DE3873873T2

DE3873873T2 - Verfahren und vorrichtung zur erlangung und wiedergabe von komplexen musiktoenen.

Info

Publication number: DE3873873T2
Application number: DE8888300264T
Authority: DE
Inventors: Dwight A Beacham; John Thomas Whitefield; Robert P Woron
Original assignee: Allen Organ Co
Current assignee: Allen Organ Co
Priority date: 1987-09-08
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2008-01-14
Also published as: EP0311225A1; DE3873873D1; US4905562A; EP0311225B1

Description

Diese Erfindung betrifft elektronische Musikinstrument- Tonerzeugung. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit dem Problem, gleichzeitig die vielen verschiedenen Töne einer Pfeifenorgel auf elektronischem Weg synthetisch herzustellen. Des weiteren befaßt sich die Erfindung mit dem Problem, eine Anzahl von gleichzeitig erklingenden, ästhetisch angenehmen Tönen zu annehmbaren Kosten zu erzeugen.
Wegen der langen Geschichte und fortgesetzten Popularität der Orgel bemühen sich die Konstrukteure von elektronischen Orgeln hoher Qualität, die Klänge der Orgeln zu verstehen und zu emulieren, um die besonderen Eigenschaften beizubehalten oder sogar zu verstärken, die die Orgel so ästhetisch ansprechend machen. Gleichzeitig versuchen die Konstrukteure, die einzigartigen Vorteile des Elektronik-Lösungsweges für die Orgelkonstruktion auszunutzen.
Eines der ausgeprägtesten Merkmale der Pfeifenorgel ist, daß sie aus einer großen Ansammlung von im wesentlichen unabhängigen Tongeneratoren, nämlich den Pfeifen, besteht. Die Tatsache, daß die Pfeifen räumlich getrennt sind und etwas unterschiedliche Frequenz- und Ertöneigenschaften aufweisen, verleiht der Orgel einen lebendigen Gesamtklang.
Eine der Herausforderungen für den elektronischen Orgelkonstrukteur besteht darin, diese Gesamtwirkung zu emulieren. Das direkteste Verfahren wäre, jede Pfeife durch einen getrennten, vollständigen elektroakustischen Pfeifensythetisierer, einschließlich Tongenerator, Tonleistungsverstärker und Lautsprecher, zu ersetzen. Offensichtlich wäre dies wirtschaftlich und vielleicht sogar physikalisch unpraktisch. Glücklicherweise ist über die Jahre entdeckt worden, daß bei der Konstruktion der elektronischen Orgel verschiedene Freiheiten genommen werden können, um die physikalische Größe und Kosten herabzusetzen, während noch viele der ästhetisch ansprechenden und gewünschten Eigenschaften der Pfeifenorgel beibehalten werden. Beispielsweise ist es allgemein üblich, die viele verschiedene Pfeifen simulierenden Töne in ein zusammengesetztes Signal zu kombinieren, das dann verstärkt und durch einen elektroakustischen Lautsprecher in Klang umgewandelt wird. Von daher teilen sich viele Töne einen einzigen Tonkanal, d.h. Tonverstärker und Lautsprecher, was zu einer Herabsetzung der physikalischen Größe und Kosteneinsparungen führt. Die Auswahl von Tönen, die in einem von mehreren Tonkanälen kombiniert werden sollen, ist eine der Hauptherausforderungen von Konstrukteuren von Orgeln mit hoher Qualität. Das Ziel ist, die räumliche Trennung der einzelnen Pfeifen einer Orgel dadurch zu simulieren, daß bewirkt wird, daß die verschiedenen elektronisch synthetisierten Pfeifentöne von irgendeiner "vernünftigen" Zahl von räumlich getrennten Lautsprechern ausgehen. Diese Kombination mehrerer Töne in eine begrenzte Anzahl von Tonkanälen ist seit dem Beginn der elektrischen und elektronischen Orgeltechnologie ausgeführt worden. Die Entwicklung der Digitalorgel hat es jedoch gestattet, daß die Kombination von Tönen in zusammengesetzte Signale in verschiedenen Tonkanälen mit noch nicht dagewesenem Wirkungsgrad ausgeführt wird. Des weiteren sind folgend auf den Beginn viele Verbesserungen der digitalen Orgel ausgeführt worden, was zu einer noch erfolgreicheren Synthese der Pfeifenorgel geführt hat.
Mit der Erfindung der Digitalorgel trat ein vorher unerreichbarer Kontrollgrad auf. In der Grundform dieses Orgeltyps werden digitale Darstellungen von Orgelpfeifentonwellenformen und/oder Kombinationen derartiger Wellenformen in einem Speicher gespeichert. Aktivierte Tasten an der Orgel werden einer kleinen Zahl von Tongeneratoren für allgemeine Zwecke zugeordnet. Digitale Zahlen werden dazu verwendet, das wiederholte Auslesen der ausgewählten Wellenform(en) oder Kombination von Wellenform(en) aus dem Speicher bei musikalischen Frequenzen entsprechend den aktivierten Tasten genau zu steuern. Das sich ergebende digitale Datensignal wird durch einen Digital-Analog-Umsetzer in ein analoges Signal umgewandelt, um ein zusammengesetztes Tonsignal zu bilden, das die gerade gespielten Tasten und die durch den Spieler ausgewählten Töne oder Pfeifenstimmen darstellt. Für eine weitere Beschreibung der Grundfunktion einer Digitalorgel kann auf das US-Patent 3 515 792 (Deutsch) und die US- Patente 3 610 799 und 3 639 913 (Watson) Bezug genommen werden.
Die grundlegende Digitalorgel ist besonders gut dazu geeignet, Töne in einen einzigen Tonkanal zu kombinieren. Die Kombination erfolgt vorteilhaft in der Wellenformspeicher- Schalttechnik. Mit anderen Worten, es ist zur Kombination von zwei verschiedenen Tonwellenformen lediglich erforderlich, eine Wellenform auszulesen, die die Summe der beiden ausgewählten Tonwellenformen darstellt.
Die Standard-Digitalorgel kann auch eine Tonänderung von einem Bereich einer Tastatur zu einem anderen gestatten, wie es bei der Synthese vieler Stimmen der Orgel, insbesondere bestimmter Mischstimmen, erwünscht ist. Dies wird ausgeführt, indem lediglich verschiedene Teilabschnitte des Wellenformspeichers gemäß dem Tastaturbereich adressiert werden, in dem sich die gedrückte Taste befindet. Auf diese Weise werden die jedem Tastaturbereich zugeordneten speziellen Wellenformen adressiert und lediglich durch Tasten ausgelesen, die in den jeweils den getrennten Teilabschnitten des Wellenformspeichers zugeordneten Bereichen der Tastatur enthalten sind.
Ein weiteres erwünschtes Merkmal von Orgeln besteht in der Frequenzunabhängigkeit oder Frequenztrennung zwischen den bei derselben Tonhöhe ertönenden Pfeifen. Diese Frequenztrennung kommt zu dem Gesamt- oder Choreffekt hinzu. Es ist beobachtet worden, daß diese Wirkung durch Frequenztrennung der verschiedenen Tonkanäle in der Orgel gut simuliert werden kann. Mit anderen Worten, es wird bewirkt, daß jeder der Wellenformspeicheradreßgeneratoren, die jeweils jedem Tonkanal zugeordnet sind, bei einer etwas unterschiedlichen Frequenz im Vergleich zu den anderen Generatoren "läuft". Eine Technik zur Ausführung hiervon ist im US-Patent 3 978 755 (Woron) weiter erläutert.
Somit können zwei bedeutende Merkmale der Pfeifenorgel, die räumliche Trennung und Frequenztrennung, elektronisch wirksam simuliert werden, indem die elektronische Orgeltechnologie verwendet wird. Es gibt jedoch noch weitere Merkmale von Pfeifenorgeln, die verstanden und wirksam simuliert werden müssen, um authentische Pfeifenorgelklänge näherkommend nachzubilden.
Es ist seit langem bekannt, daß die durch viele akustische Instrumente wie Orgeln erzeugten Töne nicht genau periodisch, sondern quasi-periodisch sind. Dies trifft insbesondere während des Einschwingabschnittes des Tons zu, obwohl während des Dauer- (oder stationären) Abschnittes des Tons oft auch eine Quasi-Periodizität gefunden wird. Der Begriff "Quasi-Periodizität" wird hier dazu verwendet, die oft bei diesen Tönen beobachtete Abweichung von der Periodizität zu beschreiben. Diese Töne weisen offensichtlich einen Periodizitätsgrad auf, da das Ohr diese Töne als Töne mit einer bestimmten musikalischen Tonhöhe wahrnimmt. Die musikalische Tonhöhe ist mit dem Konzept der Periodizität eng verbunden. Ein echtes periodisches Signal ist jedoch eines, das eine zyklische Wiederholung in regelmäßigen Intervallen zeigt, wenn die Zeit fortschreitet; das kürzeste Wiederholmuster wird dabei als Zyklus des periodischen Signals bezeichnet und das durch einen solchen Zyklus belegte Zeitintervall wird hierbei als die Periode des Signals bezeichnet. Wenn eine Aufzeichnung einer Orgelpfeife auf Periodizität hin analysiert wird, kann im strikten Sinne des Begriffs keine gefunden werden. Einige Teilabschnitte der Aufzeichnung, besonders im "stationären" Abschnitt des Tons, erscheinen auf den ersten Blick periodisch; eine näherere Prüfung offenbart jedoch, daß keine zwei scheinbaren "Zyklen" des Signals exakt gleich gebildet sind. Somit ist der Orgelton nahe daran, periodisch zu sein, aber es ist eine Abweichung von der exakten Periodiziät vorhanden. Diese Abweichung ist gewöhnlich im Übergangsabschnitt des Tons im Vergleich zum "stationären" Abschnitt des Tons viel größer. Es ist diese Abweichung von der exakten Periodizität, die den Ton ästhetisch bereichert und signifikant zur vorteilhaften Gesamtwahrnehmung seiner Klangfarbe beiträgt.
