DE3432582C1

DE3432582C1 - Schaltungsanordnung fuer ein elektronisches Musikinstrument

Info

Publication number: DE3432582C1
Application number: DE3432582A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Semur-en-Auxois Deforeit
Original assignee: MATTH HOHNER AG 7218 TROSSINGEN DE
Current assignee: MATTH HOHNER AG 7218 TROSSINGEN DE
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1984-09-05
Publication date: 1985-09-12
Also published as: EP0176670A2; EP0176670A3; US4628790A; JPS6177095A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein elektronisches Musikinstrument mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 15 510 bekannt.

Hier und im folgenden werden die einzelnen Abschnitte der Wellenform entweder mit den deutschen Ausdrücken »Anklingabschnitt«, »Halteabschnitt« bzw. »Ausklingabschnitt« oder aber mit den gleichbedeutenden, international üblichen Ausdrücken »Attack«, »Sustain« bzw. »Release« bezeichnet.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird für die Simulation von Schlaginstrumenten, beispielsweise Pianotönen, eine vollständige Wellenform einschließlich Attack, Sustain und Release abgespeichert. Wird der betreffende Ton verlangt, etwa durch Anschlag einer Taste auf einem Manual, wird der Wellenformspeicher von Anfang bis Ende ausgelesen, auch dann, wenn der Spieler die Taste »vorzeitig« losläßt. In diesem Falle wird allerdings die Wellenform modifiziert, indem die nach dem Loslassen der Taste noch ausgelesenen Abtastwerte mit einer Dämpfungswellenform multipliziert werden.

In ähnlicher Weise wird vorgegangen, wenn die Sustainperiode beliebig lang gemacht wird, was etwa bei der Simulation von Orgeltönen notwendig ist: Die Abtastwerte aus dem Sustainbereich werden langsam oder so schnell gedämpft.

Aufgabe der Erfindung ist es, die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, daß immer die vollständige Wellenform einschließlich des Ausklingabschnitts ausgelesen wird und der Übergang von Sustain zu Release an einer beliebigen Stelle des Sustain erfolgen kann, ohne die Notwendigkeit, jeweils den gesamten Sustain vollständig auslesen zu' müssen. Dies ermöglicht nämlich, relativ große Abschnitte eines natürlichen Tones abzuspeichern, wodurch die Simulation verbessert wird, während gleichwohl die Auslegung des Sustain im wesentlichen verzögerungsfrei abgebrochen und die Auslösung des Release begonnen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Demgemäß werden bei der Abspeicherung der Abtastwerte bestimmte Speicherplätze, vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, für die Kommandoworte reserviert. Werden diese ausgelesen, so stellt ein Decoder fest, ob etwa seit dem Auslesen des vorherigen Kommandowortes ein »Ton aus«-Signal eingetroffen ist (daß also etwa bei einem Tasteninstrument die betreffende Taste vom Spieler losgelassen wurde). In diesem Fall bewirken die Kommandoworte den »Sprung« zu den Abtastwertert des abgespeicherten Release-Abschnitts, der dann ausgelesen wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei die Bedeutung von deren Merkmalen sich anhand der Beschreibung der Ausführungsbeispiele erschließt.

Nachstehend wird der Gegenstand der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher

erläutert.

F i g. 1 zeigt die Hüllkurve eines Tones, beispielsweise eines Trompetentones,

F i g. 2 zeigt schematisch, wie ein solcher Ton mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung reproduziert wird,

F i g. 3 zeigt in Gegenüber F i g. 2 stark vergrößertem zeitlichen Maßstab die »Einbettung« der Kommandoworte in die abgespeicherten Abtastwerte,

F i g. 4 zeigt die Hüllkurve eines Perkussionstones (z. B. Klavier), einmal bei niedergedrückt gehaltener Taste und einmal bei kurz angeschlagener Taste,
F i g. 5 zeigt die Reproduktion eines solchen Tones,

F i g. 6 zeigt schematisch die »Einbettung« der Kommando worte in die abgespeicherten Abtastwerte,

F i g. 7 ist ein weitgehend vereinfachtes Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. Man erkennt in F i g. 1 den zeitlichen Ablauf eines Tones, erzeugt mit einem Instrument, bei dem der Ton »gehalten« werden kann, beispielsweise ein Trompetenton. Der Amplitudenverlauf umfaßt drei Abschnitte: Den »Attack«- oder Anklingabschnitt A, den »Sustain«- oder Halteabschnitt S und den »Release«- oder Abklingabschnitt/?. ,

F i g. 2 zeigt den mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung reproduzierten Hüllkurvenverlauf. Die Abschnitte A und R werden vollständig abgespeichert; vom Abschnitt S wird ein Teilbereich 5'abgespeichert und, bei längerer Dauer des »Ton ein«-Befehls, ständig wiederholt. Es versteht sich, daß die Reproduktion umso natürlicher klingt, je länger der Abschnitt S' gewählt wird, doch sind dem aus Gründen der Speicherkapazität Grenzen gesetzt. Die Mindestdauer sollte bei etwa einhundert Millisekunden liegen, besser noch wären fünfhundert Millisekunden.

