DE3006495C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Tonsignalen, insbesondere für elektronische Orgeln - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Tonsignalen, insbesondere für elektronische Orgeln

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Tonsignalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 21 45 235) ist der Speicher ein Digitaldatenspeicher mit fließendem Betrieb, in dem die Speicherdaten über eine beträchtliche Zeitdauer festgehalter werden können. Zugleich ist aber eine kontinuierliche Zufügung und Löschung am Anfang und Ende der gespeicherten Nachrieht erlaubt und das Lesen der Daten mit mehreren Verzögerungsintervallen möglich. Insbesondere handeil es sich hierbei um ein Schieberegister mit einer Mehrzahl von Ausgangsabgriffen. Das Digitalsignal wird nicht unter einer bestimmten Adresse abgelegt und aus dieser Adresse auch wieder ausgelesen. Vielmehr werden alle Digitalsignale einem gemeinsamen Eingang zugeführt und dann im Fließbetrieb von Speicherplatz zu Speicherplatz bis zum aktiven Ausgang durchgeschoben. Mit einem solchem Speicher können nur konstante Verzögerungszeiten erzielt werden. Durch Umschalten eines Ausgangs läßt sich eine andere Verzögerungszeit einstellen, die aber wiederum konstant ist.
Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt (DE-OS
26 07 136), bei der das Tonsignal einem analogen Schieberegister zugeführt wird, dessen Taktfrequenz periodisch änderbar ist Zu diesem Zweck wild ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer sinusförmigen Steuerspannung von 0,6 Hz betrieben. Dies ergibt ein Phasenvibrato. Durch Parallelschalten mehrere solcher analogen Schieberegister, deren Taktfrequenzen sich gleichen, aber phasenverschobenen Steuerspannungen abhängen, erzielt man einen String- oder OrchestereffekL Dieser kann verbessert werden, indem der Steuerspannung eine sinusförmige Zusatzspannung kleinerer Amplitude, aber höherer Frequenz überlagert wird. Wenn die sinusförmigen Steuerspannungen unterschiedliche Amplitude haben, erhält man einen klanglich äußerst komplexen Vibrato-Effekt Durch Rückkopplung des bearbeiteten Tonsignals auf den Schieberegistereingang erhält man Resonanzfrequenzen, so daß sich ein Celeste-Vibrato-Effekt oder Fadine--Effekt ergibt. Bei dieser bekannten Bearbeitungsvorrichtung ist aber die minimale Verzögerungszeit auf diejenige Dauer beschränkt, in der das Schieberegister bei maximaler Taktfrequenz durchlaufen werden kann. Außerdem erfordert die Schaffung paralleler Verzögerungspfade die Verwendung mehrerer Schieberegister.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, die es erlauben Tonsignale mit variabler Verzögerung weiterzugeben und hierbei auch sehr kurze Verzögerungszeiten möglich zu machen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.
Bei diesem Vorgehen kann die minimale Verzögerungszeit erheblich herabgesetzt werden, im Extremfall bis auf die Zeitdauer eines Taktes des Bearbeitungsverfahrens. Bei η Speicherplätzen des Arbeitsspeichers ist die maximale Verzögerungsdauer das (n-l)fache der Taktdauer. Dies ermöglicht außerordentlich große Änderungen der Verzögerungszeit und entsprechend ausgeprägte Effekte. Wenn die bearbeiteten Tonsignale rückgekoppelt werden, läßt sich bei entsprechend kleiner Verzögerungszeit ein Mehrfach-Durchlauf erzielen, der zu wesentlich höheren Resonanzfrequenzen führt als bisher möglich war. Wenn das Tonsignal parallel mit unterschiedlichen Verzögerungen bearbeitet werden soll, braucht der Schaltungsaufwand nicht erhöht zu werden; es genügt vielmehr, die Speicheradressen gemäß zweier oder mehrerer zweiter Funktionen einzusteuern. Es bereitet daher auch keine Schwierigkeiten, mehr als drei parallele Bearbeitungen vorzunehmen, um dem bearbeiteten Tonsignal eine noch größeie Lebendigkeit zu geben.
Bei dem bevorzugten Vorgehen nach Anspruch 2 kann unabhängig davon, wie die erste Funktion verläuft, mit Hilfe der Differenzfunktion der gewünschte Verzögerungsverlauf erzielt werden.
