EP0379491A1 - Tonhöhensteuerung. - Google Patents

Tonhöhensteuerung.

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EP0379491A1
EP0379491A1 EP88907064A EP88907064A EP0379491A1 EP 0379491 A1 EP0379491 A1 EP 0379491A1 EP 88907064 A EP88907064 A EP 88907064A EP 88907064 A EP88907064 A EP 88907064A EP 0379491 A1 EP0379491 A1 EP 0379491A1
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EP
European Patent Office
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chord
pattern
memory
patterns
tone
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Herwig Mohrlok
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    • G10H2210/331—Note pitch correction, i.e. modifying a note pitch or replacing it by the closest one in a given scale
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    • G10H2210/571—Chords; Chord sequences
    • G10H2210/586—Natural chords, i.e. adjustment of individual note pitches in order to generate just intonation chords
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    • G10H2210/571—Chords; Chord sequences
    • G10H2210/616—Chord seventh, major or minor

Definitions

  • the invention relates to a pitch control for a musical instrument with an input device for inputting note input signals in a predetermined fixed mood, in particular the tempered mood, and with a tone generating device to which the note input signals can be applied.
  • the invention has for its object to provide a pitch control of the type mentioned, which with a simple structure allows an automatic pitch correction according to a harmony-dependent variable tuning, in particular the harmonic tuning.
  • Chord-corresponding input signal pattern determines whether this input signal pattern corresponds to a chord pattern from a predetermined number of chord patterns, - a signal pattern memory circuit in which a signal pattern is stored for each chord pattern of the predetermined number of chord patterns, and - a control circuit which, when the chord pattern Detection circuit determines that an input signal pattern corresponding to one of the predetermined chord patterns is present, which causes the signal pattern storage circuit to output the signal pattern corresponding to the determined chord pattern to the tone generating device, in order to generate the respective chord in the variable tuning.
  • the pitch correction is carried out independently of the key by recognizing certain chord structures. The chords as well as the tone intervals of successively played chord tones, which according to the European music tradition due to their thirds and
  • 5th layering are definable, are tuned when playing the instrument according to the desired harmony-dependent variable tuning, preferably the harmonically pure tuning, directly at the stroke, so that the sound pattern emitted by the instrument is harmonically pure.
  • the desired chord in the variable tuning can be matched directly, e.g. signals indicating their frequency are stored.
  • correction signal patterns are stored in the chord pattern memory circuit as signal patterns for correcting the note input signals in accordance with the variable mood, and that a correction circuit is provided to which the note input signals and the correction signals of the correction signal patterns can be applied, and which outputs the input signals, which are corrected in accordance with the correction signals, to the sound generating device.
  • This embodiment of the invention leads to a simplified structure of the control, in particular because it allows the memory requirement of the chord pattern memory circuit to be reduced (12 memory locations per correction signal pattern).
  • a definition octave memory be provided with 12 memory locations which are assigned to the 12 different tones of a given octave, whereby when checking an input signal pattern corresponding to a chord, a memory location is occupied when the tone corresponding to this memory location in a chord any octave occurs. Due to this projection of the input signal pattern onto the definition octave, only a correspondingly reduced amount of information has to be worked with.
  • a working memory is provided with 12 storage locations, into which the memory content of the definition octave memory can be transferred, and a shift counter, which, starting from the counter value "0", is increased by "1" each time the memory content of the working memory is increased a memory location is moved in a predetermined direction.
  • chord pattern memory can be provided, each with a memory line assigned to one of the chord patterns of the predetermined number of chord patterns, in particular each with 12 memory locations. Due to the above-mentioned projection of the input signal pattern onto the definition octave, these can be compared
  • Chord patterns are also limited to one octave (12 memory spaces).
  • the working memory is designed as a shift register memory, the respective memory contents can be shifted in the specified direction until an occupied one corresponding to a chord tone is used
  • chord memory can be can be seen with 12 memory spaces assigned to each tone of an octave for storing the last recognized chord. This makes it possible to refrain from comparing the chord pattern if the same chord is played several times in succession.
  • this comparison of the tones played with the chord memory has the advantage that the frequency of the tones does not change if, after a recognized and frequency-corrected chord, chords are subsequently played from a subset of the tones of the previous chord or individual tones of this chord.
  • a correction factor memory can be provided with memory lines, in particular with 1 2 memory locations assigned to each of the 12 different semitones of an octave, each of which is assigned to a chord pattern of the predetermined number of chord patterns.
  • an output memory be provided, in particular with 12 memory locations assigned to each of the 12 different semitones of an octave, in which the content of the memory line of the correction factor memory assigned to a recognized chord can be transferred, and the memory content of which can preferably be shifted in a predetermined direction is.
  • the edge adjustment carried out to facilitate the comparison of the chord pattern when the correction factors are output can be taken into account in a simple manner by a corresponding shift back in the output memory.
  • the invention also relates to a method for automatic pitch correction according to a harmony-dependent variable tuning, in particular the harmonic tuning, for a musical instrument with an input device for inputting note input signals in a predetermined fixed Mood, in particular the tempered mood, and with a tone generating device to which the note input signals can be applied, in particular using a pitch control of the type described above.
  • the method according to the invention is characterized by the following steps: a) in the case of an input signal pattern corresponding to a chord, a comparison is made with the chord patterns of a predetermined number of chord patterns to determine whether one of these chord patterns is present;
  • the input signal pattern is replaced by an input signal pattern corrected in accordance with this chord pattern and applied to the tone generating device.
  • the input signal pattern be projected onto a predetermined octave (definition octave) and compared with the chord patterns of the predetermined amount of chord patterns, which are also limited to one octave .
  • this comparison can be made by shifting the input signal pattern within the definition octave as a whole in semitones and counting the shift steps until a signal is at a predetermined end of the definition octave, and by including the signal pattern shifted in this way compares the chord patterns to the predetermined amount of chord patterns, with each chord pattern also having a chord note at the predetermined end of the octave.
  • the first alternative has the advantage that one can manage with a small number of shifting steps.
  • the second alternative has the advantage that only one chord pattern per chord type has to be compared, albeit with a longer computing time, whereas in the first alternative, for example with a major triad, a total of three chord patterns associated with this triad are added to the input signal pattern are comparing.
  • signal patterns are assigned to the chord patterns of the set number of chord patterns that can either already correspond to the corrected input signals (for example by specifying the respective tone frequency) or, preferably, Form correction signals for the input signals.
  • the signal patterns assigned to the chord patterns can also be limited to an octave, it is proposed, for simple consideration of the initial shift of the input signal pattern or the chord patterns, that if the input signal pattern within the definition octave matches a chord pattern of the predetermined amount of chord patterns loads a signal pattern assigned to the respective chord pattern and limited to one octave into an output memory and the signal pattern corresponding to the number of shift steps cyclically shifted in semitones in the output memory in the opposite direction, if necessary.
  • the direction of shift is therefore opposite to the initial shift of the input signal pattern or the chord pattern.
  • the correction signals are then in the corresponding position of the octave, so that now only the input signals, regardless of which of the possible octaves they are, need to be corrected.
  • the correction signals preferably relate to relative frequency changes, in particular given in cents, in order to achieve independence from the octaves.
  • the signal of the signal patterns assigned to a predetermined fundamental of the respective chord pattern be determined in accordance with the predetermined fixed mood.
  • the root note of the chord is based on the corresponding tone in the tempered mood. In the simplest case, both tones match.
  • the signal of the signal pattern assigned to the predetermined fundamental tone of the chord is corrected in relation to the predetermined fixed tuning.
  • the signals of the signal pattern assigned to the other tones of the chord pattern are determined, starting from the fundamental tone, in accordance with the variable tuning.
  • the fundamental tone is then corrected so that the frequency differences of the same tones are as small as possible.
  • a usable additional frequency structure can generally be obtained if the signal associated with the root note of a chord is corrected in such a way that the correspondingly corrected tone emitted by the tone generating device is higher or lower than the root note in the predetermined fixed Tuning, depending on whether the chord tones corrected according to the signal pattern are lower or higher on average than the uncorrected chord tones in the fixed tuning.
  • the signal assigned to the fundamental tone of a chord is particularly preferably corrected in such a way that the shift in an average frequency of the chord tones is at least approximately compensated for by the signal pattern due to the correction of the chord tones. If correction signals indicating relative frequency changes are used, it is proposed that the signal assigned to the root of a chord be corrected with an additional correction signal indicating a relative frequency changes, which corrects the amount of the correction signals for the input signals which also indicate relative frequency changes, but with the opposite sign , corresponds.
  • notes of the same name in chords that can be represented as steps in a single key are only retuned to such an extent that this retuning is below the audible limit.
  • An example would be the tone E in C major, as a third of level I, CEG, as a root of level III, EGH or as a fifth of level VI, ACE. So there is a key-independent but key-friendly change of heart.
  • this note has a value of 1000 cents in relation to the root note of the chord.
  • the minor seventh of a scale was often tuned to the value 7/4 to the fundamental, which corresponds to the frequency ratio of the 7th overtone of a natural tone series.
  • this value is unusable for today's music practice, since at 969 cents it is too far from the value of the tempered mood.
  • the frequency ratio offers a useful value as it occurs in the dominant seventh chord within a harmonically tuned major scale.
  • the root note is formed by the fifth of the relevant key
  • the minor seventh is formed by the fourth of the octave above.
  • the fifth has a frequency ratio of 3/2 to the key of the key
  • this tone in the minor major seventh chord has a correction of preferably +1 cent to the frequency of the tempered mood, which sounds good.
  • the tone with the function of the minor seventh in the chord has the usual value of 6: 5 to the fifth, which corresponds to a distance of 1018 cents from the root.
  • a particularly preferred further development of the method according to the invention is characterized in that after determining an input signal pattern corresponding to a chord pattern, it is determined in the subsequent input signal patterns whether the corresponding tone or the corresponding tones of the input signal pattern are completely contained in the chord pattern and, if applicable, this tone or these tones corrected according to the chord pattern.
  • This measure has the advantage that immediately after playing a chord from the set of patterns and its sounding in harmonic mood, its single tones or combinations of single tones of this chord can be played without changing the mood of these tones. This is very advantageous if, for example, a chord is played a chord for intonation and then the individual notes of this chord are to be played.
  • additional chord tones be assigned to the pattern chords, and that if an input signal pattern corresponding to a chord pattern is determined in the subsequent input signal patterns, it is determined whether the corresponding tone or the corresponding tones of the input signal pattern correspond to additional chord tones of the determined chord pattern and, if applicable, this tone or corrected these tones according to the additional chord tones.
  • These additional chord tones are tones that follow the pattern chord downwards or upwards. Large or small thirds are preferably provided, with a large third of the pattern chord being followed by a small third for the additional chord tone and vice versa. In the case of a major triad, there is an additional chord note at the bottom of a minor third and an additional chord note at the top of a major third.
  • the associated input signal pattern be compared separately with the chord patterns of the predetermined amount of chord patterns in each manual. Since accompaniment chords are generally played on one of the manuals, these can be identified even if notes other than chords, for example so-called continuity tones, are played on another manual. It is further proposed that after determining an input signal pattern corresponding to a chord pattern in one of the manuals, the subsequent input signal patterns in all manuals are checked to determine whether the corresponding tone or tones are completely contained in the chord pattern. Thus, the chord-identical tones of all manuals are corrected, while the tones not belonging to the determined chord pattern maintain the frequencies of the tempered mood.
