RU2155387C1 - Музыкальный синтезатор (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к компьютерному и электронному синтезу музыкальных звукообразов и может быть использовано для совершенствования средств музыкальной выразительности и создания музыки. Устройство содержит панель управления с клавиатурой мелодий, генератор тоновых частот, блок аккордовых структур, амплитудные модуляторы аккордов и звуков мелодий, частотные модуляторы и блоки временной огибающей аккордов и звуков мелодий, блок цифрового микширования, акустический монитор, ЦАП и усилитель. Устройство снабжено клавиатурами гармоний и тембров, формирователями временной огибающей обертонов аккордовых и мелодических структур, формирователями обертоновых структур и звуков мелодий. Устройство использует усовершенствованную звуковую шкалу, предполагающую деление октавы на 171 ступень и имеющую соответственно 171 клавишу на каждую октаву. Использование дополнительных клавиатур и формирователей обертоновых структур аккордов и мелодий позволяет получить достаточно точные числа рациональных значений основных консонансов (унисона и октавы) и осуществить ранжированное упорядочение частот всех остальных консонансов по степени их близости или удаления к основным. Технический результат заключается в создании более совершенных и развитых средств музыкальной выразительности с точки зрения тонкости мелодического рисунка и точности гармоничного сочетания звуков как основы синтеза звукообразов и создания непосредственно музыки. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к компьютерному и электронному синтезу музыкальных звукообразов и может быть использовано для совершенствования средств музыкальной выразительности и создания музыки.

Известен электронный инструмент [1], содержащий клавиатуру с контроллером, соединенную с генератором тоновых частот на 24 частоты (ноты), блоки модуляторов и формирователь временной огибающей мелодий, через микшер, фильтр и усилитель, связанный с акустическим монитором.

Известен также музыкальный синтезатор [2], содержащий панель управления с клавиатурой мелодий, соединенной со входом генератора тоновых частот, первый выход которого связан с первым входом блока аккордовых структур, амплитудные модуляторы соответственно аккордов и звуков мелодий через последовательно соединенные частотные модуляторы и блоки временной огибающей соответственно аккордов и звуков мелодий подключены ко входам блока цифрового микширования, выход которого соединен с акустическим монитором через цифроаналоговый преобразователь и усилитель.

Таким устройствам присущ существенный недостаток, заключающийся в ограниченных возможностях использования при звукосинтезе только одной клавиатуры мелодий, а также одного темперированного звукоряда. Применение же клавиатур гармоний и тембров и соответственно нескольких темперированных звукорядов существенно обогащает музыкальную выразительность за счет использования мелодических, гармонических и тембровых возможностей различных комбинаций звукорядов.

В то же время для воспроизведения качественной музыки в реальном времени требуется высокоскоростная обработка управляющих сигналов с клавиатур гармоний, тембров и мелодий. Такую обработку могут обеспечить только специализированные суперкомпьютерные процессоры. В случае реализации музыкальных синтезаторов на базе традиционных персональных компьютеров необходимо в их блоках памяти иметь базу данных всего многообразия высококачественных различных звуков.

Известен также музыкальный синтезатор [3], содержащий клавиатуру мелодий панели управления, соединенную с первым входом персонального компьютера (приспособления для хранения и воспроизведения музыкальных нот), содержащего блок памяти, выход персонального компьютера связан со входом акустического монитора через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и усилитель.

Технический результат, на достижение которого направлены данные изобретения, заключается в создании более совершенных и развитых средств музыкальной выразительности с точки зрения тонкости мелодического рисунка и точности гармоничного сочетания звуков как основы синтеза звукообразов и создания непосредственно музыки. Это достигается использованием усовершенствованной звуковой шкалы, предполагающей деление октавы на 171 ступень (S=171) и имеющей соответственно 171 клавишу на каждую октаву. Использование дополнительных клавиатур и формирователей обертоновых структур аккордов и мелодий позволяет получить достаточно точные числа рациональных значений основных консонансов (унисона и октавы) и осуществить ранжированное упорядочение частот всех остальных консонансов по степени их близости (удаления) к основным. К тому же предлагаемое изобретение позволяет реализовать музыкальный синтезатор на базе традиционных персональных компьютеров.

В соответствии с первым вариантом изобретения указанный технический результат достигается тем, что музыкальный синтезатор, содержащий панель управления с клавиатурой мелодий, соединенной со входом генератора тоновых частот, первый выход которого связан с первым входом блока аккордовых структур, амплитудные модуляторы соответственно аккордов и звуков мелодий через последовательно соединенные частотные модуляторы и блоки временной огибающей соответственно аккордов и звуков мелодий подключены ко входами блока цифрового микширования, выход которого соединен с акустическим монитором через цифроаналоговый преобразователь и усилитель, снабжен формирователями временной огибающей обертонов соответственно аккордовых и мелодических структур, формирователями обертоновых структур соответственно аккордов и звуков мелодий, а панель управления снабжена клавиатурой гармоний и клавиатурой тембров, соединенной со входом формирователя временной огибающей обертонов мелодических структур и с первыми входами соответственно формирователя обертоновых структур, амплитудного модулятора, частотного модулятора и блока временной огибающей звуков мелодий, а вторые входы указанных четырех блоков подключены к выходам формирователя временной огибающей обертонов мелодических структур, клавиатура гармонии соединена со входами соответственно формирователя временной огибающей обертонов аккордовых структур и блока аккордовых структур, а также с управляющими входами соответственно амплитудного и частотного модуляторов аккордов, блока временной огибающей аккордов и формирователя обертоновых структур аккордов, выход которого связан со входом амплитудного модулятора аккордов, а первый и второй входы - соответственно с выходами блока аккордовых структур и формирователя временной огибающей обертонов аккордовых структур, причем второй выход генератора тоновых частот подключен к третьему входу формирователя обертоновых структур звуков мелодий.

