Pegel.
Der dem Eingang N zugeführte Wert und der dem Eingang
M zugeführte Wert werden von dem Vergleicher COMP
verglichen. Wenn der Wert am Eingang N kleiner ist
als der am Eingang M, liefert der Ausgang OUT ein
niedriges Signal, das über das UND-Glied AND 2 an die
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 und EOR 3 gegeben wird.
Demzufolge arbeiten die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2
und EOR 3 als Puffer. Wenn der Phasenwinkel nach und
nach fortschreitet, bis der dem Eingang N zugeführte
Wert größer wird als der dem Eingang M zugeführte Wert,
liefert der Ausgang OUT des Vergleichers COMP ein
hohes Signal. Hierdurch wird der Pegel des Ausgangs
signals des UND-Glieds AND 2 hoch. Aufgrund des hohen
Pegels der nun an die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 und
EOR 3 gelangenden Signale arbeiten diese als Negatoren.
Wenn also das Signal hohen Pegels an den Steuereingang
SAT gelegt wird, während die niedrigen Signale an die
Steuereingänge SIP und SQU gelegt werden, wird der von
der Phasenwinkel-Rechenschaltung 3 erzeugte und an den
Eingang N gelegte Wert, nämlich der Phasenwinkel-
Adresswert NX einer Berechnung unterworfen, die den
Wert verzerrt, und eine in dem Festspeicher ROM ge
speicherte Wellenform wird unter Verwendung des neuen
oder des berechneten Phasenwinkel-Adresswertes LX
ausgelesen, so daß sich die Wellenform ändert.
Fig. 5 zeigt ein dem oben geschilderten Zustand
entsprechendes Wellenformdiagramm. Auf der Abszisse ist
die Zeit t aufgetragen, während auf der Ordinate der
normierte Amplitudenwert aufgetragen ist. Eine
Wellenform AX entspricht dem Fall, daß die Modulations
grad-Information MX = T/2, während eine Wellen
form BX dem Fall MX < T/2. T ist ein Zyklus oder eine
Periodendauer der Wellenform. Da bei dieser Arbeits
weise der in den Teiler DIV eingegebene Wert sich ab
hängig von dem Vergleichsergebnis des Vergleichers
COMP ändert, wird eine Periodendauer im Hinblick auf
zwei unterschiedliche Bedingungen beschrieben. Gilt
NX ≦ MX, so kann eine halbe Periodendauer einer in dem
Festspeicher ROM gespeicherten Kosinuswelle die Modulations
grad-Information werden. Betrachtet man die
Größe NX 1 des Phasenwinkel-Adresswerts unter dieser
Bedingung, so erhält LX 1 folgenden Wert:
LX 1 = NX 1/MX · T/2 (1)
Der Teiler DIV führt die Binäroperation durch, und die
Periodendauer hat einen Wert mit der Hochzahl von 2.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der Ausdruck
T/2 auf der rechten Seite der Gleichung (1) nicht
speziell multipliziert. Jedoch wird T/2 in der nach
stehend erläuterten Weise in äquivalenter Form multi
pliziert. Die Ausgänge der Teilerschaltung DIV liefern
sukzessive Werte unterhalb eines "Dezimalpunkts" derart,
daß der Ausgang D 11 die erste Stelle einer Binär
zahl ist und der Ausgang D 10 die zweite Stelle ist.
Diese Werte werden um ein Bit in niedrigere Stellen
auf die Adresse des Festspeichers ROM verschoben.
Wenn NX < MX gilt, arbeitet die Ausführungsform so,
daß der verbleibende 1/2-Zyklus der in dem Festspeicher
ROM gespeicherten Kosinuswelle (T-MX) werden kann.
Betrachtet man den Wert NX 2 von MX unter dieser
Bedingung, so erfüllt der Phasenwinkel-Adresswert LX 2
folgende Beziehung:
T - LX 2 = (T-NX 2)/(T-MX) · T/2 (2)
Da die Periodendauer T hier eine Potenz von 2 ist,
gilt
T - MX = T - NX 2 = , und T - LX 2 =
Der berechnete Phasenwinkel-Adresswert LX 2 beträgt:
Der über einzelnen Symbolen bedeutet hier die
jeweiligen invertierten Signale. Wenn in der Schaltung
nach Fig. 3 die Bedingung NX < MX gilt, erhält das
Ausgangssignal des Vergleichers COMP einen hohen Pegel,
und das hohe Signal wird über das UND-Glied AND 2 auf
die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 und EOR 3 gegeben. Diese
arbeiten somit als Negatoren und legen die Signale
und an die Teilerschaltung DIV. Das sich er
gebende Ausgangssignal oder LX 2 ist nicht invertiert.
Da jedoch die in dem Festspeicher ROM gespeicherte
Wellenform die Kosinuswelle mit einer halben Wellen
länge ist, verursacht die Eingabe von LX keine Änderung
gegenüber der Eingabe von . Das Ausgangssignal
LX 2 wird in den Festspeicher ROM als dessen Adresse
eingegeben, ohne invertiert zu sein. Das heißt: Zur Ver
einfachung der Schaltungsanordnung wurde in der Aus
führungsform der Erfindung die Negator-Funktion fort
gelassen, insbesondere das Einfügen einer Gruppe von
Exklusiv-ODER-Gliedern, die an die Ausgänge des UND-
Glieds AND 2 zwischen der Teilerschaltung DIV 1 und dem
Festspeicher ROM geschaltet wären. Selbstverständlich
ist es aber möglich, eine solche Gruppe von Exklusiv-
ODER-Gliedern einzufügen. Die Wellenformdaten werden
aus dem Festspeicher ROM auf der Grundlage der oben
erläuterten eingegebenen Adresswerte ausgegeben. Der
Ausgangswert entspricht der Wellenform BX in Fig. 5.