  • Table I gives the designation of the function of the tones of a number of selected chords in the representation chosen here.
  • Table II shows the frequency relationships of the tones of a chord to each other, both in the harmonic mood and in the tempered mood.
  • Table III shows a list of the chords to be corrected with the assigned correction values.
  • Table III A shows a list according to Table III with modified correction values.
  • Table IV sets to each of the selected chords stored in the chord recognition memory associated chord pattern.
  • Table V assigns the chord pattern numbers according to Table IV to the note examples according to FIG. III.
  • Table VI shows the effect of a halftone chord shift.
  • Chord to a C major chord including a table to explain the additional correction.
  • Fig. 2 shows a greatly simplified circuit diagram.
  • Fig. 3 shows a series of note examples labeled a - n. 3a shows further note examples ⁇ and ⁇ ,
  • a fixed tuning is assumed which corresponds to the tempered tuning with division of an octave into 12 identical semitones, that is to say with a frequency ratio of accordingly 100 cents.
  • other fixed initial moods are also conceivable, such as the moods specified in DE-PS 25 58 716.
  • instruments which, in contrast to, for example, string instruments and wind instruments, cannot be re-tuned by the player during the game, to provide such a fixed tuning the keyboard instruments piano and organ (with pipes or electronic).
  • Instruments which allow polyphonic playing and thus the playing of chords a frequency correction of the tones are carried out automatically in such a way that the chords are harmonically pure.
  • the instrument must have a tone generating device which permits the generation of frequency-corrected tones. This is a prerequisite for "electronic organs" or “synthesizers".
  • a pipe organ in which several pipes of different pitch (e.g. length) are assigned to each individual tone with optional control of the desired pipe.
  • a pipe organ can also be used, in which pipes with a variable pitch (e.g. variable length) are used to enable the desired tuning of the pipe during the game.
  • chords that are suggested for the harmonically pure tuning, whereby depending on the application, less important chords can be omitted or additional chords can be added. Also chords with more than four different notes in the execution example not considered. All chords are not only recognized and corrected in their basic position according to Table I (root note G as the lowest note), but also in all reversals, positions and doubles. This is achieved in that all tones from all octaves are on a
  • Determination octave referred to, for example projected octave consisting of the 12 consecutive semitones from c 'to h'.
  • the tone C is the lowest tone when it is projected onto the definition octave from c 'to h'
  • the tone E is the next higher and the tone G the highest on this definition octave, so that this chord appears on the definition octave exactly as shown and can be identified by chord pattern No. 1 according to Table IV.
  • chord a2 is an A flat major triad, in which its tones, projected onto the above-mentioned definition octave, would be read from bottom to top in the order C, Eb and A flat, which corresponds to chord pattern No. 2 according to Table IV. Accordingly, the
  • F major triad as example a3 read from bottom to top in the order C, F and A and corresponds to chord pattern No. 3 from Table IV.
  • chords played appear when they are projected onto the definition octave in their basic position or in one of their inversions, regardless of the position,
  • the position of the chord in the definition octave does not have to correspond to the position in which the chord is played, but depends on the start and end tone of the selected definition octave and on the specific tones of the chord being played.
  • the representation of the tones on the definition octave and the specific grid of each chord enable the function of the individual tones of the chord (here as letters G, M, T, Q, R and S according to Table I) can be determined and so each tone with a certain function in the chord can be assigned a very specific correction value from tempered to harmonic tuning.
  • Table III A shows alternative additional corrections for a number of chords which are characterized by improved fifths purity.
  • FIG. 2 shows a purely schematic circuit diagram to explain the method.
  • An input device 10 for inputting note input signals in the fixed mood is symbolized as a series of piano keys 12 for actuating switches 14 assigned to each key 12.
  • the lines 16 emanating from the switches 14 are combined to form a collecting line 18.
  • a sound generating device 20 has a sound signal output circuit 22 which is generally provided with sound frequency generators and which drives one or more loudspeakers 26 via a line 24. Instead of the loudspeaker 26, a recording device, such as a tape, can also be provided for "music buffering".
  • the line 18 opens into a chord pattern recognition circuit 28, from which in turn a line 30 extends to connect the circuits 28 and 22.
  • the input device 10 and the tone generating device 22 correspond in structure and function to the corresponding components of conventional electronic keyboard instruments.
  • the chord pattern recognition circuit 28 is via a
  • Line 31 connected to a control circuit 32, which in turn is connected via a line 33 to a signal pattern storage circuit 34.
  • the control circuit 32 is additionally connected via a line 35 to the audio signal output circuit 22.
  • chord recognition circuit 28 The note input signals are fed via line 18 to chord recognition circuit 28.
  • the chord recognition circuit checks whether an input signal pattern corresponding to a chord from several different tones corresponds to a chord pattern from a predetermined number of chord patterns. If this is the case, this is reported to the control circuit 32, which retrieves the correction signals assigned to this chord from the signal pattern memory circuit and forwards them via line 35 to the audio signal output circuit 22, which accordingly correspondingly transmits the note input signals to it via line 30 corrected and as corrected output signals to the speaker 26.
  • FIGS. 4 and 5 A corresponding program sequence is again shown purely schematically in FIGS. 4 and 5.
  • the memories addressed in the program flow diagram are explained in more detail in FIG. 4.
  • a working memory 46 also has twelve storage locations; however, the main memory 46 is designed as a shift register memory, so that the memory locations are numbered from 1 to 12 and no tone of the scale is assigned.
  • a shift counter 48 is assigned to the working memory 46 and counts the shifting steps carried out in each case by one storage space, corresponding to a semitone of the scale.
  • a chord recognition memory 50 has one of each
  • the memory location allocation in chord recognition memory 50 corresponds to the chord patterns.
  • Thirty-nine lines 52 are provided for the chords proposed for correction here.
  • a correction factor memory 56 is also organized in thirty-nine lines 58, each with twelve memory locations 60. While either a "1" (ie chord tone) or a "0" (ie no chord tone) appears in the chord recognition memory according to the respective chord pattern, in the correction factor memory 56 there are those memory locations that are marked with "in the chord recognition memory 50". 1 "correspond to the corresponding memory locations, the correction signals assigned to the respective tone in accordance with Table III. These correction signals each correspond to the total correction in cents from the second column from the right of Table III. For example, if you look at the third line in the correction factor memory 56, which is assigned to the chord pattern No.
  • an output memory 62 is also provided, again with twelve memory locations, which are numbered to indicate that this memory is also designed as a shift register memory.
  • the memories 40, 44, 46 and 50 can be assigned to the circuit 28, the memory 56 to the circuit 34 and the memory 62 to the circuit 32.
  • the process sequence or program sequence can be seen from FIGS. 5 and 6.
  • the next decision block 72 checks whether the input signals emitted by the tone generator 10 are unchanged, i.e. whether the current switching status remains, for example one or more keys are pressed unchanged. If this is the case, the program jumps to block 74, which will be explained later, and then to "return block” 76. The result is the unchanged output of the input signals corrected as before to the tone generating device 20, so that the tones just played are unchanged Mood continues to ring.
  • the input signal pattern is loaded into the definition octave memory 40 in accordance with a block 84, in such a way that, for example, the memory cell 42 assigned to the tone c is assigned "1" if one or several keys assigned to the tone c in any octave are pressed. Otherwise, the memory locations get the Memory content "0". As a result, tones of the same name of any octave are linked by the logical function "or", so that the desired projection of the entered chord on the definition octave is obtained.
  • chord now struck consists exclusively of chord tones of the chord struck last and recognized as a chord pattern. If this check in decision block 88 reveals that there is a pure repetition, the procedure is shortened to block 74, with the result that the new chord sounds with the frequency corrections corresponding to the last played chord, the new "chord" also being off only a single chord tone of the previously played chord recognized as a chord pattern can exist.
  • the program proceeds to a decision block 89, in which it is checked whether the input signal pattern corresponds to only a single tone. If this is the case, the program proceeds to a block 80, in which the output memory 62 already mentioned is deleted, as does the chord memory 44 in a subsequent block 82, whereupon the program again proceeds to a block 74 for output of the single tone corresponding input signals to the sound generating device 20 without a correction, since the correction factors in the output memory are set to "0".
  • the single tone therefore sounds in a tempered mood.
  • the content of the definition octave memory 40 is loaded into the working memory 46 in accordance with a block 90.
  • the shift counter 48 is set to the number "0" in a subsequent block 92.
  • the next program loop serves to shift the memory content of the main memory until a "1" has reached the left edge of the shift register-like memory line forming the main memory 46, for example. This can also be called marginal adjustment. In this way, the comparison with the chord patterns in the chord recognition memory is to be facilitated, since the content of the corresponding lines 52 of this memory 50 is also edge-adjusted, as can be seen in FIG. 4.
  • a decision block 94 following block 92, it is checked whether there is a "1" in memory cell no. 1 of main memory 46. If this is not the case, the program proceeds to block 96 in order to shift the content of the working memory 46 to the left by one cell (corresponding to a semitone). At the same time, the storage value of the shift counter 48 is increased by "one" in block 98. The program then returns to decision block 94. The loop formed in this way is traversed until the edge adjustment is reached, i.e. a "1" is stored in the memory cell 1.
  • chord recognition memory 50 is actuated, namely its first line with the chord pattern No. 1.
  • the margin-adjusted content of the working memory 46 is compared in turn with all the chord patterns until either equality with a specific chord pattern has been determined or until all chord patterns have been mismatched.
  • the respective chord recognition pattern is compared with the content of the working memory.
  • a transition is made to a next decision block 106 within the loop, if the current chord recognition pattern does not match the content of the working memory.
  • decision block 106 it is checked whether all chord patterns have already been checked.
  • the program proceeds to a block 108, in which the next one is caused Line of the chord recognition memory 50 is driven. The program then returns to block 102 within this loop.
  • the program leaves said loop and proceeds from decision block 104 to a block 110, according to which the content of the chord memory 44 is updated by adopting the content of the definition octave Memory 40.
  • a block 112 follows, according to which the memory line of the correction factor memory 56 is activated, the number of which corresponds to the currently activated line of the chord recognition memory 50, that is to say the number of the chord pattern which has been found to be identical to the currently played chord. This line is copied to the output memory 62 in a subsequent block 114.
  • the contents of the memory lines 58 are also edge-adjusted in the correction factor memory 56.
  • the edge adjustment of these correction factors in the output memory 62 is reversed. For this serves a program loop following block 114. Subsequent to block 114, as part of the loop, a decision block 116 is approached, in which it is checked whether an edge adjustment in the loop formed by blocks 94, 96 and 98 had to be carried out at all.
  • chord pattern 2 results, for example, from a cyclical shift of chord pattern No. 1 in Table IV to the left by four semitones.
  • chord pattern 2 results, for example, from a cyclical shift of chord pattern No. 1 in Table IV to the left by four semitones.
  • the one chord pattern has to be shifted by a full cycle (12 steps) and compared each time with the chord played, it being not necessary to adjust the edge of this chord.
  • the correction factor corresponding to its name in the output memory is used to correct this tone.
  • a kind of back-projection onto the original multi-octave input signal pattern is thus carried out.
  • the correction factors indicate frequency ratios, they are octave-independent.