Die Standard-Digitalorgel, wie sie in den oben betrachteten Patenten von Deutsch und Watson beschrieben worden ist, kann in hohem Maß im wesentlichen periodische Töne erzeugen. Auf verschiedene Weisen ist bewirkt worden, daß die Standard- Digitalorgel die verschiedenen Erscheinungen der quasiperiodischen Natur einer Pfeifenorgel simuliert. Die Konstrukteure von digitalen Orgeln entdeckten verschiedene Arten, ähnliche Effekte bei einer Digitalorgel zu erzeugen, während sie sich auf das in den prädigitalen Orgeltagen entwickelte Verständnis betreffend diese verschiedenen quasi- periodischen Effekte stützen, wie sie im US-Patent 2 989 886 (Markowitz) erläutert sind.
Zum Zweck einer weiteren Erläuterung dieses Effektes offenbart das US-Patent 3 740 450 (Deutsch) ein Verfahren zur Simulierung eines "Chiff"-Klangs in einer Digitalorgel, indem eine gespeicherte "Chiff"-Wellenform während des Einschwingabschnittes der Tonerzeugung mit der stationären Wellenform kombiniert wird. Das US-Patent 4 184 403 (Whitefield) offenbart ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung eines zeitabhängigen Einschwingklangs mit veränderlicher Wellenform in einer Digitalorgel, die den "Chiff"-Effekt enthält.
Eine Verbesserung des früheren Whitefield-Patents kann im US-Patent 4 352 312 (Whitefield/Woron) gefunden werden, das ein Verfahren und eine Vorrichtung zur glatten Interpolation zwischen den sequentiell ausgelesenen, gespeicherten Wellenformen offenbart, beschrieben im '403-Whitefield-Patent. Das US-Patent 4 189 970 (Woron) offenbart ein Verfahren zur Simulation von "Chiff" in einer Digital-Orgel durch Verzerrung oder Modulation der stationalen Wellenform während des Einschwingens. Der resultierende Einschwingklang ist in den Harmonischen aufgrund der Modulation des stationären Tonsignals durch ein Segmentierungssignal volltönend.
Diese Patente von Deutsch, Whitefield und Woron sind zur Simulation des "Chiff"-Klangs einer Pfeifenorgel besonders geeignet. Dieser "Chiff"-Klang ist definiert als und bezieht sich allgemein auf die anfängliche Einschalteinschwingeigenschaft der Pfeifen.
Ein weiterer quasi-periodischer Klang, der nicht auf den anfänglichen Einschalteinschwing-Zeitrahmen begrenzt ist, ist der der Luftströmung durch die Pfeife zugeordnete Niedrigpegelklang. Es wird für eine weitere Erläuterung dieser Luftströmungscharakteristik auf das '886-Markowitz-Patent Bezug genommen. Der Luftströmungsklang fügt zu dem gesamten Pfeifenton eine feine, sich zufällig ändernde Qualität hinzu. Ein Verfahren der Simulation dieser Pfeifeneigenschaft besteht darin, das Verfahren zur Erzeugung der Frequenzmodulation in einer Digitalorgel, wie im US-Patent 3 794 748 (Deutsch) offenbart, in Verbindung mit einem sich zufällig ändernden Modulationssignal zu verwenden. Durch sinnvolle Wahl von Variablen kann eine sich zufällig bewegende Qualität in die sonst periodischen Signale eingebracht werden, um den Luftströmungseffekt anzuregen, der bei luftgetriebenen Orgelpfeifen gefunden wird.
Die in den oben betrachteten Patenten von Deutsch, Whitefield und Woron erörterten Verfahren sind sämtlich nützliche Verfahren zum Herbeiführen einer quasi-periodischen Wirkung, so daß diese in einem Orgelsystem mit grundsätzlicher periodischer Pfeifentonwellenform, d.h. der Standard-Digitalorgel, stattfindet. Durch diese Verfahren wird jedoch eine begrenzte Kontrollgröße geliefert. Ein stark diskriminierender Zuhörer kann Differenzen zwischen der Pfeifenorgel und ihrem Digitalorgel-Gegenstück wahrnehmen. Diese Differenzen beziehen sich auf den begrenzten Genauigkeitsgrad, der bei der Simulation der quasi-periodischen Qualität des tatsächlichen Pfeifenorgeltons durch die so weit erörterten Verfahren erreicht wird. Dies beruht auf der Tatsche, daß bei diesen Verfahren die Standard-Digitalorgel als Startpunkt verwendet wird. Das Problem ergibt sich aus der Tatsche, daß bei der Standard-Digitalorgel lediglich genügend Information gespeichert wird, um einen Zyklus (oder eine kleine Zahl von Zyklen) der bei der geeigneten Tonhöhe für die Tonwiedergabe nachzubildenden Wellenform zu erzeugen. Dies erlegt bestimmte Einschränkungen auf die erzeugten Signale dahingehend auf, daß lediglich bestimmte harmonisch im Zusammenhang stehende Obertöne mit hoher Genauigkeit wiedergegeben werden können. In der Signal-Analyse-Theorie ist es gut bekannt, daß periodische Signale Spektren aufweisen, die lediglich aus rein harmonischen Obertönen bestehen. Man glaubt, daß tatsächliche Pfeifenorgeln Töne erzeugen, die nicht-periodische Obertöne zeigen, wenigstens während der Einschalteinschwingphase. Somit kann die Standard-Digitalorgel wie oben beschrieben nicht auf irgendeine bekannte Weise so manipuliert werden, daß sie die feinen quasiperiodischen Aspekte von tatsächlichen Orgelpfeifen perfekt simuliert.
Das US-Patent 4 383 462 (Nagai/Okamoto) führte ein Verfahren zur naturgetreuen Wiedergabe der tatsächlichen Wellenform eines gewünschten Tons während des Einschwingvorgangs und Abklingvorgangs ein. Dies wurde dadurch ausgeführt, daß der vollständige Übergangsabschnitt des gewünschten Tons im Speicher eines Tongenerators gespeichert wird und er beim Drücken einer Taste ausgelesen wird. Der Abklingübergangsabschnitt des Tons kann in gleicher Weise dadurch wiedergegeben werden, daß der Abklingübergang im Speicher eines weiteren Tongenerators gespeichert wird, der bei Tastenlösen ausgelesen wird. Der stationäre Zustand wird unter Verwendung eines noch weiteren Generators des oben beschriebenen periodischen Typs erzeugt. Somit liefert die Nagai/Okamoto- Technik ein Verfahren zur Erzielung einer größeren Genauigkeit bei der Tonerzeugung mit Quasi-Periodizität während der Einschwing- und Abklingübergangsabschnitte des Tons. Der stationäre Zustand oder angehaltene Abschnitt des Tons leidet jedoch unter denselben Begrenzungen wie bei dem oben erörterten periodischen Basisgenerator. Dies beruht auf der Tatsache, daß Nagai und Okamoto einen getrennten periodischen Generator dazu verwenden, den stationären Abschnitt des Tons zu simulieren. Das Nagai/Okamoto-Verfahren ist ebenfalls unzureichend darin, daß die Technik einzelne Tongeneratoren für jeden Abschnitt des Tons benötigt.
Mit der Entwicklung der im US-patent 4 502 361 (Viitanen/Whitefield) offenbarten Verfahren entstand die Fähigkeit, die Pfeifenorgel, einschließlich der quasi-Periodizität während des stationären Abschnittes des Tons, genauer und wirksamer zu simulieren. Bei diesem digitalen elektronischen Orgeltyp wird der gesamte Anschwellübergangsabschnitt einer Orgelpfeifenwellenform in einem Speicher zusammen mit einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen des "stationären" Klangs gespeichert. Es kann beispielsweise ein Anfangsabschnitt des Klangs einer tatsächlichen Orgelpfeife abgetastet und das resultierende Signal im Speicher eines Tongenerators angeordnet werden. Dieses Signal wird dann bei Drücken einer Taste bei der dieser Taste zugeordneten Tonhöhe oder Frequenz ausgelesen. Da das erzeugte Signal eine naturgetreue Wiedergabe des ursprünglich aufgezeichneten Tons (ausgenommen die Frequenz) ist, sind sämtliche Nuancen und Eigenschaften der Orgelpfeife, einschließlich derjenigen, die sich auf die Quasi-Periodizität beziehen, im erzeugten Signal enthalten.
Ein neuartiges Merkmal dieses Verfahrens ist eine Maßnahme, Daten durch einen vorbestimmten Abschnitt der gespeicherten Wellenform nach dem Erreichen einer bestimmten Stelle in den gespeicherten Daten rückzuführen. Wenn eine Taste gedrückt wird, wird der Einschwingübergangsabschnitt der aufgezeichneten Orgelpfeifenwellenform zusammen mit der vorbestimmten Größe des "stationären" Klangs ausgelesen. Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist, ist das aufgezeichente Datensignal in einer Bedeutung "verbraucht" oder erschöpft. Zu diesem Punkt beginnt die Rückführung, wobei dasselbe aufgezeichnete Datensignal verwendet wird, um die Erzeugung des "stationären" Abschnittes des Tons fortzusetzen. Das Viitanen/Whitefield-Verfahren wird als eine Verbesserung gegenüber dem Nagai/Okamoto-System angesehen dahingehend, daß im Vergleich zu den wenigstens zwei zugewiesenen Tongeneratoren bei Nagai/Okamoto lediglich ein einziger Tongenerator benötigt wird. Das Verfahren von Viitanen/Whitefield sorgt auch für eine Quasi-Periodizität während des "stationären" Abschnitts des Tons.
Wie zuvor festgestellt wurde, ist der "stationäre" Abschnitt von akustisch hergestellten Tönen oft durch quasi periodische Eigenschaften angereichert. Es ist bestimmt worden, daß die während des "stationären" Abschnittes des Tons auftretende quasi-Periodizität nicht das Ausmaß der Genauigkeit benötigt, die während des Einschwingübergangsabschnittes benötigt wird. Überdies ist das diskriminierende Ohr während des Einschwingübergangsabschnittes der Tonerzeugung betreffend Einzelheiten des Klangs bewußter und achtet während des "stationären" Abschnittes des Klangs weniger auf die feinen quasi-periodischen Details. Somit bringt das exakte Auslesen während des Einschwingvorgangs und die Rückführung während des "stationären Zustandes", wie im Viitanen/Whitefield Patent beschrieben, bei der Suche nach Verfahren zur elektronischen Erzeugung von ästhetisch erwünschten Orgeltönen ausgezeichnete Ergebnisse hervor. Während das Verfahren von Viitanen/Whitefield nicht auf Orgeltöne beschränkt ist, ist es zur Erzeugung der Klänge einer Pfeifenorgel besonders gut geeignet, was das Hauptproblem ist, das durch die vorliegende Erfindung angesprochen wird.
