DE3506614A1

DE3506614A1 - Elektronisches musikinstrument mit verzerrer

Info

Publication number: DE3506614A1
Application number: DE19853506614
Authority: DE
Inventors: Akio Tokorozawa Saitama Iba
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1985-09-05
Also published as: GB2154780B; GB8504348D0; DE3506614C2; HK96888A; US4653374A; JPS60177397A; JPH032318B2; GB2154780A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument, insbesondere ein elektronisches Musikinstrument nach Art eines Synthesizers mit einem Tonhöhenverzerrer, nachdem Oberbegriff des Anspruches 1 .

Musik-Synthesizer sind für gewöhnlich derart aufgebaut, daß mittels Betätigung eines Tonhöhen-Verzerrers einem erzeugten Klang verschiedene Tonhöhen oder Stimmungen auferlegt werden können. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, daß leichte Änderungen der Tonhöhe des erzeugten Tones auch dann auftreten, wenn während des Spielens auf einem Musik-Synthesizer der Tonhöhenverzerrer nicht betätigt wird. Der Grund hierfür liegt in der Ausgangscharakteristik eines Analog-Digital-Wandlers, der verwendet wird, um das analoge Ausgangssignal von dem Tonhöhenverzerrer in ein digitales Signal umzuwandeln. Wenn beispielsweise ein A/D-Wandler verwendet wird, der nach dem Prinzip der stufenweisen Annäherung arbeitet, wird das niederwertigste F3it (LSB) am

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Adenauerallee 16 Tel 06171/300-1 D-637O Obenirsel Telex: 526547 pawa d

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Telegrammadresse. Pawamuc — fosischerk München i:Ji>or.2-HO2 Telefax: O8I6I/62O9-6 KjP 2 + 3) — Tf'lelex 8iei8fX)-|)awaVir(.

Digitalausgang des A/D-Wandlers durch Fehler beeinflußt, welche durch Abweichungen von Widerstandselementen hervorgerufen werden, die in dem A/D-Wandler verwendet werden, .so daß das LSB unkontrolliert entweder den Wert "1" oder "O" annimmt.

Weiterhin wird bei einem A/D-Wandler das Ausgangssignal des Verzerrers mit einem konstanten Zyklus, zum Beispiel acht Millisekunden abgetastet und dann digital gewandelt. wenn daher der Tonhöhenverzerrer während des Abtastzyklus von acht Millisekunden schnell betätigt wird, kann der A/D-Wandler dem Verzerrereffekt nicht korrekt folgen. Um diesem Mangel abzuhelfen, kann der Abtastzyklus reduziert werden. In diesem Fall wird jedoch der Anteil der Zeit, die für den Verzerrungsprozeß von einer CPU, welche die Arbeitsweise des Musikinstrumentes steuert, vergrößert, was einen nachteiligen Effekt auf die Steuerung der Arbeitsweise des gesamten Musiksynthesizers zur Folge hat.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Musikinstrument mit einem Verzerrer zu schaffen, welches einfachen Aufbau aufweist und in der Laae ist, zu jedem Zeitpunkt einen Verzerrereffekt, wie beispielsweise einen Tonhöhenverzerrer,möglich zu machen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung. 35

^ 35066U

Es zeigt:

Fig. 1 in einem Blockdiagramm den grundlegenden

Aufbau eines elektronischen Musikinstrumentes mit einem Tonhöhenverzerrer;

Fig. 2 in teilweiser Blockschaltbild-Darstellung

den genaueren Aufbau eines Details aus Fig. 1;

Fig. 3 in Blockdiagrammdarstellung den genaueren

Aufbau eines Details von Fig. 2;

Fig. 4 in Blockdiagrammdarstellung den genaueren Aufbau eines Verzerrerdaten-Erzeugungsab

schnittes ;

Fig. 5 ein Tonhöhen-Datenformat;
Fig. 6 eine Codierung der Noten C1 bis C6;

Fig. 7 in Blockdiagrammdarstellung den genaueren

Aufbau eines Tonerzeugungsabschnittes aus Fig. 1;

Fig. 8 die Beziehung zwischen den Centwerten von

Tastencodebits und binären Realdaten;

Fig. 9 binäre Realdaten, welche den Codedaten go einer Verzerrungsänderung oder eines

-Verzerrungs-Abschnittes in Fig. 5 entsprechen;

Fig. 10 und 11 Darstellungen zur Erläuterung, wie Daten gc erhalten werden, welche einem ausgewählten

maximalen Verzerrungs-Änderungsbereich (in Halbtönen) entsprechen;

s 35066U

• ο · Fig. 12 die Beziehung zwischen den Daten in einem

Verζerrungsausgangs-Erkennungsabschnitt in Fig. 2;

Fig. 13 in graphischer Darstellung die Ausgangsänderung eines A/D-Wandlers, wenn der Tonhöhenverzerrer nicht betätigt wird; und

Fig. 14 in graphischer Darstellung ein digitales Verzerrrungssignal, das sich über die Zeit

hinweg ändert, wenn der Tonhöhenverzerrer schnell betätigt wird.