  • an audio frequency generator is assigned to each key 12 from the outset. According to the invention, controllable tone frequency generators are to be provided which, based on the tempered basic mood, can be re-tuned automatically on the basis of the correction factors.
  • a harmonically corrected chord is output by the tone generator 20 when it is determined that this chord corresponds to a predetermined chord pattern. If the chord cannot be recognized, the chord is generated in a tempered mood.
  • a second loop output is provided in the program loop comprising blocks 102, 104, 106, 108, namely in decision block 106. If it is determined in block 106 that on the one hand the chord played does not match the current chord pattern (block 104) and on the other hand that already If the highest chord pattern number (for example 39) has been reached, the program proceeds from block 106 to a block 122, according to which all correction factors for the output memory 62 are set to zero cents. In a subsequent block 126, the chord memory 44 is deleted.
  • the program then goes back to block 74, that is, to output the input signals, which in this case are not corrected, to the sound generating device 20.
  • the program then returns to the start of the program (block 70) via the "return block” 76.
  • the entire program loop can be run through independently of a key actuation of the instrument with a fixed repetition frequency.
  • chord patterns are automatically identified and their individual tones are corrected immediately, so that the chord that is sounded harmoniously pure. Single notes or chords struck later that are part of the last identified chord pattern are also corrected. However, you can also go further and assign additional chord tones to the individual pattern chords that are tuned in relation to the actual chord tones. If one of the additional chord tones is struck after identifying this chord, it is also corrected accordingly.
  • FIG. 3A bears, for example, a pattern chord labeled ⁇ (C major triad), which is expanded upwards by an additional chord tone at grade h at a distance of a major third from the top pattern chord tone and downwards by an additional chord tone (tone a ) at a distance of a minor third.
  • additional chord tones are symbolized in the chord ß in Fig. 3A as ticked notes. The result is an alternating sequence of major and minor thirds.
  • chord pattern ⁇ is identified in the course of a game, both its tones are corrected immediately, so that this chord sounds harmoniously pure; moreover, if one or more of the tones of the chord ß which also contains the additional chord tones are subsequently struck, these are each corrected harmoniously.

Description

Tonhöhensteuerung
Die Erfindung betrifft eine Tonhöhensteuerung für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Noten-Eingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Ton-Erzeugungseinrichtung, an die die Noteneingabesignale anlegbar sind.
Das seit langem bekannte Problem der Wahl der Stimmung liegt darin, daß die im Zuge der Entwicklung der Mehrstimmigkeit bevorzugte "harmonisch reine Stimmung" zwar besonders angenehm anzuhörende Akkordklänge ergibt aufgrund der teilweisen Übereinstimmung von Oberschwingungen und Grundschwingungen der Akkordtöne; der Übergang von einer Tonart zur anderen erfordert jedoch eine entsprechende Anpassung der Stimmung (selbst innerhalb einer harmonisch gestimmten Tonart gibt es Akkorde mit einem der harmonisch reinen Stimmung nicht entsprechenden Frequenzverhältnis) . Um bei Instrumenten, die während des Spiels ihre Stimmung nicht verändern können (z.B. die Tasteninstrumente Klavier und Orgel), das Spiel in verschiedenen Tonarten sowie die Modulation von einer Tonart zur anderen zu ermöglichen, werden diese Instrumente in einer vorgegebenen festen Stimmung gestimmt, bei welcher die Akkorde in den in Frage kommenden Tonarten mehr oder weniger gleich gut (bzw. gleich schlecht) klingen. Ein Beispiel für eine derartige feste Stimmung ist die temperierte Stimmung nach Johann Sebastian Bach. Es sind jedoch auch andere feste Stimmungen vorgeschlagen worden, insbesondere die Barockstimmungen "Werckmeister" und "Kirnberger" (s. DE-PS 25 58 716), die bestimmte Akkorde oder Tonarten bevorzugen, jedoch zu Lasten anderer Akkorde oder Tonarten.
Aus der DE-OS 33 04 995 ist es bekannt, ein elektronisches Tasteninstrument mit manuell während des Spiels zu bedienenden Tonalitäts-Auswahltasten zu versehen, deren Betätigung zur Folge hat, daß das Tasteninstrument momentan harmonisch rein bezüglich der ausgewählten Tonalität (z.B. C-Dur Subdominante) gestimmt ist. Diese manuelle Bedienung stört den Spielfluß und setzt darüber hinaus voraus, daß der Spieler während des Spiels die jeweilige Tonalität sofort erkennt.
Aus der DE-OS 35 45 986 ist ein elektronisch gesteuertes Musikinstrument bekannt, welches aufeinanderfolgende Töne daraufhin überprüft, ob sie einer Tonart zugeordnet werden können. Ist dies der Fall, so wird anschließend das Instrument auf die entsprechende Tonart, z.B. C-Dur oder e-Moll, harmonisch rein eingestimmt. Zur eindeutigen Identifizierung der jeweiligen Tonart werden die sieben Töne einer Oktave benötigt. Die Tonart-Identifizierung erfolgt also unter Umständen erst nach relativ langem Spiel oder überhaupt nicht. Wenn demnach ein Musikstück neu beginnt oder eine Modulation oder eine Rückung stattfindet, erklingen die dabei angeschlagenen Akkorde nicht harmonisch rein. Auch tonartferne Durchgangsnoten, wie diese bei Verzierungen oder chromatischen Durchgängen auftreten, veranlassen ein solches Instrument vorübergehend die tonal bestimmte harmonische Einstimmung zu veranlassen und erst nach einer Wartezeit ggf. wieder auf die alte oder eine neue Tonalität harmonisch rein einzustimmen. Ebenso stimmt ein solches Instrument nicht auf eine Tonart ein oder stimmt laufend um, wenn mehrstimmige Musik erklingt, die sich nicht auf eine Duroder Moll-Tonart festlegen läßt.
Aus der DE-PS 30 23 578 ist eine Schaltungsanordnung zum Identifizieren des Akkordtyps und seines Grundtons bekannt, welche dazu dient, eine automatische Begleitung zu einer auf dem Instrument gespielten Melodiestimme zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tonhöhensteuerung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau eine selbsttätige Tonhöhenkorrektur gemäß einer harmonieabhängigen variablen Stimmung, insbesondere der harmonischen Stimmung, erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch
- eine Akkorderkennungs-Schaltung, die bei jedem, einem
Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster feststellt, ob dieses Eingabesignalmuster einem Akkordmuster aus einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern entspricht, - eine Signalmuster-Speicherschaltung, in der für jedes Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein Signalmuster gespeichert ist und - eine Steuerschaltung, die dann, wenn die Akkordmuster-Erkennungsschaltung feststellt, daß ein einem der vorgegebenen Akkordmuster entsprechendes Eingabesignalmuster vorliegt, die Signalmuster-Speicherschaltung zur Abgabe des dem festgestellten Akkordmuster entsprechenden Signalmusters an die Tonerzeugungs-Einrichtung veranlaßt, zur Erzeugung des jeweiligen Akkords in der variablen Stimmung. Erfindungsgemäß erfolgt die Tonhöhenkorrektur also tonartunabhängig durch Erkennen bestimmter Akkordstrukturen. Die Akkorde sowie die Tonintervalle aufeinanderfolgend gespielter Akkordtöne, die entsprechend der europäischen Musiktradition aufgrund ihrer Terzen- und
Quintenschichtung definierbar sind, werden beim Spiel des Instruments entsprechend der gewünschten harmonieabhängigen variablen Stimmung, vorzugsweise der harmonisch reinen Stimmung eingestimmt, und zwar unmittelbar beim Anschlag, so daß das vom Instrument abgegebene Klangmuster harmonisch rein eingestimmt ist.
Als in der Akkordmuster-Speicherschaltung eingespeicherte Signalmuster können dem- gewünschtem Akkord in der variablen Stimmung unmittelbar entsprechende, z.B. deren Frequenz angebende Signale gespeichert sein. Besonders bevorzugt ist jedoch, daß in der Akkordmuster-Speicherschaltung als Signalmuster Korrektur-Signalmuster eingespeichert sind zur Korrektur der Noteneingabesignale gemäß der variablen Stimmung, und daß eine Korrekturschaltung vorgesehen ist, an welche die Noteneingabesignale und die Korrektursignale der Korrektur-Signalmuster anlegbar sind, und welche als Ausgabesignale die den Korrektursignalen entsprechend korrigierten Noteneingabesignalen an die Tonerzeugungsein- richtung abgibt. Diese Ausführungsform der Erfindung führt zu vereinfachtem Aufbau der Steuerung, insbesondere deshalb, da sie erlaubt, den Speicherbedarf der Akkordmuster- Speicherschaltung zu reduzieren (12 Speicherplätze pro Korrektur-Signalmuster).
Um auch in der Akkorderkennungs-Schaltung den Verfahrensablauf zu erleichtern bei reduziertem Speicherbedarf, wird vorgeschlagen, daß ein Definitions-Oktavespeicher vorgesehen ist mit 12 Speicherplätzen, die den 12 verschiedenen Tönen einer vorgegebenen Oktave zugeordnet sind, wobei bei Überprüfung eines einem Akkord entsprechenden Eingangssig- nalmusters dann ein Speicherplatz belegt wird, wenn der diesem Speicherplatz entsprechende Ton im Akkord in einer beliebigen Oktave vorkommt. Aufgrund dieser Projektion des Eingabesignalmusters auf die Definitions-Oktave muß lediglich noch mit entsprechend reduzierten Informationsmengen gearbeitet werden.
Ferner wird vorgeschlagen, daß ein Arbeitsspeicher vorgesehen ist mit 12 Speicherplätzen, in welche der Speicherinhalt des Definitions-Oktavespeichers übertragbar ist sowie einen Schiebezähler, welcher, vom Zählerwert "0" ausgehend, jeweils um "1" erhöht wird, wenn der Speicherinhalt des Arbeitsspeichers um einen Speicherplatz in einer vorgegebenen Richtung verschoben wird.
Dementsprechend kann ein Akkordmuster-Speicher vorgesehen sein mit jeweils einer einem der Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordneten Speicherzeile, insbesondere jeweils mit 12 Speicherplätzen. Aufgrund der erwähnten Projektion des Eingangssignalmusters auf die Definitions-Oktave können die hiermit zu vergleichenden
Akkordmuster sich ebenfalls auf eine Oktave (12 Speicherplätze) beschränken. Bei Ausbildung des Arbeitsspeichers als Schieberegister-Speicher kann man den jeweiligen Speicherinhalt solange in der vorgegebenen Richtung verschie- ben, bis ein einem Akkordton entsprechender, besetzter
Speicherplatz am entsprechenden Ende des Arbeitsspeichers angelangt ist. Mit dem auf diese Weise "randjustierten" Eingangssignal-Akkord werden dann der Reihe nach die ebenfalls "randjustierten" Akkordmuster aus dem Akkordmuster- Speicher verglichen. Ferner kann ein Akkordspeicher vorge- sehen sein mit 12 jedem Ton einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen zum Einspeichern des zuletzt erkannten Akkords. Dies gibt die Möglichkeit, vom Akkordmustervergleich abzusehen, wenn mehrmals der gleiche Akkord hintereinander gespielt wird. Außerdem bietet dieser Vergleich der gespielten Töne mit dem Akkordspeicher den Vorteil, daß sich die Frequenz der Töne nicht ändert, wenn nach einem erkannten und frequenzkorrigierten Akkord anschließend Akkorde aus einer Teilmenge der Töne des vorausgegangenen Akkordes oder auch Einzeltöne dieses Akkords gespielt werden.