Ein Nachteil bei der Verwendung des Viitanen/Whitefield- Systems zum Aufbau eines elektronischen Musikinstrumentes, das eine Anzahl von gleichzeitig ertönenden, ästhetisch erwünschten Tönen, wie Orgelklängen hoher Qualität, erzeugen kann, sind die Kosten. Der Grund hierfür liegt in der umfassenden benötigten Speichermenge. Ein solches System ist besonders speicherintensiv, wenn für verschiedene Bereiche der Tastatur unterschiedliche Töne benötigt werden. Ein weiterer Kostenaspekt der Verwendung des Viitanen/Whitefield-Systems für die Orgelkonstruktion ist die Tatsache, daß die Tönen unterschiedlicher Tonhöhe zugeordnete Rückführlogik nicht geteilt werden kann. Dies beruht darauf, daß die Rückführlogik eine Erweiterung des Frequenz- (oder Tonhöhen-) Generators ist. Sogar Töne derselben Tonhöhe können oft dieselbe Rückführlogik aus zwei Gründen nicht teilen. Erstens benötigt die Frequenztrennung, daß getrennte Frequenzgeneratoren und damit eine getrennte Rückführlogik für Töne mit getrennten Frequenzen verwendet wird. Überdies ist es erwünscht, Töne derselben Tonhöhe frequenzmäßig zu trennen. Zweitens, selbst in dem Fall von Tönen, die dieselbe Tonhöhe und keine Frequenztrennung aufweisen, ist es oft tonmäßig erwünscht, jeden Ton mit seinem eigenen unabhängigen Rückführmuster zu versehen.
Zusammengefaßt, es sind obenstehend zwei Wege zum Aufbau eines elektronischen Instruments erörtert worden, das eine Anzahl von gleichzeitig ertönenden, ästhetisch erwünschten Tönen erzeugen kann. Der erste Weg verwendet die Standard- Digitalorgel, die eingestellt ist, im wesentlichen periodische Töne zu erzeugen. Es kann eine ästhetisch erwünschte Quasi-Periodizität in die Standard-Digitalorgel einbebracht werden, aber es gibt grundlegende Merkmale, nämlich eine starke Periodizität, die das Genauigkeitsausmaß beim Erreichen der gewünschten Klänge begrenzen. Der zweite Weg verwendet ein fortgeschrittenes Digitalorgel-Konzept, bei dem die Begrenzungen des ersten Weges behoben sind, das jedoch verhältnismäßig kostspielig ist. Vor der Entdeckung der vorliegenden Erfindung gab es kein bekanntes Verfahren zur Erzeugung einer Anzahl von gleichzeitig ertönenden, ästhetisch erwünschten Tönen auf kostenwirksame Weise.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erzeugung einer Anzahl von gleichzeitig ertönenden, ästhetisch erwünschten Orgelpfeifen- und anderen Tönen genauer zu gestatten.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl von Speicher- und Logikkreisen und die zugeordneten Kosten herabzusetzen, um die Wiederholung von Quasi-Periodizität in einer Anzahl von gleichzeitig ertönenden, ästhetisch erwünschten Orgelpfeifen- oder anderen Tönen auszuführen.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß sehr viele ästhetisch ansprechende Töne, z.B. Orgelpfeifentöne, in zwei sehr unterschiedliche Komponenten-Typen von Bestandteilen geteilt werden können. Die erste Komponente steht in starker Beziehung zu der harmonischen "Grund"-Struktur des Tons und stellt sich von der Art her als periodisch heraus. Die zweite Komponente steht in enger Beziehung zu dem zeitveränderlichen, "instabilen" jedoch ästhetisch interessanten Abschnitt des Tons und stellt sich von der Art her als quasi-periodisch heraus. Das Erhalten des periodischen "Grund"-Tons und des begleitenden quasi-periodischen "instabilen" Tons ist durch sinnvolle Verwendung verschiedener Signalverarbeitungstechniken ausgeführt worden. Wenn der Ton richtig in diese beiden Komponenten getrennt ist, treten verschiedene, nicht offensichtliche Vorteile auf.
Die periodische "Grund" -Komponente wird durch die vorher beschriebene Standard-Digitalorgel von Deutsch und Watson erzeugt. Die quasi-periodische "instabile" Komponente wird durch die ebenfalls vorher beschriebene verbesserte Digitalorgel von Viitanen und Whitefield erzeugt. Es ist festgestellt worden, daß durch zweckmäßige Anordnung der Struktur der vorliegenden Erfindung, d.h. eine "zusammengesetzte" Digitalorgel, sämtliche Vorteile der oben beschriebenen Standard-Digitalorgel beibehalten werden können, während gleichzeitig die "ästhetisch erwünschten" Vorteile der verbesserten Digitalorgel ohne die zahlreichen Speicherelemente und hohen Kosten ausgenutzt werden können, die bisher mit der "verbesserten Digitalorgel"-Technik verbunden waren.
Während die vorliegende Erfindung in einem elektronischen Musikinstrument oder einer elektronischen Orgel verwendet wird, das eine größere Anzahl von selektiv betätigbaren Tastenschaltern als Tongeneratoren besitzt, um die Erzeugung von Klängen entsprechend den ausgewählen Instrumentstimmen bei den Tonhöhen zu bewirken, die den jeweiligen Tönen einer Tonleiter entsprechen, ist die vorliegende Erfindung darin wirksam, zusammengesetzte Stimmenwellenformen nachzubilden, die sich über die Einschwing- und stationären Abschnitte der Stimmen erstrecken, die im elektronischen Musikinstrument auswählbar sind. Die Erfindung umfaßt eine Einrichtung zum Speichern der oberen Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen, wobei die oberen Spektralfrequenzkomponenten die instabilen quasi-periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen sind, die Nichtharmonische zusammen mit einigen Harmonischen der Stimmen enthalten; eine Einrichtung zum Speichern der Grund- oder unteren Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen, wobei die unteren Spektralfrequenzkomponenten die stabilen periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen sind, die die Grundschwingung und eine signifikante Anzahl von Harmonischen der Stimmen enthalten; einer Einrichtung zur Erzeugung von Adressen, um selektiv das Lesen aus beiden Speichereinrichtungen entsprechend der selektiven Betätigung von Tasten- und Stopschaltern zu bewirken, um Noten und Töne der quasi-periodischen Komponentenwellenform und der periodischen Komponentenwellenform einer oder mehrerer ausgewählter Stimmen zu bewirken; und eine Einrichtung zum Umwandeln der Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der quasiperiodischen Komponente und der Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der periodischen Komponente der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen von der digitalen in die analoge Form, um die zusammengesetzte Stimmenwellenform der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen zu bilden.
Des weiteren sind vorzugsweise Einrichtungen vorgesehen, um die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform und auf die periodische Komponentenwellenform angewendeten Hüllkurvenwellenformen selektiv zu steuern. Ein erstes Verfahren bewirkt, daß die quasi-periodische Komponentenwellenform- Hüllkurve bei Beginn des Ertönens der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken. Ein zweites Verfahren bewirkt, daß die quasi-periodische Komponentenwellenform-Hüllkurve bei Beginn des Ertönens von einer oder mehreren ausgewählten Stimmen sofort einen vorbestimmten Wert erreicht und diesen Wert während der Einschwingübergangs- und stationären Abschnitte beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken. Ein drittes Verfahren bewirkt, daß die quasi-periodische Komponentenwellenform-Hüllkurve bei Beginn des Ertönens einer oder mehrerer ausgewählter Stimmen sofort einen vorbestimmten Wert erreicht und diesen Wert während der Einschwing- und Abklingübergangs- und stationären Abschnitte der ausgewählten Stimme beibehält, was es gestattet, beliebige natürliche Einschwingübergangs- und stationäre Eigenschaften der Wellenformhüllkurve nachzubilden. Für jedes der drei vorgenannten Verfahren zur Steuerung der quasi-periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve wird bewirkt, daß die periodische Komponentenwellenform-Hüllkurve bei Beginn des Ertönens der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken.
Eines der drei Verfahren zur Steuerung der Hüllkurvenwellenform wird während der Nachbildung und des Ertönens der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen angewendet.
Es sind auch vorzugsweise Einrichtungen zur selektiven Steuerung der Rückführung der quasi-periodischen Komponentenwellenform während der Nachbildung und des Ertönens der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Des weiteren können Einrichtungen vorgesehen sein, um eine oder mehrere Speichereinrichtungen für die quasi-periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Steuer- oder Stopschaltern selektiv freizugeben. Die Erfindung kann zum gleichzeitigen Ertönen einer oder mehrerer ausgewählter Stimmen verwendet werden, welche doch wenigstens eine ausgewählte Stimme bei selektiver Betätigung der Schalter zum Auswählen von Tönen und Stimmen ertönen läßt.