К тому же для достижения указанного технического результата клавиатура мелодий, управляемая пальцами одной руки, выполнена в виде четырех рядов клавиш мажорных оттенков, среднего базового ряда мелодий и четырех рядов клавиш минорных оттенков, причем каждый ряд содержит по 38 клавиш, клавиши базового ряда имеют цветовые различия, а остальные клавиши - оттенки соответствующих цветов базового ряда.

Кроме того, клавиатура гармоний, управляемая пальцами другой руки, выполнена в виде девяти рядов клавиш, а каждый ряд содержит по двенадцать клавиш.

К тому же клавиатура тембров, управляемая большими пальцами обеих рук, выполнена в виде пяти клавиш переключения октав мелодий и пяти клавиш переключения октав гармоний. Клавиатуры мелодий, гармоний, тембров с соответствующими клавишами расположены на прямолинейной поверхности или криволинейной поверхности 1-го или 2-го порядков панели управления.

В соответствии со вторым вариантом изобретения указанный технический результат достигается тем, что в музыкальном синтезаторе, содержащем клавиатуру мелодий панели управления, соединенную с первым входом персонального компьютера, содержащего блок памяти, а выход персонального компьютера связан со входом акустического монитора через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и усилитель, панель управления снабжена клавиатурой гармоний и клавиатурой тембров, которые соединены соответственно со вторым и третьим входами персонального компьютера.

К тому же клавиатуры гармоний, тембров и мелодий панели управления имеют соответствующие контроллеры.

Функциональная блок-схема первого варианта устройства представлена на фиг. 1. Музыкальный синтезатор содержит клавиатуру 1 гармоний, клавиатуру 2 тембров, клавиатуру 3 мелодий, формирователь 4 временной огибающей обертонов аккордовых структур, формирователь 5 временной огибающей обертонов мелодических структур, блок 6 аккордовых структур, генератор 7 тоновых частот, формирователь 8 обертоновых структур аккордов, формирователь 9 обертоновых структур звуков мелодий, амплитудный модулятор (АМ) 10 аккордов, амплитудный модулятор 11 звуков мелодий, частотный модулятор (ЧМ) 12 аккордов, частотный модулятор 13 звуков мелодий, блок 14 временной огибающей аккордов, блок 15 временной огибающей звуков мелодий, блок 16 цифрового микширования, цифроаналоговый преобразователь 17, усилитель 18, акустический монитор 19.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При нажатии клавиши клавиатуры мелодий с помощью ее контроллера (на схеме не показан) происходит управление высотным изменением тона. В генераторе 7 тоновых частот задается одна из 171 частот (S=171), которая является основной частотой звука мелодии. Такая частота подается на формирователь 9 обертоновой структуры звуков мелодий. Одновременно на этот формирователь подаются (при нажатии соответствующей клавиши обертонов клавиатуры 2 тембров) управляющие сигналы (коды с котроллера) с клавиатуры 2 тембров и формирователя 5 временной огибающей обертонов мелодических структур. Клавиатура 2 (с контроллером) тембров создает обертоновые структуры тембров звуков (наборы обертонов), а также вид функции времени амплитудной модуляции тонов и обертонов (блок 11), вид функции времени частотной модуляции тонов и обертонов (блок 13).

Таким образом, в сигнале происходит расщепление обертонов с помощью АМ-модулятора 11 и ЧМ-модулятора 13 звуков мелодий, что дает разнообразие красок звуков тембров. Аналогично происходит формирование сигналов при нажатии клавиш клавиатуры 1 (с контроллером) гармоний, позволяющей создавать аккорды для сопровождения мелодий и достигать их гармоничного сопровождения. Блок 6 аккордовых структур создает от заданного тона генератора 7 тоновых частот набор различных аккордов (мажорных, минорных, септаккордов, уменьшенных септаккордов).

Блок-схема второго варианта устройства представлена на фиг. 2. Музыкальный синтезатор содержит клавиатуру 1 гармоний, клавиатуру 2 тембров, клавиатуру 3 мелодий, персональный компьютер 4, блок 5 памяти, включающий базу данных всего многообразия звуков музыкальной системы, имеющей повышенное (относительно известных систем музыки с 12-ю, 17-ю, 22-ю нотами в октаве) число нот в октаве. Так, для расширения границ средств музыкальной выразительности база данных блока 5 памяти может быть создана на основе звуков, реализованных блоками 4-15 фиг. 1. Цифроаналоговый преобразователь 6 соединен с усилителем 7, к которому подключен акустический монитор.

