FR2599539A1

FR2599539A1 - Method and device for generating periodic electrical signals

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Publication number: FR2599539A1
Application number: FR8607928A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1987-12-04

Abstract

The present invention relates to methods and devices for generating periodic electrical signals. The method and the device consist in storing a desired waveform in a memory 30, in the form of a plurality of sample-signal values according to a determined order, the various values of the amplitudes of the said sample signals, according to the order, being a function of the curve of the said periodic wave over at least one period, and next in controlling by a reader 20, 40 the emission, at a given frequency, by an oscillator 1, 4 of the said sample-signal values in succession and according to the said determined order. Application: variable-frequency signal generator for controlling, in particular, electroacoustical converters for making musical instruments, such as organs.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ENGENDRER
DES SIGNAUX ELECTRIQUES PERIODIQUES
La présente invention concerne les procédés et dispositifs pour engendrer des signaux électriques, et plus particulièrement des signaux périodiques à fréquence variable, notamment dans l'application à la commande de convertisseurs électro-sonores comme des hauts-parleurs.METHOD AND DEVICE FOR GENERATING
PERIODIC ELECTRIC SIGNALS
The present invention relates to methods and devices for generating electrical signals, and more particularly periodic signals at variable frequency, in particular in the application to the control of electro-sound converters such as loudspeakers.

II existe actuellement des dispositifs qui permettent d'engendrer des sons de différentes fréquences comme, par exemple, ceux émis par des orgues électroniques. Dans ce genre de dispositifs, les sons sont généralement produits par des hauts-parleurs alimentés par des générateurs de signaux aptes à délivrer tous les signaux à la fréquence désirée, pour obtenir toute la gamme de signaux sonores permettant de reproduire, dans le cas de l'orgue, la musique programmée
Actuellement, pour obtenir ces signaux électriques avec les fréquences nécessaires, il existe plusieurs dispositifs.There are currently devices which make it possible to generate sounds of different frequencies such as, for example, those emitted by electronic organs. In this type of device, the sounds are generally produced by loudspeakers powered by signal generators capable of delivering all the signals at the desired frequency, to obtain the whole range of sound signals making it possible to reproduce, in the case of the organ, programmed music
Currently, to obtain these electrical signals with the necessary frequencies, there are several devices.

Un de ces dispositifs est constitué par un générateur de signaux dits "en dents de scie" avec une pluralité d'harmoniques, des filtres commanda- bles alimentées par le générateur qui permettent d'obtenir à leur sortie, en fonction de leur commande, le signal à la fréquence désirée. En modulant la commande des filtres, il est donc possible de reproduire les sons voulus. Ce dispositif est assez complexe e. onéreux, du fait notarr.n^.ent du nombre important de filtres nécessaires pour couvrir toute la plage des fréquences désirées. One of these devices is constituted by a so-called "sawtooth" signal generator with a plurality of harmonics, controllable filters supplied by the generator which make it possible to obtain at their output, as a function of their command, the signal at the desired frequency. By modulating the filter control, it is therefore possible to reproduce the desired sounds. This device is quite complex e. expensive, due in particular to the large number of filters necessary to cover the entire range of desired frequencies.

II existe un autre dispositif qui comporte un très grand nombre d'oscillateurs sinusoldaux et un additionneur sélectif de tous les signaux, pour obtenir une synthèse, notamment celle désirée, en commandant ou modulant
I'additionneur. Ce dispositif, lui aussi, est complexe et onéreux, car il nécessite ur grand nombre d'osci!lateurs.There is another device which includes a very large number of sinusoidal oscillators and a selective adder of all the signals, in order to obtain a synthesis, in particular that desired, by controlling or modulating
The adder. This device, too, is complex and expensive, since it requires a large number of oscillators.

Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de rr,ettre en oeuvre un procédé et ae rir;isr u dispositif permettant d'engendrer des signaux électriques périodiques modulables en fréquence, notamment pour la cornman- ae ae générateurs sonores tels que des hauts-parleurs, qui soient d'une conception des plus simples, peu onéreux et d'une commande souple et facile. Also, the present invention aims to rr, etre implement a method and ae rir; isr u device for generating frequency-modifiable periodic electrical signals, especially for cornman- ae ae sound generators such as speakers, which are of the simplest design, inexpensive and flexible and easy to control.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour engendrer des signaux périodiques, caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre en mémoire une onde d'une forme périodique désirée, sous la forme d'une pluralité de valeurs de signaux échantillons suivant un ordre détermi- né, les différentes valeurs des amplitudes desdits signaux échantillons, suivant ledit ordre, étant une fonction de la courbe de ladite onde périodique sur au moins une période, et ensuite à émettre, à une fréquence donnée, lesdites valeurs des signaux échantillons, de façon successive, suivant ledit ordre déterminé. More specifically, the subject of the present invention is a method for generating periodic signals, characterized in that it consists in storing a wave of a desired periodic form, in the form of a plurality of values of sample signals according to a determined order, the different values of the amplitudes of said sample signals, according to said order, being a function of the curve of said periodic wave over at least one period, and then transmitting, at a given frequency, said values of signals samples, successively, according to said determined order.

La présente invention a aussi pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il conr.por- te
- une mémoire contenant une pluralité de signaux échantillons mémorisés, les amplitudes des différents signaux échantillons, suivant un ordre donné, étant réparties sur la courbe d'une onde de forme périodique sur au moins une période,
- un lecteur, commandable en fréquence, du contenu de ladite mémoire, apte à émettre à sa sortie des signaux fonction de la valeur des dits signaux échantillons, et
- un organe de signaux de fréquence de commande dudit lecteur.The present invention also relates to a device making it possible to carry out the above process, characterized in that it carries
a memory containing a plurality of stored sample signals, the amplitudes of the different sample signals, in a given order, being distributed over the curve of a wave of periodic shape over at least one period,
a reader, controllable in frequency, of the content of said memory, capable of transmitting at its output signals depending on the value of said sample signals, and
- a control frequency signal member for said reader.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif, rr,ais nullement limitatif, dans lequel
- la Figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé pour engendrer des signaux de fréquences périodiques selon l'invention, et
- la Figure 2 représente un schéma d'une courbe permettant d'expliciter le procédé selon l'invention et le fonctionnerr.ent du dispositif représenté sur la Figure 7. Other characteristics and advantages of the present invention will appear during the following description given with reference to the accompanying drawing by way of illustration, rr, ais in no way limitative, in which
FIG. 1 represents an embodiment of a device making it possible to implement the method for generating periodic frequency signals according to the invention, and
FIG. 2 represents a diagram of a curve making it possible to explain the method according to the invention and the operation of the device shown in FIG. 7.

Le . dispositif représenté sur la Figure 1 comporte un oscillateur 1, comme, par exemple, un générateur à quartz délivrant des impulsions à 1 MHz. La sortie 2 de 'oscillateur 1 est reliée à l'entrée 3 d'un diviseur prograrr.rr.able 4.A titre d'exemple de réalisation, le diviseur progranr,rr.able corr.porte un premier étage de diviseur 5 dont l'entrée 6 constitue l'entrée du diviseur 4 de façon que l'on obtienne, en sortie, des signaux de fréquence de l'ordre du kHz, un mul'iplicateur 7, par exemple par 256, du type à circuit PLL, un second étage de diviseur par deux, 8, qui alirrente un multiplicateur 9 dont les états de la sortie 10 sont une fonction du code de com- mande qui lui est appliqué c son entree 11. The . device shown in Figure 1 includes an oscillator 1, such as, for example, a quartz generator delivering pulses at 1 MHz. The output 2 of oscillator 1 is connected to the input 3 of a prograrr.rr.able divider 4. As an exemplary embodiment, the progranr, rr.able corr. Divider has a first divider stage 5 whose the input 6 constitutes the input of the divider 4 so that, at the output, frequency signals of the order of kHz are obtained, a multiplier 7, for example by 256, of the PLL circuit type, a second divider by two stage, 8, which provides a multiplier 9 whose states of the output 10 are a function of the control code applied to it at its input 11.