In Fig. 1 ist ein elektronisches Musikinstrument mit einem Tonhöhenverzerrer oder -veränderer dargestellt. Eine Tastatur 1 des Instrumentes weist 61 Spieltasten für C1 bis C6 über annähernd 5 Oktaven auf. Diese Spieltasten werden von einer CPU 2 abgetastet, welche die Arbeitsweise des Musikinstrumentes steuert. Wenn eine Taste auf der Tastatur 1 betätigt wird, wird der CPU 2 über eine Leitung 1a ein Tastensignal zugeführt und entsprechende Tastencodedaten werden von der CPU 2 einem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 über eine Leitung 2a zugeführt. Gleichzeitig wird ein Ein/Aus-Signal für jede Taste über eine Leitung 2b von der CPU 2 einem Tonerzeugungsabschnitt 4 zugeführt.

Die CPU 2 besteht aus einem Mikroprozessor und erhält verschiedene Schalterausgangssignale von einem Schaltergn abschnitt 5 über eine Leitung 5a, und liefert entsprechende Tonerzeugungsdaten an den Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 und den Tonerzeugungsabschnitt 4. Der Schalterabschnitt 5 weist Schalter zum Festlegen eines bestimmten Timbres, von Akkorden und Rhythmen auf. Weiterhin

„,_ weist dieser Schalterabschnitt einen Bereichswahlschalter ob

, 35066U

für die maximale Tonhöhenverschiebung auf, wie später noch beschrieben wird.

Ein veränderlicher Widerstand oder ein Potentiometer 6a bildet eine Verzerrer- oder Verschiebevorrichtung 6 für die Tonhöhe. Ein Anschluß des Potentiometers 6a ist mit einer Spannungsquelle verbunden, welche einen logischen Pegel "1" schafft und der andere Anschluß des Potentiometers ist geerdet. Ein Schleifer oder Abgriffsanschluß des Potentiometers a ist mit der Abtriebswelle eines Tonhöhenverschieberades 6b verbunden und wird zusammen mit dessen Drehung bewegt. Der Ausgangsanschluß der Verzerrervorrichtung 6 wird von dem Schleifer des Potentiometers 6a abgegriffen und einem Verzerrungs-Erkennungsabschnitt 7 zügeln führt. In diesen Tonhöhenverzerrungs-Erkennungsabschnitt wird eine Gleichspannung von der Verzerrervorrichtung 6 in digitale Daten gewandelt, die dann - wie noch beschrieben wird - weiter verarbeitet werden, um Tonhöhen-Verschiebungsdaten zu erhalten. Die Tonhöhen-Verschiebungsdaten werden dem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 über eine Leitung 7a zugeführt und Tonhöhendaten mit einer festgelegten Tonhöhe entsprechend den Tastencodedaten und gewandelte Tonhöhendaten werden durch eine Leitung 3a dem Tonerzeugungsabschnitt 4 zugeführt. 25

In dem Tonerzeugungsabschnitt 4 wird ein Tonsignal mit einer bestimmten Frequenz erzeugt (entsprechend den Tonhöhendaten), sowie Tastenein/ausdaten und Tonerzeugungsdaten für Klangfarbe, Akkord und Rhythmus von der CPU 2. Diese gesammelten Daten werden einem Digital/Analogwandler 8 zugeführt. In diesem D/A-Wandler 8 wird ein Analogsignal erzeugt, welches über einen Verstärker 9 einem Lautsprecher 10 zur Klangabstrahlung zugeführt wird.

In Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform des Verzerrungs-Erkennungsabschnittes 7 dargestellt. Gemäß Fig.2

'WO· wird das Ausgangssignal von der Verzerrervorrichtung 6 einem Analog/Digital-Wandler 11 zugeführt, um in digitale Tonhöhenverschiebungsdaten IN gewandelt zu werden. Die Tonhöhenverschiebungsdaten IN werden einem ersten Eingangsanschluß eines Datenwandlers 12 zugeführt. Der genaue Aufbau und die Arbeitsweise des Datenwandlers 12 wird später noch unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Der Datenwandler 12 erzeugt gewandelte Daten V, welche J^q einem zweiten Eingangsanschluß des Datenwandlers 12 und weiterhin einem ersten Gatterschaltkreis 13 zugeführt werden. Bei dieser Ausführungsform haben die Daten V 8 Bits von einem LSB (least significant bit) bis zu einem MSB (most significant bit) und die Daten V werden je einem je Eingangsanschluß von Exklusiv-ODER-Gattern 13-0 bis 13-7 des ersten Gatterschaltkreises 13 zugeführt. Von einer nicht dargestellten Signalquelle wird ein Signal mit dem logischen Wert "O" auf die anderen Eingangsanschlüsse eines jeden der Exklusiv-ODER-Gatter 13-0 bis 13-6 zugeführt und ein Signal mit dem logischen Wert "1" wird auf den anderen Eingangsanschluß des verbleibenden Exklusiv-ODER-Gatters 13-7 gelegt. Die gewandelten Daten V, die dem ersten Gatterschaltkreis 13 zugeführt wurden, werden als Daten A einem zweiten Gatterschaltkreis 14 zugeführt, wo-„._ bei nur das MSB invertiert ist. Der zweite Gatterschalt-