Es kann ferner ein Korrekturfaktor-Speicher vorgesehen sein mit Speicherzeilen , insbesondere mit je 1 2 jedem der 12 verschiedenen Halbtöne einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen, die jeweils einem Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordnet sind.
Ferner wird vorgeschlagen, daß ein Ausgabespeicher vorgesehen ist, insbesondere mit jeweils 12 jedem der 12 verschiedenen Halbtöne einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen, in welchen der Inhalt der einem erkannten Akkord zugeordneten Speicherzeile des Korrekturfaktor-Speichers übertragbar ist, und dessen Speicherinhalt vorzugsweise in einer vorgegebenen Richtung verschiebbar ist. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise die zur Erleichterung des Akkordmustervergleichs durchgeführte Randjustierung bei der Ausgabe der Korrekturfaktoren durch entsprechende Zurückverschiebung im Ausgabespeicher berücksichtigen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur selbsttätigen Tonhöhenkorrektur gemäß einer harmonieabhängigen variablen Stimmung, insbesondere der harmonischen Stimmung, für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Noteneingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Tonerzeugungseinrichtung, an die die Noteneingabesignale anlegbar sind, insbesondere unter Verwendung einer Tonhöhensteuerung der vorstehend beschriebenen Art.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Bei einem, einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster stellt man durch Vergleich mit den Akkordmustern einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern fest, ob eines dieser Akkordmuster vorliegt;
b) bei Vorliegen eines dieser Akkordmuster wird das Eingabesignalmuster durch ein entsprechend diesem Akkordmuster korrigiertes Eingabesignalmuster ersetzt und an die Tonerzeugungseinrichtung angelegt.
Um lediglich einen Akkordmustervergleich in dem einer Oktave entsprechenden 12-Ton-Raum vornehmen zu müssen, wird vorgeschlagen, daß man das Eingabesignalmuster auf eine vorgegebene Oktave (Definitionsoktave) projiziert und mit den sich ebenfalls jeweils auf eine Oktave beschränkenden Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht.
Dieser Vergleich kann bei einer ersten Alternative dadurch vorgenommen werden, daß man das Eingabesignalmuster innerhalb der Definitionsoktave solange als Ganzes halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt, bis ein Signal an einem vorgegebenen Ende der Definitionsoktave liegt, und daß man das in dieser Weise verschobene Signalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht, wobei bei den Akkordmustern jeweils ebenfalls ein Akkordton am vorgegebenen Ende der Oktave liegt. Man kann jedoch auch so vorgehen, daß man die Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern innerhalb der Oktave zyklisch halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt und die auf diese Weise verschobenen Akkordmuster jeweils mit dem unverschoben Eingabesignalmuster vergleicht. Die erste Alternative hat den Vorteil, daß man mit einer geringen Anzahl von Verschiebeschritten auskommt. Die zweite Alternative hat den Vorteil, daß man lediglich ein einziges Akkordmuster pro Akkord-Typus zu vergleichen hat, wenn auch mit längerer Rechenzeit, wohingegen bei der ersten Alternative, bespielsweise bei einem Dur-Dreiklang, insgesamt drei diesem Dreiklang zugeordnete Akkordmuster mit dem Eingabesignalmuster zu vergleichen sind.
Um bei Vorliegen eines der Akkordmuster das Eingabesignalmuster, durch ein entsprechend korrigiertes Eingabesignalmuster ersetzen zu können, sind den Akkordmustern der vergebenen Menge an Akkordmustern Signalmuster zugeordnet, riie entweder bereits den korrigierten Eingabesignalen entsprechen können (beispielsweise durch Angabe der jeweiligen Tonfrequenz) oder die, bevorzugt, Korrektursignale für die Eingabesignale bilden.
Damit sich die den Akkordmustern zugeordneten Signalmuster ebenfalls auf eine Oktave beschränken können, wird, zur einfachen Berücksichtigung der anfänglichen Verschiebung des Eingabesignalmusters bzw. der Akkordmuster, vorgeschlagen, daß man bei Übereinstimmung des Eingabesignal- musters innerhalb der Definitionsoktave mit einem Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein dem jeweiligen Akkordmuster zugeordnetes, auf eine Oktave beschränktes Signalmuster in einen Ausgabespeicher lädt und das Signalmuster entsprechend der Anzahl der Verschiebe- schritte halbtonweise im Ausgabespeicher in entgegengesetzter Richtung ggf. zyklisch verschiebt. Die Verschieberichtung ist also entgegengesetzt der anfänglichen Verschiebung des Eingabesignalmusters bzw. der Akkordmuster. Im Falle der zyklischen Verschiebung der Akkordmuster innerhalb der Oktave, d.h. mit Einspeisung des Speicherinhalts vom Überlauf-Ende des Speichers zum anderen Speicherende, erfolgt dementsprechend im Ausgabespeicher eine zyklische Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung. Die Korrektursignale stehen anschließend in der entsprechenden Position der Oktave, so daß nunmehr lediglich die Eingangssignale, gleichgültig in welcher der möglichen Oktaven sie stehen, zu korrigieren sind. Die Korrektursignale beziehen sich bevorzugt auf relative Frequenzänderungen, insbesondere angegeben in Cents, um Unabhängigkeit von den Oktaven zu erreichen.
Um für die variablen Stimmungen ein festes Bezugssystem zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß man das einem vorbestimm- ten Grundton des jeweilgen Akkordmusters zugeordnete Signal der Signalmuster entsprechend der vorgegebenen festen Stimmung festlegt. Im Falle der temperierten Stimmung orientiert sich der Grundton des Akkords also an dem entsprechenden Ton in der temperierten Stimmung. Im einfach- sten Falle stimmen beide Töne überein.
Es wurde jedoch erkannt, daß in letzterem Falle zwei unmit- telbar aufeinanderfolgend gespielte unterschiedliche Akkorde unangenehm klingen können, insbesondere dann, wenn in beiden Akkorden die gleichen Töne in unterschiedlicher
Funktion vorkommen. Aufgrund der jeweils akkordspezifischen und daher unterschiedlichen Frequenzkorrektur dieser Töne, liegen sie in beiden Akkorden bei unterschiedlicher Tonhöhe, was bei entsprechendem Frequenzunterschied als unangenehm empfunden wird. Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung dieses Nachteils vorgeschlagen, daß man das dem vorbestimmten Grundton des Akkords zugeordnete Signal des Signalmusters gegenüber der vorgegebenen festen Stimmung korrigiert. Um die gewünschte variable Stimmung auch hier zu erhalten, legt man die den übrigen Tönen des Akkordmusters zugeordneten Signale des Signalmusters, vom Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung fest. Die Korrektur des Grundtons wird dann so vorgenommen, daß die Frequenzdifferenzen gleicher Töne möglichst klein sind.
Es hat sich herausgestellt, daß man im allgemeinen dann eine brauchbare Frequenz-Zusatzkorektur erhält, wenn man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß der entsprechend korrigierte, von der Tonerzeugungseinrichtung abgegebene Ton höher oder tiefer liegt als der Grundton in der vorgegebenen festen Stimmung, je nachdem, ob die entsprechend dem Signalmuster korrigierten Akkordtöne im Mittel tiefer bzw. höher liegen als die unkorrigierten Akkordtöne in der festen Stimmung.
Besonders bevorzugt wird das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß die Verschiebung einer mittleren Frequenz der Akkordtöne auf Grund der Korrektur der Akkordtöne durch das Signalmuster wenigstens angenähert kompensiert wird. Im Falle der Verwendung von relative Frequenzänderungen angebenden Korrektursignalen wird vorgeschlagen, daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal mit einem eine relative Frequenzänderungen angebenden Zusatzkorrektursignal korrigiert, welches dem Mittelwert der ebenfalls relative Frequenzänderung angebenden Korrektursignale für die Eingabesignale den Betrag nach, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, entspricht. Durch diese Zusatzkorfektur werden gleichnamige Töne in Akkorden, die sich als Stufen einer einzigen Tonart darstellen lassen, nur soweit umgestimmt, daß diese Umstimmung unterhalb der Hörbarkeitsgrenze liegt. Ein Beispiel wäre der Ton E in C-Dur, als Terz der Stufe I, C-E-G, als Grundton der Stufe III, E-G-H oder als Quinte der Stufe VI, A-C-E. Es erfolgt also eine tonartunabhängige aber tonartfreundliche Umstimmung.
Eine besondere Beachtung muß bei kleinen Dur-Septakkorden dem Ton mit der Funktion der kleinen Septime im Akkord
geschenkt werden. In Temperierter Stimmung weist dieser Ton den Wert von 1000 Cents im Verhältnis zum Grundton des Akkordes auf. In historischer Zeit wurde die Kleine Septime einer Tonleiter häufig auf den Wert 7/4 zum Grundton eingestimmt, was dem Frequenzverhältnis des 7. Obertones einer Naturtonreihe entspricht. Dieser Wert ist jedoch für die heutige Musizierpraxis unbrauchbar, da er mit 969 Cents zu weit entfernt vom Wert der Temperierten Stimmung ist.
Einen brauchbaren Wert bietet das Frequenzverhältnis wie es im Dominantseptakkord innerhalb einer harmonisch gestimmten Dur-Tonleiter vorkommt. Im Dominantseptakkord wird der Grundton durch die Quinte der betreffenden Tonart gebildet, die Kleine Septime dagegen durch die Quarte der darüberliegenden Oktave . Die Quinte hat ein Frequenzverhältnis von 3/2 zum Grundton der Tonart, die darüberliegende Quarte der nächsten Oktave ein Verhältnis von 2x4/3 = 8/3 zum Grundton der Tonart. Also verhält sich die Kleine Septime des Dominantseptakkords zu dessen Grundton wie 8/3:3/2 = 16/9. Dies entspricht 997 Cents zum Akkordgrundton. Nach Ausführung der schon erwähnten Zusatzkorrektur hat dieser Ton im Kleinen Durseptakkord eine Korrektur von vorzugsweise +1 Cent zur Frequenz der temperierten Stimmung, was sich gut anhört.
Bei einem kleinen Mollseptakkord hat dagegen der Ton mit der Funktion der kleinen Septime im Akkord den üblichen Wert von 6 : 5 zur Quinte, was einem Abstand von 1018 Cents zum Grundton entspricht.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei den nachfolgenden Eingabesignalmustern feststellt, ob der entsprechende Ton bzw. die entsprechenden Töne des Eingabesignalmusters im Akkordmuster vollständig enthalten sind und zutreffendenfalls diesen Ton bzw. diese Töne entsprechend dem Akkordmuster korrigiert. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, daß unmittelbar nach dem Spielen eines Akkordes aus der Menge der vorgegebenen Muster und dessen Erklingen in harmonischer Stimmung auch dessen Einzeltöne oder Kombinationen von Einzeltönen dieses Akkords gespielt werden können, ohne daß sich die Stimmung dieser Töne verändert. Dies ist sehr von Vorteil, wenn beispielsweise einem Chor ein Akkord zur Intonation vorgespielt wird und danach noch die Einzeltöne dieses Akkords vorgespielt werden sollen.
