NO810597L - Syntesekopling for periodiske signaler, spesielt som del av et musikkinstrument - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en polyfonisk, numerisk syntetisator for periodiske signaler for frembringelse av musi-kalske toner, og musikkinstrumenter som er utstyrt med en sådan syntesekopling.

Oppfinnelsen går ut fra en kjent syntesekopling ved hvilken hver analog ansøkningsverdi som tilføres til en utgangskanal, oppnås ved avledning fra et antall numeriske data angående øyeblikksfasen, oktaven og amplituden (dette er de i det minste nødvendige data) som er inneholdt i et antall RAM-minner. Disse minner kan programmeres fra en styrekrets, fortrinnsvis under anvendelse av en mikroprosessor, som arbeider uavhengig av den egentlige syntesekopling. Denne teknikkens stand fremgår av FR-OS 77 20245, 78 32727, 79 07339 og 79 15337.

I de kjente syntesekoplinger er antall grunnfrekvenser begrenset. Som grunnfrekvens skal det her betegnes en frekvens ut fra hvilken det kan avledes ytterligere frekvenser, vanligvis ved fortløpende deling (oktaver). Alle frekvenser i syntesekoplingen avledes vanligvis fra oscillatorer (minst 12 ved kromatisk stemming), hvis antall imidlertid er begrenset. Denne gruppe av oscillatorer kan også være erstat-tet av en eneste oscillator med deretter innkoplede delerkoplinger. For imidlertid å tilveiebringe bestemte, komplekse lyder, blir det nødvendig å ta til hjelp frekvenser som ikke er inneholdt i antallet av de til disposisjon stående frekvenser. Tilføyelsen av oscillatorer eller ytterligere delerkoplinger gjør en sådan syntesekopling komplisert, vanskeligere å fremstille og tilsvarende dyrere.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en syntesekopling med de i innledningen til patentkrav 1 angitte kjennetegn, ved hjelp av hvilken det kan tilveiebringes vilkårlige frekvenser i ethvert tidspunkt uten at antall oscillatorer eller delerkoplinger må forøkes. Med hensyn til frekvensene skal syntesekoplingen samtidig være styrbar ved hjelp av kommandosignaler som avgis fra ytre styrekoplinger på samme måte som de øvrige ordresignaler, dvs. ved enkel innlesning i et minne.

Den for oppnåelse av ovennevnte formål tilveiebrakte kopling er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved de i patentkrav 1 angitte, karakteriserende trekk. Med minneblokk skal det her forstås en gruppe minner som inneholder alle nødvendige data for syntesen av de analoge, på hverandre følgende avsøknings- eller samplingsverdier av et eneste analogsignal eller flere i harmonisk forhold stående signaler (grunnfrekvens og oktaver eller harmoniske). Ifølge en før-ste utførelsesform kan tilveiebringelsen av en avsøknings-verdi kreve en eneste utlesningsoperasjon, idet gruppen av numeriske data da står til disposisjon under den samme adresse, parallelt og samtidig. Ved en annen utførelsesform kan det også være nødvendig med flere utlesningsforløp etter hverandre under forskjellige adresser, idet bestemte data da er lagret i mellomregis t.re . Begge utf ørelsesf ormer er inn-byrdes ekvivalente, og oppfinnelsen er anvendelig i begge tilfeller .

Utvelgelsen av utførelsesformen fremkommer ut fra organisasjonen av lagringen. For å frembringe et grunrusignal med tilordnede harmoniske, kan eksempelvis dataverdien for fasen være felles og utleses i et annet tidspunkt enn de andre data, for således å muliggjøre en bedre utnyttelse av minnene.

En viktig fordel ved oppfinnelsen fremkommer ut fra det faktum at den til taktgiveren tilordnede teller, hvis téllerinnhold eller tellestilling tjener som referanseverdi ved alle sammenlikninger med hendelsesminnene, bare trenger å være for hånden en eneste gang og inkrementeres automatisk ved hver takt fra taktgiveren, altså uavhengig av de andre deler av syntesekoplingen. I overensstemmelse med dette danner telleren en tidsbasis som er felles for alle syntesefor-løp.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen ligger i den allsidighet ved hvilken frekvensen for de tilveiebrakte signaler kan modifiseres, særlig ved modifikasjon av innholdet av periodeminnet ved hjelp av ytre styrekretser. Det er også mulig å oppnå en relativ endring av signalfasene i forhold til hverandre, idet man endrer hendelsesminnenes innhold. I dette sistnevnte tilfelle er imidlertid den fullstendige styring av hendelsesminnenes innhold ved hjelp av ytre styrekretser vanskelig og komplisert. I overensstemmelse med dette består en viktig videreutvikling av oppfinnelsen i til-føyelsen av et ekstra minne som tjener til å lagre en numerisk dataverdi av modulasjonen, hvorved det er anordnet koplingskretser for den automatiske endring i avhengighet av tiden for periodens TE-dataverdier, med hvilke man oppnår en automatisk fasemodulasjon av signalet med utgangspunkt fra de syntesedata til hvilke disse modulasjonsdata er tilordnet.

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse fremgår av de øvrige underkrav, idet betydningen av de der angitte kjennetegn best kan hentes fra den etterfølgende beskrivelse av utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et blokkskjema av en syntesekopling ifølge oppfinnelsen, idet figuren på den ene side viser de tradisjonelle styrekoplingskretser med basisoscillatorer og på den annen side de ifølge oppfinnelsen anordnede koplingskretser, fig. 2 viser et blokkskjema av en syntesekopling ifølge oppfinnelsen, supplert med koplingskretser for automatisk fasemodulasjon, fig. 3 viser et eksempel på en praktisk utførelse av syntesekoplingen, fig. 4 viser en grafisk frem-stilling av oppnådde signaler i avhengighet av tiden, fig. 5 viser en modifikasjon av de foran beskrevne utførelseseksempler, for eliminasjon av bestemte støyandeler, og fig. 6 viser et tidsdiagram for forklaring av oppførselen til koplingen ifølge fig. 5. Fig. 1 viser prinsippskjemaet av en syntetisator ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 omfatter tre avsnitt som for tydelighetens skyld er vist adskilt fra hverandre. Avsnitt X omfatter midlene for den egentlige tilveiebringelse av avsøknings- eller samplingsverdiene (tysk: Abtastwerte) for de signaler som skal tilveiebringes, avsnitt Y viser første styreanordninger for tilveiebringelse av avsøkningsverdiene, med utgangspunkt fra en rekke oscillatorer eller tellere, og dette avsnitt Y representerer teknikkens stand, og endelig viser avsnitt Z de ifølge oppfinnelsen anordnede styrekoplingskretser.