kreis 14 weist acht Exklusiv-ODER-Gatter 14-0 bis 14-7 auf. Das MSB der gewandelten Daten V wird gemeinsam auf einen Eingangsanschluß eines jeden der Gatter 14-0 bis 14-7 geführt. Die anderen Eingangsanschlüsse der Gatter 14-0 bis 14-7 erhalten entsprechende Bitsignale der Daten A. Somit wird zu jedem Zeitpunkt ein MSB-Signal mit "1" von dem Gatter 14-7 erhalten. Wenn somit das MSB der Daten V, welche dem ersten Gatterschaltkreis 13 zugeführt werden "1" ist, werden invertierte Bitdaten der

Ausgänge der Gatter 13-0 bis 13-6 von den Gattern 14-0 bis 35

y' 35066H

•Μ*

* 14-6 erhalten. Wenn das MSB der Daten V "O" ist, werden nicht invertierte Bitdaten entsprechend den Eingängen an den anderen Eingangsanschlüssen der Gatter 14-0 bis 14-6 erhalten. Die invertierten oder nichtinvertierten Bitdaten und der Ausgang MSB des Gatters 14-7 werden als Tonhöhen-Verschiebungsdaten B bzw. als Tonhöhen-Verschiebungsdatum B über eine Leitung 7a dem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 zugeführt.

Der spezielle Aufbau des Datenwandlers 12 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Das Ausgangsdatum IN des A/D-Wandlers 11 gemäß Fig. 2 wird einem Koeffizienten-Multiplizierer 12-1 zugeführt, wie in Fig. 3 dargestellt, wo dieses Datum mit einem festgelegten Koeffizienten C1 multipliziert wird. In dieser Ausführungsform ist der Koeffizient C1 auf 1 festgelegt.

Das Ausgangsdatum C1·ΙΝ von dem Multiplizierer 12-1 wird auf einen Eingangsanschluß eines Addierers 12-2 geführt.

Das Ausgangsdatum des Addierers 12-2 wird einem Teiler 12-3 zugeführt, wo es mit einem festgelegten Wert m dividiert wrrd. Der Ausgang von dem Teiler 12-3 wird einem Puffer 12-4 zugeführt, wo er auf die Hälfte geteilt wird. Das Ausgangsdatum des Puffers 12-4 stellt das gewandelte Datum V dar, welches über eine Leitung 12A einem anderen Koeffizientenmultiplizierer 12-5 zugeführt wird. Der Multiplizierer 12-5 multipliziert das Datum V mit einem bestimmten Koeffizieten C2. In dieser Ausführungsform ist der Koeffizient C2 ebenfalls auf "1" festgelegt. Das Ausgangsdatum C2'V des Multiplizierers 12-5 wird dem anderen Eingangsanschluß des Addierers 12-2 zugeführt.

Der Addierer 12-2 erzeugt somit ein Summendatum (C1 -IN -f C2*V) des Datums C1«IN, welches das Produkt des Eingangsdatums IN des vorliegenden Zyklus und des Koeffi-

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dienten C1 ist und des Datums C2*V, welches das Produkt der Daten V des vorherigen Zyklus und des Koeffizienten Cl Lst. Das Summendatum (C1*IN + C2*V) wird von dem Teiler 12-3 halbiert (das heißt, in diesem Falle m=2) und von dem Puffer 12-4 als konvertierte Daten für den nächsten Zyklus abgegeben.

Die Berechnungsweise zur Erhaltung des konvertierten Datums V, _1λ des (n + 1)-ten Zyklus aus dem konvertierten (η+ι ;

Datum V des η-ten Zyklus und des Datums IN, . . des η * (n+1 )

(n + 1)-ten Zyklus (n = O, 1, 2, ...) läßt sich als

ausdrücken.

