DE1622162B2

DE1622162B2 - Verfahren zum verdoppeln der frequenz eines saegezahnsignals und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE1622162B2
Application number: DE19681622162
Authority: DE
Inventors: Donald J. Cincinnati Ohio Campbell (V.StA.)
Original assignee: Chicago Musical Instrument Co., Chicago, 111. (V.StA.)
Priority date: 1965-07-26
Filing date: 1968-01-26
Publication date: 1973-08-09
Also published as: DE1622162A1; US3443463A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verdoppeln der Frequenz eines Sägezahnsignals und auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens für die Verwendung in elektronischen Musikanlagen. "

Es ist bekannt, zur Veränderung der Frequenz von Sägezahnsignalen synchronisierte Sperrschwinger zu verwenden. Auch ist es bekannt, Rechtecksignale in Miller-Integratorschaltungen in Sägezahnsignale mit gleicher Frequenz umzuwandeln.

Es gibt viele Anwendungsfälle, beispielsweise in elektronischen Musikanlagen, in denen es erwünscht ist, die Frequenz eines Sägezahnsignals zu verdoppeln.

Mit den bekannten Anordnungen ist es nicht möglich, eine solche Frequenzverdopplung vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das äußerst einfach ausgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Sägezahnsignal und ein um 180° phasenverschobenes Rechtecksignal mit gleicher Frequenz addiert werden. Die Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist derart ausgebildet, daß die Anordnung aus einem Inverter für das Rechtecksignal und einem Addierer für das invertierte Rechtecksignal und das damit phasensynchronisierte Sägezahnsignal besteht.

Das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung können besonders günstig bei elektronischen Musikanlagen verwendet werden. Bei solchen Anlagen stehen sägezahnförmige und rechteckförmige Signale meist bereits zur Verfügung, so daß sie nicht

ίο eigens erzeugt werden müssen. Es ist oft erwünscht, bei solchen Anlagen eine Oktavkoppel zu schaffen, die darin besteht, daß einer Grundfrequenz die doppelte Frequenz überlagert ist. Gerade bei der Erzeugung einer Oktavkoppel mit sägezahnförmigen Signalen kann die Erfindung äußerst vorteilhaft verwendet werden.

Eine Weiterbildung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schaltung Vorrichtungen zur Einstellung des Verhältnisses der Spitzenamplituden der kombinierten Signale enthält.

Mit Hilfe dieser Weiterbildung ist es möglich, die Amplituden der Oberwellen der kombinierten Signale und somit die Klangfarben der in einer elektronischen Musikanlage erzeugten Töne zu beeinflussen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das die grundsätzlichen Merkmale der Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der bei dem Frequenzverdoppler gemäß Fig. 1 auftretenden Schwingungen;

F i g. 3 ein Schalt- und Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;

^; Fig. 4 ein Schalt- und Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltdiagramm einer Änderung der Ausführungsform gemäß F i g. 4;

F i g. 6 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 7 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausfüh-

: rungsform der Erfindung.

Das grundsätzliche Konzept der Erfindung ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Gemäß F i g. 1 besteht ·. der Frequenzverdoppler aus einem Sägezahngenerator 10 mit der Frequenz/, die mit einer in Fig. 2 dargestellten sägezahnförmigen Schwingung 10' mit einer Amplitude 2 A am Ausgang des Generators zur Verfügung steht, und einem Rechteckgenerator 11, der eine Rechteckschwingung mit der Frequenz / und der Amplitude2 A, die in Fig. 2 als Schwingungsform 11' dargestellt ist, erzeugt. Die beiden Generatoren 10 und 11 sind über eine Kopplung 15 synchronisiert, so daß die an den Ausgängen erscheinenden Signale sowohl hinsichtlich der Phase als auch hinsichtlich der Spitzenwerte der Amplitude gleich sind. Die Rechteckschwingung des Generators 11 wird in einem Inverter 12 invertiert und in einem Addierer 13 mit der Sägezahnschwingung des Generators 10 vereinigt. Der Addierer ist derart aufgebaut, daß er in seinem Inneren zunächst das Rechtecksignal auf die halbe Amplitude des Sägezahnsignals herabsetzt, wie in Fig. 2 als Schwingungsform 12' dargestellt ist. Die Addition der Sägezahnschwingung 10' mit der Frequenz / und der Amplitude 2 A mit der Rechteckschwingung 12' mit der Frequenz / und der Amplitude A unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung von 180° der Schwingungsform 10' bewirkt am

Ausgang 14 des Addierers eine Sägezahnschwingung 13' mit einer Amplitude A und einer Frequenz 2 /.