Der Festspeicher ROM braucht also nur die halbe Wellen
länge der Kosinuswelle zu speichern, so daß nur die
Hälfte der sonstigen Speicherkapazität zur Verfügung
zu stehen braucht. Das Auslesen der Wellenform aus
dem Festspeicher ROM erfolgt durch Auslesen der halben
Wellenlänge im Bereich 0 < NX ≦ MX und durch Auslesen
der halben Wellenlänge in dem verbleibenden Abschnitt
MX < NX < T. Wenn also MX kleiner ist als T/2, so
ergibt sich als Wellenform ein Sägezahn.
Die Klangfarbe, d. h. in anderen Worten also das Spektrum
der Wellenform des Sägezahns ändert sich abhängig von
MX. Die Fig. 6(A) und 7(A) sowie 6(B) und 7(B) zeigen
die Ausgangswellenformen und die dazugehörigen Spektren
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Fig. 6(A) und 6(B) entsprechen dem Fall
MX = T/2, und der Modulationsgrad wird als 100% an
genommen. Fig. 7(A) und 7(B) entsprechen dem Fall
MX = T/8, und der Modulationsgrad beträgt 25%. In
den Fig. 6(A) und 7(A) ist auf der Abszisse die Zeit t
aufgetragen, während auf der Ordinate die Amplitude
aufgetragen ist. In den Fig. 6(B) und 7(B) ist auf der
Abszisse die Frequenz f, auf der Ordinate die Amplitude
an der jeweiligen Frequenz aufgetragen. Bei dem MX-Wert
von 100% in der Fig. 6(A) und 6(B) wird die in dem
Festspeicher ROM gespeicherte Kosinuswelle sukzessiv
und wiederholt in gleichen Zeitintervallen ausgelesen.
Daher enthält die Ausgangswellenform keine höheren
Harmonischen, sie besteht lediglich aus der Grundwelle.
Bei dem MX-Wert von 25% in den Fig. 7(A) und 7(B) sind
die Zeitintervalle, in denen die Halbwellen der in dem
Festspeicher ROM gespeicherten Kosinuswelle ausgelesen werden, ungleich.
Daher wird die Ausgangswellenform zu einem Sägezahn,
dessen Spektrum die Grundwelle und höhere Harmonische
der Ordnung 2, 3, . . . enthält. Obschon hier nur der
MX-Wert von 25% angesprochen wurde, ändern sich die
höheren Harmonischen abhängig vom Wert des Modulations
grads MX.
Wenn nun das hohe Signal an den Steueranschluß SQU
und die niedrigen Signale an die Steueranschlüsse SAT
und SIP der Ausführungsform nach Fig. 3 gelegt werden,
wird eine Rechteckwelle erzeugt. Wenn das niedrige
Signal an den Steueranschluß SAT gelegt wird, sperrt
das Gatter G 4, und der Steueranschluß des Gatters G 3
empfängt über den Negator I 2 das hohe Signal, so daß
das Gatter G 3 öffnet. Da das UND-Glied AND 2 ebenfalls
das niedrige Signal empfängt, ist sein Ausgangssignal
niedrig, und die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 und EOR 3
arbeiten als Puffer. Zu dieser Zeit arbeitet zwar der
Vergleicher COMP, hat jedoch keinen Einfluß auf die
Arbeitsweise der gesamten Schaltung, da sein Ausgangs
signal nicht durch das UND-Glied AND 2 gelangt. Demzu
folge wird ein am Eingang M eintretendes Signal unver
ändert in den Teiler DIV gegeben, so daß die Bits M 0
bis M 11 den Bits B 0 bis B 11 entsprechen.
Da nun das niedrige Signal an den Steueranschluß SIP
gegeben wird, sperren die Gatter G 2, und das hohe
Signal gelangt über den Negator I 2 an die Steuerein
gänge der Gatter G 1, so daß diese öffnen. Da das UND-
Glied AND 1 ein Signal niedrigen Pegels empfängt, wird
dessen Ausgangssignal niedrig, und die Exklusiv-ODER-
Glieder EOR 1 arbeiten als Puffer. Somit gelangt ein am
Eingang N empfangendes Signal mit den jeweiligen Bits
N 0 bis N 10 an die Bits A 1 bis A 11 des Teilers DIV. Das
Signal wird also um ein Bit verschoben, bevor es an den
Teiler DIV gelangt. Der Eingang A 0 des Teilers DIV
empfängt ein niedriges Signal, weil das betreffende
der Gatter G 1, das dem Eingang A 0 entspricht, auf Masse
liegt. Da der Steueranschluß SQU ein Signal hohen Pegels
empfängt, öffnen die Gatter G 5, und die Steuereingänge
der Gatter G 6 empfangen über den Negator I 3 das niedrige
Signal, so daß die Gatter G 6 gesperrt werden. Demzu
folge werden die Ausgänge D 0 bis D 10 des Teilers DIV
an die Adreßeingänge A 0 bis A 10 des Festspeichers ROM
gelegt. Der Ausgang D 11 des Teilers wird nicht benutzt.
Da das UND-Glied AND 3 ein hohes Signal empfängt,
gelangt das Bit N 11 des Eingangs N über das UND-Glied
AND 3 an die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4. Wenn das obere
Bit N 11 der vom Eingang N empfangenen Daten niedrigen
Pegel hat, arbeiten die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4 als
Puffer, hat das Signal einen hohen Pegel, so arbeiten
diese Gatter als Negatoren.
Wie oben soll hier der vom Eingang N empfangene Wert
mit NX bezeichnet werden, und weiterhin soll der Wert
in der ersten Hälfte der Periodendauer oder T/2 mit
NX 1 bezeichnet werden, während der Wert nach T/2 mit
NX 2 bezeichnet werden soll. Die Werte NX 1 und NX 2
besitzen im oberen Bit N 11 unterschiedliche Pegel, N 11
hat für NX 1 niedrigen Pegel und für NX 2 hohen Pegel.