Es ist auch ein Verfahren zum Ableiten und Nachbilden von zusammengesetzten Stimmenwellenformen offenbart, die sich über die Übergangs- und stationären Abschnitte der Stimmen, in einem elektronsichen Musikinstrument oder einer elektronischen Orgel erstrecken, das eine größere Anzahl von selektiv betätigbaren Tastenschaltern als Tongeneratoren besitzt, um die Erzeugung vön Klängen entsprechend den ausgewählten Instrumentstimmen bei Tonhöhen zu bewirken, die den jeweiligen Tönen einer Tonleiter entsprechen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß die oberen Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen von den unteren Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen getrennt werden, wobei die oberen Spektralfrequenzkomponenten die instabilen quasi-periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen sind, die Nichtharmonische zusammen mit einigen Harmonischen der Stimmen enthalten; eine Einrichtung zum Speichern der quasi-periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen vorgesehen wird; eine Einrichtung zum Speichern der Grund- oder unteren Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen vorgesehen wird, wobei die unteren Spektralfrequenzkomponenten die Wellenformen der Stimmen mit stabiler periodischer Komponente sind, die die Grundschwingung und eine signifikante Anzahl von Harmonischen der Stimmen enthalten; eine Einrichtung zur Erzeugung von Adressen vorgesehen wird, um selektiv das Lesen der quasi-periodischen Komponentenwellenform und der periodischen Komponentenwellenform von einer oder mehreren ausgewählten Stimmen aus beiden Speichereinrichtungen gemäß der selektiven Betätigung von Tasten- und Stopschaltern zu bewirken, um Noten und Stimmen zu wählen; und die Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der quasi-periodischen Komponente und die Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der periodischen Komponente der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen von der digitalen in die analoge umgewandelt werden, um die zusammengesetzte Stimmenwellenform der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen zu bilden.
Das Verfahren umfaßt weiter vorzugsweise die Schritte, daß eine Einrichtung zur selektiven Steuerung der auf die quasi- periodischen Komponentenwellenform und die periodische Komponentenwellenform wie oben dargelegt angewendeten Hüllkurvenwellenformen vorgesehen wird. Außerdem umfaßt das Verfahren vorzugsweise weiter den Schritt, daß eine Einrichtung zur selektiven Steuerung der Rückführung der quasi-periodischen Komponentenwellenform während der Nachbildung und des Ertönens der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen vorgesehen wird. Des weiteren kann das Verfahren vorsehen, daß eine oder mehrere Speichereinrichtungen für die quasi- periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Steuer- oder Stopschaltern selektiv freigebeben wird. Ähnlich wie bei der Vorrichtung wird das Verfahren dazu verwendet, eine oder mehrere ausgewählte Stimmen gleichzeitig ertönen zu lassen, läßt aber auch wenigstens eine ausgewählte Stimme bei der Betätigung der Schalter zum Wählen von Tönen und Stimmen ertönen.
Zur Erläuterung der Erfindung werden nun eine Anzahl von Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung zu Beispielszwecken und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines elektronischen Musikinstruments ist, in dem eine Vorrichtung zur Nachbildung der zusammengesetzten Musiktöne gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Hüllkurvenwellenform für die Einschwing- und Abklingübergangsfunktionen und den stationären Zustand der "periodischen" Komponenten einer Orgelpfeife oder einer anderen Stimme in den zugeordneten Einschwing/Abkling-Prozessoren zur Nachbildung derartiger Stimmen gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3a, 3b und 3c grafische Darstellungen der Hüllenkurvenwellenformen für die Einschwing- und Abklingübergangsfunktionen und den stationären Zustand der "quasi-periodischen" Komponenten einer Orgelpfeife oder einer anderen Stimme in den zugeordneten Einschwing/Abkling-Prozessoren zur Nachbildung einer derartigen Stimme gemäß der vorliegenden Erfindung sind; und
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elektronischen Musikinstruments ist, in dem eine Vorrichtung zur Nachbildung der zusammengesetzten Musiktöne gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der zusammengesetzten Digitalorgel werden die periodischen "Grund"-Komponenten der Töne unter Verwendung der Standard-Digitalorgel und ihrer Verbesserungen, d.h. der '755-Woron und '403- Whitefield-Patente erzeugt. Es werden die starken Stellen der Standard-Digitalorgel voll genutzt; räumliche Trennung, Frequenztrennung und Tonänderung gemäß Tastaturbereich. Da die "Grund"-Komponenten ohne weitere Verstärkung musikalisch verwendbar sind, ist ein Vorteil dahingehend vorhanden, daß sie getrennt erzeugt werden, daß eine weitere Verstärkung, obwohl ästhetisch sehr wichtig, selektiv ausgeschaltet werden kann, wodurch zur für den Spieler verfügbaren Tonvielfalt wirtschaftlich beigetragen wird.
Um die ästhetisch erwünschte Synthese der Orgeltöne zu vervollständigen, ist es erforderlich, die "Grund"-Komponenten zu verstärken. Diese Verstärkung bringt die Erzeugung der quasi-periodischen "instabilen" Frequenzkomponenten mit sich, die den periodischen "Grund"-Komponenten jeweils zugeordnet sind. Die quasi-periodischen "instabilen" Frequenzkomponenten werden unter der Verwendung der verbesserten Digitalorgel-Techniken des '361-Viitanen/Whitefield-Patents erzeugt. Da wir uns jedoch lediglich mit einer Komponente des Tons, d.h. mit den abgetrennten "instabilen" Frequenzkomponenten, befassen, hat es sich herausgestellt, daß verschiedene, nicht offensichtliche Freiheiten gestattet werden können, was zu einer wesentlichen Komponentenreduktion und Kosteneinsparungen im Vergleich zur Verwendung allein der Viitanen/Whitefield-Technik zur Erzeugung der Töne führt.
Es hat sich herausgestellt, daß es bei der Befassung mit vom Tastaturbereich abhängigen Tonvariation nicht erforderlich ist, die "instabilen" Frequenzkomponenten abhängig von einem Tastaturbereich zu ändern. Mit anderen Worten, es ist herausgefunden worden, daß bei gegebener zusammengesetzter Digitalorgel-Anordnung selbst das diskriminierende Ohr gut zufriedengestellt ist, solange sich die periodische "Grund"- Komponente zweckmäßig von Tastaturbereich zu Tastaturbereich ändert und eine einzige, geeignet ausgewählte, "typische", quasi-periodische "instabile" Frequenzkomponente vorhanden ist, die zusammen mit und zusätzlich zu der vom Tastaturbereich abhängigen periodischen "Grund"-Komponente erzeugt wird. Somit wird eine große Einsparung dahingehend verwirklicht, daß nur ein Speicherelement für die speicherintensive quasi-periodische Komponente in Verbindung mit mehreren Speicherelementen für die speicherwirksame periodische Komponente benötigt wird. Der sich aus der Kombination der periodischen und quasi-periodischen Komponenten ergebende Ton hat sich als ästhetisch wünschenswert herausgestellt.
Ein weiterer Vorteil der zusammengesetzten Digitalorgel besteht darin, daß eine einzige, geeignet ausgewählte, "typische", quasi-periodische, "instabile" Frequenzkomponente für zwei oder mehr periodische "Grund"-Komponenten dienen kann, was zur wirksamen Erzeugung von zwei oder mehr ästhetisch erwünschten vollständigen Tönen führt. Es werden Speicher- und damit verbundene Logikkreise und die damit im Zusammenhang stehenden Kosten dieser Komponenten eingespart.
Das Ohr nimmt wahr, daß es eine vollständige Frequenztrennung gibt, in dem es der Frequenztrennung zwischen den "Grund"-Komponenten "zuhört". Somit kann eine Frequenztrennung ausgeführt werden, indem lediglich die zwei oder mehr "Grund" -Komponenten getrennt werden. Die einzelne quasi- periodische Komponente ist vollständig ausreichend, die benötigte "instabile" interessierende Essenz zu jedem Ton getrennt oder in Kombination hinzuzufügen.
Weitere Anordnungen der zusammengesetzten Digitalorgel sind ausführbar. Beispielsweise können sich zwei quasi-periodische Komponenten, die eine getrennte Rückführlogik aufweisen könnten, dieselbe Rückführlogik teilen. Diese beiden quasi- periodischen Komponenten können dann zwei periodischen "Grund"-Komponenten zugeordnet sein, ob die "Grund"-Komponenten frequenzgeteilt sind oder nicht. In diesem Fall gibt es eine weitere Komponenten- und Kostenreduktion durch das Teilen der Rückführ-Hardware.
Des weiteren können eine oder mehrere quasi-periodische Komponenten selektiv zur zusammengesetzten Wellenform der ausgewählten Stimmen oder Töne hinzugefügt oder davon zurückgehalten werden. Dieses alternative Ausführungsbeispiel wird später im einzelnen beschrieben.