Такое устройство работает следующим образом. С помощью клавиатур 1, 2, 3 гармоний, тембров и мелодий осуществляется выбор желаемых звуков соответствующей музыкальной системы с их гармоническим, тембровым и мелодическим содержанием, что позволяет создавать качественную музыку. Преобразование цифровой формы сигналов в аналоговую осуществляется посредством цифроаналогового преобразователя 6, выходной сигнал которого усиливается усилителем 7 и воспроизводится акустическим монитором 8.

Реализация предлагаемых способа и устройства позволяет расширить границы средств выразительности при звукосинтезе за счет совокупного использования гармонических и мелодических возможностей различных комбинаций темперированных звукорядов. При этом предоставляется возможность создавать как на базе специализированных суперкомпьютерных процессоров, так и на основе традиционных персональных компьютеров более тонкие мелодичные рисунки звукообразов с одновременным получением более точных гармоний всех частотных структур звукообразов по сравнению с наиболее известными музыкальными системами с 12-ю, 17-ю. 22-мя нотами в октаве.

Источники информации
1. Патент EP N 0436976, кл. G 10 H 1/20, 1990 г.

2. Музыкальный синтезатор. Ж. "Радио", N 1, 1992.

3. Патент ЕПВ (EP) N 0357096, кл. G 10 H 1/20, 1989 г.

Claims (9)

1. Музыкальный синтезатор, содержащий панель управления с клавиатурой мелодий, соединенной со входом генератора тоновых частот, первый выход которого связан с первым входом блока аккордовых структур, амплитудные модуляторы соответственно аккордов и звуков мелодий через последовательно соединенные частотные модуляторы и блоки временной огибающей соответственно аккордов и звуков мелодий подключены ко входам блока цифрового микширования, выход которого соединен с акустическим монитором через цифроаналоговый преобразователь и усилитель, отличающийся тем, что он снабжен формирователями временной огибающей обертонов соответственно аккордовых и мелодических структур, формирователями обертоновых структур соответственно аккордов и звуков мелодий, а панель управления снабжена клавиатурой гармоний и клавиатурой тембров, соединенной со входом формирователя временной огибающей обертонов мелодических структур и с первыми входами соответственно формирователя обертоновых структур, амплитудного модулятора, частотного модулятора и блока временной огибающей звуков мелодий, а вторые входы указанных блоков подключены к выходам формирователя временной огибающей обертонов мелодических структур, клавиатура гармоний соединена со входами соответственно формирователя временной огибающей обертонов аккордовых структур и блока аккордовых структур, а также с управляющими входами соответственно амплитудного и частотного модуляторов аккордов, блока временной огибающей аккордов и формирователя обертоновых структур аккордов, выход которого связан со входом амплитудного модулятора аккордов, а первый и второй входы - соответственно с выходами блока аккордовых структур и формирователя временной огибающей обертонов аккордовых структур, причем второй выход генератора тоновых частот подключен к третьему входу формирователя обертоновых структур звуков мелодий.

2. Музыкальный синтезатор по п.1, отличающийся тем, что клавиатура мелодий, управляемая пальцами одной руки, выполнена в виде четырех рядов клавиш мажорных оттенков, одного базового ряда мелодий и четырех рядов клавиш минорных оттенков, причем каждый из рядов содержит по 38 клавиш, клавиши базового ряда имеют цветовые различия, а остальные клавиши - оттенки соответствующих цветовых различий базового ряда.

3. Музыкальный синтезатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что клавиатура гармоний, управляемая пальцами другой руки, выполнена в виде девяти рядов клавиш, а каждый ряд содержит по двенадцать клавиш.

4. Музыкальный синтезатор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что клавиатуру тембров, управляемая большими пальцами обеих рук, выполнена в виде пяти клавиш переключения октав мелодий и пяти клавиш переключения октав гармоний.

5. Музыкальный синтезатор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что панель управления с клавиатурами мелодий, гармоний, тембров расположены на прямолинейной поверхности или криволинейной поверхности 1-го или 2-го порядков.

6. Музыкальный синтезатор по п.1, отличающийся тем, что клавиатуры гармоний, тембров и мелодий имеют соответствующие контроллеры.

7. Музыкальный синтезатор, содержащий панель управления с клавиатурой мелодий, соединенной с первым входом персонального компьютера, содержащего блок памяти, выход персонального компьютера связан со входом акустического монитора через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и усилитель, отличающийся тем, что панель управления снабжена клавиатурой гармоний и клавиатурой тембров, соединенными соответственно со вторым и третьим входами персонального компьютера, а блок памяти включает звуковую базу данных заданной музыкальной системы.

8. Музыкальный синтезатор по п.7, отличающийся тем, что заданная музыкальная система содержит 171 ноту в октаве.

9. Музыкальный синтезатор по п.7, отличающийся тем, что клавиатуры гармоний, тембров и мелодий имеют соответствующие контроллеры.

Images