In Weiterbildung dieser Maßnahme wird vorgeschlagen, daß man den Musterakkorden Zusatzakkordtöne zuordnet, und daß man bei Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei den nachfolgenden Eingabesignalmustern feststellt, ob der entsprechende Ton bzw. die entsprechenden Töne des Eingabesignalmusters Zusatzakkordtönen des festgestellten Akkordmusters entsprechen und zutreffendenfalls diesen Ton bzw. diese Töne entsprechend den Zusatzakkordtönen korrigiert. Bei diesen Akkordzusatztönen handelt es sich um Töne, die sich nach unten bzw. oben an den Musterakkord anschließen. Bevorzugt sind große oder kleine Terzen vorgesehen, wobei sich an eine große Terz des Musterakkords eine kleine Terz für den Zusatzakkordton und umgekehrt anschließt. So schließt sich bei einem Dur-Dreiklang nach unten ein Zusatzakkordton im Abstand einer kleinen Terz und nach oben ein Zusatzakkordton im Abstand einer großen Terz an.
Bei einer mehrmanualigen Eingabeeinrichtung wird vorgeschlagen, daß man bei jedem Manual gesondert das jeweils zugeordnete Eingabesignalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht. Da im allgemeinen auf einem der Manuale Begleit-Akkorde gespielt werden, können diese selbst dann identifiziert werden, wenn auf einem anderen Manual akkordfremde Töne, beispielsweise sog. Durchgangstöne, gespielt werden. Ferner wird vorgeschlagen, daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei einem der Manuale die nachfolgenden Eingabesignalmuster sämtlicher Manuale daraufhin überprüft, ob der bzw. die entsprechenden Töne im Akkordmuster vollständig enthalten sind. Es werden also die akkordidentischen Töne sämtlicher Manuale korrigiert, während die nicht zum festgestellten Akkordmuster gehörenden Töne die Frequenzen der Temperierten Stimmung beibehalten.
Anstelle oder zusätzlich zur vorgeschlagenen Zusatzkorrektur der Grundtonfrequenzen der Akkorde, zur Vermeidung mißtönender Frequenzunterschiede gleicher Töne aufeinanderfolgender Akkorde, wird vorgeschlagen, daß man bei zwei aufeinanderfolgenden Eingabesignalmustern, die jeweils zwei nicht überschreitende Freguenzdifferenz aufweisen. Wenn diese Zusatzkorrektur lediglich den übereinstimmenden Ton betrifft, so ergibt sich dementsprechend eine geringfügige Abweichung dieses Tones von der variablen Stimmung im zweiten Akkord. Es ist jedoch auch möglich, diese Zusatzkorrektur allen Tönen des neuen Akkordes zukommen zu lassen, so daß sich eine Verschiebung aller Töne dieses neuen Akkordes zu "höher" oder zu "tiefer" ergibt. Dadurch würden die Freguenzverhältnisse der variablen Stimmung erhalten bleiben. Da eine solche Verschiebung nach "höher" oder "tiefer" in Ausnahmefällen mehrfach hintereinander in derselben Richtung vorkommen könnte, ist vorzugsweise vorgesehen, diese Zusatzkorrektur zu begrenzen, vorzugweise auf einen Wert von unter 16 Cents in einer Richtung ingesamt. Die Erfindung wird im folgenden anhand von mit I - VI bezeichneten Tabellen am Schluß der Beschreibung sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Die Tabelle I gibt die Bezeichnung der Funktion der Töne einer Reihe ausgewählter Akkorde in der hier gewählten Darstellung an.
Die Tabelle II gibt die Frequenzverhältnisse der Töne eines Akkords zueinander an, und zwar sowohl in der harmonischen Stimmung als auch in der temperierten Stimmung.
Die Tabelle III zeigt eine Aufstellung über die zu korrigierenden Akkorde mit den zugeordneten Korrekturwerten.
Die Tabelle III A zeigt eine Aufstellung gemäß Tabelle III mit abgewandelten Korrekturwerten.
Die Tabelle IV gibt zu jedem der ausgewählten Akkorde die im Akkorderkennungs-Speicher gespeicherten zugeordneten Akkordmuster an.
Die Tabelle V ordnet die Akkordmuster-Nummern gemäß Tabel- le IV den Notenbeispielen gemäß Fig. III zu.
Die Tabelle VI zeigt die Auswirkung einer halbtonweisen Akkordmusterverschiebung.
Fig. 1 zeigt ein Notenbeispiel (Übergang von einem e-Moll-
Akkord zu einem C-Dur-Akkord) samt Tabelle zur Erläuterung der Zusatzkorrektur.
Fig. 2 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema.
Fig. 3 zeigt eine Reihe von mit a - n bezeichneten Notenbeispielen. Fig. 3a zeigt weitere Notenbeispiele α und ß,
Fig. 4 zeigt die Belegung einer Reihe von für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Speichern.
Fig. 5 zeigt die obere Hälfte eines Ablaufdiagramms.
Fig. 6 zeigt die untere Hälfte des genannten Ablaufdiagramms.
Bei dem im folgenden näher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Tonhöhensteuerung wird von einer festen Stimmung ausgegangen, die der temperierten Stimmung entspricht mit Einteilung einer Oktave in 12 gleiche Halbtöne, also mit einem Frequenzverhältnis von entsprechend 100 Cents. Es sind jedoch auch andere feste Ausgangsstimmungen denkbar, wie z.B. die in der DE-PS 25 58 716 angegebenen Stimmungen. Um verschiedene Tonarten spielen zu können und auch Tonart-Modulationen durchführen zu können, ist es bei Instrumenten, die, im Gegensatz beispielsweise zu Streichinstrumenten und Blasinstrumenten, während des Spiels vom Spieler nicht nachgestimmt werden können, erforderlich, eine derartige feste Stimmung vorzusehen, so bei den Tasteninstrumenten Klavier und Orgel (mit Pfeifen oder elektronisch). Gemäß der Erfindung soll nun für
Instrumente, welche mehrstimmiges Spiel erlauben und somit das Spielen von Akkorden, selbsttätig eine Frequenzkorrektur der Töne derart vorgenommen werden, daß die Akkorde harmonisch rein gestimmt sind. Das Instrument muß hierzu eine Tonerzeugungseinrichtung aufweisen, welche die Erzeugung von frequenz-korrigierten Tönen zuläßt. Diese Voraussetzung ist bei "elektronischen Orgeln" bzw. "Synthesizern" von vorne- herein gegeben. Es ist jedoch auch denkbar, eine Pfeifen-Orgel einzusetzen, bei welcher jedem einzelnen Ton mehrere Pfeifen unterschiedlicher Tonhöhe (z.B. Länge) zugeordnet sind mit wahlweiser Ansteuerung der jeweils gewünschten Pfeife. Auch ist eine Pfeifen-Orgel einsetzbar, bei welcher Pfeifen mit variabler Tonhöhe (z.B. variabler Länge) verwendet werden, um während des Spiels die gewünschte Nachstimmung der Pfeife zu ermöglichen.
Die Tabelle V gibt diejenigen Akkorde an, welche für die harmonisch reine Stimmung vorgeschlagen werden, wobei je nach Anwendungsfall weniger wichtige Akkorde wegfallen können oder weitere Akkorde hinzu kommen können. Auch weeden Akkorde mit mehr als vier verschiedenen Noten im Ausführungs- beispiel nicht berücksichtigt. Alle Akkorde werden nicht nur in ihrer Grundstellung gemäß Tabelle I (Grundton G als tiefster Ton) erkannt und korrigiert, sondern auch in allen Umkehrungen, Lagen und Verdoppelungen. Dies wird dadurch erreicht, daß alle Töne aus allen Oktaven auf eine als
"Definitions-Oktave" bezeichnete, beispielsweise aus den 12 aufeinanderfolgenden Halbtönen von c' bis h' bestehende Oktave projiz.iert werden. Betrachtet man beispielsweise die drei Akkorde des Beispiels a gemäß Fig. 3, so ist bei dem mit a1 bezeichneten C-Dur-Akkord der Ton C der tiefste Ton, wenn er auf die Definitionsoktave von c' bis h' projiziert wird, der Ton E ist der nächsthöhere und der Ton G der höchste auf dieser Definitionsoktave, so daß dieser Akkord sich auf der Definitionsoktave genauso wie abgebildet darstellt und durch das Akkordmuster Nr. 1 gemäß Tabelle IV identifziert werden kann. Der Akkord a2 ist ein As-Dur- Dreiklang, bei dem dessen Töne, auf die genannte Definitionsoktave projiziert von unten nach oben in der Reihenfolge C, Es und As gelesen würden, was dem Akkordmuster Nr. 2 gemäß Tabelle IV entspricht. Dementsprechend wird der
F-Dur-Dreiklang als Beispiel a3 von unten nach oben in der Reihenfolge C, F und A gelesen und entspricht dem Akkordmuster Nr. 3 aus Tabelle IV.
Die gespielten Akkorde erscheinen also bei der Projektion auf die Definitionsoktave in ihrer Grundstellung oder in einer ihrer Umkehrungen, unabhängig davon, in welcher Lage,
Verdoppelung oder Umkehrung sie gespielt werden. Die Lage des Akkordes in der Definitionsoktave muß nicht der Lage entsprechen, in der der Akkord gespielt wird, sondern hängt von Anfangs- und Endton der gewählten Definitionsoktave ab und davon, aus welchen konkreten Tönen der jeweils gespielte Akkord besteht. Wie aus Tabelle IV weiter hervorgeht, kann anhand der Darstellung der Töne auf der Definitionsok- tave und des spezifischen Rasters jedes Akkordes die Funktion der einzelnen Töne des Akkordes (hier als Buchstaben G, M, T, Q, R und S gemäß Tabelle I dargestellt) bestimmt werden und so kann jedem Ton mit einer bestimmten Funktion im Akkord ein ganz bestimmter Korrekturwert von Temperierter zu Harmonischer Stimmung zugeordnet werden.
Anhand von Fig. 2 in Verbindung mit Tabelle II soll demonstriert werden, daß auch bei jeweils individuell harmonisch reiner Stimmung aufeinanderfolgender Akkorde hörbare Unzuträglichkeiten auftreten können. In Fig. 1 oben ist der Übergang von einem e-Moll-Dreiklang zu einem C-Dur-Dreiklang dargestellt. Um ein festes Bezugssystem zu haben, wird beispielsweise der jeweilige Akkordton in der Funktion G in der festen (temperierten) Stimmung festgelegt, also beim Grundton e (= 330 Herz). Die Töne g (mit Funktion M) und h (mit Funktion Q), welche dementsprechend bei temperierter Stimmung (s. Tabelle II) Frequenzen von 392 (= 300 Cents) und 494 Herz (= 700 Cents) haben würden, werden dann auf die Frequenzen 396 Herz und 495 Herz korrigiert. Dementsprechend wird der Grundton c (mit Funktion G) des C-Dur-Akkords auf 523 Herz festgelegt mit den harmonischen Frequenzen 392 und 327 für die tieferliegenden Töne e (mit Funktion Q) und g (mit Funktion T).
Vergleicht man nun die beiden untersten Töne beider Akkorde, die beide demselben Ton, nämlich dem Ton e entsprechen, so haben diese unmittelbar aufeinanderfolgend gespielten Töne durch die Korrektur zur harmonischen Stimmung eine Frequenzdifferenz von ca. 1 % . Dies gilt auch für die beiden mittleren Töne der Akkorde mit 396 bzw. 392 Herz. Ein derartiger Frequenzunterschied unmittelbar aufeinander gespielter, an sich gleicher Töne, ist hörbar und wird als unangenehm empfunden.