Wenn NX ≦ T/2 gilt, wird das obere Bit N 11 - wie
erwähnt - niedrig. Demzufolge wird das Ausgangssignal
des UND-Glieds AND 3 niedrig. Da dieses Ausgangssignal
an die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4 gelangt, arbeiten
diese als Puffer. In diesem Zustand greift, wenn NX ≦ MX
gilt, der Adreßwert oder die Ausgänge D 1 bis D 11 des
Teilers DIV auf die Adressen des Festspeichers ROM zu,
der eine Wellenform der halben Wellenlänge speichert.
Da das obere Bit D 11 offen ist, werden sämtliche in dem
Festspeicher ROM gespeicherten Daten erfaßt und von dem
Festspeicher ROM in diesem Bereich oder NX ≦ T/2 ausge
geben. Da in diesem Zustand der Ausgang des UND-Glieds
AND 3 niedrigen Pegel hat, wird das Ausgangssignal des
Festspeichers ROM unverändert am Anschluß C abgegeben.
Wenn andererseits T/2 ≧ NX < MX gilt, haben sämtliche
Ausgangssignale hohen Pegel, so daß die Ausgangssignale
des Festspeichers ROM die Endwerte der in dem ROM
gespeicherten halben Wellenlänge werden. Wenn NX < T/2
gilt, erhält das obere Bit N 11 hohen Pegel. Demzufolge
erhält das Ausgangssignal des UND-Glieds AND 3 hohen
Pegel. Da dieses Ausgangssignal an die Exklusiv-ODER-
Glieder EOR 4 gelangt, arbeiten diese als Negatoren.
Wenn in diesem Zustand der Wert NX′ von dem Eingang N
mit Ausnahme des oberen Bits N 11 die Beziehung NX′ ≦MX
erfüllt, bewirken die Ausgangssignale des Teilers DIV
dasselbe wie in dem obigen Fall von NX ≦ MX. Die Aus
gangssignale des Festspeichers ROM werden jetzt jedoch
durch die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4 invertiert, und
die in dem Festspeicher ROM gespeicherte Wellenform
hat die halbe Wellenlänge der Kosinuswelle, so daß die
am Anschluß C abgegebene Wellenform sich umgekehrt
ändert wie im Fall NX ≦ MX. Da bei NX ≧ MX sämtliche
Ausgänge des Teilers DIV hohen Pegel erhalten und die
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4 als Inverter arbeiten, sind
die am Anschluß C gelieferten Werte den Ausgangswerten
des Festspeichers ROM entgegengesetzt. Fig. 8 zeigt ein
Wellenformdiagramm, welches diese Situation wiedergibt.
Auf der Abszisse ist die Zeit t, auf der Ordinate der
der normierte Amplitudenwert aufgetragen. Eine Wellen
form AX entspricht dem Fall, daß die Modulationsgrad-
Information MX = T/2 ist, eine Wellenform BX′ ent
spricht dem Fall, daß MX < T/2. Wie oben erwähnt, wird
in der ersten Periodenhälfte bei NX ≦ MX der berechnete
Phasenwinkel-Adreßwert LX 1 in bezug auf den
NX-Wert von NX 1:
NX 1 = NX 1/MX · T/2 (4)
Weiterhin wird bei NX < MX der berechnete Phasenwinkel-
Adreßwert LX 1′ jetzt unabhängig von dem NX-Wert von
NX 1′ in der oben erwähnten Weise:
LX 1 = T/2 (5)
Wie oben erwähnt wurde, wird T/2 in der Schaltung nach
Fig. 3 nicht explizit multipliziert, sondern der
Teiler DIV führt die Binäroperation unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß die Periodendauer T eine Potenz
form 2 ist, so durch, daß T/2 in äquivalenter Weise
aufgrund der Verbindung der entsprechenden Bits multi
pliziert wird. Im letzten halben Zyklus werden die
Werte NX und LX von NX 2 und NX 3 wie in den Gleichungen
(4) bzw. (5). Es erfolgt also im wesentlichen der
gleiche Betrieb wie in der ersten Zyklushälfte. Da
jedoch die Ausgangssignale des Festspeichers ROM von
den Exklusiv-ODER-Gliedern EOR 4 invertiert werden,
ergibt sich eine Wellenform mit umgekehrter Amplitude.
Auf diese Weise erhält man die dargestellte Rechteck
welle BX′, und die Klangfarbe, d. h. das Spektrum der
Wellenform dieser Rechteckwelle ändert sich abhängig
von MX.
Fig. 9(A) und 9(B) zeigen die Ausgangswellenform bzw.
das Spektrum, wenn der Modulationsgrad 25% beträgt.
Wie in den Fig. 6(A) und 6(B) und 7(A) und 7(B) ist
auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die
Amplitude (Fig. 9(A)) bzw. die Frequenz und die ent
sprechende Amplitude (Fig. 9(B)) aufgetragen. Wenn der
Modulationsgrad 100% beträgt, d. h., wenn MX = T/2
gilt, erhält man eine Kosinuswellenform mit dem Ver
lauf und dem Spektrum, wie er bzw. es in den Fig.
6(A) bzw. 6(B) dargestellt ist. Wenn der Modulations
grad jedoch weniger als 100% beträgt, wie in den
Fig. 9(A) und 9(B) gezeigt ist, werden höhere Harmonische
der Ordnung 3, 5, 7 oder allgemein ungerad
zahliger Ordnung erzeugt. Diese höheren Harmonischen
ungeradzahliger Ordnung ändern sich abhängig von MX.
Bei diesem Betrieb werden keine höheren Harmonischen
geradzahliger Ordnung erzeugt.
Wenn das hohe Signal an den Steueranschluß SIP gelegt
wird, während niedrige Signale an die Steueranschlüsse
SAT und SQU gelegt werden, wird eine impulsähnliche
Wellenform erzeugt.