Insbesondere kann sich nach Anspruch 3 die variable Differenzfunktion periodisch ändern.
Mit der Ausführungsform des Anspruchs 4 können noch komplexere Effekte erzielt werden.
Das Vorgehen nach Anspruch 5 ergibt eine besonders einfache Arbeitsweise. Die jeweiligen Pausenzeiten im verarbeiteten Signal sind für das Ohr nicht wahrnehmbar: sie werden im übrigen durch die in der Schaltung vorhandenen Induktivitäten auch verschliffen.
Anspruch 6 kennzeichnet eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei dieser Konstruktion wird der Arbeitsspeicher
zyklisch mit digitalen Amplitudenwerten gefüllt, wobei vorzugsweise durch den nächsten Einschreibvorgang
die vorangehende Information der betreffenden Adresse gelöscht wird Der Zählvorgang ist eine besonders einfache Möglichkeit zur Erzeugung der Adressen der ersten Funktion, Auch das Abziehen der Differenzfunktion stellt einen einfachen Vorgang dar, insbesondere wenn auch die Adressenerzeugung mit Hilfe von Binär-Signalen erfolgt
Mit der Ausführungsform des Anspruchs 7 kann bereits auf der analogen Seite auf die Differenzfunktion Einfluß genommen werden.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 8 ergibt sich der Vorteil, daß die Differenzfunktion nicht immer neu erzeugt werden muß. Darüber hinaus genügt es, die Differenzfunktion einmal zu speichern, auch wenn sie zeitlich verschoben mehrfach benötigt wird, weil dies durch eine einfache Adressierung erfolgen kann.
Zweckmäßig sind die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 9 und 10, um die Effekte zu ändern, beispielsweise stärker auszuprägen.
Bei der bevorzugten Vorrichtung nach Anspruch 11 ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der Adressiervorrichtung.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 12 wird mit Hilfe desselben Taktimpulsgebers jeder Takt in mehrere Steuerschritte unterteilt, die zum Einschreiben und Auslesen der Information aus den verschiedenen Adressen genutzt werden können.
Bei der Alternative nach Anspruch 13 können durch das Programm des Mikroprozessors und mit Hilfe der im Festwertspeicher gespeicherten Differenzfunktionen die beiden Adressenfunktionen erzeugt werden. Der Arbeitsspeicher kann zur Aufnahme der digitalen Tonsignal-Amplitudenwerte benutzt werden. Durch Programmänderungen lassen sich unterschiedliche Adressenfunktionen erzielen.
Die Zusammenfassung der Wandler nach Anspruch 14 ergibt eine weitere Vereinfachung.
Mit Hilfe der Lösung des Anspruchs 15 lassen sich bei kleineren Verzögerungszeiten Celeste-Effekte mit sehr hohen Resonanzfrequenzen erzeugen. Die 512 Speicherplätze des Arbeitsspeichers gemäß Anspruch 16 genügen, um ausreichende Verzögerungen zu erzielen. Außerdem kann das Tonsignal in genügend kleine Abschnitte unterteilt werden.
Die Schaltfrequenz des Anspruchs 17 ist einerseits im bearbeiteten Signal nicht mehr hörbar. Sie bietet andererseits genügend Zeit, um innerhalb eines Taktes mehrere Steuerschritte ablaufen zu lassen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild für eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig.2 ein Blockschaltbild für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fi g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Differenzfunktion.
In Fig. 1 wird das zu bearbeitende Tonsignal s\, das beispielsweise von einer elektronischen Orgel erzeugt wird, einem Eingang 21 zugeführt. Das bearbeitete Tonsignal S2 wird am Ausgang 22 abgegeben und beispielsweise nach Verstärkung über einen Lautsprecher wiedergegeben. Ausgang und Eingang sind über eine mit einem Schalter 23 und einem Widerstand 24 versehene Leitung 25 verbunden, um das bearbeitete Signal s? auf
den Eingang rückzukoppeln.