Um diesen Effekt zu vermeiden, werden die nach wie vor harmonisch gestimmten Dur-Dreiklänge als Ganzes zu höheren Frequenzen verschoben und dementsprechend die nach wie vor harmonisch rein gestimmten Moll-Dreiklänge zu tieferen Frequenzen. Gemäß Tabelle III hat sich als besonders vorteilhaft eine Frequenzverschiebung der Dur-Dreiklänge nach oben um 4 Cents und eine Frequenzverschiebung der Moll- Dreiklänge nach unten um 6 Cents herausgestellt.
Aufgrund dieser Zusatzkorrektur liegt der Frequenzunterschied der betreffenden Töne nunmehr mit jeweils 1 Herz unter 1/3 % und ist folglich nicht mehr hörbar.
In Tabelle III sind in der dritten Spalte von rechts die bevorzugten Zusatzkorrekturen für die angegebenen Akkorde aufgeführt.
In Tabelle III A sind alternative Zusatzkorrekturen für eine Reihe von Akkorden angegeben, die sich durch verbesserte Quintenreinheit auszeichnen.
Fig. 2 zeigt ein rein schematisches Schaltungsdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens. Eine Eingabeeinrichtung 10 zur Eingabe von Noten-Eingabesignalen in der festen Stimmung ist symbolisiert als eine Reihe von Klaviertasten 12 zur Betätigung von jeder Taste 12 zugeordneten Schaltern 14. Die von den Schaltern 14 ausgehenden Leitungen 16 sind zu einer Sammelleitung 18 zusammengefaßt. Eine Tonerzeugungs- Einrichtung 20 weist eine Tonsignal-Ausgabeschaltung 22 auf, die im allgemeinen mit Tonfrequenz-Generatoren versehen ist, und die über eine Leitung 24 einen oder mehrere Lautsprecher 26 ansteuert. Anstelle des Lautsprechers 26 kann, zur "Musik-Zwischenspeicherung", auch ein Aufzeichnungsgerät, wie z.B. Tonband, vorgesehen sein. Die Leitung 18 mündet in in eine Akkordmuster-Erkennungsschaltung 28, von der wiederum eine Leitung 30 ausgeht zur Verbindung der Schaltungen 28 und 22. Die Eingabeeinrichtung 10 sowie die Tonerzeugungs- Einrichtung 22 entsprechen in Aufbau und Funktion den entsprechenden Bauelementen herkömmlicher elektronischer Tasteninstrumente. Die Akkordmuster-Erkennungsschaltung 28 ist über eine
Leitung 31 mit einer Steuerschaltung 32 verbunden, welche wiederum über eine Leitung 33 mit einer Signalmuster-Spei- Scherschaltung 34 verbunden ist. Die Steuerschaltung 32 ist zusätzlich über eine Leitung 35 mit der Tonsignal-Ausgabe- schaltung 22 verbunden.
Die generelle Funktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist die folgende:
Über die Leitung 18 werden der Akkord-Erkennungsschaltung 28 die Noten-Eingabesignale über die Leitung 18 zugeführt. Die Akkord-Erkennungsschaltung überprüft, ob ein einem Akkord entsprechendes Eingabesignalmuster aus mehreren unterschiedlichen Tönen einem Akkordmuster aus einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern entspricht. Ist dies der Fall, so wird dies der Steuerschaltung 32 gemeldet, die aus der Signalmuster-Speicherschaltung die diesem Akkord zugeordneten Korrektursignale abruft und über die Leitung 35 an die Tonsignal-Ausgabeschaltung 22 weiterleitet, die dementsprechend die ihr über die Leitung 30 zugeführten Noten-Eingabesignale korrigert und als korrigierte Ausgabesignale an den Lautsprecher 26 abgibt.
Das beschriebene Verfahren ist natürlich nicht auf eine derartige elektrische Schaltungsanordnung beschränkt, sondern kann auch durch entsprechend programmierte programmgesteuerte Einrichtungen realisiert werden.
In den Figuren 4 und 5 ist ein entsprechender Programmablauf wiederum rein schematisch dargestellt. Die im Programmablauf-Schema angesprochenen Speicher sind in Fig. 4 näher erläutert. Man erkennt einen Definitions-Oktave-Speicher 40 mit zwölf Speicherplätzen 42, die der Reihe nach jeweils einen Halbton der Tonleiter, beispielsweise beginnend beim Ton c, aufweisen. Ein Akkordspeicher 44 hat gleichen Aufbau. Ein Arbeitsspeicher 46 weist ebenfalls zwölf Speicherplätze auf; der Arbeitsspeicher 46 ist jedoch als Schieberegister-Speicher ausgebildet, so daß die Speicherplätze lediglich von 1 - 12 durchnumeriert sind und keinem Ton der Tonleiter zugeordnet sind. Ein Schiebezähler 48 ist dem Arbeitsspeicher 46 zugeordnet und zählt die jeweils durchgeführten Verschiebeschritte jeweils um einen Speicherplatz, entsprechend einem Halbton der Tonleiter.
Ein Akkorderkennungs-Speicher 50 weist jeweils einem der
Akkordmuster gemäß Tabelle IV zugeordnete Speicherzeilen 52 auf jeweils mit zwölf Speicherplätzen 54. Wie ein Vergleich, beispielsweise der ersten vier Speicherzeilen, mit der Tabelle IV Akkordmuster Nr. 1 - 4 ergibt, entspricht die Speicherplatzbelegung im Akkorderkennungs-Speicher 50 den Akkordmustern. Es sind bei den hier zur Korrektur vorgeschlagenen Akkorden neununddreißig Zeilen 52 vorgesehen.
Ein Korrekturfaktoren-Speicher 56 ist gleichfalls in neununddreißig Zeilen 58 zu je zwölf Speicherplätzen 60 organisiert. Während beim Akkorderkennungs-Speicher entsprechend dem jeweiligen Akkordmuster entweder eine "1" (d.h. Akkordton) oder eine "0" (d.h. kein Akkordton) steht, sind, beim Korrekturfaktoren-Speicher 56 an denjenigen Speicherplätzen, die den im Akkorderkennungs-Speicher 50 mit "1" versehenen entsprechenden Speicherplätzen entsprechen, die dem jeweiligen Ton gemäß Tabelle III zugeordneten Korrektursig- nale eingespeichert. Diese Korrektursignale entsprechen jeweils der Gesamtkorrektur in Cents aus der zweiten Spalte von rechts der Tabelle III. Betrachtet man beispielsweise die dritte Zeile im Korrekturfaktoren-Speicher 56, die dem Akkordmuster Nr. 3 zugeordnet ist, so ist im ersten Speicherplatz die Zahl "6" eingespeichert - dies deshalb, weil dieser Ton gemäß Tabelle IV seiner Funktion nach dem Ton mit der Funktion Q (= Quinte) entspricht, welchem Ton wiederum gemäß Tabelle III, oberste Zeile eine Korrektur von +6 Cents zugeordnet ist. Die den mit "0" belegten Speicherplätzen 50 ihrem Orte nach entsprechenden Speicherplätze 60 des Speichers 56 sind ebenfalls mit "0" belegt.
Schließlich ist noch ein Ausgabespeicher 62 vorgesehen wiederum mit zwölf Speicherplätzen, die durchnumeriert sind, um anzudeuten, daß auch dieser Speicher als Schieberegister-Speicher ausgebildet ist.
Bei der prinzipiellen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 können die Speicher 40, 44, 46 und 50 der Schaltung 28 zugeordnet sein, der Speicher 56 der Schaltung 34 sowie der Speicher 62 der Schaltung 32.
Der Verfahrensablauf bzw. Programmablauf geht aus den Figuren 5 und 6 hervor. Ausgehend vom Startblock 70 wird im nächstfolgenden Entscheidungsblock 72 geprüft, ob die von der Tonerzeugungseinrichtung 10 abgegebenen Eingabesignale unverändert sind, d.h. ob der momentane Schaltzustand weiter bestehen bleibt, also beispielsweise eine oder mehrere Tasten unverändert gedrückt sind. Ist dies der Fall, so springt das Programm zum später noch zu erläuternden Block 74 und dann zum "Return-Block" 76. Das Ergebnis ist die unveränderte Ausgabe der wie bisher korrigierten Eingabesignale an die Tonerzeugungseinrichtung 20, so daß die eben gespielten Töne in unveränderter Stimmung weiterhin erklingen.
Sind dagegen die Eingabesignale verändert, so wird das Eingabesignalmuster gemäß einem Block 84 in den Definitions-Oktave-Speicher 40 geladen, und zwar in der Weise, daß dann beispielsweise die dem Ton c zugeordnete Speicherzelle 42 mit "1" belegt wird, wenn eine oder mehrere dem Ton c in irgendeiner Oktave jeweils zugeordneten Tasten gedrückt sind. Im übrigen erhalten die Speicherplätze den Speicherinhalt "0". Im Ergebnis sind also gleichnamige Töne beliebiger Oktaven durch die logische Funktion "oder" verknüpft, so daß man die gewünschte Projektion des eingegebenen Akkords auf die Definitions-Oktave erhält.
Im darauffolgenden Block 86 wird überprüft, ob der nunmehr angeschlagene Akkord ausschließlich aus Akkordtönen des zuletzt angeschlagenen und als Akkordmuster erkannten Akkords besteht. Ergibt diese Prüfung im Entscheidungsblock 88, daß eine reine Wiederholung vorliegt, so wird zur Verkürzung des Verfahrens zum Block 74 übergegangen, mit dem Ergebnis, daß der neue Akkord mit den Frequenzkorrekturen entsprechend dem zuletzt gespielten Akkord ertönt, wobei der neue "Akkord" auch aus lediglich einem einzelnen Akkordton des vorher gespielten, als Akkordmuster erkannten Akkords bestehen kann.
Weicht der neue Akkord jedoch in wenigstens einem Ton von diesem vorher gespielten Akkord ab, so schreitet das Programm zu einem Entscheidungsblock 89 weiter, in welchem geprüft wird, ob das Eingabesignalmuster lediglich einem Einzelton entspricht. Ist dies der Fall, so geht das Programm zu einem Block 80 über, in welchem der bereits erwähnte Ausgabespeicher 62 gelöscht wird, ebenso wie der Akkordspeicher 44 in einem nachfolgenden Block 82, woraufhin das Programm wiederum zu einem Block 74 weiterschreitet zur Ausgabe des dem Einzelton entsprechenden Eingabesignals an die Tonerzeugungseinrichtung 20 und zwar ohne Korrektur, da die Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher auf "0" gesetzt sind. Der Einzelton ertönt also in temperierter Stimmung.
Wird dagegen festgestellt, daß das Eingabesignalmuster mehreren Tönen entspricht, so wird der Inhalt des Definitions-Oktave-Speichers 40 gemäß einem Block 90 in den Arbeitsspeicher 46 geladen. Der Schiebezähler 48 wird in einem anschließenden Block 92 auf die Zahl "0" gesetzt. Die nächste Programmschleife dient dazu, den Speicherinhalt des Arbeitsspeichers soweit zu verschieben, bis eine "1" an den z.B. linken Rand der den Arbeitsspeicher 46 bildenden, schieberegisterartigen Speicherzeile angelangt ist. Man kann dies auch als RandJustierung bezeichnen. Auf diese Weise soll der Vergleich mit den Akkordmustern im Akkorderkennungs-Speicher erleichtert werden, da der Inhalt der entsprechenden Zeilen 52 dieses Speichers 50 ebenfalls randjustiert ist, wie Fig. 4 zu entnehmen ist.