Beskrivelsen av anordningene for tilveiebringelse av de analoge avsøkningsverdier (del X) trenger her bare å skje summarisk, da det med hensyn til disse kan henvises til de innledningsvis nevnte publikasjoner.

Syntetisatoren omfatter i det vesentlige tre nød-vendige byggegrupper. Disse omfatter sammenstillingen av minneblokkene eller det såkalte "virtuelle tastatur" som - inneholder de parametre som er nødvendige for syntesen av de ønskede signaler, videre koplingskretsene for tilveiebringelse av avsøkningsverdiene, med utgangspunkt fra de data som kan utleses fra hver av minneblokkene, og endelig koplingskretsene for adressering av blokkene og for styring av syntesen i overensstemmelse med en bestemt sammenknytting , (tysk: Verkettung).

Det vil innses at hver tone som frembringes av syntetisatoren, er en kombinasjon av ett eller flere elementær-signaler (sinusformede eller ikke), at hvert elementærsignal oppnås ved hjelp av en rekkefølge av analoge avsøkningsver-dier som filtreres tilsvarende, og at alle analoge avsøk-ningsverdier oppnås sekvensielt, dvs. den ene etter den andre. Det må videre tas hensyn til at avsøknings- eller samplingsfrekvensen for hvert signal må velges tilstrekkelig høy for ikke å skade kvalitetetn av det oppnådde signal.

I overensstemmelse med dette skjer syntesen av en avsøkningsverdi ved hjelp av delen X. De parametre som beskriver denne avsøkningsverdi, er inneholdt i en blokk i det virtuelle tastatur. Denne blokk omfatter: et minne 1 forøyeblikksfasen $ (det samme minne 1 kan benyttes for syntesen av flere avsøkningsverdier av sig-nalene som har harmonisk relasjon til hverandre, såsom grunnr-tone og oktaver).

et minne 2 for oktavens nummer R.

et minne 3 for en bølgeforms nummer F.

et minne 4 for signalets amplitude A.

et minne 5 for den analoge utgangskanals nummer S.

Fasen$inkrementeres i et addisjonstrinn 6, og den nye fase $ blir i stedet for den foregående innskrevet i minnet 1 og dessuten mellomlagret i et register 7.

Fasen 0 fra registeret 7, oktaven R og bølgefor-mens nummer F kombineres for dannelse av en adresse som til-føres til et bølgeformminne 8. Dette avgir en numerisk av-søkningsverdi SA som multipliseres med amplituden A i et multiplikasjonstrinn 9. Den oppnådde, numeriske avsøknings-verdi omformes deretter til analog form ved hjelp av en omformer 10 og blir deretter tilført til en demultiplekser 11. Den sistnevnte, styrt ved hjelp av tallet S, kopler den ende-lige, analoge avsøkningsverdi enten til en første utgangskanal bestående av integrator/forsterker/filter 12 og høyt-taler 13, eller til en andre utgangskanal bestående av byggegruppen integrator/forsterker/filter 15 og høyttaler 14.

Hele synteseprosessen for hver avsøkningsverdi styres ved hjelp av et styresignal "DIF" hvis følgefrekvens er lik Fs x NR x 2 > idet Fg er grunnsignalets frekvens,

Fs x 2R er frekvensen for signalet som skal frembringes ved oktav R, og N er antall avsøkningsverdier som skal tilveiebringes pr. signalperiode, idet produktet N x .2 er konstant.

For frembringelse av signalet "DIF" og for synkron adressering av den blokk som inneholder informasjonen for de tilsvarende avsøkningsverdier som skal beregnes, har det vist seg særlig fordelaktig å kombinere den suksessive adressering av blokkene ifølge en bestemt sammenknytting (hver blokk inneholder adressen til den påfølgende blokk som skal adresseres) og anstyringen av oscillatorene (like mange oscillatorer som grunnfrekvenser foreligger).

Avsnittet Y på fig. 1 viser en kjent koplingsanordning for avledning av signalet "DIF".

Blokken som inneholder parametrene for en avsøk-ningsverdi, omfatter her et minne 20 som inneholder tallet I for en oscillator. Tallet I tilføres til en multiplekser 21 med et antall innganger som er koplet til utgangene fra oscillatorer 23, 24, 25 ... 29. Det fra den utvalgte oscillator frembrakte firkantsignal blir i overensstemmelse med dette tilført til en flankedetektor-koplingskrets 22 som ved nivåvekslingen tilveiebringer signalet "DIF".

To tilfeller er mulige når en blokk adresseres: Enten avgir flankedetektoren et signal "DIF" og en

avsøkningsverdi beregnes (med inkrementering av fasen $),

og deretter bevirkes adresseringen av en annen blokk, eller det ble ikke registrert noen flankeveksling og adresseringen av den etterfølgende blokk bevirkes uten generering av en avsøkningsverdi.

Delen Z på fig. 1 viser hvordan ordren "DIF" kan avledes på en annen måte ifølge oppfinnelsen.

I stedet for et antall oscillatorer er det anordnet bare en eneste taktgiver 34 hvis frekvens ligger ved ca. 1 ... 2 MHz. Taktgiveren er tilkoplet til en numerisk teller 33 hvis tellestilling t i overensstemmelse med dette inkrementeres regelmessig og danner en tidsbasis.