In dieser Ausführungsform ist C1 = 1, C2 = 1 und m = 2, so daß die Gleichung (1) in der folgenden Form neu geschrieben werden kann
20

Somit wird das konvertierte Datum V, .. > des vorliegenden Zyklus als Durchschnittswert des vorliegenden Zyklusdatums IN, .. . und des vorhergehenden Zyklusdatums V erhalten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun eine spezielle Ausführungsform des Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnittes 3 beschrieben. Der Maximalbereich der Tonhöhenverschiebung wird in Halbton-Einheiten mit dem Bereichswahlschalter für die maximale Tonhöhenverschiebung festgesetzt, der in dem Schalterabschnitt 5angeordnet ist. Im folgenden sei angenommen, daß der Bereich derart gesetzt ist, daß die Tonhöhenverschiebung mittels des Rades 6b um drei Halbtöne vorgenommen werden kann, das heißt, in einem Intervall, das eineinhalb Tönen entspricht. Das Ausgangssignal des Be-

reichswahlschalters wird der CPU 2 zugeführt, welche darauf hin Daten entsprechend eineinhalb Tönen an einen Adreßabschnitt 18 zur Erzeugung von Adreßdaten liefert. Der Adreßabschnitt 18 erzeugt Adreßdaten, welche den Eingangs- ° daten entsprechen, wonach die Adreßdaten einem ROM 19 zugeführt werden. In dem ROM 19 ist eine Vielzahl von Daten des maximalen Tonhöhenverschiebungsbereiches im Intervall eines Halbtones gespeichert. In diesem Falle wird ein Datum entsprechend eineinhalb Tönen aus dem ROM 19 ausgelesen. Das ausgelesene Datum wird im HexadezimaLcode ausgedrückt und mit Y" 1 _fi gekennzeichnet.

Dieses Datum Y\r des maximalen Tonhöhenverschiebungsbereiches, das derart ausgelesen wird, wird zusammen mit dem Tonhöhenverschiebungsdatum B einem Multiplizierer 20 zugeführt, der das Produkt Y', χ B von seinen zwei Eingängen erzeugt. Somit wird das Tonhöhenverschiebungsdatum Y"J_fi χ Β, das von dem ausgewählten maximalen Tonhöhenverschiebungsbereich festgelegt wird, einem Eingangsanschluß eines Addierers 21 zugeführt. Der andere Eingang des Addierers 21 erhält ein Tastencodedatum, das von der CPU 2 stammt und der Tonhöhe der betätigten Taste auf der Tastatur 1 entspricht. Der Addierer 21 addiert diese beiden Eingangssi. gnale und liefert das Summendatum als Tonhöhendatum an den Tonerzeugungsabschnitt 4 über eine Leitung 3a. Das MSB des konvertierten Datums V von dem Datenwandler 12 wird einem arithmetischen Steuereingang des Addierers 21 zugeführt. Dieses MSB ist entweder "1" oder ¹¹O", je nachdem, ob das Rad 6b aus seiner Mittenlage nach vorne oder hinten verdreht wird. Wenn das MSB "1" ist, wird das Tonhöhenverschiebungsdatum Yl , χ Β dem Tastencodedatum hinzugefügt. Wenn das MSB "O" ist, wird das Datum Yl _fi χ B von dem Tastencodedatum abgezogen.

Wie später noch beschrieben wird, ergeben die Tonhöhendaten Cent-Frequenzdaten und der Tonerzeugungsabschnitt 4 ist

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derart aufgebaut, daß eine Tonhöhenverschiebung oder -verzerrung für jede Taste der Tastatur 1 im gleichen Verhältnis möglich ist.

^ Fig. 5 zeigt das Format der Tonhöhendaten, welche von dem Addierer 2 1 in dem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 erzeugt werden. Es zeigt sich, daß das Tonhöhendatum aus 14 Bits AO bis A13 besteht. Von diesen Bits bilden die unteren 6 Bits AO bis A5 einen Δ-Tonhöhenabschnitt, der einem Code einer Frequenz geringer als einem Halbton entspricht, wobei der Code durch die Einheit eines festgelegten Cents vertreten wird. Die verbleibenden oberen 8 Bits A6 bis A13 bilden einen Tonleitercode in der Einheit von Halbtönen. Der Tonleitercode ist ein hexadezimaler code, wie in Fig. 6 dargestellt, der jede der Noten C1 bis C6 aller 61 Spieltasten auf der Tastatur 1 ergibt.

In Fig. 7 ist in Blockschaltbild-Darstellung der Aufbau des Tonerzeugungsabschnittes 4 dargestellt. In dem Tonerzeugungsabschnitt 4 werden Frequenzdaten mit Tonhöhenverschiebung in Übereinstimmung mit einer niedergedrückten Spieltaste erhalten, und zwar gemäß eines ersten Frequenzdatums, das dem hexadezimalen Tonleitercode von der CPU 2 entspricht, wie in Fig. 6 dargestellt, und Daten, welche eine Tonhöhenverschiebungs-Frequenz in Cent proportional zu dem ersten Frequenzdatum entsprechend dem ΔTonhöhencodedatum des Δ-Tonhöhenabschnittes geben. Somit wird ein gegebenes Tonsignal aus dem Frequenzdatum erhalten.