Le diviseur 4 comprend en outre une r.-ér.-oire progran-.nr.able 12 du type connu par les techniciens sous le non; de "PROM", qui permet d'obtenir une modulation dans la valeur des différentes fréquences en fonction d'un ordre donné par un organe de conirr.ande 13 comme, par exemple, un clavier. The divider 4 further comprises a programmable progr. 12 er of the type known by technicians under the no; of "PROM", which makes it possible to obtain a modulation in the value of the different frequencies as a function of an order given by a control member 13 such as, for example, a keyboard.

Dans un mode de réalisation, le clavier est géré par un micro-processeur qui affecte les valeurs de chaque fréquence en fonction des touches enfoncées. In one embodiment, the keyboard is managed by a microprocessor which assigns the values of each frequency according to the keys pressed.

Le dispositif comprend, en sortie du diviseur 4, un compteur d'adresse 20. L'entrée 21 du compteur d'adresse 20 est reliée à la sortie 10 du multiplicateur 9 constituant la sortie du diviseur 4. Le compteur d'adresse 20 est agencé de façon que, dans le mode de réalisation tel qu'illustré et décrit ci-dessus, il soit à 12 bits dont les quatre premiers sont maintenus à l'état logique "1" après une première lecture en début de fonctionnement, de façon à ne lire qu'une certaine valeur du contenu de la mémoire, comme il sera explicité ci-après, soit les 256 derniers moments. Le compteur d'adresse comporte plus particulièren;;ent un compteur 22, deux bascules monostables 23 et 24 dont les sorties sont décodées par quatre portes "OU" 25-28. The device comprises, at the output of the divider 4, an address counter 20. The input 21 of the address counter 20 is connected to the output 10 of the multiplier 9 constituting the output of the divider 4. The address counter 20 is arranged so that, in the embodiment as illustrated and described above, it is 12 bits, the first four of which are maintained in logic state "1" after a first reading at the start of operation, so to read only a certain value from the memory content, as will be explained below, ie the last 256 moments. The address counter more particularly comprises ;; ent a counter 22, two monostable flip-flops 23 and 24 whose outputs are decoded by four "OR" gates 25-28.

Les sorties 29 du compteur d'adresse 20 sont reliées aux entrées 31 d'une mémoire 30 constituée par une série de plusieurs unités de mémoire 32, 33... connues par les techniciens sous le sigle "ROM". Les sorties 34, 35... The outputs 29 of the address counter 20 are connected to the inputs 31 of a memory 30 constituted by a series of several memory units 32, 33 ... known by the technicians under the acronym "ROM". Outputs 34, 35 ...

de la mémoire 30 sont reliées aux entrées 41 d'un convertisseur digital analogique 40 dont la sortie 42 du signal sous forme analogique est reliée à l'entrée 43 d'un convertisseur électro-sonore 44 con-,n^.e, par exemple, un haut-parleur.from memory 30 are connected to the inputs 41 of a digital analog converter 40 whose output 42 of the signal in analog form is connected to the input 43 of an electro-sound converter 44, for example. , a speaker.

Le convertisseur 40 est essentiellement constitué par un réseau de résistances 45, 46... montées en parallèle, connectées en sortie de chaque unité de mémoires 32, 33... Les valeurs des deux résistances en parallèle sont le double i'une de l'autre. La sortie de ces réseaux est reliée à un an-.plificcteur 47 con;rrande en tension et piloté par la charge d'un condensa- teur d'entrée 48 pour obtenir un gain n;axinîal. The converter 40 is essentially constituted by a network of resistors 45, 46 ... connected in parallel, connected at the output of each memory unit 32, 33 ... The values of the two resistors in parallel are double the one of l 'other. The output of these networks is connected to an an-amplifier 47 with voltage control and controlled by the load of an input capacitor 48 to obtain an axial gain.