In einem auf den Block 92 folgenden Entscheidungsblock 94 wird hierzu geprüft, ob in der Speicherzelle Nr. 1 des Arbeitsspeichers 46 sich eine "1" befindet. Ist dies nicht der Fall, so schreitet das Programm zu einem Block 96 fort, um den Inhalt des Arbeitsspeichers 46 um eine Zelle (entsprechend einem Halbton) nach links zu verschieben. Gleichzeitig wird im Block 98 der Speicherwert des Schiebezählers 48 um "eins" erhöht. Anschließend kehrt das Programm zum Entscheidungsblock 94 zurück. Die auf diese Weise gebildete Schleife wird so oft durchfahren, bis die RandJustierung erreicht ist, d.h. in der Speicherzelle 1 eine "1" gespeichert ist.
Das Programm fährt dann fort zu einem Block 100 (Fig. 6). Hierbei wird der Akkorderkennungs-Speicher 50 angesteuert, und zwar dessen erste Zeile mit dem Akkordmuster Nr. 1. In der nachfolgenden Programmschleife wird der randjustierte Inhalt des Arbeitsspeichers 46 der Reihe nach mit sämtlichen Akkordmustern verglichen, bis entweder Gleichheit mit einem bestimmten Akkordmuster festgestellt worden ist oder bis sämtliche Akkordmuster ohne Übereinstimmung durchgeführt worden sind. In einem Block 102 der Schleife wird das jeweilige Akkorderkennungs-Muster mit dem Inhalt des Arbeitsspeichers verglichen. In einem nachfolgenden Entscheidungsblock 104 wird zu einem nächstfolgenden Entscheidungsblock 106 innerhalb der Schleife übergegangen, falls das momentane Akkorderkennungs-Muster dem Inhalt des Arbeitsspeichers nicht entspricht. Im Entscheidungsblock 106 wird überprüft, ob bereits sämtliche Akkordmuster durchgeprüft worden sind. Ist dies noch nicht der Fall, d.h. die aktuelle Akkordmuster-Nummer ist kleiner als die höchste Akkordmuster-Nummer (im Beispiel gemäß Fig. 4: 39), so geht das Programm auf einen Block 108 über, in welchem veranlaßt wird, daß die nächstfolgende Zeile des Akkorderkennungsspeichers 50 angesteuert wird. Anschließend kehrt das Programm innerhalb dieser Schleife zum Block 102 zurück.
Falls im Entscheidungsblock 104 dagegen festgestellt wird, daß der gespielte Akkord einem Musterakkord entspricht, d.h. der Inhalt .des Arbeitsspeichers dem einer Speicherzeile des Akkorderkennungs-Speichers voll entspricht, verläßt das Programm die besagte Schleife und geht vom Entscheidungsblock 104 auf einen Block 110 über, gemäß welchem .der Inhalt des Akkordspeichers 44 aktualisiert wird durch Übernahme des Inhalts des Definitions-Oktave-Speichers 40.
Es folgt ein Block 112, gemäß welchem diejenige Speicherzeile des Korrekturfaktoren-Speichers 56 angesteuert wird, deren Nummer der der momentan angesteuerten Zeile des Akkorderkennungs-Speichers 50 entspricht, also der Nummer desjenigen Akkordmusters, welches als identisch mit dem momentan gespielten Akkord festgestellt worden ist. Diese Zeile wird in einem nachfol- genden Block 114 in den Ausgabespeicher 62 kopiert.
Entsprechend dem Akkorderkennungs-Speicher 50 sind auch im Korrekturfaktoren-Speicher 56 die Inhalte der Speicherzeilen 58 randjustiert. Um die auf diese Weise ermittelten randjustierten Korrekturfaktoren bei der Tonerzeugung den gespielten Akkordtönen in ihrer unverschobenen Lage zuord- nen zu können, wird die RandJustierung dieser Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher 62 rückgängig gemacht. Hierzu dient eine auf den Block 114 folgende Programmschleife. Anschließend an den Block 114 wird, als Teil der Schleife, ein Entscheidungsblock 116 angefahren , bei welchem überprüft wird, ob überhaupt eine Randjustierung in der durch die Blöcke 94, 96 und 98 gebildeten Schleife hatte durchgeführt werden müssen. Bei von vorneherein randjustiertem Akkord im Definitions-Oktave-Speicher (d.h. bei einem den Ton c enthaltenden gespielten Akkord, sofern die Definitionsoktave mit dem Ton c beginnt) ist eine Verschiebung im Arbeitsspeicher natürlich nicht erforderlich. In letzterem Falle würde der Schiebezähler weiterhin den Wert "0" haben. Ist dies nicht der Fall, so folgt in der Schleife auf den Block 116 ein Block 118, gemäß welchem der Speicherinhalt des Ausgabespeichers 62 als Ganzes nach rechts, also zur nächsthöheren Zellen-Nummer verschoben wird. Anschließend wird in einem Block 120 der Wert im Schiebezähler um eins erniedrigt. Dann kehrt die Programmschleife zurück zum Entscheidungsblock 116. Die Schleife wird also so oft durchlaufen, bis der Schiebezähler den Wert "0" hat, so daß im Ergebnis die Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher an derselben Stelle stehen wie die Töne der Definitions-Oktave.
Zur Speicherplatzbelegung des Ausgabespeichers 62 sei ergänzt, daß dann, wenn beispielsweise festgestellt wird, daß das Akkordmuster Nr. 4 vorliegt, der Ausgabespeicher dementsprechend an den Positionen 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11 und 12 jeweils F = 0 aufweist und an Position 1 F = -6, an Position 4 F = 10 und Position 8 F = -4. F = O bedeutet, daß keine Tonhöhenkorrektur bei dem betreffenden Ton vorzunehmen ist, also dieser in temperierter Stimmung erklingt. Ansonsten wird der Ton entsprechend dem angegebenen Korrekturfaktor (in Cents) korrigiert.
Da die anfängliche Verschiebung innerhalb der Oktave des Arbeitsspeichers (in der Schleife mit den Blöcken 94,96 und 98) später in der Schleife 116, 118, 120 innerhalb der
Oktave des Ausgabespeichers (mit identischem Akkordmuster) lediglich rückgängig gemacht wird, besteht nicht die Gefahr des ÜberfHeßens des Ausgabespeichers, d.h. die Gefahr, daß ein von Null verschiedener Korrekturfaktor aus dem Speicher herausgeschoben wird.
Es ist jedoch auch denkbar, die Akkorderkennung derart vorzunehmen, daß für jeden Akkord jeweils ein einziges Akkordmuster, beispielsweise das Akkordmuster Nr. 1 für den Dur-Dreiklang, verwendet wird, welches dann in einem Schiebespeicher mit zwölf Speicherplätzen zyklisch verschoben wird, so daß damit auch die Akkordmuster 2 und 3 zwischenzeitlich vorliegen (Akkόrdmuster 2 ergibt sich beispielsweise bei einer zyklischen Verschiebung des Akkordmusters Nr. 1 in Tabelle IV nach links um vier Halbtöne). Es muß dann für jeden Akkord das eine Akkordmuster um einen vollen Zyklus (12 Schritte) verschoben werden und jedesmal mit dem gespielten Akkord verglichen werden, wobei eine Randjustierung dieses Akkords nicht erforderlich ist. Bei dieser
Verfahrensweise müßte dann der Ausgabespelcher dementsprechend zyklisch organisiert werden mit Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung, entsprechend der Anzahl der bis zur Übereinstimmung der Akkorde erforderlichen Verschiebeschritte.
Es sei kurz auf Tabelle VI hingewiesen, der zu entnehmen ist, daß (bei einer mit dem Ton c beginnenden Definitionsoktave) ein gespielter E-Dür-Dreiklang vier Verschiebeschritte im Arbeitsspeicher 46 nach links erfordert, bis die RandJustierung erreicht ist. Dementsprechend muß dann der der Zeile Nr. 4 des Korrekturfaktoren-Speichers 56 entsprechende Speicherinhalt des Ausgabespeichers 62 um vier Schritte nach rechts verschoben werden, so daß dann beispielsweise der Korrekturfaktor "-6 Cents" an der dem Ton e zugeordneten Speicherstelle steht. Nach Durchführung der notwendigen Verschiebungen im Ausgabespeicher (Wert im Schiebezähler = Null) wird die besagte Schleife verlassen; das Programm geht vom Entscheidungsblock 116 über zum Block 74. Es werden nun die Eingabesig- nale entsprechend den Korrekturfaktoren im Ausgabespeicher korrigiert. Hierbei wird, unabhängig von der Oktave, in der der jeweilige Ton steht, der seiner Benennung im Ausgabespeicher diesem Ton entsprechende Korrekturfaktor zur Korrektur dieses Tones herangezogen. Es wird also eine Art Rück-Projektion auf das ursprüngliche mehroktavige Eingabesignalmuster vorgenommen. Da die Korrekturfaktoren Frequenzverhältnisse angeben, sind diese oktave-unabhängig. Bei vielen gebräuchlichen Tonsignal-Ausgabeschaltungen 22 ist von vorneherein jeder Taste 12 ein Tonfrequenz-Generator zugeordnet. Erfindungsgemäß sind steuerbare Tonfrequenz-Generatoren vorzusehen, die, ausgehend von der temperierten Grundstimmung selbsttätig anhand der Korrekturfaktoren nachstimmbar sind.
Im Ergebnis wird also ein harmonisch korrigierter Akkord von der Tonerzeugungseinrichtung 20 abgegeben, wenn festgestellt worden ist, daß dieser Akkord einem vorgegebenen Akkordmuster entspricht. Kann der Akkord nicht erkannt werden, so wird der Akkord in temperierter Stimmung erzeugt. Hierzu ist in der die Blöcke 102, 104, 106, 108 umfassenden Programmschleife ein zweiter Schleifenausgang vorgesehen, nämlich im Entscheidungsblock 106. Wird im Block 106 festgestellt, daß einerseits der gespielte Akkord mit dem aktuellen Akkordmuster nicht übereinstimmt (Block 104) und andererseits bereits die höchste Akkordmuster-Nummer (z.B. 39) erreicht ist, so geht das Programm vom Block 106 zu einem Block 122 über, gemäß welchem sämtliche Korrekturfaktoren für den Ausgabespeicher 62 auf Null Cents gesetzt werden. In einem nachfolgenden Block 126 wird der Äkkordspeicher 44 gelöscht. Dann geht das Programm wieder zum Block 74 über, also zur Ausgabe der in diesem Falle unkorrigierten Eingabesignale an die Tonerzeugungseinrichtung 20. Anschließend kehrt das Programm über den "Return-Block" 76 wieder zum Programmbeginn (Block 70) zurück. Die gesamte Programmschleife kann, von einer Tastenbetätigung des Instruments unabhängig mit einer festen Wiederholfrequenz durchlaufen werden.