Von den Tonhöhendatums-Bits AO bis A13 gemäß Fig. 5, welche von dem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 erhalten werden, wird der Tonleitercode aus den oberen 8 Bits A6 bis A13 als Adressendatum einem ersten ROM 41 zugeführt. In dem ROM 41 werden Frequenzdaten, die sich von dem Intervall eines Halbtones unterscheiden, vorübergehend gespei-

BAD

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chert. Ein Frequenzdatum entsprechend dem Tonleitercodedatum wird aus dem ROM 41 ausgelesen und einem Eingangsanschluß eines Multiplizierers 42 zugeführt.

Das Δ -Tonhöhencodedatum aus den unteren 6 Bits AO bis Λ5 wird als Adressendatum einem zweiten ROM 43 zugeführt. Das Cent-Datum, das als binärer Code ausgedrückt ist, wird in binäre Eckdaten gewandelt, wie in Fig. 8 dargestellt.

Das Frequenzdatum von dem ROM 41 und das binäre Realdatum entsprechend dem Δ-Tonhöhencodedatum von dem ROM 43 werden dem Multiplizierer 42 zugeführt. Der Multiplizierer 42 ■ erzeugt ein Frequenzdatum mit der Tonhöhenverschiebung in Cents entsprechend der Note der niedergedrückten Taste.

Das Frequenzdatum mit der Tonhöhenverschiebung wird als gemischtes Datum aus dem Frequenzdatum entsprechend der Note der niedergedrückten Taste und dem Frequenzdatum mit dem Tonhöhenverschiebungs-Cent erhalten. Die erhaltenen Frequenzdaten werden nachfolgend akkumuliert und die akkumulierten Frequenzdaten werden verwendet, um die Phase einer Ton-Wellenform zu bestimmen,um ein Tonsignal mit Tonhöhenverschiebung von dem Tonerzeugungsabschnitt 4 zu erhalten.

Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen den Verschiebungsdaten Bits AO bis A13 und den Centwerten. Die binären Realdaten des Δ-Tonhöhenabschnittes gemäß Fig. 5 können als DezirnaL-daten unter Verwendung dieser Beziehung erhalten werden. Die Bitdaten AO bis A5 gemäß Fig. 8 sind von "000000" bis "111111" variabel, das heißt von 0 Cent bis 98,4375 Cent (= 50 + 25 + 12.5 + 6.25 + 3.125 + 1.5625). Somit wird das Datum in ein binären Realdatum durch das ROM 43 gewandelt, wie in Fig. 9 dargestellt. Beispielsweise ist das binäre

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Realdatum für 50 Cent in Fig. 8 gleich 1,029302237, das heißt 1 + 0,029302237, und durch Multiplizierung dieses Datums mit dem Ausgangsdatum von dem ROM 41 kann das benötigte Tonhöhendatum sofort erhalten werden.

Das Datum V', , das aus dem ROM 19 ausgelesen wird, wie in Fig. 4 dargestellt, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben.

¹^ Gemäß Fig. 10 ist das 8-Bit-Datum "00000001", das bei öl dargestellt ist,das Tonhöhenverschiebungsdatum von der Verschiebevorrichtung 6 und entspricht einem Halbton. Das Datum "01111111", das bei β dargestellt ist, ist das Ausgangssignal von dem Bereichswahlschalter für die maximale Tonhöhenverschiebung in dem Schalterabschnitt 5 und entspricht dem maximalen Bereich der Tonhöhenverschiebung. Das MSB von "0" in diesem Datum ist ein Kennzeichnungsbit. Bei y'ist die Änderung der Tonhöhe pro Bit der Tonhöhenveränderung dargestellt, die als Ergebnis einer Division des Datums oc durch das Datum β erhalten wird. Dieser Wert läßt sich hexadezimal als ψ. _fi = 0,0204081 darstellen und - durch Aufrunden an der gekennzeichneten Stelle - wird 0,020 erhalten. Dies bedeutet, daß das Datum Vl, = 0,020 ist, wenn der maximale Tonhöhenveränderungsbereich einem Halbton entspricht.

Fig. 11 zeigt Daten γ.., und Y·!,-, wenn der maximale Tonhöhenverschiebungsbereich dem einfachen bis zwölffachen eines Halbtones entspricht, wobei die Daten auf die gleiche Weise erzielt werden wie in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben. Die 13 verschiedenen Daten V-J₆/ die als Vielfache eines Halbtones dargestellt sind, wie in Fig. 11 gezeigt, sind in dem ROM 19 gespeichert.