Une sortie de l'amplificateur 47 est reliée au haut-parleur 44 mais aussi, à travers une constante de temps 49 constituée d'un condensateur-résistance, à un comparateur 50 constitué, par exerrple, par un amplificateur différentiel dont la sortie est reliée aux entrées de commande de remise à zéro de la bascule 24 et du compteur 22. An output of amplifier 47 is connected to loudspeaker 44 but also, through a time constant 49 consisting of a capacitor-resistor, to a comparator 50 constituted, for example, by a differential amplifier whose output is connected to the reset control inputs of flip-flop 24 and counter 22.

Le disposit f décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. L'explication du fonctionnement du dispositif illustré sur la Figure 1 sera faite en s appuyant aussi sur la courbe illustrée sur la Figure 2, plus particulière ment dans le cas d'une application à un instrument de musique comme un orgue électronique. The device described above operates in the following manner. The explanation of the operation of the device illustrated in Figure 1 will be made by also relying on the curve illustrated in Figure 2, more particularly in the case of an application to a musical instrument such as an electronic organ.

Il est tout d'abord rappelé que les sons, pour un orgue, sont essentiellement caractérisés par un timbre qui corr;porte une quantité importante d'harmoniques, une attaque qui est un bruit correspondant au passage de l'air dans les tuyaux, essentiellement au début de l'alimentation en cet air, avant que celle-ci ne soit stabilisée, et enfin par un souffle qui est le bruit que fait l'air en entrant dans les tuyaux d'orgue. It is first of all recalled that the sounds, for an organ, are essentially characterized by a timbre which corr; carries a significant amount of harmonics, an attack which is a noise corresponding to the passage of air in the pipes, essentially at the beginning of the supply of this air, before it is stabilized, and finally by a breath which is the noise made by the air when entering the organ pipes.

En fait, un dispositif comme décrit ci-dessus, dans le cas d'une application à un orgue, permet de remplir les trois conditions mentionnées. In fact, a device as described above, in the case of an application to an organ, makes it possible to fulfill the three conditions mentioned.

Les signaux échantillons 101 qui sont mémorisés dans les mémoires 32, 33... sont représentés sur la courbe de la Figure 2, les amplitudes 100 (a) des différents signaux 101 étant réparties suivant une courbe périodique du type sinusoidal. Dans ce mode de réalisation, ces signaux sont mémorisées sous forme numérique dans les "ROM" 32, 33. The sample signals 101 which are stored in the memories 32, 33 ... are represented on the curve of FIG. 2, the amplitudes 100 (a) of the different signals 101 being distributed along a periodic curve of the sinusoidal type. In this embodiment, these signals are stored in digital form in the "ROMs" 32, 33.

Il est fort avantageux d'augmenter au maximum le nombre de ces signaux échantillons, pour optimiser la définition du signal en sortie, bien entendu dans les limitation, compatibles avec la valeur de la fréquence de lecture. Dans une forme avantageuse, chaque échantillon est représenté électroniquement par un mot de huit bits, ce qui - permet d'obtenir 256 niveaux discrets pour définir leur magnitude, et de plus de gérer l'ensemble de l'électronique par un micro-processeur de huit bits que l'on trouve couranr.n^lent sur le marché. It is very advantageous to increase the number of these sample signals as much as possible, in order to optimize the definition of the output signal, of course within the limits, compatible with the value of the reading frequency. In an advantageous form, each sample is represented electronically by an eight-bit word, which - makes it possible to obtain 256 discrete levels to define their magnitude, and moreover to manage all of the electronics by a microprocessor of eight bits that are commonly found on the market.