Die Amplitude des Signals Si wird in einem Analog-Digital-Wandler 26 in Digitalwerte umgesetzt und taktweise über eine 16 Kanäle aufweisende Datenleitung 27 einem Arbeitsspeicher 28 zugeführt. Dieser ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein RAM-Speicher mit 512 Speicherplätzen, die je 16 Bit aufweisen. In manchen Fällen genügt es auch, die Amplitudenwerte des Tonsignals als 12- oder 8-bit-Signale zu verarbeiten. Der Arbeitsspeicher erhält von einer zentralen Steuerschaltung 29 über neun Kanäle aufweisende Adressenleitungen 30 ein Adressensignal und über eine Schreibbefehl-Leitung 31 einen Schreibbefehl.
Anschließend erhält der Arbeitsspeicher über eine Leitung 32 einen Lesebefehl, wobei gleichzeitig eine andere Adresse über die Adressenleitung 30 angesteuert wird. Die herausgelesene Digitalinformation wird über die Datenleitung 27 einem Digital-Analog-Wandler 33 zugeführt, an dessen Ausgang das bearbeitete Tonsignal S2 auftritt. Anschließend wird ein zweiter Lesebefehl für eine andere Adresse und schließlich ein dritter Lesebefehl für eine weitere Adresse gegeben. Damit ist ein erster Takt abgeschlossen und es beginnt ein neues Arbeitsspiel.
Eine Adressiervorrichtung 34 weist einen Taktimpulsgenerator 35 auf, der beispielsweise eine Impulsfrequenz von 120 kHz besitzt. Diese Taktimpulse schalten einen Steuerschritt- Ringzähler 36, der vier Steuerschritte im Zyklus durchläuft, am Ende seines Zyklus einen Weiterschaltimpuls über die Leitung 37 an einen Adressen-Ringzähler 38 abgibt und über seine Ausgangsleitung 39 Steuerschritt-Zählsignale cder zentralen Steuerschaltung 29 zuführt. Die Zählausgänge a des Adressen-Ringzählers 38 bilden die erste Adressenfunktion. Sie werden über eine neun Kanäle aufweisende Adressenleitung einerseits direkt der zentralen Steuerschaltung 29 und andererseits je einem ersten Eingang einer von drei Subtrahierschaltungen 41,42 und 43 zugeführt. Den zweiten Eingängen dieser Subtrahierschaltung wird eine Differenzfunktion x.y bzw. ζ zugeführt, so daß an den Ausgängen Differenzsignale b\, 62 und b% zur Verfügung stehen, die als zweite Adressenfunktionen der zentralen Steuerschaltung zugeleitet werden. Der Adressen-Ringzähler hat einen Zählzyklus n, welcher der Zahl der Speicherplätze im Arbeitsspeicher 28, hier also π = 512, entspricht.
In der zentralen Steuerschaltung 29 werden die Signale a. b\. tn, f>3 und cderart miteinander verknüpft, daß beim Zählerstand 1 des Steuerschritt-Ringzählers ein Einschreibsignal über die Leitung 31 abgegeben und die Adresse a an den Arbeitsspeicher geleitet wird. Beim Zählstand 2 wird ein Lesebefehl über die Leitung 32 abgegeben und die Adresse b\ an den Arbeitsspeicher abgegeben. Beim Zählerstand 3 wird wiederum ein Lesebefehl abgegeben und die Adresse O2 verwendet Beim Zählerstand 4 schließlich wird erneut ein Lesebefehl abgegeben und die Adresse fa benutzt
Die drei Differenzfunktionen x, y und ζ werden mit Hilfe eines Differenzfunktionsgebers 44 erzeugt Die Differenzfunktion wird in analoger Weise gebildet, beispielsweise durch Oszillatoren, Kippschwingungsgeber u.dgl. Mit Hilfe einer Schaltvorrichtung 45 kann die gewünschte Differenzfunktion ausgewählt werden. Mit Hilfe einer Einstellvorrichtung 46 kann jede der drei Differenzfunktionen in Amplitude und Frequenz geändert werden. Die so erzeugten analogen Differenzfunktionen x, y, ζ werden je einem Analog-Digital-Wandler 47, 48 bzw. 49 zugeleitet über dessen je neun Kanäle aufweisende Ausgangsleitung 50,51 bzw. 52 die digitale Differenzfunktion x, y bzw. ζ an die Subtrahierschaltung 41,42 bzw. 43 weitergeleitet wird.