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Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 14 wird nun die Arbeitsweise dieser Ausführungsform beschrieben. Vor dem Spielbeginn wird der maximale Tonhöhenveränderungsbereich auf einen gewünschten Wert festgesetzt, zum Beispiel einem dreifachen Halbton, indem der Schalter in dem Schalterabschnitt 5 betätigt wird. Die CPU 2 erzeugt ein Ausgangssignal als Ergebnis dieses Festsetzens und liefert dieses Ausgangssignal an den Adressierabschnitt 18 in dem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3, um Adreßdaten zum Auslesen des Datums Y' , aus dem ROM 19 entsprechend einem dreifa-

I D

chen Halbton zu erzeugen. Somit wird ein Datum Y' = 0,061 aus dem ROM 19 ausgelesen. Dieses Datum wird dem Multiplizierer 20 zugeführt und dort mit dem Tonhöhenverschiebungsdatum B multipliziert. Wenn somit irgendeine Taste der Tastatur 1 betätigt wird, kann die Tonhöhe dieser Taste maximal um eineinhalb Töne entweder in aufsteigender oder in fallender Richtung verändert werden, indem die Verschiebevorrichtung 6 aus der minimalen Verschiebeposition in die maximale Verschiebeposition gedreht wird.

Wenn somit der maximale Tonhöhenveränderungsbereich in dem Schalterabschnitt 5 gesetzt wurde, wird Musik dadurch gespielt, indem die Tastatur 1 betätigt wird, wobei gleichzeitig, wenn gewünscht, die Verschiebevorrichtung 6 betätigt wird. Wenn das Rad 6a der Vorrichtung 6 betätigt wird, wird der Ausgang der Vorrichtung 6 in dem A/D-Wandler 11 mit einem festgelegten Abtastzyklus in digitale Daten gewandelt, welche dann für die vorher beschriebene Datenwandlung verarbeitet werden (Fig. 3), so daß ein Tonhöhenverschiebungsdatum B von dem Verschiebungs-Erkennungsabschnitt 7 erzeugt wird.

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen den Daten V, A und B, um die Arbeitsweise des Verschiebungs-Erkennungsabschnittes 7 zu erläutern. Wie dargestellt, wird das Ton-

höhenverschiebungsdatum B in der Mitte auf "00" gesetzt, wenn das Datum V "7F" und das Datum A "80" ist und es wächst entweder in negative oder positive Richtung in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Rades 6b. Wenn die Drehbewegung derart ist, daß das Datum V von "7F" auf "00" verringert wird, wächst das Tonhöhenverschiebungsdatum B in negative Richtung, das heißt, in die Richtung, in welcher die momentane Tonhöhenveränderung verringert wird. Wenn die Drehrichtung derart ist, daß das Datum V von "80" auf "FF" angehoben wird, wächst das Datum B in positive Richtung, das heißt, in die Richtung, in welche die momentane Tonhöhenveränderung anwächst. Auf diese Art und Weise wird der Inhalt des Tonhöhenverschiebungsdatums B entsprechend der momentanen Betätigung der Verschiebungsvorrichtung 6 verändert.

In dem Tonhöhendaten-Erzeugungsabschnitt 3 wird das Tonhöhenverschiebungsdatum B dem Multiplizierer 20 zugeführt und dort mit dem Datum V'„ aus dem ROm 19 multipliziert, das heißt, im vorliegenden Fall mit "00,061", in welchem der maximale Tonverschiebungsbereich eineinhalb Tönen entspricht. Das Produkt V', χ B das somit erhalten wird,wird dem Addierer 21 zugeführt, um mit dem Tastencodedatum entsprechend einer betätigten Taste addiert zu werden, um das aktuelle Tonhöhendatum zu erhalten, welches dann dem Tonerzeugungsabschnitt 4 zugeführt wird. Der Tonerzeugungsabschnitt 4 erzeugt ein Tonsignal mit einer Tonhöhenverschiebung mit einem Cent-Wert aufgrund des Tonhöhendatums, das er auf die oben beschriebene Weise erhalten hat. Das so erzeugte Tonsignal wird dem D/A-Wandler 8, dem Verstärker 9 und dem Lautsprecher 10 zugeführt, um als hörbarer Klang abgestrahlt zu werden.

Fig. 13 dient zur Erläuterung des Effekts einer interpolativen Berechnung, die in dem Datenwandler 12 durchgeführt

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wird. Genauer gesagt, Fig. 13 zeigt den Fall, bei dem ein Fehler in dem Ausgangsdatum IN des A/D-Wandlers 11 aufgrund dessen Betriebscharakteristika auftritt, obwohl die Verschiebevorrichtung 6 nicht betätigt wird oder in einer festen Stellung gehalten wird. Der Wert des Datums IN in diesem Fall ist "99" an den Abtastpunkten A, B, D, G, H und J entlang den aufeinanderfolgenden Abtastpunkten A bis J und "100" an den anderen Abtastpunkten C, E, F und I. In dieser Ausführungsform übernimmt jedoch der Datenwandler 12 einen Durchschnittswert der Werte an benachbarten Abtastpunkten (wobei der Dezimalanteil durch den Teiler 16 mittels normaler Bitverschiebung auf ein Halb abgerundet wird). Somit ist das Datum V am Punkt A = 99, das Datum

V₀ am Punkt B ist V₀ = (V. + V_n)/2 = (99 + 99)/2 = 99, das

b D A D

Datum V„ am Punkt C ist V„ = (V_n + V_)/2 = (99 + i00)/2 =99 usw. Es zeigt sich somit, daß der Wert des Datums an allen Punkten "99" ist, so daß der Fehler des A/D-Wandlers 11 korrigiert wird.