Die Wirksamkeit der durch die Erfindung gelehrten Methodologie ist in der Form verschiedener Modelle erfolgreich demonstriert worden, die gebaut und ausgewertet worden sind. Die Auswertungen haben gezeigt, daß die zusammengesetzte Digitalorgel tatsächlich die Erzeugung von ästhetisch erwünschten Orgeltönen unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Komponenten und mit einem bislang unerreichbaren Kostenwirkungsgrad unter Verwendung bekannter Kompontenkonfigurationen erlaubt.
Es sind viele Variationen der zusammengesetzten Orgel möglich. Dies ist außerordentlich erwünscht deshalb, weil es einen Bereich von Orgelmodellen mit sich ändernder Kompliziertheit gestattet. Obwohl viele unterschiedliche Konfigurationen in der Praxis gefunden werden können, wird die in Fig. 1 gezeigte veranschaulichende Konfiguration dazu verwendet, die verschiedenen neuartigen Merkmale der Erfindung zu beschreiben.
Indem nun im einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist in Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Musikinstruments gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein elektronisches Musikinstrument oder ein digitales elektronisches Musikinstrument, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann und das verwendet wird, ist im einzelnen in unseren US-Patenten Nr. 3 515 792, 3 610 799, 3 639 913 und 4 502 361 beschrieben. Außerdem sind bestimmte Elemente der vorliegenden Erfindung mehr im einzelnen in unseren US-Patenten 3 610 805, 4 184 403 und 4 352 312 beschrieben.
In Fig. 1, die ein Beispiel einer Konfiguration für ein zusammengesetztes digitales elektronisches Musikinstrument oder eine Orgel 10 ist, ist eine Tongeneratorsteuerung 12 gezeigt, die Eingangssignale von den Tasten oder Tastenschaltern 14 des elektronischen Musikinstruments in der Form von Aktivierungs- und Deaktivierungsinformation empfängt. Die Funktion der Tongeneratorsteuerung 12 ist die Überwachung und Steuerung der Aktivität der Tongeneratoren (oder Tongeneratorkanäle) basierend auf dem Aktivierungs-Deaktivierungsstatus der Tasten oder Tastaturschalter 14. Verfahren zur Ausführung der Tongeneratorsteuerung in digitalen elektronischen Musikinstrumenten sind gut bekannt. Es kann auf das US-Patent 4 502 361 (Viitanen/Whitefield) Bezug genommen werden, wo ein Frequenzsynthesizer, Tastenzuordner und Tasten-Unten-Rücksetzgenerator dazu verwendet werden, dieselben Funktionen wie die Tongeneratorsteuerung 12 der vorliegenden Erfindung auszuführen. Die zusammengesetzte digitale elektronische Orgel der vorliegenden Erfindung besteht jedoch aus einer Kombination von periodischen Ton- Grundgeneratoren (wie in den Deutsch- und Watson-Patenten beschrieben) und aus verbesserten quasi-periodischen Tongeneratoren (wie im Viitanen/Whitefield-Patent beschrieben). Die Tongeneratorsteuerung 12 wird von beiden Generatorarten geteilt. Die Steuerung des Tongenerators vom quasi-periodischen Typ ist im '361-Viitanen/Whitefield-Patent im einzelnen beschrieben. Ein repräsentatives Verfahren zur Steuerung des periodischen Grundtyps für einen Tongenerator ist in dem '799-Watson-Patent, dem '403-Whitefield-Patent und/oder dem '312-Whitefield/Woron-Patent beschrieben.
Bevor die Erläuterung der physikalischen Elemente der vorliegenden Erfindung fortgesetzt wird, wird es als notwendig erachtet, die Ableitung der periodischen und quasi-periodischen Komponenten der Orgelpfeifen- oder anderer Stimmenwellenformen zu erörtern. Der durch eine Orgelpfeife oder ein anderes Musikinstrument erzeugte tatsächliche Klang wird unter Verwendung eines Recorders elektronisch aufgezeichnet, der das gesamte Frequenzspektrum des Instruments genau aufzeichnen kann. Der Recorder benötigt eine Bandbreite, die bei etwa 50 Hz beginnt und sich bis zu etwa 22000 Hz erstreckt. Es wird eine Aufzeichnung des gesamten Instrumentklangs, des Einschwingsübergangs-, des stationären Zustands- und des Abklingübergangsabschnittes ausgeführt. Von daher wird die gesamte Luftsäulenbewegung, die den Klang erzeugt, im Fall einer Pfeifenstimme aufgezeichnet, mit ähnlichen Ergebnissen für andere akustische und nicht-akustische Instrumente.
Die gesamte Aufzeichnung wird abgetastet, wobei die sich ergebende abgetastete Wellenform durch ein digitales Hochpaßfilter durchgeführt wird. Das digitale Hochpaßfilter trennt die Grund- oder niedrigeren Spektralfrequenzkomponenten, die Grund- und eine wesentliche Anzahl der signifikanten Harmonischen der Pfeifenstimme oder einer anderen Instrumentstimme von den oberen Spektralfrequenzkomponenten. Die sich ergebende Wellenform der oberen Spektralfrequenzkomponenten enthält die "instabilen" oder nichtharmonischen Frequenzkomponenten der speziellen Instrument- oder Pfeifenstimme, wobei die instabilen Frequenzkomponenten die quasi-periodische Wellenformkomponente der Pfeifenstimme oder einer anderen Instrumentstimme sind. Die oberen Spektral- oder instabilen Frequenzkomponenten der Pfeifenstimme oder einer anderen Instrumentstimme können jedoch einige der Harmonischen der Stimme enthalten. Die abgetastete quasi-periodische Wellenform wird dann zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung aufbewahrt. Es sei festgestellt, daß das Obenstehende lediglich ein Weg zur Ableitung der zweckmäßigen Komponenten zur Verwendung bei der zusammengesetzten digitalen Orgel sind. Es wären beliebige Wege zur Trennung der instabilen Frequenzkomponenten von den stabilen Grundfrequenzkomponenten einer Stimme geeignet, die jetzt bekannt oder entwickelt und/oder in der Zukunft entdeckt werden.
Indem nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen wird, kann eine Erläuterung des quasi-periodischen Generatorabschnittes der zusammengesetzten Orgel unter Bezugnahme auf das '361- Viitanen/Whitefield-Patent gegeben werden, indem die Funktionen und Wechselbeziehungen der verschiedenen Elemente dieses Patents zu ähnlich funktionierenden Elementen der vorliegenden Erfindung in Beziehung gebracht werden. In einigen Beispielen werden verschiedene Elemente des '361- Patents zusammengruppiert, wobei sie bei der vorliegenden Erfindung ein einziges Element bilden. Im '361-Patent kann eine detaillierte Erläuterung der Funktion jedes der erwähnten Elemente gefunden werden. Wie vorher festgestellt worden ist, enthält die Tongeneratorsteuerung 12 einen Frequenzsynthesizer, einen Tastenzuordner und einen Tasten-Unten- Rücksetzgenerator. Die Tongeneratorsteuerung 12 sieht die Frequenzzahl bzw. Frequenz-Tonsteuerungsimpulsausgangssignale (Frequenz Nr. 1 und 2 und FGAT 1 und 2) vor. Diese Signale liefern die benötigte Eingangsinformation an die Stimmenmusteradreßgeneratoren 1 und 2. Die Stimmenmusteradreßgeneratoren 1, 2 haben Funktionen ähnlich wie der Tongenerator des '361-Patents. Im '403-Whitefield-Patent und im früheren Deutsch- und Watson-Patent kann zusätzliche Information betreffend die Konfiguration der Stimmenmusteradreßgeneratoren 1, 2 gefunden werden. Jeder der Stimmenmusteradreßgeneratoren erzeugt eine Stimmenmusteradresse VSA, die als Teil der Adresse der Wellenformspeicher 1 und 2 für die periodische Stimmenkomponente und des Wellenformspeichers 16 für die quasi-periodische Stimmenkomponente angewendet wird, wie anschließend ausführlicher beschrieben wird.
Das signifikanteste Bit der Stimmenmusteradresse MSB/VSA wird auf den Stimmen-"Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerator 18 gegeben. Der Stimmen-"Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerator 18 führt Funktionen ähnlich dem Stimmenperiodenadreßgenerator, dem Pseudozufallsgenerator und der Rückführungssteuerung im '361-Patent aus. Es kann für eine detaillierte Erläuterung der Wechselbeziehungen und Arbeitsweisen dieser Elemente auf das '361-Patent Bezug genommen werden. Der Stimmen-"Perioden"-Steuerungs und Adreßgenerator 18 empfängt von der Tongeneratorsteuerung 12 das Steuersignal Tasten-Unten-Rücksetzen KDR. KDR zeigt die Betätigung oder das Herunterdrücken eines der Tastenschalter 14 an, was bewirkt, daß die Ausgänge des Stimmen-"Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerators 18 in einen "0"-Zustand zurückgesetzt werden. Der Stimmen-"Perioden"-Steuerungs und Adreßgenerator 18 beginnt zu zählen oder mit einer Geschwindigkeit proportional zur durch den Stimmenmusteradreßgenerator empfangenen Frequenzzahl fortzuschreiten, wie sie dem Generator 18 durch die MSB/VSA-Signalleitung übergeben wird. Somit wird die Rückführung der quasi-periodischen Komponente durch den Generator 18 wirksam gesteuert.
Der Einschwing/Abkling-Prozessor 20 führt Funktionen ähnlich dem Einschwing/Abkling-Prozessor des '361-Patents aus und es kann auf dieses Patent für eine detaillierte Erläuterung der Arbeitsweisen des Einschwing/Abkling-Prozessors Bezug genommen werden. Wie beim '361-Patent wird der Einschwing/Abkling-Prozessor 20 mit einer einzigen Geschwindigkeitsquelle, dem Abkling-Taktgeber, versorgt. So ist es gestattet, bei der Detektion des Beginns eines Tons auf volle Tonleiter zu gehen, wobei der Abkling-Taktgeber die für den Ton benötigte Abklinglänge anzeigt. Der Beginn des Tons wird durch die A/D-Steuersignale, die ATK- und TLRP-Signale, angezeigt, die im '361-Patent beschrieben sind.