Andererseits soll nicht die gesamte Dauer von S' ausgelesen werden, wenn bereits ein »Ton aus«-Befehl vorliegt, ehe auf den i?-Abschnitt übergegangen wird. Deshalb sind unter vorgegebenen Adressen des Wellenformspeichers, in dem die Amplitudenabtastwerte des Tons abgespeichert sind, Kommandoworte GOREL abgespeichert Sobald ein »Ton aus«-Befehl vorliegt, beispielsweise die betreffende Taste einer Klaviatur des Instruments losgelassen wird, wird die Wellenform zunächst zwar weiter ausgelesen, jedoch nur bis zu dem nächsten GOREL. Von dann an wird zum Ä-Abschnitt übergegangen. Die GOREL sind vorzugsweise in einem zeitlichen Abstand von zehn bis höchstens zwanzig Millisekunden adressierbar (je nach Taktfrequenz) und haben einen zeitlichen Mindestabstand von einer Periode des Tones. Das bedeutet, daß ein bestimmter Wellenformspeicher nur für einen begrenzten Bereich von Taktfrequenzen geeignet ist; für höhere bzw. niedrigere Taktfrequenzen dienen dann weitere, entsprechend geladene Speicher. Beispielsweise ist für je eine Oktave ein Wellenformspeicher vorgesehen.

Wie F i g. 3 erkennen läßt, sind die GOREL vorzugsweise in dem Bereich der Amplitudennulldurchgänge des Tones abgespeichert, wodurch nur minimales Rauschen entsteht.

F i g. 4 ist analog zu F i g. i, bezieht sich jedoch auf Perkussionstöne, etwa Klaviertöne.

Solche Töne haben einen Α-Anteil, der unmittelbar in den Ä-Anteil übergeht; der Verlauf der Amplituden ist in Fig.4 zunächst für den Fall dargestellt, daß eine Taste der Instrumentenklaviatur niedergedrückt und gehalten wird, wobei gleichwohl die Amplitude stetig abnimmt, und dann für einen kurzen Tastenanschlag. Abgespeichert werden gemäß F i g. 5 beide Verläufe, wobei natürlich kein Sustainbereich vorliegt. F i g. 6 zeigt, daß bei den GOREL-Kommandoworten jeweils die Möglichkeit gegeben ist, auf die Adresse derselben Amplitude, jedoch im R-Verlauf zu »springen«, so daß auch hier eine ausgezeichnete Simulation des natürlichen Tones erfolgen kann; die Bedingung dafür, daß von der Möglichkeit auch Gebrauch gemacht wird, besteht darin, daß die angeschlagene Taste losgelassen wird.

F i g. 7 zeigt stark vereinfacht und auf das Wesentliche beschränkt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

In Wellenformspeichern — es ist hier nur einer, mit 10 bezeichnet, dargestellt — sind Abtastwerte der gewünschten Wellenform abgelegt. Es kann sich um Absolutwerte, Differenzwerte oder andere digitale Darstellungen des Amplitudenverlaufs handeln; als Speicher können Festwertspeicher oder Random-Speicher eingesetzt werden, die dann entsprechend geladen werden (in der Regel über eine externe Mikroprozessor-Ansteuerung). Unter bestimmten Speicherplatzadressen sind Kommandoworte GOREL bzw. GOTO abgespeichert. Wünscht man beispielsweise, daß maximal 20 ms vergehen, ehe beim Loslassen einer Taste von dem A- oder S'-Bereich auf den Ä-Bereich übergegangen wird, so müßte bei einer Grundfrequenz des Tones von 250 Hz hinter jeder fünften abgespeicherten Periode ein GOREL abgespeichert sein. Wird die Auslesefrequenz verdoppelt, so beträgt der zeitliche Abstand zweier GOREL nur noch 10 ms. Damit also dieses Interval von 10...20 ms für den GOREL-Abstand eingehalten wird, sind je ein Wellenformspeicher für jede Oktave vorzusehen.

GOTO-Kommandoworte sind nur dann vorgesehen, wenn der Wellenformspeicher auch einen 5'-Anteil des Tones enthält, der — wenn die Taste länger gedrückt wird — einfach wiederholt wird, um Speicherkapazität zu sparen. Damit der Ton möglichst natürlich klingt, beträgt die Dauer von 5"mindestens 100 ms; das bedeutet, daß für das obige Beispiel von 500 Hz mindestens fünfzig S'-Perioden des natürlichen Klangs abzuspeichern sind. (Bei 250 Hz dauert dann S'natürlich doppelt so lange, also 200 ms).

Der Auslesetakt wird vom Taktgeber 12 geliefert, der einen Adressenzähler 14 ansteuert. Über Multiplexer 16 erhält der Adressenzähler die Anfangsadresse (beim Betätigen einer Taste), und die unter den ausgelesenen Adressen abgelegten Daten gelangen zu einem Analog-Digital-Umsetzer 18, der ein entsprechendes, weiterzuverarbeitendes Analogsignal abgibt, etwa an Filter, Verstärker usw. Ferner gelangen die Daten zu einem Decoder 22, der feststellt, ob ein GOREL oder GOTO ausgelesen worden ist. Dabei ergeben sich folgende Möglichkeiten:

— Taste ist (noch) gedrückt: GOREL bleibt unwirksam;

— Taste ist (noch) gedrückt: GOTO bewirkt setzen
des Adressenzählers auf die Anfangsadresse
des S-Anteils des abgespeicherten Tones.