Chacun sait que l'on trouve, dans les sons musicaux, les octaves. Pour obtenir cette différence, au lieu de mettre en mémoire une période comme représentée sur la Figure 2, il y a une niaise en mémoire sur les deux périodes pendant le même temps, si l'on utilise la même fréquence de lecture, ou alors lecture du signal sur une période avec une fréquence double. Everyone knows that octaves are found in musical sounds. To obtain this difference, instead of memorizing a period as shown in Figure 2, there is a nag in memory over the two periods during the same time, if the same reading frequency is used, or then reading of the signal over a period with a double frequency.

Pour obtenir l'attaque définie ci-dessus, on utilise par exemple des n-én-.oires numériques qui ont des capacités de 4 090 octets dont 256 sont utilisés pour la forme d'onde selon la Figure 2. Dans ce cas, il reste 3 040 octets pour mémoriser le signal représentant l'attaque telle que définie cidessus. Dans ce cas, I'adresse 3 040 est lue une première fois pour donner l'attaque et ensuite les adresses 3 040 à 4 096 sont lues cycliquement pour émettre la forme d'onde mémorisée. To obtain the attack defined above, for example digital n-en-.ories are used which have capacities of 4090 bytes, of which 256 are used for the waveform according to FIG. 2. In this case, it 3,040 bytes remain to store the signal representing the attack as defined above. In this case, the address 3,040 is read a first time to give the attack and then the addresses 3,040 to 4,096 are read cyclically to transmit the stored waveform.

Bien entendu, il est aussi possible de programmeur la vitesse de lecture du contenu de la mémoire pour, par exemple, lire très vite les signaux correspondant à l'attaque et moins vite ceux pour le son continu. Of course, it is also possible to program the speed of reading the contents of the memory to, for example, very quickly read the signals corresponding to the attack and less quickly those for the continuous sound.

Enfin, quant au souffle, il peut être produit en superposant, aux signaux d'oriaine numériques, des signaux analogiques. Finally, as for breath, it can be produced by superimposing analog digital signals on the digital overhead signals.

En fait, er ce qui concerne le fonctionnement des moyens dans le cadre des explications ci-dessus, les mémoires "ROM" 32, 33. .. sont cimentées p & le compteur d'adresse 10 sur douze bits (4 096 octets) dont les quatre prerr.iers sont bloqués au "1" logique après une prerr.ière lecture, pour ne lire, comme explicité ci-dessus, que les 256 derniers rr.orr,ents de la mémoire et autant de fois qu'il est nécessaire pour la durée d'émission du son, en maintenant la touche de commande du clavier 13.Les touches du clavier 13 commandent l'émission du diviseur 4 pour obtenir la fréquence de lecture des signaux échantillons à la valeur désirée pour donner la fréquence de la forrre d'onde 100 mémorisée. In fact, as regards the operation of the means within the framework of the above explanations, the "ROM" memories 32, 33. .. are cemented p & the address counter 10 on twelve bits (4096 bytes) of which the first four are locked at logic "1" after a first read, to read, as explained above, only the last 256 rr.orr, ents from memory and as many times as necessary for the duration of emission of the sound, by holding the control key of the keyboard 13. The keys of the keyboard 13 control the emission of the divider 4 to obtain the frequency of reading of the sample signals at the desired value to give the frequency of the waveform 100 memorized.

Bien entendu, les mémoires sont du type numérique et les signaux qu'elles délivrent sont convertis dans le convertisseur digital analogique 4O, par exemple par un réseau R-2R 45, 46... Les signaux analogiques obtenus à la sortie du convertisseur sont alors éventuellement amplifiés en 47 pour aller commander, par exemple, le haut-parleur 44. Of course, the memories are of the digital type and the signals which they deliver are converted into the digital analog converter 4O, for example by an R-2R network 45, 46 ... The analog signals obtained at the output of the converter are then possibly amplified at 47 to control, for example, the speaker 44.