Wobei nun auf Fig. 3a, 3b und 3c Bezug genommen wird, zeigt Fig. 3a zeigt die vollständige künstliche Steuerung der Hüllkurvenwellenform, die auf die quasi-periodischen Komponenten der ausgewählten Stimme, ein allmählich ansteigendes Einschwingen, einen ziemlich konstanten stabilen Zustand und ein allmählich abnehmendes Abklingen angewendet wird. Fig. 3b zeigt den sofortigen Vollskalenwert bei Beginn des Tons, was eine lediglich teilweise Steuerung der quasi- periodischen Komponenten der ausgewählten Stimme anzeigt. Es wird der quasi-periodischen Stimmenkomponente gestattet zu zeigen, was auch immer natürliche Hüllkurveneigenschaften für die Einschwingübergangsfunktion und dem stationären Zustand zur Zeit der Aufzeichnung des Tons vorhanden waren, wobei die künstliche Hüllkurve den stationären Zustand allmählich vermindert, um dessen Abklingstufe zu erzeugen.
Fig. 3c zeigt das vollständige Fehlen einer künstlichen Steuerung der Hüllkurvenwellenform. Die quasi-periodischen Komponenten der ausgewählten Stimme können zeigen, was auch immer für natürliche Übergangs- und stationäre Zustandseingenschaften zur Zeit dar Aufzeichnung vorhanden waren. Von daher ist die Hüllkurveninformation vollständig in der quasi-periodischen Komponentenwellenform enthalten. Diese drei Beispiele für eine Hüllkurvenwellenformsteuerung schließen andere nicht aus und sind lediglich als Beispiele für eine Einrichtung zur Steuerung der Hüllkurvenwellenformen gegeben.
Wobei nun auf Fig. 1 Bezug genommen wird, übt der Einschwing/Abkling-Prozessor 20 eine teilweise künstliche Steuerung über die Hüllkurvenwellenform bei der Steuerung des Digital/Analog-Umsetzers aus, der dem Wellenformspeicher 16 für die quasi-periodische-Stimmenkomponente, DAC-QPVC, zugeordnet ist. Dieser Steuerungsmechanismus wird im folgenden vollständiger beschrieben.
Der Stimmen-"Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerator 18 erzeugt ein Ausgangssignal, die Stimmenperiodenadresse VPA, die als weiterer Teil der Adresse zusammen mit dem VSA auf den Wellenformspeicher 16 für die quasi-periodische Stimmenkomponente gegeben wird. Der Endabschnitt der Adresse für den Wellenformspeicher 16 für die quasi-periodische Stimmenkomponente ist das QPVC-Wählsignal, das von der Stimmenwahlsteuerung 22 ausgeht. Die Stimmenwahlsteuerung 22 empfängt Information von den Stop-Tab-Schaltern 24, die die Wahl des Spielers oder Auswahl von Tönen oder Stimmen anzeigt, die er oder sie wünscht, und Zeitsteuerungs- und Synchronisationssignale von der Tongeneratorsteuerung 12. Die Zeitsteuerungs- und Synchronisationssignale gestatten die Synchronisation betätigter Tasten mit den gewünschten Stimmen für die sich ergebenden Töne im gemultiplexten Format einer beschränkten Anzahl von Tongenerator und Tongeneratorkanälen, die in der Zahl kleiner als die Zahl von Tasten und Stop- Tabs sind. Die Zeitsteuerungs- und Synchronisationstechniken sind in den frühen Patenten vollständiger beschrieben, die sich auf elektronische Musikinstrumente beziehen, bei denen eine digitale Technologie zur Nachbildung von Tönen verwendet wird, z.B. in den Patenten von Deutsch und Watson. Es sei festgestellt, daß bestimmte elementare Zeitsteuerungssignale wie ein Haupttaktgeber MCLK und Multiplexsynchronisationszeitsteuerungen BT, die in einigen unserer früheren Patente angegeben worden sind, hier fortgelassen sind, da sie als gut bekannt und als Standard für die heutzutage hergestellten elektronischen Musikinstrumente angesehen werden. Diese Signale werden jedoch für die Arbeitsweise der die vorliegende Erfindung bildenden Kreise benötigt und werden als ausreichend gut bekannt und von Elektronikingenieuren, die Schaltkreise im Digitalbereich entwickeln, als verstanden angesehen, so daß eine weitere Erläuterung hier als für die vorliegende Beschreibung nicht erforderlich angesehen wird.
Die Stimmenwahlsteuerung 22 empfängt Information von den Stop-Tabs oder Schaltern 24 gemäß den Zeitsteuerungs- und Synchronisationssignalen und liefert dem Wellenformspeicher 16 für die quasi-periodische Stimmenkomponente das QPVC- Wählsignal. Das QPVC-Wählsignal zeigt die spezielle quasi- periodische Stimmenwellenform an, von der erwünscht ist, daß sie aus dem Speicher 16 zur betreffenden Zeit gemäß der Gesamtzeitsteuerung des elektronischen Musikinstruments sequentiell ausgelesen wird.
Die Stimmenwahlsteuerung 22 liefert auch den Wellenformspeichern 1, 2 für die periodische Stimmenkomponente das PVC- Wählsignal. Auf ähnliche Weise wie beim Wellenformspeicher 16 für die quasi-periodische Stimmenkomponente sprechen die Wellenformspeicher 1, 2 für die periodische Stimme auf das PVC-Wählsignal sequentiell an, um die ausgewählte Stimme entsprechend der Gesamtzeitsteuerung des elektronischen Musikinstrumentes auszulesen.
Die Wellenformspeicher 1, 2 für die periodische Stimme enthalten die Stimmenwellenforminformation von mehreren unterschiedlichen Stimmen. Auf diese Wellenforminformation wird zugegriffen und sie wird entsprechend den Adreßleitungseingangssignalen aus dem Speicher sequentiell gelesen, die von der Stimmenwahlsteuerung 22 (PVC-Wahl), dem entsprechenden Stimmenmusteradreßgenerator 1 oder 2 (VSA) und der Tongeneratorsteuerung (Tastaturbereich-Wahl) empfangen worden sind. Das PVC-Wahlsignal zeigt die spezielle Stimme(n) oder Ton (Töne) an, die gespielt werden sollen. Das Tastaturbereich-Wahlsignal zeigt an, welche der verschiedenen, im Zusammenhang stehenden Stimmenwellenformen für jeden von verschiedenen unterschiedlichen Tastaturbereichen ausgewählt werden soll. Die Auswahl hängt von dem Tastaturbereich ab, in dem sich die betätigte oder heruntergedrückte Taste befindet. Durch die Tongeneratorsteuerung 12 wird ein Zahlencode erzeugt, der anzeigt, in welchem Tastaturbereich die betätigte oder heruntergedrückte Taste liegt. Die Kombination des PVC-Wahlsignals und des Tastaturbereich-Wahlsignals greift dann auf die spezielle Stimmenwellenformstelle in den Wellenformspeichern 1, 2 für die periodische Stimmenkomponente zu. Das VSA-Signal bewirkt dann, daß jeder der Speicher 1, 2 die spezielle Wellenforminformation bei der zweckmäßigen Frequenz sequentiell ausliest, die mit der Tonhöhe der betätigten oder heruntergedrückten Taste im Zusammenhang steht, die durch die auf den Stimmenmusteradreßgenerator gegebene Frequenzzahl angezeigt ist.
Der Wellenformgenerator 16 für die quasi-periodische Komponente arbeitet auf ähnliche Weise. Der Wellenformspeicher 16 für die quasi-periodische Wellenformkomponente enthält die quasi-periodische Wellenforminformation, die besonderen Stimmen oder Tönen zugeordnet ist, die entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren erhalten werden. Die Stimmenwahlsteuerung 22 durch das QPVC-Wahlsignal zeigt die besondere quasi-periodische Komponente entsprechend den gewünschten Stimmen zu Tönen, ausgewählt durch den Spieler. Die Stimmenperiodenadresse VPA und die Stimmenmusteradresse VSA bewirken dann in Kombination, daß der Speicher 16 die gespeicherten Muster der besonderen quasi-periodischen Stimmenkomponente ausliest, die den ausgewählten Stimmen oder Tönen während der Übergangs- und stationären Zustandsabschnitts des Tons bei der geeigneten Frequenz zugeordnet sind, die in Beziehung zu der Tonhöhe der betätigten oder heruntergedrückten Taste steht.
Die numerische Darstellung der am Ausgang des Speichers 16 auftretenden Wellenform für die quasi-periodische Stimmenkomponente wird auf den DAC-QPVC-Eingang gegeben. Diese DAC- Funktion ist in ähnlicher Weise wie die Zwei-Stufen-DAC im '361-Patent. Die erste Stufe der DAC-QPVC nimmt die Rohdaten aus dem Speicher 16 an und wandelt diese Daten in eine Spannung um, deren relative Amplitude durch das Ausgangssignal des Einschwing/Abkling-Prozessors 20 gesteuert wird, der die Hüllkurvencharkteristik der quasi-periodischen Stimmenkomponente liefert. Die umgewandelte Wellenform für die quasi- periodischen Stimmenkomponente wird zusammen mit dem Ausgangssignal von DAC-PVC 1 auf einen Summierpunkt gegeben, um als Eingangssignal zum Tonfrequenzverstärker 26 zu dienen, der einen Teil des Tonkanals 1 bildet.
