DE3140109C2

DE3140109C2 - Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung

Info

Publication number: DE3140109C2
Application number: DE19813140109
Authority: DE
Inventors: Hans Peter 4048 Grevenbroich Faßbender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1985-08-01
Also published as: DE3140109A1

Abstract

Zur Klangerzeugung in einem elektronischen Musikinstrument wird vorgeschlagen, daß eine in einem als Digitalspeicher ausgebildeten Klangkurvenspeicher gespeicherte Klangkurve durch serienmäßige Abtastung für alle Grundfrequenzen oder einen Teil der Grundfrequenzen des Musikinstrumentes klangbestimmend ist, wobei die Perioden der Grundfrequenzen die Frequenzen der Grundtöne darstellen. Im Gegensatz zu der bei bekannten Anforderungen erforderlichen hohen Speicheranzahl ist bei dem vorgeschlagenen Musikinstrument vom Prinzip her lediglich ein Klangkurvenspeicher erforderlich. Unterschiedliche Klangcharaktere können durch Umprogrammierung des Klangkurvenspeichers erzielt werden. Bei einer bestimmten Programmierung des Klangkurvenspeichers weisen alle Töne des Musikinstrumentes die gleiche Klangfarbe auf.

Description

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Die Erfindung betrifft ein polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung, beispielsweise eine elektronische Orgel, mit einem Taktgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz und einem Digitalspeicher, der ein Klangkurvenspeicher ist und an seinem Ausgang digitale Schwingungssignale abgibt, und mit einem Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung der Digitalwerte in Analogwerte zur akustischen Wiedergabe.

Derartige Musikinstrumente sind aus der DE-OS 28 55 344 oder der DE-OS 29 00 217 bekannt. Bei diesen bekannten Musikinstrumenten werden Klangkurven herkömmlicher Orgelpfeifen analysiert und in digitaler Form gespeichert Hierbei ist jedem Ton ein eigener Speicher zugeordnet Dies bedingt eine Vielzahl von Speichern bzw. Speicherplätzen. Die Speicher werden nach Auswahl durch eine Auswahlstufe parallel abgelesen und zu einem Summensignal addiert und einem Digital-Analog-Wandler zugeführt, dort in Analogwerte umgewandelt und schließlich einer akustischen Wiedergabeeinrichtung zugeführt Die Vielzahl der erforderlichen Speicher bzw. Speicherplätze bedingt kostenaufwendige Einrichtungen. Darüber hinaus ist für eine Vieizahl von Variationsmöglichkeiten eine sehr aufwendige Programmierung erforderlich. So bedingt beispielsweise eine Orgel mit einundsechzig Tasten und zwanzig Registern eintausendzweihundertzwanzig Speicher.

Aus der DE-OS 28 28 919 ist eine Anordnung mit mehreren virtuellen Klavialur-Speichern bekannt. Hiermit können Schaltschritte gespeichert werden, die ein bestimmtes Klangbild hörbar machen sollen, so beispielsweise verschiedene Registerkombinationen. Dies bedingt eine Auswahlvorrichtung, die infolge der parallel anstehenden Speicherausgangssignale einen hohen Verdrahtungs- bzw. Verknüpfungsaufwand erfordert. Wenn über den Klang einer Orgel hinaus der Klang weiterer Musikinstrumente — in entsprechender Weise wie bei der Orgelpfeife — analysiert und gesondert in Digitalform gespeichert werden, was wiederum eine Vielzahl zusätzlicher Speicher bzw. Speicherplätze erfordert Je größer die Möglichkeiten dieser bekannten Musikinstrumente sein sollen, umso größer wird daher der Aufwand an Speichern bzw. Speicherplätzen, an Programmierarbeit Vüid an Schaltungsaufwand der Auswahleinrichtungen.

Gegenwärtig handelsübliche elektronische Orgeln weisen einen Tongenerator mit meist rcchteckförmigem Ausgangssignal und Auswahleinrichtungen zur Auswahl der in dem Tongenerator erzeugien Töne aut Hierbei iit u. a. nachteilig, daß bei Vorhandensein eines solchen Tongenerators nur eine begrenzte Anzahl von Obertönen zusammenstellbar ist (additive Klangmischung), wenn man nicht in Kauf nehmen will, daß die Ungenauigkeiten infolge der temperierten Stimmung insbesondere bei ungeradzahligen Harmonischen das Klangbild negativ beeinflussen. Weiterhin ist nachteilig, daß Rechtecksignale lediglich zwei Informationen über den Stand ihrer Periode beinhalten, wodurch diese Tonsignale nicht serienmäßig mit einer Taktfrequenz verarbeitet werden können, da hierbei Verzerrungen auftreten würden, wenn die Taktfrequenz nicht genügend hoch über dem Obertonanteil liegt. Bei einem selektiven Verfahren sind die Obertöne nur gruppenweise beeinflußbar, da nebeneinanderliegende Ob^rtöne nicht einzeln weggefiltert werden können. Weiterhiii nachteilig bei den gegenwärtig handelsüblichen elektronischen Orgeln ist daß analog arbeitende Abk'bgeinrichtungen vorgesehen sind, 2. B. bei Sustain und perkussion, welche nicht ausklingen können, da Dioden bei einem Minimum an Gleichstromanteil sperren und bei dieser Sperrung der Ton mehr oder weniger schnell abreißt. Die echte Klangnachbildung beispielsweise eines Klaviers ist daher auf herkömmlichen elektronischen Orgeln mit vertretbarem Aufwand kaum möglich.