I stedet for et oscillator-utvelgelsesminne svaren-de til minnet 20 inneholder blokken her to minner. Det ene minne 30 inneholder et tall To som er representativt for halve perioden av grunnsignalet med frekvensen Fg som ble definert foran. Det andre minne 31 inneholder et tall TE som svarer til et tidspunkt med utgangspunkt fra hvilket det skal frembringes en avsøkningsverdi av signalet.

Ved hver adressering av en blokk sammenlikner en sammenlikner 35 tidstellerens 33 tellestilling t med hendel-sesmihnets 31 innhold TE.

Liksom ved utførelsesformen ifølge avsnitt Y på fig. 1 kan det her forekomme to ti-lfeller: Enten er t "foran" TE og adresseringen av den etter-følgende blokk bevirkes uten frembringelse av en avsøknings-verdi, eller også er t "senere" eller lik TE og et signal "DIF" frembringes og har som konsekvens: på den ene side syntese av den tilsvarende avsøk-ningsverdi som foran forklart (med inkrementering av fasen 4>) ,

- på den annen side addisjon av To og TE i et addi-

i sjonstrinn 32 og innskrivning av resultatet To + TE

i minnet 31 på minneplassen på den hittil gjeldende verdi TE.

Nøyaktigheten av den repetisjonsfrekvens med hvilken signalet "DIF" frembringes, avhenger av det antall bits som gjengir størrelsene TE hhv. To, dvs. av kapasiteten til minnene 30, 31. Med :£„ som generatorens 34 takt- eller pulsfrekvens fremkommer da

hvor k angir hvor mange plasser - i binærsystem - t er for-skjøvet til venstre i forhold til To. Man kan derfor arbeide med de ovennevnte, forholdsvis lave verdier for f^, som bare må være tilstrekkelig høye til å unngå forstyrrende dirring i "DIF". Et heltallig forhold mellom fTog de audiofrekven-ser som skal frembringes, er ikke nødvendig.

Minnet 30 erstatter en oscillator fra utførelses-formen ifølge avsnitt Y, idet imidlertid følgende fordeler oppnås: Minnene 30 og 31 befinner seg i det "virtuelle tastatur" slik som de øvrige informasjoner og er derfor tilgjengelige ved hjelp av styreanordninger som befinner seg utenfor syntetisatoren. De fra disse oppnådde data er i overensstemmelse med dette variable. Det er derfor mulig å endre frekvensen for et signal idet man endrer To. Det er dessuten mulig å innvirke på TE for å oppnå en fasemodulasjon (i forhold til fasen for de andre signaler). Dessuten er antall mulige frekvenser ikke lenger begrenset.

Uttrykkene "foran" hhv."senere", som karakteriserer resultatet av den av sammenlikneren 35 foretatte sammenlikning, betyr iblant "mindre" hhv. "større". Dette er imidlertid bare tilfellet når de sammenliknede tall ikke er begrenset. Av dimensjons- og omkostningsgrunner for minnene må verdiene TE og t i realiteten begrenses til tall på eksempelvis 10 bits (dvs. fra 0 til 1023 i desimalskrift). Dette betyr at de to sammenliknede t og TE har t + 1024 p hhv.

TE- + 1024 p' som verdi, idet p hhv., p1 er heltallige og er like eller er forskjellige med høyst én enhet.

En enkel mulighet for realisering av sammenlikneren 35 består eksempelvis i anvendelse av en subtraksjonskoplingskrets. Signalet "DIF" oppnås når fortegnet til

(t - TE) er positivt.

En annen mulighet for frembringelse av signalet "DIF" består i å erstatte telleren 33 med en nedoverteller. Informasjonen t blir følgelig til - t. Sammenlikneren 35

er da en enkel addisjonskrets til hvilken - t og TE tilføres. Den høyestsifrede bit, dvs. fortegnet på utgangen fra addisjonskretsen (sammenlikneren 35), er lik lnår verdien av TE - t er negativ (dvs. når t ligger " senere" enn TE) og betyr i overensstemmelse med dette signalet "DIF".

Det vil innses at oppfinnelsen ikke er begrenset til syntetisatorer under anvendelse av minneblokker som er organisert i parallellstruktur. Den er på samme måte anvendelig på strukturer slik de er beskrevet i de forannevnte publikasjoner. Videre er det mulig å kombinere de to metoder for generering av signalet "DIF". Bestemte blokker kan inneholde et utvalgsminne 20 for en oscillator, og andre blokker kan inneholde periodeminne 30 og hendelsesminne 31. I dette tilfelle tillater en utvelgelsesparameter som er inneholdt i et ekstra minneelement i hver blokk (én bit er tilstrekkelig), utvelgelse av koplingen ifølge avsnitt Y eller ifølge avsnitt Z for frembringelse av signalet "DIF".

I overensstemmelse med dette omfatter syntetisatoren utvelgelsesanordninger for ordresignalet "DIF" som enten gene-reres av byggegruppen Y eller av byggegruppen Z, avhengig av utvelgelsesparametrene. En sådan utførelsesform er her rik-tignok ikke vist.

I overensstemmelse med løsningen ifølge oppfinnelsen blir i overensstemmelse med dette perioden (eller halvperio-den) av den høyeste oktav i toner som skal-frembringes, le-vert til syntetisatoren fra ytre styreanordninger, og dette uavhengig for hver blokk. Dette tillater at toner med vil-kårlig frekvens kan frembringes. Det vil innses at det maksimale antall signaler som kan frembringes av syntetisatoren, avhenger av minnestørrelsen av det virtuelle tastatur og av avsøkningsfrekvensen for de benyttede blokker.

Fig. 2 viser en syntetisator ifølge oppfinnelsen som i tillegg tillater utførelse av en selektiv fasemodulasjon av bestemte signaler.

Liksom på fig. 1 omfatter konstruksjonen anordningene X for avsøkningsverdifrembringelsen og styreanord-ningene for frembringelse av signalet "DIF". For å forenkle beskrivelsen, er avsnittet X forsynt med samme henvisningstall som på fig. 1 og trenger ikke å beskrives på nytt.