Die numerische Darstellung der Wellenformspeicher 1, 2 für die periodische Stimmenkomponente, die an deren Ausgängen auftritt, wird auf die Eingänge von DAC-PVC 1 und 2 gegeben. Diese DAC's arbeiten auf dieselbe Weise wie das Addierglied, der Einschwing/Abkling-Impulsfrequenzteiler und der Digital/Analog-Umsetzer im '403-Patent. Der Einschwing/Abkling-Prozessor 28 liefert die Skalierfaktoren, Spannungspegel für die DAC-PVC 1, 2. Der Einschwing-Abkling-Prozessor 28 empfängt die identischen A/D-Steuereingangsdatensignale ATK und CLRP wie der Einschwing/Abkling-Prozessor 20. In diesem Fall hat jedoch der Prozessor 28 eine etwas verschiedene Konfiguration von dem Prozessor 20. Der Einschwing/Abkling-Prozessor 28 besteht aus einem Einschwing/Abkling-Zähler, einer einstellbaren oder festen Einschwing/Abkling-Geschwindigkeitsquelle (Einschwing/Abkling- Taktgeber) und einer Zählerlöscheinrichtung, die auf die A/D-Steuersignale ATK und CRLP ansprechend ist. Die erzeugten Zähleradressen werden in Hüllkurvenamplituden-Skalierfaktoren umgewandelt, die den ausgewählten Stimmen zugeordnet sind und auf den Einschwing/Abkling-Impulsfrequenzteiler sämtlich entsprechend der detaillierten Beschreibung davon im '403-Patent gegeben werden. Von daher liefert der Einschwing/Abkling-Prozessor 28 über den DAC-PVC 1 und 2 eine Hüllkurvensteuerung bei der Verarbeitung und Umwandlung der Rohwellenforminformation, die an den entsprechenden Ausgängen der Wellenformspeicher 1, 2 für die periodische Stimmenkomponente auftritt. Es kann auf Fig. 2 Bezug genommen werden, um die Hüllkurve zu zeigen, die dem Einschwingen, stationären Zustand und Abklingen einer periodischen Stimmenkomponente der ausgewählten Stimmen oder Töne zugeordnet ist. Es ist gestattet, daß die periodische Stimmenkomponente während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich in der Amplitude zunimmt, während des stationären Zustandsabschnittes auf einem festen Pegel gehalten wird und während des Abklingabschnittes allmählich abnimmt.
Die umgewandelte Wellenform für die periodische Stimmenkomponente aus dem DAC-PVC 1 wird zusammen mit dem Ausgangssignal von DAC-QPVC auf einen Summierpunkt gegeben, um für den Tonfrequenzverstärker 26 als Eingangssignal zu dienen, der einen Teil des Tonkanals 1 bildet. Die umgewandelte Wellenform für die periodische Stimmenkomponente aus dem DAC- PVC 2 wird auf den Eingang des Tonfrequenzverstärkers 30 gegeben, der einen Teil des Tonkanals 2 bildet. Ein alternatives oder äquivalentes Verfahren zur Summierung der Ausgangssignale des Wellenformspeichers für die periodische Stimmenkomponente mit dem Wellenformspeicher für die quasi-periodische Stimmenkomponente bestünde darin, diese Ausgangssignale auf ein digitales Addierglied zur Summierung der numerischen Darstellung der Wellenformen jedes der Speicher zu geben, bevor die summierte digitale Darstellung der zusammengesetzten Stimmenwellenform im Digital-Analog-Umsetzer in eine analoge Spannung umgewandelt wird. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers würde direkt auf einen Tonkanal ohne das Erfordernis einer Zwischensummiereinrichtung gegeben.
Jeder der Tonkanäle 1, 2 besteht aus einer Anordnung von einem oder mehreren akustischen Lautsprechern zusätzlich zu den Verstärkern 26, 30. Jeder der Tongeneratoren für die periodische Stimmenkomponente umfaßt jeweils einen Stimmenmusteradreßgenerator, einen Wellenformspeicher für die periodische Stimmenkomponente und einen Digital-Analog-Umsetzer mit zugeordneter Steuerschaltungsanordnung zur Erzeugung von Tönen in separaten Tonkanälen, um die benötigte räumliche Trennung zu erzielen. Eine Frequenztrennung wird erzielt, indem verschiedene Frequenzzahlen zu den entsprechenden Stimmenmusteradreßgeneratoren geliefert werden. Der Einschwing/Abkling-Prozessor 28 wird durch beide periodische Tongrundgeneratoren geteilt. Dies beruht darauf, daß es häufig ästhetisch annehmbar ist, dieselben Einschwing- und Abklingeigenschaften für verschiedene grundlegende periodische Tongeneratoren zu verwenden, selbst wenn die harmonischen Strukturen der durch die verschiedenen Generatoren erzeugten Stimmen unterschiedlich sind. Wenn die Ästhetik getrennt Einschwing- und Abklingeigenschaften für jeden Generator verlangt, dann müßte ein separater Einschwing/Abkling- Prozessor 28 für jeden Generator vorgesehen werden.
Der Tonkanal 1 enthält die periodischen Stimmenkomponenten und auch die quasi-periodischen Stimmenkomponenten des Tons. Der Tonkanal 2 enthält lediglich die periodischen Stimmenkomponenten des Tons. Die quasi-periodischen Stimmenkomponenten können auch in weitere Tonerzeugungskanäle addiert werden, ohne die Frequenz oder räumliche Trennung zu zerstören. Dies zeigt, daß die quasi-periodischen Stimmenkomponenten zusammen mit verschiedenen unterschiedlichen Tönen geteilt werden können, wobei eine Einsparung von Speicherelementen und damit verbundenen Kosten herbeigeführt wird.
Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird eine Elementekonfiguration ähnlich derjenigen verwendet, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Ein Stimmen-"Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerator 118 empfängt die identischen Signale KDR und MSB/VSA, wie zuvor beschrieben, wobei jedes dieselbe Wirkung auf die Funktion des Elements 118 hat. Ein Einschwing/Abkling-Prozessor 120 empfängt die identischen Signale, Abkling-CLK und A/D-Steuerung, und arbeitet auf die zuvor beschriebene Weise. Das Ausgangssignal des Stimmen-"Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerators 118, VPA, wird auf jeden der beiden Wellenformspeicher 116a und 116b für die quasi-periodische Stimmenkomponente gegeben. Die anderen Adreßleitungen zu den Speichern 116a, 116b sind VSA vom Stimmenmusteradreßgenerator 1 und QPVC-Wahl von der Stimmenwahlsteuerung 22. Jeder der beiden Speicher 116a, 116b enthält quasi-periodische Stimmenkomponenteninformation, die speziellen Stimmen oder Tönen zugeordnet ist und wie folgt wirksam ist.
Die Stimmenwahlsteuerung 22 zeigt über das QPVC-Wahlsignal die spezielle quasi-periodische Komponente, die der (den) gewünschten Stimme(n) oder Ton (Tönen) entspricht, die durch den Spieler durch Betätigung der Stop-Tabs oder -schalter 24 ausgewählt worden sind. Somit gibt die QPVC-Wahl einen oder beide Speicher 116a, 116b frei. Die Stimmenperiodenadresse VPA und die Stimmenmusteradresse VSA bewirken dann in Kombination, daß die Speicher 116a, 116b die gespeicherten Muster der speziellen quasi-periodischen Stimmenkomponente auslesen, die der (den) ausgewählten Stimme(n) oder Ton (Tönen) zugeordnet ist, während der Übergangs- und stationären Zustandsabschnitte des nachgebildeten Tons bei der zweckmäßigen Frequenz oder Tonhöhe des betätigten oder heruntergedrückten Tasterschalters oder Schaltern 14.
Die numerische Darstellung der quasi-periodischen Stimmenkomponentenwellenform, die am Ausgang der Speicher 116a, 116b auftritt, wird auf die Eingänge zu DAC-QPVC 1 bzw. 2 gegeben. Die DAC's sind auf ähnliche Weise wie der oben beschriebene DAC-QPVC und der Zwei-Stufen-DAC beim '361-Patent wirksam. Die erste Stufe der DAC-QPVC's 1 und 2 nimmt die Rohdaten von den Speichern 116a, 116b an und wandelt die Daten in eine Spannung um, deren relative Amplitude durch das Ausgangssignal des Einschwing/Abkling-Prozessors 120 gesteuert wird. Die umgewandelten quasi-periodischen Stimmenkomponentenwellenformen beider DAC-QPVC's 1 und 2 werden zusammen mit dem Ausgangssignal eines DAC-PVC's auf einen Summierpunkt gegeben, um auf den Eingang eines Tonsignals, z.B. des Tonsignals 1, gegeben zu werden. Somit können einer oder mehrere Speicher, die quasi-periodische Stimmenkomponenteninformation enthalten, auf einem einzigen Tonsignal addiert werden, der dem digitalen elektronischen Musikinstrument der vorliegenden Erfindung zugeorndet ist, um die zusätzlichen quasi-periodischen Stimmenkomponenten für den Konstrukteur des elektronischen Musikinstruments verfügbar zu machen. Außerdem wird eine Einsparung an Hardware durch das Teilen der Rückführungslogik des Stimmen- "Perioden"-Steuerungs- und Adreßgenerators 118 mit zwei Wellenformspeichern für die quasi-periodische Stimmenkomponente, d.h. 116a und 116b, erreicht.
Es ist bestimmt worden, daß die "instabilen" oder quasi- periodischen Komponenten der Töne einander im wesentlichen gleich sind. Von daher kann eine einzige quasi-periodische Stimmenkomponente mit verschiedenen unterschiedlichen Tönen, die verschiedene Tonhöhen aufweisen, ohne Verlust der gewünschten ästhetischen, wirklichkeitsgetreuen Darstellung der Nachbildung des Instrumentenklangs verwendet werden. Die Anwendung der quasi-periodischen Stimmenkomponente beim Beginn des Tons erzeugt den ästhetisch gewünschten "Chiff" und musikalisch interessierenden Ton während des Einschwingübergangsabschnittes der Stimme. Die Rückführung der quasi- periodischen Stimmenkomponente sieht die wirklichkeitsgetreue Darstellung der Luftsäulenbewegung in einer Pfeife oder einem anderen akustischen oder nicht-akustischen Instrument und eine realistischere Tonänderung während des stationären Zustandsabschnittes der Stimme vor. Somit veranlassen die Trennung der quasi-periodischen Stimmenkomponente von der Gesamtwellenform des Tons und ihre Wiedereinführung zu geeigneten Zeiten und in zweckmäßigen Stärken in die Gesamtnachbildung des gewünschten Tons, daß der so lange durch Konstrukteure von elektronischen Musikinstrumenten gesuchte ästhetisch realistische Klang erzielt wird.