Die Schaltung, die diese beschriebene Frequenzverdopplung als Register der höheren Oktav in einer elektronischen Musikanlage liefert, ist in F i g. 3 dargestellt. Die mit der Sägezahnschwingung 10' synchronisierte Rechteckschwingung 11', die jeweils die Frequenz / aufweisen und gleiche Amplitude besitzen, werden an die Eingangsklemmen 21 bzw. 22 angelegt. Die Rechteckschwingung 11' wird einem Klangfarbenfilter 24 und die Sägezahnschwingung 10' einem Klangfarbenfilter 26 zugeführt, deren Ausgangssignal an der Klemme 27 erscheint. Das Vorhandensein eines Signals von einem oder beiden Klangfarbenfilter 24 bzw. 26 hängt davon ab, ob die der Frequenz / entsprechende Note mit der entsprechenden Klangfarbe angespielt wurde.

Die Rechteckschwingung 11' wird durch den Transistor 23 des Inverters 12 in der Phase umgekehrt. Der Widerstand 29 im Inverter 12 dient dazu, die Verstärkung auf 1 zu reduzieren, so daß sowohl das an der Klemme 21 anliegende Signal als auch das an der Klemme 22 anliegende Signal dem Addierer 13 mit im wesentlichen gleicher Amplitude zugeführt wird. Der Addierer 13 umfaßt zwei Widerstände 28 und 30, deren Werte derart ausgewählt sind, daß die Spitzenamplitude der Rechteckschwingung 11' die Hälfte der Sägezahnschwingung 10' beträgt. Am Ausgang des Addierers 13 ergibt sich somit eine Sägezahnschwingung 13' mit der Frequenz 2/, so daß eine Erhöhung der Frequenz um eine Oktave gegenüber den Eingangssignalen an den Klemmen 21 und 22 erhalten wird. Die Schwingungsform 13' wird einem Klangfarbenfilter 25 zugeführt, das je nach Bedarf beim Anspielen das Ausgangssignal an der Klemme

27 erscheinen läßt.

In F i g. 4 wird eine Anwendung der vorliegenden Erfindung als höhere Oktavkoppel für eine Tonsignalerzeugung in einer elektronischen Musikanlage mit niederer Oktav dargestellt. Die an den Klemmen 21 und 22 auftretende Rechteck- bzw. Sägezahnschwingung der Frequenz / sind wiederum synchronisiert. Die Tonfrequenzsignale werden direkt dem entsprechenden Klangfarbenfilter 24 und 26 zugeführt. Ferner wird die Rechteckschwingung 11' an den Inverter 12 angelegt, dessen phasenverschobenes Ausgangssignal dem Addierer 13 zugeführt wird. Der Addierer 13 enthält einen Doppelschalter 43 und bewirkt die gegenüber der Fig. 3 verschiedene Wirkungsweise. Wenn der Schalter geöffnet ist, d. h. die beiden Schaltarme die dargestellten Positionen 44 und 45 einnehmen, tritt keine Koppelwirkung auf, da der Inverterausgang offen ist. Der am Widerstand 30 der Übertragungsleitung für die Sägezahnschwingung 10' auftretende Spannungsabfall kann entweder durch geeignete Kompensation im Klangfarbenfilter 26 oder durch ein entsprechend höheres Eingangsniveau an der Klemme 32 ausgeglichen werden. Es kann auch durch die Verwendung eines entsprechenden Dämpfungswiderstandes in der Übertragungsleitung von der Klemme 21 zum Klangfarbenfilter 24 eine entsprechende Dämpfung der Rechteckschwingung 11' verursacht werden.