Ved siden av faseinformasjonen (minne 1), oktav-informasjonen R (minne 2), bølgeformtypen F (minne 3) og amplituden A (minne 4), omfatter blokken for det viste, virtuelle tastatur:

hendelses:iden TE (minne 40) ,

perioden T'o (minne 41),

modulasjonskoeffisienten m (minne 42) ,

oktavutvelgelsen for modulasjonen Rm (minne 43).

Målet består ikke i å oppnå en frekvensmodulasjon. Verdien T'o forblir uforandret dersom det ikke foretas en endring ved hjelp av ytre styreanordninger. Det dreier seg snarere om å foreta en automatisk fasemodulasjon som realiseres av syntetisatoren. Denne modulasjon realiseres ved hver ordre "DIF", idet man innvirker på den verdi som skal erstatte TE.

Det ble foran forklart at ordren "DIF" innleder beregningen og lagringen av en ny verdi av TE: Ny verdi av TE = TE + To (To = perioden eller 1/2 periode)

To kan- uttrykkes på en annen måte:

To = T'o + Ko + m, idet

T'o + Ko er lik verdien To som ble benyttet på fig. 1 og som definerer signalets frekvens. •

Ko er en konstant som av syntetisatoren systematisk tilføyes til alle verdier av T'o på en slik måte at størrel-sen av minnet, som er nødvendig for lagringen av denne verdi T'o, reduseres.

T'o er nå representativ for signalets frekvens.

m er modulasjonskoeffisienten eller modulasjonsam-plituden som enten tilføyes eller fratrekkes. Denne koeffisient, som er lagret i det virtuelle tastatur, kan programmeres av eksterne styreanordninger. Addisjonen eller sub-traksjonen av m skjer automatisk ved hjelp av syntetisatoren

ved hver kommando "DIF". Dessuten kan.syklusen av addisjo-nene og subtraksjonene, dvs. modulasjonsfrekvensen, likeledes styres fra ytre anordninger.

Syntetisatoren omfatter i overensstemmelse med

dette fasemodulasjonsanordninger for hvert signal som med hensyn til amplituden er styrbart fra minnet 42 (m) og med hensyn til frekvensen er styrbart fra minnet 43 (Rm) .

Fig. 2 viser i detalj et eksempel for realisering

av denne fasemodulasjon.

Fortegnet + eller -, tilordnet til m, bestemmes

ved hjelp av verdien av en bit av fasen $. Tidsmessig sett fremstiller denne bit et firkantsignal. Utvelgelsen av biten realiseres ved hjelp av størrelsen Rm i minnet 43. Verdien av m må selvsagt være mindre enn Ko. Blokken som inneholder m og Rm, skal betegnes som modulasjonsblokk. Informasjonen Rm tjener til å utvelge en bit av fasen (bit med høyt vekttall når Rm = 0, bit med lavt vekttall dersom Rm = 7).

Rm tilføres til en multiplekser 44 som får biten

fra minnet 1. Den utvalgte bit styrer en addisjons/subtrak-sjonskrets 45 som får informasjonen T'o fra minnet 41 og m fra minnet 42. Resultatet T'o + m tilføres til en addisjonskrets 46 som tilføyer den konstante verdi Ko.

Utgangen fra denne koplingskrets anbringes på en ytterligere addisjonskrets 47 som mottar TE fra minnet 40. Utgangen fra addisjonskretsen 47 tilsvarer i overensstemmelse med dette summen TE + T'o + Ko + m. Når signalet "DIF" er til stede, innskrives denne verdi i minnet 40.

Dette signal "DIF" frembringes slik som foran beskrevet. En taktgiver 50 dekrementerer regelmessig en nedoverteller 51. En sammenlikner 52, som i virkeligheten dannes av en enkel addisjonskrets, avgir signalet "DIF" (den høyest-sifrede bit av differansen TE - t) på den ene side til TE-minnet 40 og på den annen side til faseminnet 1 for fasen

Da en bit av fasen <3> beskriver et firkantsignal,

er repetisjonsperioden for addisjoner + m lik repetisjonsperioden for subtraksjoner - m. Den midlere periode av det frembrakte signal er i overensstemmelse med dette T'o + Ko (det foreligger ingen frekvensmodulasjon, som man imidlertid

alltid kan oppnå ved hjelp av ytre styreanordninger når man lar disse innvirke på T'o).

Det vil innses at andre muligheter er mulige for mulasjonen av fasen og/eller amplituden av signaler, og nær-mere bestemt foretatt automatisk ved hjelp av syntetisatoren, med utgangspunkt fra informasjoner som angår denne eller disse modulasjoner og er innskrevet i blokken av minner sammen med de andre informasjoner angående det signal som skal moduleres.

Fig. 3 viser et eksempel på utførelsen av synteti- . satoren ved hvilket en avvikende organisasjon av minnene i det virtuelle tastatur tillater utførelse av forskjellige ' forutbeskrevne funksjoner med et redusert antall koplingskretser, idet bestemte koplingskretser sammenfattes.

Slik som i de foregående figurer er tilsvarende, like deler betegnet med samme henvisningstall.

I stedet for å organisere de data som angår hvert signal, i en eneste blokk som muliggjør utlesning av alle disse data "i parallellform", er dataene fordelt på flere blokker som tilhører én og samme gruppe, men imidlertid ved forskjellige adresser, fortrinnsvis ved på hverandre følgende adresser.

En sådan organisasjon av minnet er beskrevet i detalj i det forannevnte FR-OS 78 32727.

Adressen for hver blokk er et tall som består av

to deler. Det første tall I betegner gruppen som helhet, og det andre tall N betegner en blokk i gruppen. Adresseringen av de forskjellige blokker i én og samme gruppe skjer bare ved modifikasjon av verdien av N. Hver blokk inneholder en "sekundærhenvisning" under hvilken det ska-1 forstås verdien av N for en annen blokk, hvilket tillater sammenknytting av leseoperasjonene for blokkene i én og samme gruppe.