Wenn das niedrige Signal an den Steueranschluß SAT
gelegt wird, sperrt das Gatter G 4. An den Steueran
schluß des Gatters G 3 gelangt über den Negator I 2 ein
hohes Signal, so daß das Gatter G 3 öffnet. Da außerdem
das niedrige Signal an das UND-Glied AND 2 gelangt,
erhält dessen Ausgangssignal niedrigen Pegel, und die
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 2 und EOR 3 arbeiten als
Puffer. Nun arbeitet der Vergleicher COMP zwar, hat
jedoch keinen Einfluß auf den Betrieb der gesamten
Schaltungsanordnung, weil das UND-Glied AND 2 geschlossen
ist.
Somit gelangt ein am Anschluß M empfangenes Signal in
den Teiler DIV, wobei die Bits M 0 bis M 11 den Bits
B 0 bis B 11 entsprechen. Wenn an den Steueranschluß SQU
das niedrige Signal gelegt wird, wird der Ausgang des
UND-Glieds AND 3 niedrig, und dieses Signal gelangt an
die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4, so daß diese als Puffer
arbeiten. Außerdem werden die Gatter G 5 gesperrt, weil
ihre Steuereingänge niedrige Signale empfangen. Da
der Negator I 3 ein niedriges Signal empfängt, gibt der
ein Signal mit hohem Pegel ab, das an die Steuereingänge
der Gatter G 6 gelangt, so daß diese öffnen. Die Aus
gänge D 1 bis D 11 des Teilers DIV gelangen also an die
Adreßeingänge A 0 bis A 10 des Festspeichers ROM.
Weiterhin bleibt das niedrigstwertige Bit D 0 des
Teilers DIV offen. Da die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 4
das niedrige Signal empfangen und als Puffer arbeiten,
werden die Ausgangssignale O 0 bis O 10 des Festspeichers
ROM am Anschluß C bereitgestellt.
Der Negator I 1 empfängt das Eingangssignal vom Steuer
anschluß SAT oder das niedrige Signal, und er liefert
sein Ausgangssignal an die Gatter G 1, so daß diese
öffnen. Da jetzt die Gatter G 2 schließen, treten die
Bits N 0 bis N 2 des Signals am Eingang N mit Ausnahme
des höchstwertigen Bits N 11 durch die Exklusiv-ODER-
Glieder EOR 1 in die Eingänge A 1 bis A 11 des Teilers
DIV ein. Der Eingang A 0 empfängt über das entsprechende
Exklusiv-ODER-Glied EOR 1 das Signal niedrigen Pegels.
Ein Eingang des UND-Glieds AND 1 empfängt das hohe
Signal vom Steueranschluß SIP, der andere Eingang
empfängt das höchstwertige Bit N 11 des am Eingang N
anstehenden Signals. Daher arbeiten die Exklusiv-ODER-
Glieder EOR 1 als Puffer, wenn das höchstwertige Bit
N 11 am Eingang N niedrigen Pegel hat, und sie arbeiten
als Negatoren, wenn das Bit N 11 hohen Pegel hat.
Wenn das am Eingang N eingegebene Signal NX kleiner
als 1/2 einer Periodendauer T ist, wird nacheinander
während NX ≦ MX auf den Festspeicher ROM zugegriffen.
Folglich wird während dieses Zeitraums, nämlich während
0 < NX ≦ MX, eine Kosinuswelle mit der halben Wellen
länge am Anschluß C abgegeben. Während des Zeitraums
NX < MX haben sämtliche Ausgangssignale des Teilers DIV
hohen Pegel. Dies deshalb, weil - wie erwähnt - die
Ausgänge des Teilers DIV Werte unterhalb des Dezimal
punkts abgeben und die Schaltung derart ausgebildet
ist, daß sämtliche Ausgangssignale bei mindestens eins
hohen Pegel annehmen. Das heißt: Da sämtliche Ausgangs
signale bei NX < MX hohen Pegel haben, erhalten die
Ausgangssignale des Festspeichers ROM die in dem Fest
speicher gespeicherten abschließenden Werte der 1/2-
Wellenlänge. Gilt andererseits NX < T/2, so erhält
das höchstwertige Bit N 11 hohen Pegel. Demzufolge wird
das Ausgangssignal des UND-Glieds AND 1 hoch, so daß
aufgrund dieses an die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 1
gelangenden Signals letztere als Negatoren arbeiten.
Wenn der invertierte Wert NX′ des Eingangswerts am
Eingang N mit Ausnahme des höchstwertigen Bits N 11
NX′ ≧ MX beträgt, so ist das Rechenergebnis des Teilers
DIV eins oder mehr, so daß sämtliche Ausgänge des
Teilers DIV hohen Pegel annehmen. Somit nehmen die
Ausgangssignale des Festspeichers ROM während dieses
Zeitraums die Endwerte der halben Wellenlänge der
Kosinuswelle an, und diese Werte werden am Anschluß C
abgegeben. Wenn NX′ <MX gilt, verringert sich NX′,
während sich NX nach und nach erhöht. Daher wird auf
den Festspeicher ROM in einer Reihenfolge zugegriffen,
die der Reihenfolge bei NX ≦ MX im Fall NX < T/2 ent
gegengesetzt ist.
Als Folge dieser Betriebsweise sind die Ausgangssignale
während MX < NX < T - MX konstant und in den übrigen
Bereichen von NX MX sowie T - MX < NX wird die in dem
Festspeicher ROM gespeicherte Wellenform ausgegeben.
Fig. 10 zeigt eine Wellenform, die der oben geschilderten
Situation entspricht. Auf der Abszisse ist die
Zeit t, auf der Ordinate der normierte Amplitudenwert
aufgetragen. Eine Wellenform AX entspricht dem Fall,
daß die Modulationsgrad-Information MX = T/2 beträgt,
die Wellenform BX″ entspricht dem Fall, daß MX < T/2.