Fig. 14 dient zur Erläuterung des Effekts der Durchschnittsberechnung, die in dem Datenwandler 12 durchgeführt wird. Die Figur zeigt einen Fall, in welchem die Verschiebevorrichtung 6 schnell verändert wird. Die durchgezogene Linie in der Fig. stellt das Datum IN dar, welches der tatsächlichen Bewegung der Verschiebungsvorrichtung 6 entspricht. Die gestrichelte Linie zeigt das interpolierte oder korrigierte Datum V. Die Kurve des korrigierten Datums V verläuft runder, da an jedem Abtastpunkt der Durchschnittswert zwischen dem Datum IN für diesen Punkt und dem Ergebnis der Berechnung für den vorhergehenden Punkt genommen wird. Selbst wenn somit der Abtastzyklus des A/D-Wandlers 11 lang ist, verändert sich das Datum V bei einer plötzlichen Änderung des Datums IN relativ weich und es besteht wenig Wahrscheinlichkeit, daß in diesem Datum Fehler auftreten.

Wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, wird bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Musikinstrument mit einer Tonhöhenverschiebungsvorrichtung, bei welchem das

Ausgangssignal der Verschiebungsvorrichtung digital gewan-5

delt wird und entsprechend einem digitalen Signal auf der Grundlage des gewandelten Ausgangssignals ein Tonsignal erzeugt wird ein digitales Signal, das zur Erzeugung des
vorhergehenden Tones und ein momentan vorliegendes gewandeltes digitales Ausgangssignal mit einer festgelegten Ar-•^ beitsweise verarbeitet, um ein Digitalsignal für die Erzeugung des vorliegenden Tones zu erhalten. Somit ist es möglich, eine sanfte und im Klang angenehme Tonhöhenverschiebungsfunktion zu erreichen, bei der weniger Fehler

auftreten und die einfachen Aufbau aufweist.
15

Bei der Erläuterung unter Bezugnahme auf Fig. 3 wurden die Koeffizienten C1 und C2 der Koeffizientenmultiplizierer
12-1 und 12-5 beide auf 1 gesetzt, um den Durchschnittswert zu erhalten, es ist jedoch sinnvoller einen festgelegten Interpolationswert zu erhalten und keinen Durchschnittswert, in dem die Werte der Koeffizienten geeignet verändert werden.

Weiterhin wurde das elektronische Musikinstrument dieser Ausführungsform als Musikinstrument mit einer Tonhöhenverschiebungsvorrichtung beschrieben; es sind jedoch andere Verschiebungsvorrichtungen möglich, so zum Beispiel eine Lautstärkenverschiebung, eine Vibrato-Verschiebung, um
eine Vibrato-Freguenz zu verschieben, eine Filterverschiebung, um Freguenzen mittels eines digitalen Filters auszufiltern, etc.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Elektronisches Musikinstrument mit einer Verschiebungsvorrichtung gekennzeichnet durch:

Einrichtungen (6, 7) zur Erzeugung eines digitalen Verschiebungssignales in Abhängigkeit der Betätigung der Verschiebungsvorrichtung für je eine feste Periode; eine Wandlereinrichtung (12), um jedes Verschiebungssignal einem festgelegten Daten-Wandlungsprozeß zu unterwerfen, um ein gewandeltes Verschiebungssignal zu erhalten; und

eine Einrichtung (4) zum Erzeugen eines Tons entsprechend dem gewandelten Verschiebungssignales; wobei die Wandlereinrichtung (12) Einrichtungen (12-3) aufweist, um eine festgelegte Berechnung mit dem gewandelten Verschiebungssignal auszuführen, das in dem vorhergehenden Zyklus vorliegt, sowie mit dem digitalen Verschiebungssignal, das in dem momentanen Zyklus vorliegt, um das gewandelte Verschiebungssignal des vorliegenden Zyklus zu erzeugen, so daß ein gewandeltes Verschiebungssignal erhalten wird, dessen Wert während jedem Ausgangszyklus

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des digitalen Verschiebungssignales erhalten wird.