En gruppe kan inneholde blokker for frembringelse av flere signaler når disse signaler står i harmonisk forhold til hverandre (eksempelvis en grunnfrekvens og flere oktaver). Det eksisterer da informasjoner som er felles for alle signaler og som er sammenfattet i én eller to såkalte "hovedblokker". De andre informasjoner befinner seg da i "sekundærblokkene". Ved tidspunktet for adressering av hovedblokken eller hovedblokkene kan da, når betingelsen t - TE=0 ikke er realisert, hele resten av gruppen forbli ignorert, og en "hoved-.henvisning" tillater adressering av en annen gruppe.

Det virtuelle tastatur 100 er eksempelvis inndelt

i 16 grupper som hver har 16 blokker. Bare én er vist på tegningen. Denne omfatter to hovedblokker mens de andre blokker er sekundærblokker. Med henblikk på tydelighet av beskrivelsen er blokkene nummerert med 0, l,...j, j + 1,... osv.

Blokk 0 er den første adresserte blokk i gruppen.

Denne inneholder størrelsen TE (hendelsesdata) og nummeret I på den følgende gruppe.

Blokk 1, som deretter bare adresseres når t _> TE,

inneholderøyeblikksfasen $ og perioden T'o.

De øvrige blokker, altså sekundærblokkene, inneholder de andre synteseinformasjoner.

Som eksempel betraktes blokken j som betegnes som modulasjonsblokk. Denne inneholder modulasjonsoktaven Rm og modulasjonskoeffisienten m. Den etterfølgende blokk j + 1 inneholder utgangskanalens nummer S, oktaven R, bølgeformen F og amplituden A for det signal som skal frembringes.

Hver sekundærblokk omfatter videre et element for identifikasjon av modulasjonsblokken, her en bit 1 i modulasjonsblokken, 0 i de andre blokker.

Det sier seg selv at når en gruppe ikke inneholder noen modulasjonsblokk, blir de tilsvarende frembrakte signaler ikke modulert og de tilsvarende modulasjonskoplingskretser settes ikke i drift.

Slik som foran beskrevet, er organisasjonen av dataene i minnene realisert på en slik måte at syntetisator-koplingene kan benyttes i fellesskap.

Disse koplingskretser omfatter:

et mellomregister 7 over hvilket enten fasen $

eller dataene TE, utlest i hovedblokkene 1 hhv. 0 og overført ved hjelp av en forbindelse 71, løper,

et bølgeformminne 8 med tilhørende adresserings-koplingskretser, til hvilket dataene for fasen 4> fra mellomregisteret 7, oktaven R i blokken j + 1

over forbindelsen 71 og bølgeformen R i blokken

j + 1 over en forbindelse 72, tilføres,

en multiplikasjonskrets 9 til hvilken minnets 8

avsøkningsverdi tilføres og også amplituden A fra

blokken j + 1 tilføres over en forbindelse 70,

en digital/analog-omformer 10 til hvilken utgangs-dataeno fra multiplikasjonskretsen 9 tilføres,

en demultiplekser 11 til hvilken de analoge avsøk-ningsverdier fra omformeren 10 tilføres, og som styres av kanalutvelgelsens data S som tilføres fra

blokken j + 1 over en forbindelse 74,

to lavfrekvens-forsterkningskanaler som hver inneholder en integratorforsterker 12 hhv. 15 og en høyttaler 13 hhv. 14 og som er koplet til demulti-plekserens utganger,

et mellomregister 60 for mellomlagring av dataene for perioden T'o som kommer fra blokken 1 over forbindelsen 70,

et mellomregister 61 for mottagelse av modulasjonskoeffisienten m som utleses fra modulasjonsblokken j, en multiplekser 4 4 til hvilken dataene for fasen $

tilføres som inngangssignal, utlest på utgangen fra mellomregisteret 7 og styrt fra dataene Rm som utleses fra blokken j (forbindelsen 71) ,

en summasjons/subtraksjonskrets 45 som tilføres T'o og m fra mellomregistrene 60 og 61 og som styres

av fortegnet s som avgis fra multiplekseren 44,

en adderer 46 for mottagelse av Ko og utgangsdataene fra addisjons/subtraksjonskretsen 45. Utgangen fra addereren 4 6 avgir i overensstemmelse med dette

verdien T'o + Ko + m,

en taktgiver 50 for styring av en nedoverteller 51

som definerer tidsmålestokken,

en multiplekser 64 for mottagelse av på den ene side T'o + Ko + m fra addereren 46, og på den annen

side - t fra nedovertelleren 51,

en add erer 62 for .mottagelse av utgangssignalene fra registeret 7 ($ eller TE), verdien 1 og utgangs-

gangssignalet fra multiplekseren 64 (T'o + Ko + m eller - t). Denne adderer avgir et resultat som i det virtuelle tastatur kan lagres over en forbindelse 75 og ved hjelp av signalet "DIF" over en forbindelse 7 6 .

Syntetisatoren arbeider på følgende måte:

Det virtuelle tastatur 100 er inndelt i grupper som på sin side er inndelt i blokker. Adresseringen av hver blokk skjer ved hjelp av en numerisk adresse som leveres fra en ikke vist adresseringskopling. Den første i gruppe I utleste blokk har som adresse (I, N = 0). Denne blokk- inneholder TE og nummeret I for en etterfølgende gruppe. TE til-føres til addereren 62 (via mellomminnet 7), og da samtidig med - t (via multiplekseren 64). Signalet "DIF" blir i overensstemmelse med dette frembrakt dersom TE - t < 0. I mot-satt fall blir bare det etterfølgende nummer I overført ved hjelp av adresseringskoplingskretsene, og de foran beskrevne operasjoner gjentar seg for en annen gruppe.

Når betingelsen TE - t < 0, blir blokken N = 1 i gruppe I adressert. Dataene $ og T'o lagres i mellomregistrene 7 hhv. 60. Fasen 4> inkrementeres i addereren 62, og $ + 1 inntar plassen til $ i det virtuelle tastatur.