5 — Taste ist losgelassen (symbolisiert durch Signalleitung STOP): GOTO bleibt unwirksam.

— Taste ist losgelassen: GOREL setzt den Adressenzähler 14 auf die »homologe« Adresse des R-Anteils des gespeicherten Tons, das heißt auf diejenige, bei der (i) nach vorherigem S'-Anteil der R-Anteil beginnt, (ii) nach vorherigem Α-Anteil derselbe oder nächstbenachbarte Amplitudenwert des Ä-Anteils abgespeichert ist.

In jedem Fall ist bei diesen Vorgängen der Analog-Digital-Umsetzer gesperrt, wofür an seinem BLOCK-Eingang ein Sperrsignal angelegt wird.

Die beschriebenen Vorgänge werden mittels einer Steuerlogik 20 realisiert, die als Festwertspeicher oder als Gatterfeldlogik ausgebildet sein kann, und das entsprechende Steuersignal SET abgibt. Der Aufbau ergibt sich 15 aus der nachstehenden Wahrheitstabelle:

Anfangs- GOTO GOREL STOP SET Bemerkungen

Adresse

Normale Tonerzeugung Eingabe der Anfangsadresse in Zähler 14 Eingabe der 5'-Anfangsadresse in Zähler 14 GOREL wird ignoriert

25 nein nein ja ja ja Eingabe der i?-Adresse in Zähler 14

Es versteht sich, daß die beschriebene Schaltungsanordnung abgewandelt werden kann, um ein polyphones Instrument zu bauen. Hierfür empfiehlt sich die in der EP-Patentschrift OO 36 074 erläuterte Basisschaltung, die mit variabler Taktfrequenz arbeitet.

30 Bei der in F i g. 7 gezeigten Schaltung kann man weitgehend auf im Handel erhältliche Baugruppen zurückgreifen:

Wellenformspeicher: Schaltkreis 27 256 der Fa. INTEL

Digital-Analog-Umsetzer: Schaltkreis DAC 08 NS oder DAC16 PCM der Fa. Burr-Brown

35 Steuerlogik: Gate Array PAL Series MMI der Fa. Monolithic Memories Inc.

nein	nein	nein	nein	nein
ja	nein	nein	nein	ja
nein	ja	nein	nein	ja
nein	nein	ja	nein	nein
nein	nein	ja	ja	ja

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für ein elektronisches Musikinstrument mit einem Taktgeber, dessen Taktfrequenz variabel ist entsprechend zu erzeugenden Tonfrequenzen, mit einem von Taktgeber-Ausgangssignalen auslesbaren Wellenformspeicher, in dem Abtastwerte mehrerer Perioden eines Tones einschließlich seines Abklingabschnitts digital abgespeichert sind, und mit einem Digital-Analog-Umsetzer, mittels dem die ausgelesenen Abtastwerte in Analogsignale umgesetzt werden, sowie mit nachgeschalteten Einrichtungen zum Verarbeiten der Analogsignale zu wiederzugebenden Audiosignalen, dadurch gekennzeichnet, daß unter vorgewählten Speicherplatzadressen des Wellenformspeichers Kommandowerte abgespeichert sind, bei deren Auslesen ein Kommandosignal zu dem Taktgeber übertragen wird, mittels dem dieser auf eine Adresse gesetzt wird, unter der im Wellenformspeicher derselbe Abtastwert wie vor dem Kommando, jedoch im Abklingabschnitt der Hüllkurve, ausgelesen wird, und daß der Digital-Analog-Umsetzer für die Kommandoworte gesperrt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aufeinanderfolgend auslesbaren Kommandoworten mindestens eine Periode einer Wellenform abgespeichert ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeberfrequenz und die Zahl der zwischen aufeinanderfolgend auslesbaren Kommandoworten abgespeicherten Abtastwerte derart aufeinander abgestimmt sind, daß der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgend auslesbaren Kommandoworten höchstens zwanzig Millisekunden beträgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wellenformspeicher vorgesehen sind, die jeweils einem Bereich von Taktgeberfrequenzen zugeordnet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wellenformspeicher eine für mindestens 100 Millisekunden Auslesedauer ausgelegte Speicherkapazität besitzt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unter zweiten vorgewählten Speicherplatzadressen des Wellenformspeichers, in der Auslesereihenfolge hinter einer vorgegebenen Anzahl von Abtastwerten eines gehaltenen Tones, zweite Kommandoworte abgespeichert sind, bei deren Auslesen ein zweites Kommandosignal zu dem Taktgeber übertragen wird, mittels dem dieser auf eine Adresse gesetzt wird, unter der im Wellenformspeicher der erste Abtastwert des gerade ausgelesenen gehaltenen Tones erneut ausgelesen wird, und daß der Digital-Analog-Umsetzer auch für die zweiten Kommandoworte gesperrt ist.