Bei den NX-Werten NX 1 und NX 2, die die Bedingung
NX MX bzw. T - MX < NX erfüllen, erhält man folgende
Adressen LX 1 und LX 2 des Festspeichers ROM:
NX 2′ bezeichnet einen Wert zu einem Zeitpunkt, zu dem
das höchstwertige Bit N 11 von NX 2 als Null angenommen
wird. Ferner liegt die Adresse bei MX < NX < T - MX
fest. Während dieser Zeit sind die Werte der Endwerte
der Kosinuswelle einer halben Wellenlänge, die in dem
Festspeicher ROM gespeichert sind.
Fig. 11(A) und 11(B) zeigen die Ausgangs-Wellenform
bzw. deren Spektrum, wenn der Modulationsgrad bei
dem obigen Ausführungsbeispiel 25% beträgt. In Fig.
11(A) ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen,
während auf der Ordinate die Amplitude aufgetragen
ist. In Fig. 11(B) ist auf der Abszisse der Frequenz f,
und auf der Ordinate die Amplitude bei der jeweiligen
Frequenz aufgetragen. Wenn in diesem Fall der Modulations
grad 100% beträgt, d. h. im Fall MX = T/2,
hat die Wellenform die Gestalt gemäß Fig. 6(A) mit
dem Spektrum gemäß Fig. 6(B). Ist der Modulationsgrad
jedoch kleiner als 100%, wie in Fig. 11(A) und 11(B)
dargestellt ist, werden höhere Harmonische erzeugt,
und das Spektrum weicht von dem vorgenannten Fall ab,
bei dem der Steueranschluß SAT oder der Steueranschluß
SQU auf hohem Pegel liegen. Das Spektrum enthält
keine höheren Harmonischen der Ordnung 8, 12, 16, . . .
Fig. 12 ist eine Schaltungsskizze einer zweiten Aus
führungsform des Wellenform-Synthetisierers des in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Eingänge
N und M entsprechen den Eingängen A bzw. B des
in Fig. 1 gezeigten Wellenform-Synthetisierers 8.
Der Eingang N empfängt das Ausgangssignal der Phasen
winkel-Rechenschaltung 3 in Fig. 1, z. B. 12-Bit-
Phasendaten N 0 bis N 11. Der Eingang M empfängt das
Ausgangssignal des in Fig. 1 dargestellten Addierers
6, z. B. 12-Bit-Modulationsgraddaten M 0 bis M 11. Die
Phasenwinkeldaten N 0 bis N 11 am Eingang N gelangen
an den Eingang A (A 0 bis A 11) eines Teilers DIV, die
Modulationsgraddaten M 0 bis M 11 am Eingang M gelangen
an den Eingang B (B 0 bis B 11) des Teilers DIV. Die dem
Rechenergebnis entsprechenden Ausgangsdaten an den
Ausgängen D 0 bis D 10 des Teilers DIV werden auf
jeweils den einen Gang von Exklusiv-ODER-Gliedern
EOR 5 gegeben und gelangen durch diese hindurch an die
Adreßeingänge A 0 bis A 11 eines Festspeichers ROM.
Der Ausgang D 11 des Teilers DIV gelangt an die anderen
Eingänge der Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5. Die Ausgänge
O 0 bis O 10 des Festspeichers ROM geben dessen Aus
gangssignal an den Anschluß C des Wellenform-Synthe
tisierers 8, und die Ausgangssignale gelangen an den
in Fig. 1 dargestellten Hüllkurvenmultiplizierer.
Der in Fig. 12 gezeigte Wellenform-Synthetisierer
arbeitet wie folgt: T sei die Periodendauer einer
Wellenform (im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht
T der Binärzahl 2¹²), und MX sei die Modulations
tiefeninformation, die am Eingang M empfangen
wird (es gilt MX ≦ T). Wenn der von der in Fig. 1
gezeigten Phasenwinkel-Rechenschaltung 3 an den Ein
gang N gegebene Phasenwinkel-Adreßwert NX die Be
ziehung NX ≦ MX erfüllt, werden die Leseadressen des
Festspeichers ROM nacheinander berechnet und so gebildet,
daß K Perioden (K = 1, 2, . . .) einer Kosinuswelle
dem Wert NX entsprechen, und in einem Bereich, in
welchem der Phasenwinkel-Adreßwert NX die Beziehung
T ≧ NX < MX (T ≧ NX ≧ MX) erfüllt, werden die Adreßdaten
für den Festspeicher ROM festgelegt, so daß der
Amplitudenwert "1" beträgt.
Im folgenden soll die Arbeitsweise der Schaltung nach
Fig. 12 unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 im
einzelnen erläutert werden.
Fig. 13 zeigt Wellenformen für den Fall, daß eine
Periodendauer einer Kosinuswelle der Modulationsgrad
information MX entspricht. Die Wellenform AX ent
spricht dem Fall MX = T, und die Wellenform BX ent
spricht dem Fall MX < T. Auf der Abszisse ist die
Zeit t, auf der Ordinate der normierte Amplitudenwert
aufgetragen. Fig. 14 zeigt Wellenformen für den Fall,
daß zwei Perioden einer Kosinuswelle der Modulations
gradinformation MX entsprechen. Die Wellenform AX
entspricht dem Fall MX = T, die Wellenform BX ent
spricht dem Fall MX < T. Die Zuordnung der Koordinaten
achsen entspricht der Zeichnung nach Fig. 13.
Auf der Grundlage des von der Phasenwinkel-Rechen
schaltung 3 in Fig. 1 erhaltenen Phasenwinkel-
Adreßwerts NX wird die folgende Operation ausgeführt, um
einen neuen berechneten Phasenwinkel-Adreßwert LX
nach Maßgabe der Modulationsgradinformation MX zu
erhalten. T sei die Länge einer Periodendauer der
Original-Wellenform, und eine Periodendauer der Wellen
form lasse sich an die Länge MX in Fig. 13 anpassen.