2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (6, 7) zum Erzeugen des digitalen Verschiebungssignales folgendes aufweisen:

eine Einrichtung (6) zur Erzeugung eines analogen Verschiebungssignales; und

eine Einrichtung (11) zum Abtasten und Wandeln des erzeugten analogen Verschiebungssignales in das digitale Verschiebungssignal für den festgelegten Zyklus.

3. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (12-3) aufweist:

einen ersten Koeffizientenmultiplizierer (12-1) zum Multiplizieren des digitalen Verschiebungssignales, das

in dem vorliegenden Zyklus erzeugt wurde mit einem

ersten Koeffizienten;

einen zweiten Koeffizientenmultiplizierer (12-5) zum

Multiplizieren des gewandelten Verschiebungssignales, _f 20 das in dem vorhergehenden Zyklus erzeugt wurde mit

einem zweiten Koeffizienten;
·♦ einen Addierer (12-2) zum Addieren der Ausgangssignale

des ersten und zweiten Koeffizientenmultiplizierers (12-1, 12-5); und
einen Teiler, um das Ausgangssignal des Addierers

(12-2) mit einem festgelegten Wert zu dividieren.

4. Musikinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten des ersten und zweiten Koeffizientenmultiplizierers (12-1, 12-5) jeweils auf

eins gesetzt sind;daß der Teiler (12-3) einen 1/2 Teiler aufweist, um den Ausgang des Addierers durch zwei zu teilen, wobei die Berechnungsvorrichtung einen Durchschnitt aus dem digitalen Verschiebungssignal, das im vorliegenden Zyklus erzeugt wurde, und dem gewandelten Verschiebungssignals des vorhergehenden Zyklus berechnet .

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5. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (6, 7) zum Erzeugen des Verschiebungssignales eine Einrichtung (11) aufweist, um ein digitales Tonhöhenverschiebungssignal zu erzeugen.

6. Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (11) zum Erzeugen des digitalen Tonhöhenverschiebungssignales eine Vorrichtung (5) zum Ausgeben eines variablen Signales für den Verschiebungsbereich aufweist, und daß die Tonerzeugungsvorrichtung (3) folgendes aufweist: eine Einrichtung (20) zum Kombinieren des variablen maximalen Verschiebungsberechssignales und des gewandelten Tonhöhenverschiebungssignales, um ein Kombinationsdatum zu erzeugen,das einer Tonhöhenverschiebung entsprechend dem ausgewählten maximalen Verschiebungsbereich entspricht; eine Tastatur (1) mit einer Mehrzahl von Spieltasten; eine Einrichtung (2) zum Erzeugen von Tastencodedaten, die eine Tonhöhe vertreten entsprechend einer betätigten Spieltaste auf der Tastatur (1); und eine Einrichtung (21) zum Erzeugen eines Tonhöhendatums, dessen Tonhöhe durch eine Kombination des Tastencodedatums und des Kombinationsdatums verschoben wird.

7. Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6, 7) zum Erzeugen des digitalen Tonhöhenverschiebungssignales eine Einrichtung (13) aufweist, um ein digitales Tonhöhenverschiebungssignal zu erzeugen, welches ein MSB aufweist, welches ein Zei-

OQ chen darstellt, das sich im Mittelbereich des maximalen Tonhöhenverschiebungsbereiches invertiert; und daß die Einrichtung (3) zum Erzeugen des Tonhöhendatums einen Addierer (21) aufweist, dessen Arbeitsweise sich zwischen einem Additionsmodus, in welchem die Tasten-

_oc codedaten und die Kombinationsdaten addiert werden und ob

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e ι nom J>ubtr_riktionsmodus ändert, in welchem von dem Tastencodedatum das Kombinationsdatum gemäß einer Skala des MSB subtrahiert wird.

8. Musikinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zum Erzeugen des Tonhöhenverschiebungsdatums eine Einrichtung (21) aufweist, um ein erstes Codedatum zu erzeugen, welches einer ersten Frequenz in der Einheit von Halbtönen entspricht und ein zweites Codedatum zu erzeugen, welches einer zweiten Frequenz in der Einheit eines festgelegten Cent entspricht.

9. Musikinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) zum Erzeugen des Tondatums Einrichtungen (41, 42, 43) aufweist, um das erste Codedatum in Übereinstimmung mit dem zweiten Codedatum zu modifizieren, um ein Tonfrequenzdatum zu erhalten.

10.Musikinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifikationseinrichtung zum Erhalten des Tonfrequenzdatums folgendes aufweist:

ein erstes ROM (41) zum Ausgeben eines ersten Tonhöhendatums entsprechend dem ersten Codedatum; ein zweites ROM (43) zum Ausgeben von binären Realdaten mit einem Wert, der Cent-proportional zu dem zweiten Codedatum ist; und

eine Berechnungseinrichtung (42) zum Erzeugen von Fre- _ quenzdaten durch Kombination des ersten Tonhöhendaturns und des binären Realdatums.