Claims

1. Verfahren zum Ableiten und Nachbilden von zusammengesetzten Stimmenwellenformen, die sich über die Übergangs- und stationären Abschnitte der Stimmen erstrecken, in einem elektronischen Musikinstrument, das eine größere Anzahl von selektiv betätigbaren Tastenschaltern als Tongeneratoren besitzt, um die Erzeugung von Klängen entsprechend den ausgewählten Instrumentstimmen bei den Tonhöhen zu bewirken, die den jeweiligen Tönen einer Tonleiter entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte umfassen:

- daß die oberen Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen von den unteren Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen getrennt werden, wobei die oberen Spektralfrequenzkomponenten die instabilen quasi-periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen sind, die Nichtharmonische zusammen mit einigen Harmonischen der Stimmen enthalten;

- daß eine Einrichtung zum Speichern der Wellenformen der Stimmen mit quasi-periodischer Komponente vorgesehen wird;

- daß eine Einrichtung zum Speichern der unteren Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen vorgesehen wird, wobei die unteren Spektralfrequenzkomponenten die Wellenformen der Stimmen mit stabiler periodischer Komponente sind, die die Grundschwingung und eine signifikante Anzahl von Harmonischen der Stimmen enthalten;

- daß eine Einrichtung zur Erzeugung von Adressen vorgesehen wird, um selektiv das Lesen aus der Speichereinrichtung für die quasi-periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Tasten- und Stopschaltern zu bewirken, um Noten und Stimmen der quasi-periodischen Komponentenwellenform zu wählen;

- daß eine Einrichtung zur Erzeugung von Adressen vorgesehen wird, um das Lesen aus der Speichereinrichtung für die periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Tasten- und Stopschaltern selektiv zu bewirken, um Noten und Stimmen der periodischen Komponentenwellenform von einer oder mehreren ausgewählten Stimmen zu wählen; und

- daß die Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der quasi-periodischen Komponente und die Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der periodischen Komponente der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen von der digitalen in die analoge Form umgewandelt werden, um die zusammengesetzte Stimmenwellenform der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt, daß eine künstliche Steuerung der periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve vorgesehen wird und eine künstliche Steuerung der quasi-periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve selektiv vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend die Schritte, daß eine Einrichtung zur vollständigen künstlichen Steuerung der Hüllkurven der quasi-periodischen Komponentenwellenform und der periodischen Komponentenwellenform vorgesehen wird, indem bei Beginn des Ertönens der ausgewählten Stimme die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und allmählich im Wert abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken, und die auf die periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und allmählich im Wert abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme zu bewirken.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend die Schritte, daß eine Einrichtung zur teilweisen künstlichen Steuerung der Hüllkurve der quasi-periodischen Komponentenwellenform und der vollständigen künstlichen Steuerung der Hüllkurve der periodischen Komponentenwellenform vorgesehen wird, indem bei Beginn des Ertönens der ausgewählten Stimme die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform sofort einen vorbestimmten Wert erreicht und diesen Wert während der Einschwingübergangs- und stationären Abschnitte beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken, was es gestattet, beliebige natürliche Einschwingübergangs- und stationäre Eigenschaften der quasi-periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve nachzubilden, und die auf die periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform allmählich auf einen vorbestimmten Wert während des Einschwingübergangsabschnittes zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und allmählich im Wert abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme zu bewirken.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend die Schritte, daß eine Einrichtung zur Nachbildung der natürlichen Hüllkurve der quasi-periodischen Komponentenwellenform und der vollständigen künstlichen Steuerung der Hüllkurve der periodischen Komponentenwellenform vorgesehen wird, indem bei Beginn des Ertönens der ausgewählten Stimme bewirkt wird, daß die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform sofort einen vorbestimmten Wert erreicht und diesen Wert während der Einschwing- und Abklingübergangs- und stationären Abschnitte der ausgewählten Stimme beibehält, was es gestattet, beliebige natürliche Übergangs- und stationäre Eigenschaften der quasi-periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve nachzubilden, und die auf die periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und allmählich im Wert abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Simme zu bewirken.

6. Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend den Schritt, daß eine Einrichtung zur selektiven Steuerung der Rückführung der quasi-periodischen Komponentenwellenform während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme vorgesehen wird.

7. Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend den Schritt, daß eine Einrichtung zur selektiven Ausschaltung der quasi-periodischen Komponente der ausgewählten Stimme vorgesehen wird.

8. Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend den Schritt, daß eine Einrichtung vorgesehen wird, um eine oder mehrere Speichereinrichtungen für die quasi-periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Steuer- oder Stopschaltern selektiv freizugeben.

9. Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend den Schritt, daß eine Einrichtung vorgesehen wird, um eine oder mehrere Speichereinrichtungen für die quasi-periodische Komponente in Kombination mit einer oder mehreren periodischen Komponentenspeichereinrichtungen entsprechend der selektiven Betätigung von Steuer- oder Stopschaltern selektiv freizugeben.

10. Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiter umfassend den Schritt, daß eine Einrichtung zur polyphonen Nachbildung der zusammengesetzten Stimmenwellenformen vorgesehen wird.

11. Elektronisches Musikinstrument, aufweisend eine größere Anzahl von selektiv betätigbaren Tastenschaltern als Tongeneratoren, um die Erzeugung von Klängen entsprechend den ausgewählten Instrumentstimmen bei den Tonhöhen zu bewirken, die den jeweiligen Tönen einer Tonleiter entsprechen, und umfassend eine Einrichtung zur Nachbildung von zusammengesetzten Stimmenwellenformen, die sich über die Übergangs- und stationären Abschnitte der Stimmen erstrecken, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung zum Speichern der oberen Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen, wobei die oberen Spektralfrequenzkomponenten die instabilen quasi-periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen sind, die Nichtharmonische zusammen mit einigen Harmonischen der Stimmen enthalten;

- eine Einrichtung zum Speichern der unteren Spektralfrequenzkomponenten der Stimmen, wobei die unteren Spektralfrequenzkomponenten die stabilen periodischen Komponentenwellenformen der Stimmen sind, die die Grundschwingung und eine Anzahl der signifikanten Harmonischen der Stimmen enthalten;

- eine Einrichtung zur Erzeugung von Adressen, um selektiv das Lesen aus der Speichereinrichtung für die quasi-periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Tasten- und Stopschaltern zu bewirken, um Noten und Töne der quasi-periodischen Komponentenwellenform zu wählen;

- eine Einrichtung zur Erzeugung von Adressen, um selektiv das Lesen aus der Speichereinrichtung für die periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Tasten- und Stopschaltern zu bewirken, um Töne und Stimmen der periodischen Komponentenwellenform von einer oder mehreren ausgewählten Stimmen zu bewirken; und

- eine Einrichtung zum Umwandeln der Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der quasi-periodischen Komponente und der Wellenformausgangssignale der Speichereinrichtung der periodischen Komponente der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen von der digitalen in die analoge Form, um die zusammengesetzte Stimmenwellenform der einen oder mehreren ausgewählten Stimmen zu bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 12, weiter umfassend eine Einrichtung, um eine künstliche Steuerung der periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve vorzusehen und eine künstliche Steuerung der quasi-periodischen Komponentenwellenform- Hüllkurve selektiv vorzusehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, weiter umfassend eine Einrichtung, um eine vollständige künstliche Steuerung der Hüllkurven der quasi-periodischen Komponetenwellenform und der periodischen Komponentenwellenform vorzusehen, indem bei Beginn des Ertönens der ausgewählten Stimme die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken, und die auf die periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme zu bewirken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, weiter umfassend eine Einrichtung, um eine teilweise künstliche Steuerung der Hüllkurve der quasi-periodischen Komponentenwellenform und eine vollständige künstliche Steuerung der Hüllkurve der periodischen Komponentenwellenform vorzusehen, indem bei Beginn des Ertönens der ausgewählten Stimme bewirkt wird, daß die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform sofort einen vorbestimmten Wert erreicht und diesen Wert während der Einschwingübergangs- und stationären Abschnitte beibehält und im Wert allmählich abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter zu bewirken, was es gestattet, beliebige natürliche Einschwingübergangs und stationäre Eigenschaften der quasi-periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve nachzubilden, und die auf die periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und allmählich im Wert abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme zu bewirken.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, weiter umfassend eine Einrichtung, um die Nachbildung der natürlichen Hüllkurve der quasi-periodischen Komponentenwellenform und die vollständige künstliche Steuerung der periodischen Komponentenwellenform vorzusehen, indem bewirkt wird, daß bei Beginn des Ertönens der ausgewählten Stimme die auf die quasi-periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform augenblicklich einen vorbestimmten Wert erreicht und diesen Wert während der Einschwing- und Abklingübergangs- und stationären Abschnitte der ausgewählten Stimme beibehält, was es gestattet, beliebige natürliche Übergangs- und stationäre Eigenschaften der quasi-periodischen Komponentenwellenform-Hüllkurve nachzubilden und die auf die periodische Komponentenwellenform angewendete Hüllkurvensteuerwellenform während des Einschwingübergangsabschnittes allmählich auf einen vorbestimmten Wert zunimmt, diesen Wert während des stationären Abschnittes beibehält und allmählich im Wert abnimmt, um den Abklingübergangsabschnitt der ausgewählten Stimme in Reaktion auf die betätigbaren Tastenschalter während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme zu bewirken.

16. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 15, weiter umfassend eine Einrichtung zur selektiven Steuerung der Rückführung der quasi-periodischen Komponentenwellenform während der Nachbildung und des Ertönens der ausgewählten Stimme.

17. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 16, weiter umfassend eine Einrichtung zur selektiven Ausschaltung der quasi-periodischen Komponente der ausgewählten Stimme.

18. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 17, weiter umfassend eine Einrichtung zur selektiven Freigabe von einer oder mehreren Speichereinrichtungen für die quasi-periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Steuer- oder Stopschaltern.

19. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 18, weiter umfassend eine Einrichtung zur selektiven Freigabe von einer oder mehreren Speichereinrichtungen für die quasi-periodische Komponente in Kombination mit einer oder mehreren Speichereinrichtungen für die periodische Komponente entsprechend der selektiven Betätigung von Steuer- oder Stopschaltern.

20. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 19, weiter umfassend eine Einrichtung zur polyphonen Nachbildung der zusammengesetzten Stimmenwellenformen.

21. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 20, bei der das elektronische Musikinstrument eine elektronische Orgel ist.