Zur Behebung der geschilderten Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei vertretbar geringem Schaltungsaufwand — je nach Größe des Instrumentes — eine freie Programmierung sämtlicher gewünschter Obertöne zu den Grundtönen in reiner, schwebungsfreier Form ermöglicht, wobei zusätzlich die Obertöne auch noch einzeln in ihrer Lautstärke programmierbar sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß nur ein Klangkurvenspeicher vorgesehen ist und eine in dem Klangkurvenspeicher gespeicherte Klanj; kurve durch serienmäßige Abtastung für alle oder einen Teil der Grundfrequenzen des Musikinstrumentes klangbestimmend ist, und zwischen dem Taktgenerator und dem Klangkurvenspeicher eine als Addierwerk ausgebildete Zählerstufe geschaltet ist, und die Zählenstufe zur Abgabe einer der Grundtöne des Musikinstrumentes entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Zählrei-. hen ausgebildet ist, welche in Zyklen dem Klangkurvenspeicher serienmäßig derart zugeführt werden, daß mit rien Zahlen der Zählreihen die Adressen des Klangkurvenspeichers angesteuert werden, und der Klangkurvenspeicher an seinem Ausgang für jede Adresse ein von der ·η dem Speicher gespeicherten Klangkurve abhängiges Signal abgibt, welches die Klangfarbe bestimmt und ein Teil einer Schwingung der jeweiligen Zählreihe ist.

Bei der Erfindung ist im Gegensatz zu der bei den bekannten Anordnungen erforderlichen hohen Speicheranzahl vom Prii.zip her lediglich ein Klangkurvenspeicher erforderlich, weil im Rhythmus der Taktfrequenz alle Grundfrequenzen in Serie die Adressen des Klangkurvenspeichers ansteuern, an dessen Ausgang dann Signale mit dem Klang der gespeicherten Klangkurve und der Frequenz der jeweils anliegenden Grundtöne entstehen. Unterschiedliche Klangcharaktere können ohne weiteres durch Umprogrammierung des Klangkurvenspeichers erzielt werden. Da bei einer bestimmten Programmierung des Klangkurvenspeichers alle Töne des Musikinstrumentes die gleiche Klangfarbe

aufweisen, ergibt sich, daß bei einer einzigen Umprogrammierung des Klangkurvenspeichers gleichzeitig alle Töne des Musikinstrumentes umprogrammiert werden, was wesentlich weniger aufwendig ist, als die bei den bekannten Anordnungen erforderliche Programmierung aller Töne.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Grundfrequenzen durch laufende Additionen mit einer jedem Grundton eigenen Verhältniszahl im Rhythmus einer gemeinsamen Taktfrequenz erzeugt werden. Diese Verhältniszahlen weisen wegen der erforderlichen Genauigkeit eine hohe Bitzahl auf, wobei sechzehn Bit als ausreichend genau angenommen werden kann, wenn man berücksichtigt, daß bei einem Manual mit fünf Oktaven Frequenzumfang auch eine Verschiebung der Verhältniszahlen um fünf Bit zustande kommt, so daß eigentlich für jede einzelne Verhältniszahi in der tiefsten Oktave nur eif Bit zur Verfügung stehen. Diese sechzehn Bit sind als »Binärzahl mit Komma« zu verstehen, wobei die Stellen hinter dem »Komma« in der Folge der Additionen wiederum ganze Zahlen ergeben und somit zuaddiert werden. Mit den Stellen hinter dem »Komma« wird beispielsweise ein programmierbarer Frequenzteiler gesteuert, der bei jedem Zyklus einen Taktimpuls bekommt und mit seiner Stellung im Vergleich zur Programmierung entscheidet, ob am Ausgang eine »Eins« abgegeben werden soll, oder nicht. Diese »Eins« wird der ganzen Zahl hinzuaddiert. Dadurch können Freqi, "nzwerte erzeugt werden, die in keinem ganzzahligen Verhältnis zur Taktfrequenz stehen. ...