Deretter blir de etterfølgende blokker i gruppen adressert etter hverandre. Disse inneholder ved sine ender en sekundærhenvisning som utleses og overføres ved hjelp av adresseringskoplingskretsen (ikke vist), slik som beskrevet i FR-OS 78 32727 . De på,'denne måte adresserte blokker kan være ikke-modulerende blokker, slik som blokken j + 1. I dette tilfelle beregnes en avsøkningsverdi ved hjelp av de gitte data <I> (som foreligger i mellomregisteret 7), S, R, F og A.

Når gruppen inneholder en modulerende blokk, den viste blokk j, blir den angivelse 1 som den inneholder, over en forbindelse 73 overført til m-registeret 61 og deretter registrert, og følgende operasjoner styres: Modulasjonsoktaven Rm og modulasjonskoeffisienten m kombineres med T'o som er lagret i registeret 60, for å danne T'o + Ko + m, avgitt fra multiplekseren 64. Denne omfatter et minne, og ved slutten av beregningen og frem-bringelsen av avsøkningsverdiene (ikke-modulerende blokker) blir på nytt blokken (I, N = 0) adressert og størrelsen TE erstattes av TE + T'o + Ko + m. Den etterfølgende størrelse I tillater deretter adresseringen av en annen gruppe, og de foran beskrevne operasjoner kan gjenta seg automatisk.

Fig. 4 viser et eksempel på noen signaler som kan tilveiebringes ved hjelp av oppfinnelsen..

Signalet (a) er et trekantsignal som ikke er modulert og som erkarakterisert vedoktaven R = 4. Det dreier seg om et trappetrinnformet signal, idet hvert trinn har lengden T hvor T = T'o + Ko..

Signalet (b) er det samme signal, men imidlertid underkastet en fasemodulasjon med koeffisienten m = T/2, med modulasjonsoktaven Rm = 4. Man gjenkjenner en betoning av de liketallige harmoniske i dette tilfelle.

Signalet (c) er igjen det samme signal som er blitt modulert med den samme koeffisient, men imidlertid med Rm = 5. Man gjenkjenner i overensstemmelse med dette en betoning av de uliketallige harmoniske.

Signalet (d) er igjen det samme signal som er blitt modulert med den samme koeffisient, men imidlertid er modulasjonsoktaven Rm denne gang mindre enn R (Rm = 3). Man gjenkjenner her opptreden av grunnfrekvensen ved R = 3.

Muligheten for automatisk modulasjon av de frembrakte signaler ved hjelp av syntetisatoren byr i overensstemmelse med dette på meget interessante egenskaper som avhenger av modulasjonsoktaven Rm og den modulerte oktav R: Når Rm = R, forekommer de liketallige harmoniske eller.blir betonet. Når Rm > R, forekommer bare de uliketallige harmoniske eller blir betonet. Når Rm < R, forekommer en grunnfrekvens (eller underharmoniske) til frekvensen R.

Det vil innses at dimensjoneringen av de innførte harmoniske avhenger av modulasjonskoeffisienten m og kan styres utenfra. Det er i overensstemmelse med dette mulig å foreta en forandring av klangfargen på kvasi-kcntinuerlig måte i avhengighet av tiden, hvilket er viktig for en god simula-sjon av instrumenter som skal imiteres (f.eks. messingblåse- instrumenter, treblåseinstrumenter). Det er likeledes mulig å oppnå en automatisk endring av størrelsen m (eller størrel-sen Rm). Tilsvarende gjelder dette også for de andre stør-relser (uten inngrep av de ytre styreanordninger), idet man forsyner syntetisatoren med automatiske interpolasjonskop-linger, slik det er beskrevet i FR-OS 79 15337. Denne inter-polasjon, lineær eller eksponentiell, kan skje tidsavhengig mellom den løpende verdi av den aktuelle størrelse og en sluttverdi som likeledes er lagret i det virtuelle tastatur.

Oppfinnelsen er anvendelig på musikkinstrumenter

av typen elektroniske orgler eller ved sceneinstrumenter eller for musikalsk forskning. Hvert instrument kan omfatte én eller flere sådanne syntetisatorer samt styreanordninger, eksempelvis en mikroprosessor og dennes tilhørende periferikoplinger som bevirker avsøkningen av knappene, tastaturene og registrene og innmatningen av dataene for syntesen i det virtuelle tastatur i avhengighet av et bestemt program.

Mikroprosessoren og dennes periferikoplinger 35 danner syntetisatorens ytre styreanordninger. Deres oppgave består i å innskrive i det virtuelle tastatur de størrelser som trenges for syntetisatorens automatiske funksjon. Ved siden av de vanlige størrelser for syntesen ($, R, F, A, S, T'o, TE, m, Rm, osv.) må disse eksterne styreanordninger i hver blokk innskrive adressene og dataene (henvisningsdata) for at en korrekt automatisk utlesning av minnene ved hjelp av syntetisatoren skal kunne skje i overensstemmelse med en ønsket sammenknytting (tysk: Verkettung). Adresseringsregis-trene for blokkene i det virtuelle tastatur er selvsagt ikke vist for å holde tegningene oversiktlige, ._da det dreier seg om en i og for seg kjent anordning som er beskrevet i de innledningsvis nevnte publikasjoner.

Ved hver endring av tilstanden av registre, tasta-turer og knapper endrer de eksterne styreanordninger de i det virtuelle tastatur innskrevne data for å generere avvikende toner.

Disse modifikasjoner kan angå én eller flere parametre av et elementærsignal (i en blokk), tilføyelse eller undertrykkelse av blokker innenfor én eller flere grupper, eller tilføyelse eller undertrykkelse av én eller flere grupper. I tilfeller hvor modifikasjonen angår hele blokker eller grupper, er det tilstrekkelig med en enkel modifikasjon av minne-henvisningsdataene for å bevirke den ønskede effekt.

Det er åpenbart at oppfinnelsen ikke er begrenset til det beskrevne utførelseseksempel. Takket være koplings-anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er det helt generelt mulig å oppnå en automatisk endring av vilkårlige parametre i syntesen av tonesignaler. Disse koplingskretser kan kombineres med de kretser som er beskrevet i FR-OS 79 15337.