Für NX 1 (NX 2) wird LX 1 (LX 2) berechnet als Adreßwert
einer aktuellen Wellenformtabelle. Die eingegebenen
Phasenwinkeldaten NX 1 die Phasenwinkeladresse LX 1
stehen folgendermaßen in Beziehung:
MX : T = NX 1 : LX 1
Hieraus erhält man folgende neue Phasenwinkeladresse
LX 1:
LX 1 = (NX 1/MX) · T
Beim Beispiel gemäß Fig. 14 füllen zwei Perioden der
Wellenform die Länge von MX aus. Es gilt folgende
Beziehung:
MX : T = NX 1 : LX 1
Hieraus erhält man den neuen Phasenwinkel-Adreßwert
NX 1:
LX 1 = (NX 1/MX) · T
Wenn nun NX′ das ursprüngliche Adreßsignal ist, nämlich
der von der Phasenwinkel-Rechenschaltung 3
kommende Phasenwinkel-Adreßwert, so wird der
Phasenwinkel-Adreßwert NX folgendermaßen gebildet:
NX = 2 NX′
Allgemein gilt, wenn K Perioden (K = 1, 2, . . .) einer
Wellenform die Länge von MX ausfüllt, bzw. ausfüllen:
NX = K · NX′
der neue Phasenwinkel-Adreßwert LX für die einge
gebenen Phasenwinkeldaten N beträgt:
LX = (NX′/MX) · KT
Fig. 12 zeigt die Schaltung, mit der die obige Formel
realisiert wird. Der Festspeicher ROM speichert die
Amplitudenwerte einer halben Periodendauer, beispielsweise
2048 Schritte (11 Bits) einer durch 11 Bit
dargestellten Kosinuswelle. Der Grund dafür, daß jede
Wellenform hier nur für eine Halbwelle gespeichert
wird, besteht darin, daß man eine gesamte Perioden
dauer der Kosinuswelle dadurch erhält, daß man die
Welle bei der Mitte der Periodendauer spiegelt. Wenn
also Adreßwert eine der halben Periodendauer ent
sprechende Adresse überschreitet, wird auf den
Speicher mit Adressen zugegriffen, die den zuvor
benutzten Adressen entsprechen, jedoch in umgekehrter
Reihenfolge. Hierdurch läßt sich Speicherkapazität
für den Festwertspeicher ROM einsparen. Man kann auch
durch entsprechende Ausgestaltung einer Arithmetik
einheit eine gesamte Periodendauer oder nur eine
viertel Periodendauer speichern. Derartige Ausführungs
beispiele sollen hier jedoch nicht näher erläutert
werden.
Der in Fig. 13 skizzierte Fall, bei dem die Wellenform
so zusammengesetzt wird, daß eine Periodendauer der
Kosinuswelle der Modulationsgradinformation MX ent
spricht, läßt sich grob in zwei Unterfälle unterteilen.
Zunächst sei der Fall betrachtet, daß der am Eingang A
des Teilers DIV erscheinende Phasenwinkel-Adreßwert
NX zu der am Eingang B des Teilers DIV erscheinenden
Modulationsgradinformation MX die Beziehung 0 < NX ≦ MX
aufweist. Wenn der Unterfall NX ≦1/2 MX gilt, wird
von den Ausgängen D 0 bis D 10 des Teilers DIV der neue
Phasenwinkel-Adreßwert LX = (NX/MX) · T geliefert.
Hierbei führt der Teiler DIV nur die Operation NX/MX
durch, multipliziert T jedoch nicht, und zwar aus
folgendem Grund: Die Ausgänge D 0 bis D 11 liefern
Werte (Binärzahlen) unterhalb eines Dezimalpunkts
als Ergebnis der Rechnung NX/MX, wobei die Ausgänge
der zwölften bis ersten Dezimalstelle entsprechen.
Von diesen Ausgängen sind die Bits D 0 bis D 10 direkt
an die Anschlüsse A 0 bis A 10 des nullten bis zehnten
Adreßeingangs des Festspeichers ROM über die
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 angeschlossen. Hierdurch
wird der Wert um - als Binärzahl ausgedrückt -
12 Bits verschoben, und es wird T oder - als Binär
zahl 2¹² in äquivalenter Form multipliziert. Unter
der hier in Rede stehenden Bedingung 0 < NX ≦ 1/2 MX
liefert der Ausgangsanschluß D 11 ein Signal mit
niedrigem Pegel. Daher haben auch die einen Eingänge
der Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 niedrige Pegel,
so daß sie nur als Puffer arbeiten. Auf diese Weise
wird sequentiell auf den Festspeicher ROM mit den
neu berechneten Phasenwinkel-Adreßwerten LX zuge
griffen, und die Amplitudenwerte der in dem Fest
speicher ROM gespeicherten halben Wellenform der
Kosinuswelle werden an den Ausgängen O 0-O 10 des
Festspeichers ROM abgegeben.
Wird in demselben Unterfall NX ≦ MX unter der
Bedingung NX < 1/2 MX der Ausgang D 11 des Teilers DIV
aufgrund eines Übertrags hoch, so werden die Pegel
an den anderen Eingängen der Exklusiv-ODER-Glieder
EOR 5 hoch. Somit arbeiten die Exklusiv-ODER-Glieder
EOR 5 als Negatoren, und die Adreßeingänge A 0 bis
A 10 des Festspeichers ROM empfangen einen Wert
= T - LX, der aus der Inversion des Werts LX
resultiert. Da der Wert NX sukzessive innerhalb des
Bereichs 1/2 MX < NX ≦ MX ansteigt, nimmt der Wert
LX ab. Hierdurch wird auf die Adressen des Fest
speichers ROM in der umgekehrten Reihenfolge, wie im
Fall 0 < NX ≦ 1/2 MX zugegriffen, und die Amplituden
werte der gespiegelten Halbwelle werden an den Ausgängen
O 0 bis O 10 des Festspeichers ROM abgegeben.