Wenn der Schalter 43 geschlossen ist, d. h. die Schaltarme die Positionen 46 und 47 einnehmen, tritt eine Koppelwirkung auf. Die Werte der Widerstände

28 und 30 im Addierer 13 sind derart ausgewählt, daß das Mischungsverhältnis am Verbindungspunkt 48 ein Signal bewirkt, das der Schwingungsform 13' mit der Frequenz 2 / und der Schwingungsform 10' mit der Frequenz / entspricht. Das Klangfarbenfilter 26 wird somit von einem Sägezahnsignal angesteuert, das die Komponenten der höheren und niederen Oktav enthält. Da eine Rechteckschwingung mit einer Frequenz 2 / bei dem vorliegenden System nicht erzeugt wird, ist eine ideale Koppelwirkung für die Rechteckwelle nicht vorhanden. Jedoch kann eine brauchbare Koppelwirkung durch die Verwendung der Sägezahnschwingung 13' mit der Frequenz 2 /, die dem Klangfarbenfilter 24 über die Leitung 49 zugeführt wird, in Verbindung mit der Rechteckschwingung 11' bewirkt werden.

Eine weitere Änderung der erfindungsgemäßen Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt, die im wesentlichen nur den Inverter 12 α zeigt, der an Stelle des Inverters 12 in der Ausführungsform gemäß F i g. 4 Verwendung finden soll. Der grundsätzliche Unterschied zwischen den beiden Inverterschaltungen ist die Eingangsklemme 51, die über einen Widerstand 52 mit der Basis des Transistors23 gemäß Fig. 5 verbunden ist. Durch das Anlegen eines geeigneten Signals an die Klemme 51 kann die Verstärkung des - Transistors 23 gesteuert werden. Auf diese Weise ist es möglich, jedes beliebige Amplitudenverhältnis zwischen der Sägezahnschwingung 13' mit der Frequenz 2/ und der Sägezahnschwingung 10' sowie der Rechteckschwingung 11' herzustellen, wodurch jeder gewünschte Koppelgrad erzielbar ist. Der Koppelgrad kann rasch mit dem Anlegen nicht sinusförmiger Signale an die Eingangsklemme 51 geändert werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt. Der Rechteckgenerator 11 liefert eine Rechteckschwingung mit der Frequenz / und einer Spitzenamplitude, die bezüglich der Frequenz und der Amplitude gleich der Schwingung des Sägezahngenerators ist. Beide Schwingungen sind über die Kopplung 15 in synchroner Zuordnung. Die Rechteckschwingung wird im Inverter 12 a να. der Phase umgekehrt und im Addierer 13 zu der Sägezahnschwingung addiert. Das resultierende Signal dient zur Ansteuerung des Klangfarbenfilters 66 zur Erzeugung der Frequenz / (im Falle der Verstärkung des Klemme 27. Wenn der Schalter 60 mit dem Schaltarm in der Position 61 liegt, ist durch das Potentiometer 63 die Verstärkung des Inverters 12 α steuerbar. Befindet sich dagegen der Schaltarm des Schalters 60 in der Position 65, so wird dem Inverter 12 a eine veränderbare Spannung von der Quelle 64 α zugeführt. Durch die Änderung der Verstärkung des Inverters 12 α kann erreicht werden, daß das Signal am Ausgang des Addierers 13 von einer der Sägezahnschwingung des Generators 10 entsprechenden Form (wenn der Inverter 12 α abgeschaltet ist) über ein Gemisch der Sägezahnschwingung vom Generator 10 mit der Sägezahnschwingung 13' mit einer Frequenz 2/ (im Falle einer Verstärkung des Inverters 12 α kleiner 1), eine Sägezahnschwingung 13' der Frequenz 2 / (im Falle der Verstärkung 1 des Inverters 12 α), eine Mischung der Sägezahnschwingung 13' der Frequenz 2 / und der Rechteckschwingung der Frequenz / (im Falle einer Verstärkung des Inverters 12 a größer 1) bis zu einer nahezu reinen Rechteckschwingung des gewünschten Ausgangssignals an der Inverters 12 α sehr viel größer als 1) geändert werden. Es ist offensichtlich, daß diese Effekte dazu benutzt werden können, um eine abwechselnde Oktavwieder-