Gemäß Vorstehendem werden also selbsttätig Akkordmuster identifiziert und deren Einzeltöne sogleich korrigiert, so daß der abgegebene Akkord harmonisch rein klingt. Später angeschlagene Einzeltöne oder Akkorde, die Bestandteil des zuletzt identifizierten Akkordmusters sind, werden ebenfalls korrigiert. Man kann jedoch auch noch weitergehen und den einzelnen Musterakkorden Zusatzakkordtöne zuweisen, die im Verhältnis zu den tatsächlichen Akkordtönen rein gestimmt sind. Wird nach Identifizierung dieses Akkords im folgenden einer der Zusatzakkordtöne angeschlagen, so wird auch dieser dementsprechend korrigiert.
Fig. 3A trägt beispielsweise einen mit α bezeichneten Musterakkord (C-Dur-Dreiklang), der nach oben hin durch einen auf der Notenstufe h liegenden Zusatzakkordton im Abstand einer großen Terz vom obersten Musterakkordton erweitert ist und nach unten hin durch einen Zusatzakkordton (Ton a) im Abstand einer kleinen Terz. Diese Zusatzakkordtöne sind im Akkord ß in Fig. 3A als angekreuzte Noten symbolisiert. Es ergibt sich eine alternierende Folge von großen und kleinen Terzen.
Die diesen einzelnen Tönen zugeordneten Korrekturenfaktoren im Vergleich zur temperierten Stimmung sind in Fig. 3A rechts neben dem Akkord ß in Cents angegeben.
Wird im Verlauf eines Spiels das Akkordmuster α identifiziert, so werden sowohl dessen Töne sogleich korrigiert, so daß dieser Akkord harmonisch rein erklingt; darüber hinaus werden dann, wenn anschließend einer oder mehrere der Töne des auch die Zusatzakkordtöne haltenden Akkords ß angeschlagen werden, diese jeweils harmonisch korrigiert.

Claims

Patentansprüche 1. Tonhöhensteuerung für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung (10) zur Eingabe von Noten-Eingabesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Ton-Erzeugungseinrichtung (20), an die die Noten-Eingabesignale anlegbar sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- eine Akkorderkennungs-Schaltung (28), die bei jedem einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster feststellt, ob dieses Eingabesignalmuster einem Akkordmuster aus einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern entspricht,
- eine Signalmuster-Speicherschaltung (34), in der für jedes Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein Signalmuster gespeichert ist und
- eine Steuerschaltung (32), die dann, wenn die Akkord- Erkennungsschaltung (28) feststellt, daß ein einem der vorgegebenen Akkordmuster entsprechendes Eingabesignal- muster anliegt, die Signalmuster-Speicherschaltung (34) zur Abgabe des dem festgestellten Akkordmuster entsprechenden Signalmusters an die Ton-Erzeugungseinrichtung (20) veranlaßt, zur Erzeugung des jeweiligen Akkords in der variablen Stimmung.
2. Tonhöhensteuerung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Signalmuster-Speicherschaltung (34) als Signalmuster Korrektursignalmuster eingespeichert sind zur Korrektur der Noteneingabesignale gemäß der variablen Stimmung, und daß eine Korrekturschaltung (Tonsignal- Ausgabeschaltung (22)) vorgesehen ist, an welche die Noteneingabesignale und die Korrektursignale der Korrektursignalmuster anlegbar sind, und welche als Ausgabesignale die den Korrektursignalen entsprechend korrigierten Noteneingabesignale an die Ton-Erzeugungsein- richtung (20) abgibt.
3. Tonhöhensteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Definitionsoktavenspeicher (40) vorgesehen ist, mit 12 jedem Ton einer vorgegebenen Oktave zugeordneten Speicherplätzen (42), wobei bei Überprüfung eines einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmusters dann ein Speicherplatz belegt wird, wenn der diesem Speicherplatz entsprechende Ton im Akkord in einer beliebigen Oktave vorkommt.
4. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Arbeitsspeicher (46) vorgesehen ist mit 12
Speicherplätzen, in welchen der Speicherinhalt des Definitionsoktavenspeichers (40) übertragbar ist, und daß ein Schiebezähler (48) vorgesehen ist, welcher, vom Zählerwert "0" ausgehend, jeweils um "eins" erhöht wird, wenn der Speicherinhalt des Arbeitsspeichers (40) um einen Speicherplatz in einer vorgegebenen Richtung verschoben wird.
5. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Akkordmuster-Speicher (50) vorgesehen ist mit jeweils einer einem der Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordneten Speicherzeile (52), insbesondere mit jeweils 12 Speicherplätzen (54).
6. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Akkordspeicher (44) vorgesehen ist mit 12 jedem Ton einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen zum Einspeichern des zuletzt erkannten Akkords.
7. Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Korrekturfaktor-Speicher (56) vorgesehen ist, insbesondere mit Speicherzeilen mit jeweils 12 jedem Ton einer Oktave zugeordneten Speicherplätzen, wobei den Speicherzeilen jeweils ein Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern zugeordnet ist.
Tonhöhensteuerung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Ausgabespeicher (62) vorgesehen ist, insbesondere mit 12 Speicherplätzen, in welchen der Inhalt der einem erkannten Akkord zugeordneten Speicherzeile (58) des Korrekturfaktόren-Speichers (50) übertragbar ist, und dessen Speicherinhalt, vorzugsweise in einer vorgegebenen Richtung, verschiebbar ist.
9. Verfahren zur selbsttätigen Tonhöhenkorrektur gemäß einer harmonieabhängigen variablen Stimmung, insbesondere der harmonischen Stimmung, für ein Musikinstrument mit einer Eingabeeinrichtung (10) zur Eingabe von Noten- eingäbesignalen in einer vorgegebenen festen Stimmung, insbesondere der temperierten Stimmung, und mit einer Ton-Erzeugungseinrichtung (20), an die die Noteneingabe- signale anlegbar sind, insbesondere unter Verwendung einer Tonhöhensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch die folgenden Schritte: a) Bei einem einem Akkord entsprechenden Eingabesignalmuster stellt man durch Vergleich mit Musterakkorden einer vorgegebenen Menge an Akkordmustern fest, ob eines dieser Akkordmuster vorliegt;
b) Bei Vorliegen eines Akkordmusters wird das Eingabesignalmuster durch ein entsprechend diesem Akkordmuster korrigiertes Eingabesignalmuster ersetzt und an die Ton-Erzeugungseinrichtung (20) angelegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man das Eingabesignalmuster auf eine vorgegebene
Oktave (Definitionsoktave) projiziert und mit den sich ebenfalls jeweils auf eine Oktave beschränkenden
Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man das Eingabesignalmuster innerhalb der Definitionsoktave so lange als Ganzes halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt, bis ein Signal an einem vorgegebenen Ende der Definitionsoktave liegt, und daß man das in dieser Weise verschobene Signalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht, wobei bei den Akkordmustern jeweils ebenfalls ein Akkordton am vorgegebenen Ende der Oktave liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Akkordmuster der vorgegebenen Menge an
Akkordmustern innerhalb der Oktave zyklisch halbtonweise verschiebt und dabei die Verschiebeschritte zählt, und die auf diese Weise verschobenen Akkordmuster mit dem unverschobenen Eingabesignalmuster vergleicht.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man bei Übereinstimmung des Eingabesignalmusters innerhalb der Definitionsoktave mit dem Akkordmuster der vorgegebenen Menge an Akkordmustern ein dem jeweiligen Akkordmuster zugeordnetes, auf eine Oktave beschränktes Signalmuster in einen Ausgabespeicher (62) lädt, und das Signalmuster entsprechend der Anzahl der Verschiebeschritte des Eingabesignalmusters bzw. des Akkordmusters halbtonweise im Ausgabespeicher (62) in entgegengesetzter Richtung ggf. zyklisch verschiebt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 - 13, dadurch g e k e n n z e i c h e t , daß man als Signale der Signalmuster Korrektursignale für die Eingabesignale verwendet.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n ze i c h n e t , daß die Korrektursignale relative Frequenzänderungen angeben.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 - 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man das einem vorbestimmten Grundton des jeweiligen Akkordmusters zugeordnete Signal der Signalmuster entsprechend der vorgegebenen festen Stimmung festlegt und die den übrigen Tönen des Akkordmusters zugeordnete Signale des Signalmusters, vom Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung korrigiert.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man zusätzlich das dem Grundton zugeordnete Signal der Signalmuster gegenüber der vorgegebenen festen Stimmung korrigiert und die den übrigen Tönen des Akkordmusters zugeordneten Signale des Signalmusters, vom korrigierten Grundton ausgehend, entsprechend der variablen Stimmung korrigiert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man das dem
Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß der entsprechend korrigierte, von der Tonerzeugungseinrichtung abgegebene Ton höher oder tiefer liegt als der Grundton in der vorgegebenen festen Stimmung, je nachdem, ob die entsprechend dem Signalmuster korrigierten Akkordtöne im Mittel tiefer bzw. höher liegen als die unkorrigierten Akkordtöne in der festen Stimmung.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal derart korrigiert, daß die Verschiebung einer mittleren Frequenz der Akkordtöne auf Grund der Korrektur der Akkordtöne durch das Signalmuster wenigstens angenähert kompensiert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man das dem Grundton eines Akkords zugeordnete Signal mit einem eine relative Frequenzänderung angebenden Zusatzkorrektursignal korrigiert, welches dem Mittelwert der ebenfalls relative Frequenzänderungen ange benden Korrektursignale für die Eingabesignale den Betrag nach, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, im wesentlichen entspricht.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei den nachfolgenden Eingabesignalmustern feststellt, ob der entsprechende Ton bzw. die entsprechenden Töne des Eingabesignalmusters im Akkordmuster vollständig enthalten sind und zutreffendenfalls diesen Ton bzw. diese Töne entsprechend dem Akkordmuster korrigiert.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man den Musterakkorden Zusatzakkordtöne zuordnet, und daß man bei Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei den nachfolgenden Eingabesignalmustern feststellt, ob der entsprechende Ton bzw. die entsprechenden Töne des Eingabesignalmusters Zusatzakkordtönen des festgestellten Akkordmusters entsprechen und zutreffendenfalls diesen Ton bzw. diese Töne entsprechend den Zusatzakkordtönen korrigiert.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß man bei einer mehrmanualigen Eingabeeinrichtung bei jedem Manual gesondert das jeweils zugeordnete Eingabesignalmuster mit den Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern vergleicht.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man nur Eingabesignalmuster vergleicht, welche Akkorden mit wenigstens drei verschiedenen Tönen entsprechen.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man nach Feststellung eines einem Akkordmuster entsprechenden Eingabesignalmusters bei einem der Manuale die nachfolgenden Eingabesignalmuster sämtlicher Manuale daraufhin überprüft, ob der bzw. die entsprechenden Töne im Akkordmuster vollständig enthalten sind.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 25, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man bei zwei aufeinanderfolgenden Eingabesignalmustern, die jeweils zwei unterschiedlichen Akkordmustern der vorgegebenen Menge an Akkordmustern entsprechen, feststellt, ob in beiden Akkordmustern derselbe Ton vorkommt und, zutreffendenfalls, eine derartige Zusatzkorrektur beim zweiten Eingabesignalmuster vornimmt, daß die übereinstimmenden Töne in beiden Akkorden im wesentlichen dieselbe Höhe aufweisen oder zumindest eine einen vorgegebenen Wert von vorzugsweise kleiner 8 Cents nicht überschreitende Frequenzdifferenz aufweisen.
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