Auf diese Weise werden zunächst die Amplitudenwerte
der Kosinuswelle unter Verwendung der Phasenwinkel-
Adreßwerte LX und abgegeben, die in dem Bereich
von 0 < NX ≦ MX neu berechnet werden.
Wenn entsprechend dem zweiten oben erwähnten Unterfall
die Beziehung NX < MX ≦ T gilt, d. h., wenn das
Ausgangssignal NX/MX des Teilers DIV mindestens eins
beträgt, arbeitet die Schaltung so, daß sämtliche
Ausgangsanschlüsse D 0 bis D 11 des Teilers DIV hohen
Pegel liefern. Da der Ausgangsanschluß D 11 hohen
Pegel hat, empfangen die anderen Eingänge der
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 hohen Pegel, so daß sie
als Negatoren arbeiten. Hierdurch empfangen sämtliche
Adreßeingänge A 0 bis A 10 des Festspeichers ROM eine
"0", und der dieser Adresse entsprechende Amplitudenwert
einer Wellenform wird an den Ausgängen O 0 bis
O 10 des Festspeichers ROM abgegeben. Auf diese Weise
wird die in Fig. 13 dargestellte neue Wellenform
einer Periodendauer zusammengesetzt.
In dem Fall gemäß Fig. 14, in welchem zwei Zyklen
einer Kosinuswelle in Entsprechung mit der Modulations
gradinformation gebracht werden, gilt die Beziehung
LX = (MX′/MX) · 2T im Hinblick auf den ur
sprünglichen Phasenwinkel-Adreßwert NX′, die
Modulationsgradinformation MX, den neuen Phasen
winkel-Adreßwert LX und einer Periodendauer T einer
in dem Festspeicher ROM gespeicherten Wellenform.
Betrachtet man die Verbindung zwischen den Ausgängen
des Teilers DIV und den Adreßeingängen des Fest
speichers ROM in Fig. 12, so werden also die Ausgänge
des Teilers DIV in Richtung der höherwertigen Bits
um ein Bit verschoben gegenüber dem in Fig. 12 dar
gestellten Fall, um dann als die Adreßeingänge an
den Festspeicher ROM zu gelangen, so daß eine Multi
plikation mit 2T erfolgt. Hierzu können die Ausgangs
anschlüsse D 0 bis D 9 des Teilers DIV an die Adreß
eingänge A 1 bis A 10 des Festspeichers ROM über die
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 gegeben werden.
In diesem Fall empfängt der Anschluß A 0 über das ent
sprechende Exklusiv-ODER-Glied EOR 5 niedrigen Pegel,
der Ausgang D 10 ist an die jeweils anderen Eingänge
der Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 geschaltet, und der
Anschluß D 11 bleibt frei. Mit einer solchen Ver
schaltung wird die Geschwindigkeit, mit der die
Phasenwinkel-Adreßwerte geändert werden, doppelt so
groß wie im Fall nach Fig. 13, und die Amplituden
werte der in dem Festspeicher ROM gespeicherten halben
Wellenform der Kosinuswelle werden an den Ausgängen
O 0 bis O 10 des Festspeichers ROM während des Zeit
raums 0 < NX < 1/4 MX abgegeben. Der Ausgang D 10 des
Teilers DIV erhält bei NX = 1/4 MX hohen Pegel. Daher
wird während des Zeitraums 1/4 MX < NX ≦ 1/2 MX
eine ähnliche Arbeitsweise erhalten, wie sie durch
Fig. 13 repräsentiert wird. Der Wert = T - LX,
bei dem LX durch die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5
invertiert ist, wird an die Adreßeingänge des Fest
speichers ROM gelegt. Während der Wert NX unter der
Bedingung 1/4 MX < NX ≦ 1/2 MX ansteigt, nimmt
ab. Die Adressen des Festspeichers ROM werden in umgekehrter
Reihenfolge angesprochen wie unter der
Bedingung 0 < NX ≦ 1/4 MX, und die Amplitudenwerte
der gespiegelten Wellenformhälfte werden an den Ausgängen
O 0 bis O 10 des Festspeichers ROM abgegeben.
Auf diese Weise werden die in dem Festspeicher ROM
gespeicherten Amplitudenwerte der Kosinuswelle ent
sprechend einer Periodendauer während 0 < NX ≦ 1/2 MX
abgegeben. Ist NX = 1/2 MX erreicht, werden sämtliche
Ausgänge D 0 bis D 10 des Teilers DIV durch einen Über
trag wieder auf niedrigen Pegel gebracht. Daher
arbeiten die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 fortan wieder
lediglich als Puffer (weil am Ausgang D 10 das Signal
mit niedrigem Pegel erscheint) und sämtliche Adressen
des Festspeichers ROM werden wieder von "0" beginnend
adressiert. Während des Zeitraums 1/2 MX < NX ≦ MX
ist der Betrieb ähnlich wie während des Zeitraums
0 < NX ≦ 1/2 MX, so daß die einer Periodendauer ent
sprechenden Amplitudenwerte der in dem Festspeicher
ROM gespeicherten Kosinuswelle ausgelesen werden.
Aufgrund der oben beschriebenen Arbeitsweise werden
während des Zeitraums 0 < NX ≦ MX die in dem Fest
speicher ROM befindlichen Amplitudenwerte der Kosinus
welle entsprechend zwei Zyklen (Periodendauern)
ausgelesen.