De automatiske endringer av parametrene ved hjelp av syntetisatoren hindrer ikke de variasjoner som styres av de eksterne eller ytre styreanordninger. På denne måte fremkommer enorme innvirkningsmuligheter på de frembrakte tonesignaler.

De så langt beskrevne utførelseseksempler oppviser

i praksis enda en eiendommelighet som i bestemte tilfeller kan forstyrre. Ved hver avsøkningssyklus blir jo følgende operasjoner utført:

En hendelsestid TE blir ved subtraksjon TE - t sammenliknet med verdien t, og når t < TE, betyr dette at hendelsestiden ikke er blitt oppnådd og at man går videre til det neste avsøkningstrinn. Dersom imidlertid t > TE, beregnes en ny hendelsestid, fasen inkrementeres og avsøkningsver-diene beregnes. Først deretter går man over til det neste avsøkningstrinn. Man innser imidlertid at alt etter lengden av I-listen (dvs. antall programsløyfer som ska-1 gjennomløpes) og antall avsøkningsverdier som skal beregnes, blir disse på ingen måte alle frembrakt i det samme relative tidspunkt innenfor en syklus, men derimot til et tidspunkt TQ > TE,.idet differansen TQ- TE er nesten statistisk variabel. I resultatet inneholder utgangssignalet en andel av bredbåndet ("hvit") støy. Denne støyandel kan imidlertid undertrykkes ved hjelp av den i det etterfølgende beskrevne koplings-variant.

De ved t > TE beregnede avsøkningsverdier består hver av en amplitudeinformasjon AMP og en bølgeform-differanseinformasjon A. Ved den så langt beskrevne koplingsanordning fremkommer utgangssignalet som en sum AMP . A A.

Ifølge videreutviklingen, hvis utførelsesform skal beskrives under henvisning til fig. 5 og 6, blir det for en tid TE her beregnet såkalte "delsummer" S , altså summen AmpTg. AA^E. Denne beregning skjer selvsagt til et tidspunkt ved hvilket parametrene står til disposisjon, altså ved t^TE. Resultatet blir imidlertid innskrevet i et mellomminne under en adresse "neste TE" og ikke straks overført til utgangskanalene, men utlest med konstanttakt til realtiden t, tilført til en digital/analog-omformer og integrert til slutt-signalet £STE. Det skjer altså en tidsforsinkelse med en syklus, hvilket imidlertid er uten betydning ved musikalsk anvendelse.

Fig. 5 viser en sluttdel av koplingen. Et RAM-minne 200 kan adresseres ved hjelp av to data, for det første ved hjelp av TE for innmatningen, når t >s TE fra syntetisatoren, og for det andre for utlesningen ved hjelp av t, avgitt fra en taktgenerator 208. Etter utlesningen blir den tilsvarende minneplass slukket eller nullstilt.

De data som skal lagres, er produktene AMP . A A. Faktorene bUr avgitt fra syntetisatoren, multiplisert med hverandre i en multiplikator 20 2 og akkumulert i en akkumula-tor 203 for frembringelse av delsummene med hensyn til tiden TE. Disse delsummer STE lagres. Når det på nytt konstateres at t ^ TE, altså ved det "nøyaktige" tidspunkt for den neste verdi TE, skjer utlesningen av den lagrede-delsum , over-føring av denne til en digital/analog-omformer 204 og over-føring av .den analoge verdi til en integrator 206 . Dette signal inneholder ikke lenger noen dirring.

Den beskrevne koplingsanordning er særlig egnet for flere utgangskanaler, for en skriveandel S fra syntetisatoren kan ha formen av komplementet til TE-skriveadressen.

En syklisk kanal-leseadresse får på sin side da hensiktsmes-sig formen av komplementet til t-adressen'og muliggjør styring av flere digital/analog-omformere eller en analog multi-

plekser eller en kanalveksel (tysk: Kanalweiche) 210.

Fig. 6 anskueliggjør tidsforløpet: Man gjenkjenner de med hensyn til TE variable tidspunkter ved hvilke regi-streringen t ^ TE skjer, den etterfølgende delsumdannelse og forskyvningen til det neste tidspunkt T'E.

Det vil innses at oppfinnelsen er anvendelig ved elektroniske musikkinstrumenter som oppviser én eller flere syntetisatorer av den type som er beskrevet foran, såsom orgler, elektroniske trekkspill eller nye typer av instrumenter ved hvilke man med fordel gjør bruk av digital, elektro-nisk teknikk.

Claims (13)

1. Polyfonisk syntesekopling for periodiske signaler, omfattende (a) et antall minneblokker i hvilke det kan lagres numeriske data angående i det minste øyeblikksfasen oktaven og amplituden med hensyn til det analoge, periodiske signal som skal frembringes, (b) midler for adressering og utlesning av minneblokkene i overensstemmelse med en forutbestemt sammenknytting, og (c) midler for frembringelse av analoge avsø kningsverdier av de analoge, periodiske signaler ut fra de fra minneblokkene utleste data i avhengighet av kommandosignaler (DIF) med forutbestemt repetisjonsfrekvens, karakterisert ved at det for frembringelse av de tilsvarende kommandosignaler er sørget for (d) at det i hver kommandoblokk, som funksjon av frekvensen til det analoge signal som skal frembringes, er lagret en numerisk periodeverdi (To; T'o) og en numerisk hendelsesverdi (TE) , (e) anordninger (32; 47, 62) for addering av periodeverdiene og hendelsesverdiene (TE) og for innlesning av det oppnådde resultat på den på forhånd av hendelsesverdien opptatte minneplass i avhengighet av det tilsvarende kommandosignal (DIF), (f) en telleanordning (33; 50) som mates av en taktgiver (34; 51) som frembringer en fast frekvens, og (g) en sammenlikneranordning (35; 52; 62).for sammenlikning av den numeriske hendelsesverdi fra hver avlest minneblokk med telleanordningens tellestilling, og for frembringelse av det aktuelle kommandosignal (DIF) når telleanordningens tellestilling oppnår eller overskrider størrelsen av hendelsesverdien.