F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform für Differenzfunktionen über der Zeit f. Die Differenzfunktion χ entsteht durch Überlagerung der Sinusschwingung x, und der zweiten Sinusschwingung xj mit kleinerer Amplitude und größerer Frequenz. Die Differenzfunktion y entsteht durch Überlagerung der Sinusschwingungen y, und /2- Die Differenzfunktion ζ entsteht durch Überlagerung der Sinusschwingungen z\ und Zi. Hierbei durchlaufen die Sinusschwingungen x\,y\ und z\ nach der digitalen Umwandlung die Werte von 50 bis 466 und die Sinusschwingungen X2, y2 und zi die Werte von minus 49 bis plus 49. Die gesamten Differenzfunktionen Hegen daher innerhalb des Adressenvorrats von 512. Sie können mit Hilfe der Einstellvorrichtung 46 auch verkleinert werden. Zu erwähnen ist noch, daß auch die Subtrahiervorrichtungen im Zyklus arbeiten, also der Betrag eines negativen Ergebnisses von 512 abgezogen wird.
Die Funktionsweise in jedem Takt ist daher die folgende:
Schritt 1: Einschreiben der Information aus dem A/D-Wandler in die Adresse a,
Schritt 2: Auslesen des Speicherinhalts mit der Adresse a —χ,
Schritt 3: Auslesen des Speicherinhalts mit der Adresse a — y.
Schritt 4: Auslesen des Speicherinhalts mit der Adresse a—z.
Die Adresse a durchläuft zyklisch die Werte von 1 bis 512. Die Adressen b\, bi und b> unterscheiden sich von diesen Adresen a durch die Differenzfunktionen x.y und z, haben also sehr unterschiedliche Werte, die aber jeweils durch etwa kontinuierliche Funktionen miteinander verknüpft sind. In jedem Takt werden daher etwa gleichzeitig aus drei Adressen Informationen entnommen, die zu sehr unterschiedlichen Zeiten eingespeichert worden sind, also eine unterschiedliche Verzögerung erfahren haben. Dies führt zu dem erstrebten, sehr komplexen Ausgangssignal S2.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 wird ein mittels einer vier Kanäle aufweisenden Steuerleitung 53 umschaltbarer Analog/Digital- Digital/Analog-Wandler 54 anstelle der beiden Wandler 26 und 33 der F i g. 1 verwendet Ein Mikroprozessor 55 weist einen RAM-Arbeisspeicher auf, der als Arbeitsspeicher zur Aufnahme der digitalen Amplitudenwerte benutzt wird. Eine Adressiervorrichtung 57 wird mit Hilfe eines Festwertspeichers 58 und einer Schaltung 59, weiche einen Mikrocomputer und eine zentrale Steuerschaltung aufweist verwirklicht Im ROM-Festwertspeicher sind mehrere Differenzfunktionen in digitaler Form gespeichert Sie können durch Betätigen jeweils einer Funktionstaste einer Schaltvorrichtung 60 gewählt werden. Wenn wie in F i g. 2 dieselbe Differenzfunktion mehrfach benötigt wird, genügt es, sie einmal im Festwertspeicher zu speichern; der zeitlich richtige Abruf dieser Differenzfunktion erfolgt dann durch entsprechende Adressierung. Mit Hufe der Schaltvorrichtung 60 kann auch eine Programmänderung derart erfolgen, daß eine gewünschte Differenzfunktion dadurch entsteht, daß durch Adressierung aus einer vorgegebenen Menge von Digitalwerten eine bestimmte Auswahl getroffen wird.
Der Verfahrensablauf und die Funktion der Vorrichtung nach F i g. 2 entspricht demjenigen der F i g. 1. Insbesondere werden die Adressen a durch Zählen festgelegt wobei dieser Zählvorgang im Mikrocomputer vor-
genommen wird. Auch die Differenzbildung für die zweite Adressenfunktion b\, h und i>3 erfolgt im Mikrocomputer.
Die in den Schaltungen verwendeten Bauelemente sind als integrierte Schaltungen handelsüblich und erfordern keine nähere Erläuterung.