Während des Zeitraums MX < NX ≦ T werden ähnlich dem
Fall gemäß Fig. 13 die Ausgänge D 0 bis D 11 des Teilers
DIV hoch, und die Ausgänge der Anschlüsse D 0 bis D 9
werden von den Exklusiv-ODER-Gliedern invertiert, so
daß sämtliche Adreßeingänge A 0 bis A 10 des Fest
speichers ROM "0" sind, weshalb der Amplitudenwert
"1" der Wellenform abgegeben wird. Die in Fig. 14
dargestellte neue Wellenform innerhalb eines Zyklus
wird durch die oben geschilderten Vorgänge zusammen
gesetzt. Während gemäß der obigen Beschreibung die
Wellenform nach Fig. 14 durch Abänderung der Ver
bindung zwischen dem Teiler DIV und dem ROM erhalten
wurde, können in dem Festspeicher ROM auch Wellenformen
gespeichert sein, die z. B. einer Periodendauer
entsprechen.
Die von der zweiten Schaltung gemäß Fig. 12 erzeugte
Wellenform stimmt mit der Wellenform für den Fall
überein, daß die Steueranschlüsse SAT und SQU in
Fig. 3 auf niedrigem Pegel liegen, während der Steuer
anschluß SIP auf hohem Pegel liegt, wenngleich sich
die Wellenformen in der Phase unterscheiden. Die
Änderungen der Spektren in bezug auf die Modulations
graddaten M sind ähnlich. Im Gegensatz dazu unter
scheidet sich jedoch die Wellenform gemäß Fig. 14 von
den Wellenformen der vorhergehenden Fälle völlig (in
der Schaltungsskizze sind die Ausgänge D 0 bis D 9 des
Teilers DIV an die Adreßeingänge A 1 bis A 10 über die
Exklusiv-ODER-Glieder EOR 5 angeschlossen).
Fig. 15 zeigt eine Schaltung des Festspeicher-
Abschnitts für den Fall, daß die gespeicherten Wellen
formen in dem Festspeicher ROM gemäß Fig. 3 und Fig. 12
abgeändert ist. In der ersten Adressenhälfte des in
Fig. 15 gezeigten Festspeichers ROM′ sind die Amplituden
werte einer viertel Periodendauer von Kosinuswellen
gespeichert, während in der zweiten Adressenhälfte
die in der Polarität entgegengesetzten
Amplitudenwerte der anschließenden Viertel-Periodendauer
der Kosinuswelle gespeichert sind. Das Adreß-
Bit A 10 des Festspeichers ROM ist an die ersten
Eingänge einer Gruppe von Exklusiv-ODER-Gliedern
EOR 6 angeschlossen. Außerdem ist das Adreß-Bit A 10
des Festspeichers ROM′ an das höchstwertige Adreß-
Bit A 10 sowie an einen Übertrag-Eingang Cin eines
Addierers ADD angeschlossen. Die Ausgänge O 0 bis O 9
des Festspeichers ROM′ stehen mit den Adreß-Bits A 0
bis A 9 des Addierers ADD in Verbindung. Wie oben
erwähnt wurde, entspricht die gesamte in Fig. 15
gezeigte Schaltung dem Festspeicher ROM in Fig. 3.
Wenn das Adreßsignal A 10 niedrigem Pegel entspricht,
arbeiten die Exklusiv-ODER-Glieder EOR 6 als Puffer.
Da der niedrige Pegel an das höchstwertige Bit A 10
und an den Übertrageingang Cin des Addierers ADD
gelangt, liefert der Addierer den niedrigen Pegel
am höchstwertigen Bit S 10 und die Daten der ersten
Hälfte des Festspeichers ROM′ an seinen anderen Ausgängen
S 9 bis S 0. Wenn andererseits das Adreßsignal
A 10 hohen Pegel hat, arbeiten die Exklusiv-ODER-Glieder
EOR 6 als Negatoren, die die Ausgangssignale des Fest
speichers ROM′ invertieren. Da weiterhin das Signal
hohen Pegels an den Übertrageingang Cin und das
höchstwertige Bit A 10 des Addierers ADD gelangt, wird
zu dieser Zeit der Amplitudenwert entsprechend um die
Hälfte der Kosinuswelle verschoben. Somit speichert
die Schaltung nach Fig. 15 in äquivalenter Form die
gleichen Werte einer halben Periodendauer der Kosinus
welle, wie es der Festspeicher ROM in Fig. 3 tut.
Der Festspeicher ROM′ in Fig. 15 benötigt das höchst
wertige Bit des Speicher-Ausgangssignals nicht, so
daß die Speicherkapazität reduziert werden kann.
Die oben beschriebene Teilerschaltung kann auch als
Multiplizierer arbeiten. Weiterhin werden spezielle Wellen
formen unter Verwendung mehrerer Wellenformgeneratoren
gemäß der Erfindung zusammengesetzt, so daß man ver
schiedene Wellenformen erhalten kann. Bei einer der
artigen Synthese kann man auch verschiedene Wellen
formen dadurch erzeugen, daß man die Phasen der
Grundwellen ändert. Außerdem kann man durch zeitliches
Ändern des Modulationsgradsignals oder eines wellen
formvariierenden Signals ein Signal erzeugen, mit
welchem sich die Wellenform entsprechend ändert.
Hierdurch läßt sich auf einfache Weise eine Wellen
form erzeugen, deren höhere Harmonische sich mit der
Zeit ändern.
Obschon die beschriebenen Ausführungsbeispiele der
Erfindung so aufgebaut sind, daß sie die Grundwellen
der drei Wellentypen Sägezahn, Rechteckwelle und
Impulswelle erzeugen, so braucht lediglich nur eine
Welle erzeugt werden. Während bei den obigen Aus
führungsbeispielen die in dem Festspeicher ROM
gespeicherte Wellenform eine Kosinuswelle ist, so
kann auch eine Sinuswelle, eine dreieckförmige Welle
oder dergleichen gespeichert werden.