2. Syntesekopling ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter ytterligere, andre midler for frembringelse av tilsvarende kommandosignaler (DIF), omfattende en gruppe generatorer (23, 24...29), midler (29) for utvelgelse av én av generatorene med utgangspunkt fra en utvelgelsesstørrelse (I) som utleses fra en minneblokk, og midler for frembringelse av de aktuelle syntesekommandosig-naler (DIF) med utgangspunkt fra generatorsignalene, idet det er anordnet utvelgelseskoplingskretser for avgivelse av kommandosignalene (DIF) enten fra de første eller de andre midler i avhengighet av en fra vedkommende minneblokk utlest utvelgelsesparameter.

3. Syntesekopling ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter midler for automatisk endring av periodeverdien (To) i avhengighet av tiden.

4. Syntesekopling ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at sammenlikneranordningen (35) for sammenlikning av hendelsesverdien (TE) med tellestillingen (t) omfatter en subtraksjonskoplingskrets til hvis innganger hendelsesverdien (TE) hhv. tellestillingen (t) tilføres, og som omfatter en utgang på hvilken fortegnet til differansen (t-TE) mellom de to verdier kan uttas som kommandosignal (DIF).

5. Syntesekopling ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at telleanordningen (51) omfatter en nedoverteller og sammenlikneranordningen for sammenlikning av hendelsesverdien (TE) og tellestillingen (-t) omfatter en addisjonskoplingskrets til hvilken verdiene (TE, -t) kan tilføres, og som, som kommandosignal, frembringer en utgangsstørrelse som representerer fortegnet for summen (-t+TE).

6. Syntesekopling ifølge krav 3, 4 eller 5, karakterisert ved at hver minneblokk omfatter et minne (42) for en modulasjonskoeffisient (m) og et minne for en modulasjonsfrekvens (Rm), og at koplingen videre på den ene side omfatter addisjons/subtraksjons-koplingskretser (45) med en styreinngang for omkopling mellom addisjon og subtraksjon, og med to signalinnganger til hvilke modulasjonskoeffisienten (m) hhv. periodeverdien (To; T'o) tilføres, og med en utgang på hvilken en ny periodeverdi (T'o + m) kan uttas og kan overfø res til addisjonsanordningene (47; 62), og på den annen side omfatter midler for frembringelse av et periodisk signal (S) som kan tilføres til styreinngangen og hvis følgefrekvens avhenger av modulasjonsfrekvensen (Rm).

7. Syntesekopling ifølge krav 6, karakterisert ved at midlene for frembringelse av det periodiske styresignal (S) omfatter en multiplekser-koplingskrets (44) med en inngang for den numeriske faseverdi (4>), med en utvelgelses-styreinngang for tilførsel av modulasjonsfrekvensen (Rm), og med en utgang for frembringelse av styresignalet (S) .

8. Syntesekopling ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter (h) et antall minneblokker (100) i hvilke det er lagret numeriske data for perioden (T'o), hendelsesverdien (TE), fasen (4>), amplituden (A), oktaven (R), bølge-formen (F), modulasjonen (m) og modulasjonsoktaven (Rm) , (i) et første register (7), (j) et bølgeform-avsøkningsverdiminne (8) med adresse-ringsinnganger for tilførsel av dataene for bølge-formen (F), oktaven (R) og fasen (0) utlest fra minneblokkene, (k) en multiplikatorkrets (9) for multiplikasjon av hver numerisk avsøkningsverdi som uttas fra avsøk-ningsverdiminnet, med de fra minneblokkene utleste amplitudedata (A), (1) en analogomformer (10) med integratorforsterkere og filterkoplinger (12, 15; 13, 14) for de analoge avsøkningsverdier, (m) en taktgiver (50) med tilordnet nedoverteller (51) for frembringelse av kontinuerlig variable tidsdata (-t), (n) en første addererkrets (62) for addering av de fra blokken utleste, numeriske hendelsesdata (TE) til tidsdataene (-t) og for frembringelse av et kommandosignal (DIF) når den fremkommende sum er negativ, (o) første addisjons/subtraksjonskretser (45) for addering hhv. subtrahering av periodedataene (T'o) og modulasjonsdataene (m) i avhengighet av et styresignal (S) , i (p) midler for frembringelse av styresignalet (S) ved utvelgelse av et binær <p> lement av fasen ($) véd hjelp av modulasjonsoktavdataene (Rm), (q) en andre addererkrets for addering av en konstant (Ko) til summen av periodedataene og modulasjonsdataene (T'o + m), og (r) en multiplekseranordning (64) for tilføresel av sluttsummen (T'o + m + Ko) til den første addererkrets (62) og for lagring av den oppnådde sum (TE + T'o + m + Ko) i stedet for periodedataene (TE) i den tilsvarende blokk i avhengighet av kom-mandosignalet (DIF).

9. Syntesekopling ifølge krav 8, karakterisert ved at det mellom multipliseringskretsen (202) og analogomformeren (204) er innkoplet et mellomminne (200) i hvilket de fra multipliseringskretsen (202) avgitte signaler kan innleses under adressering ved hjelp av hendelsesverdiene (TE), og er tidsforskjøvet utlesbare under adressering ved hjelp av en taktgenerator (208).

10 • Syntesekopling ifølge krav 9, karakterisert ved at taktgeneratoren (208) samtidig er utformet for frembringelse av tidsdatane (t, -t).

11. Syntesekopling ifølge krav 10, karakterisert ved at det etter mellomminnet (200) er innkoplet et antall parallelle analogomformer-utgangskanaler, og at innles-ningsadressen på den ene side og utlesningsadressen på den annen side inneholder en informasjon angående de utgangskanaler som skal innkoples.

12. Syntesekopling ifølge krav 1, karakterisert ved at den av taktgiveren (34, 51) for telleanordningen (33, 50) frembrakte taktfrekvens ligger i området fra ca. 1 til 2 MHz.

13. Anvendelse av minst én syntesekopling ifølge ett eller flere av de foregående krav som tonefrembringelsessystem for et musikkinstrument.