Die Verknüpfung zwischen den Steuerschritt-Signalen des Ringzählers 36 und den Adressen der ersten und zweiten Funktion kann auch außerhalb der zentralen Steuerschaltung 29 erfolgen, indem die Signale für den to Steuerschritt und für die Adresse in UND-Gliedern verknüpft werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
~
40
50
55
60
65

Claims (17)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bearbeitung von Tonsignalen, die unverändert mit Verzögerung weitergegeben werden, insbesondere für elektronische Orgeln, bei dem die Amplitude des unbearbeiteten Signals in Digitalwerte umgewandelt wird, diese Digitalwerte taktmäßig in einem Speicher eingeschrieben und nach Verzögerung taktmäßig wieder ausgelesen werden und die ausgelesenen Digitalwerte in Analogwerte umgewandelt sowie zum bearbeiteten Tonsignal zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital werte unter gemäß einer ersten Funktion angesteuerten Adressen in den Speicher eingeschrieben werden, da3 die Adressen gemäß mindestens einer zweiten Funktion abgefragt werden und daß die beiden Adressenfunktionen eine sich zeitlich ändernde Differenz haben.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Funktion durch Abziehen einer variablen Differenzfunktion von der ersten Funktion erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Differenzfunktion sich periodisch ändert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite Funktionen vorgesehen sind, die je durch Abziehen einer sich periodisch ändernden Differenzfunktion von der ersten Funktion erzeugt werden, wobei diese Differenzfunktionen gleiche Frequenz, aber underschiedliche Phasenlage haben.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je Takt nacheinander eine Einschreibung und mindestens eine Abfragung erfolgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Arbeitsspeicher, dessen Eingang ein A/D-Wandler vor- und dessen Ausgang ein D/A-Wandler nachgeschaltet ist, mit η Adressen, gekennzeichnet durch eine Adressiervorrichtung (34; 57), welche die Adressen (a) der ersten Funktion durch wiederholtes Zählen bis η erzeugt und einen Differenzfunktionsgeber (44; 58) besitzt, der sich ändernde Zahlen abgibt, die zur Erzeugung der Adressen (b\, fo, b}) der zweiten Funktion von den Zahlen der ersten Funktion abgezogen werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzfunktionsgeber (44) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer analogen Funktion mit nachgeschaltetem A/D-Wandler (47,48,49) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzfunktionsgeber (58) einen Festwertspeicher apfweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch Schaltvorrichtungen (45; 60) zum Umschalten des Differenzfunktionsgebers (44; 58) auf eine andere Differenzfunktion.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (46) zum Andern der Amplitude und/oder Frequenz der Differenzfunktion (x.y, z).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressiervorrichtung (34) zur Erzeugung der Adressen (a) der
ersten Funktion einen bis π laufenden Adressen-Ringzähler (38), der mit Hilfe eines Taktimpulsgebers (35) weiterschaltbar ist. und zur Erzeugung der Adressen (b\, £>, bs) der zweiten Funktion eine Subtrahierschaltung (41,42,43). die mit den Ausgängen des Ringzählers und des Differenzfunktionsgebers (44) verbunden ist, aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgeber (35) mit einem Steuerschritt-Ringzähler (36) verbunden ist. dessen Zählerzyklus der Summe der Anzahl der ersten und zweiten Funktionen entspricht, der jeweils am Ende eines Zählzyklus einen Weiterschallimpuls an den Adressen-Ringzähler (38) abgibt und der mit seinen Ausgangssignalen nacheinander die jeweilige Adresse (a) der ersten Funktion und die jeweilige Adresse (b\, bi, bj) mindestens einer zweiten Funktion aktiv schaltet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Verwendung eines Mikroprozessors (55) als Arbeitsspeicher (56) und Adressiervorrichtung (57) mit Festwertspeicher (58).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler und der D/A-Wandler zu einem umsteuerbaren A/D-D/A-Wandler (54) zusammengefaßt sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (22) für das bearbeitete Tonsignal (si) über eine schaltbare Leitung (25) mit dem Eingang (2t) für das unbearbeitete Tonsignal (s\) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsspeicher (28; 56) 512 Speicherplätze hat.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressen-Ringzähler (38) mit einer etwas über der Hörschwelle liegenden Frequenz, vorzugsweise etwa 30 kHz. weiterschaltbar ist.
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