Chaque son correspondant à une fréquence doit pouvoir être arrêté après un certain temps. Cette constante de temps est donnée essentiellement par la décharge d'un condensateur 49. Ainsi, quand un son est émis, le condensateur 49 est chargé, et le reste tant que le son est maintenu par la pression sur la touche correspondante du clavier 13. Quand la touche est relâchée, le condensateur 49 se décharge. Quand il est pratiquement déchargé, l'amplitude de sortie, notarr.rr.ent à la sorties du comparateur 50, délivre un signal qui commande la remise à zéro du compteur d'adresse 20. Each sound corresponding to a frequency must be able to be stopped after a certain time. This time constant is given essentially by the discharge of a capacitor 49. Thus, when a sound is emitted, the capacitor 49 is charged, and the rest as long as the sound is maintained by pressing the corresponding key on the keyboard 13. When the key is released, the capacitor 49 discharges. When it is practically discharged, the output amplitude, notably at the outputs of the comparator 50, delivers a signal which commands the reset of the address counter 20.

Con;n;e décrit ci-dessus, I'oscillateur de fréquence commandable 1 comporte une horloge à quartz de 1 MHz et les fréquences de corr,rr.ande de lecture sont obtenues notamment au moyen de la "PROM" 12 et, si nécessaire, du diviseur 9. As described above, the controllable frequency oscillator 1 comprises a quartz clock of 1 MHz and the correction, reading and reading frequencies are obtained in particular by means of the "PROM" 12 and, if required, divider 9.

Claims

1. Method for generating periodic signals, CHARACTERIZED

BY THE FACT THAT it consists in memorizing a wave of a desired periodic form, in the form of a plurality of values of sample signals according to a determined order, the different values of the amplitudes of said sample signals, according to said order, being a function of the curve of said periodic wave over at least one period, and then transmitting, at a given frequency, said values of the sample signals, successively and according to said determined order.

2. Device making it possible to implement the above method,

CHARACTERIZED BY THE FACT THAT IT CORRIORTS

a memory (30) containing a plurality of stored sample signals (101), the amplitudes of the different sample signals, in a given order, being distributed over the curve of a wave of periodic shape (100) over at least one period,

a reader (20, 40), controllable in frequency, of the content of said memory, capable of transmitting at its output (42) signals depending on the value of said sample signals, and

- an organ - (1, 4, 13) of frequency correction signals from said reader.

3. Device according to claim 2, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT said memory (30) consists of a plurality of circuits "ROM".

4. Device according to one of claims 2 and 3, CHARACTERIZED BY

THE FACT THAT said reader (20, 40) is constituted by an address counter (20) whose output (29) is connected to the reading inputs (31) of said memory (30) and by a converter (40) whose the input (41) is connected to the transmission output (34, 35) of said memory.

5. Device according to claim 4, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT said address counter (20) is of the twelve bit type.

THE FACT THAT said converter comprises an R-2R circuit and output amplification means (47).

6. Device according to one of claims 4 and 5, CHARACTERIZED BY

7. Device according to claim 6, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT said converter (40) comprises means (49, 50) for resetting to zero said address counter (20).

8. Device according to claim 7, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT said reset means comprise, in series, a time constant (49) controllable and a comparator (50), one input of which is connected to the output of said constant of time.

9. Device according to one of claims 2 to 9, CHARACTERIZED BY THE

FACT THAT said control member consists of a clock (1) of frequency signals, a controllable divider (4) whose input (3) is connected to the output (2) of said clock, and a keyboard control (13) of said divider.

10. Device according to claim 9, CHARACTERIZED BY THE FACT THAT said divider (4) comprises a programmable memory of the "PROM" type (12) cooperating with division and multiplication stages (5, 7, 8, 9), said keyboard (13) being managed by a microprocessor.