holung in der Art eines Klangfarbenvibrato hervorzurufen, und um viele Variationen von Sprechtoneffekten zu erzeugen, die Tonhöhenänderungen der Oktav und Klangfarbenänderungen umfassen. Die Klangfarbenänderung hängt von dem Ausgangssignal des Addierers 13 ab, das sich von einer Sägezahnschwingung bis zu einer Rechteckschwingung ändern kann.

Nahezu dieselben Effekte können dadurch erzielt werden, daß die veränderbare Steuerung in den Signalweg der Sägezahnschwingung gemäß Fig. 7 eingeschaltet wird. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform entspricht der der Fig. 6. Die veränderbare Steuerung wird durch einen Verstärker 74 bewirkt, der zwischen dem Sägezahngenerator 10 und dem Addierer 13 liegt. Wenn daher die Verstärkung des Verstärkers 74 entweder durch Ändern des Potentiometers 73 oder durch das Anlegen der veränderbaren Spannung der Quelle 75 in der Weise verändert wird, daß die Leitungsverbindung unterbrochen bzw. die Verstärkung von einem Wert kleiner 1 bis zu einem Wert größer 1 verändert wird, ändert sich das vom Addierer 13 an das Klangfarbenfilter 64 angelegte Signal von der reinen Rechteckschwingung mit der Frequenz / über eine Mischung einer Rechteckschwingung mit der Frequenz / und einer Sägezahnschwingung mit der Frequenz 2 /, eine Sägezahnschwingung mit der Frequenz Ij, eine Mischung einer Sägezahnschwingung mit der Frequenz / und einer Sägezahnschwingung mit der Frequenz 2/ bis zur nahzu reinen Sägezahnschwingung mit der Frequenz/. Der Zweck und die Wirkungsweise dieser Ausführungsform eines Koppels ist im wesentlichen dieselbe wie die der Ausführungsform gemäß Fig. 6.

Aus dem vorausgehenden kann entnommen werden, daß die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung einen Frequenzverdoppler für sägezahnf örmige Schwingungen darstellen, die Signale verwenden, die normalerweise in einer elektronischen Musikanlage vorhanden sind. Daher ist dieser Frequenzverdoppler für die Verwendung in derartigen

ao Anlagen besonders geeignet. Ferner bietet die Erfindung-die Möglichkeit, viele Toneffekte zu erzeugen, wobei die Töne in den verschiedenen Klangfarben elektronisch erzeugt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verdoppeln der Frequenz eines Sägezahnsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägezahnsignal und ein um 180° phasenverschobenes Rechtecksignal mit gleicher Frequenz addiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert der Amplitude des Rechtecksignals, auf die Hälfte des Spitzenwerts der Amplitude des Sägezahnsignals eingestellt wird.

3. Anordnung zur Verdoppelung der Frequenz eines Sägezahnsignals nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für die Verwendung in elektronischen Musikanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus einem Inverter (12 bzw. 12 ä) für das Rechtecksignal und einem Addierer (13) für das invertierte Rechtecksignal und das damit phasensynchronisierte Sägezahnsignal besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung Vorrichtungen (12 a, 28, 30, 63, 64, 73 bis 75) zur Einstellung des Verhältnisses der Spitzenamplituden der kombinierten Signale enthält.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Enistellung des Verhältnisses der Spitzenamplituden einen Addierer (13) bilden.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Schalter (43) zur einzelnen Auswahl des Rechtecksignals oder des Sägezahnsignäls."

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch Klangfarbenfiltereinrichtungen (24 bis 26, 66, 64) zum Empfang der beiden Signale.