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zählerstufe einen programmierten Festwertspeicher zur zyklisch aufeinanderfolgenden Abgabe von Verhältniszahlen der gewüsnchten Zählfrequenzen zur Tsktfrciienz aufweist, und dss Addierwerk der Zählerstufe jede Verhältniszahl in jedem Zyklus dem Inhalt eines ihr eigenen Zwischenspeichers zuaddiert, wobei das Überlaufbit nicht berücksichtigt wird, so daß bei Auftreten eines Überlaufbits die Zählung wieder klein beginnt und eine neue Periode der Frequenz des Grundtones eingeleitet wird. Es kommt selbsttätig eine serielle Übertragung der Grundfrequenzen zustande, weil bei jeder Addition die Summe sowohl zwischengespeichert als auch zur Ansteuerung des Klangkurvenspeichers herangezogen wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß alle Klangkurven in dem Musikinstrument derart aufgezeichnet und/oder verarbeitet werden, daß die negativen Halbwelien spiegelbildlich neben den positiven Halbwellen aufgezeichnet werden und das ranghöchste Bit für die Polarität der Halbwellen bestimmend ist. Damit wird erreicht, daß größere Schaltschritte im Bereich kleiner Signale vermieden werden, und zwar insbesondere bei der Digital-Analog-Wandlung. Hierauf wird weiter unten im Zusammenhang mit der Erläuterung des Gegenstandes des Anspruches 15 noch näher eingegangen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in dem Klangkurvenspeicher gespeicherte Klangkurve aus Grundton und beliebig vielen Obertönen besteht, die in Anzahl und Amplitude frei programmierbar sind. Hierbei ist vorteilhaft, daß die Programmierung der Klangkurve aus reinen Sinustönen erfolgt, die einen Überblick über den gespeicherten Klang ermöglichen und eine Zusammenstellung des Klanges vereinfachen. Dies stellt-einen beträchtlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Orgeln dar, bei denen mit den Obertönen auch deren Obertöne eingebracht werden, da die Obertöne der Obertöne nur schwer wegfilterbar sind. Außerdem können nun die Oktaven bewußt etwas unrein gestimmt werden, da sie zur additiven Klangmischung entfallen. Die Phasenstarrheit der Oktaven wurde bei den bekannten Orgeln immer bemängelt.

Die Programmierung der Klangkurve kann nach weiteren Merkmalen der Erfindung in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß in einem Klangkurveneinsteller und

ίο Mischer ein unterschiedlich schnelles Abtasten einer Sinuskurve erfolgt, wobei die Zwischenwerte der Teiltöne addiert werden, nachdem sie durch eine Multiplikation mit einer Binärzahl zwischen »Null« und »Eins« in der Amplitude beeinflußt worden sind. Das unterschiedlich schnelle Abtasten der Sinuskurve kann dadurch erfolgen, daß die Reihenfolge der Abtastpunkte verändert wird. Wenn eine gespeicherte Sinuskurve in beispielsweise 256 Schritten auige^eichiiei ixi, wobei jtui Au'utstung die Adressen fortlaufend gelesen werden müssen, genügt die fortlaufende Ablesung der Adressen zur Aufzeichnung einer Schwingung des Grundtones. Die zweite Harmonische muß in der gleichen Zeit zwei Schwingungen durchlaufen. Man erreicht dies, indem man jede zweite Adresse übergeht, dafür den Speicher zweimal abliest. Beispielsweise die elfte Harmonische wird dadurch erzeugt, daß die Adressen in elfer Schritten durchgezähL werden, und zwar fortlaufend, so daß nach 256 Zählungen genau 11 Perioden durchlaufen werden, wobei es sich ergibt, daß jede Adresse des Speichers nur einmal in der Zählung vorkommt. AuT die gleiche Art werden auch die anderen Obertöne zur Addition bereitgestellt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in einem Klangfarbenauswahlregister die die Amplitude beeinflussenden Binärzahlen einstellbar sind.

bar sind. Die die Amplitude beeinflussenden Binärzahlen können beispielsweise von Zugriegeln eingestellt werden. Bei elektronischer Speicherung mit optischer Anzeige und Einstellung der Werte mit Tastern ist es jedoch möglich, ganze Klangkombinationen zu speichern und mit einem Knopfdruck abzurufen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß anstelle des einen Klangkurvenspeichers zwei ständig elektronisch austauschbare Klangkurvenspeicher vorgesehen sind, und einer der Klangkurvenspeicher laufend abgetastet wird, während der andere Klangkurvenspeicher im Laufe eines Programmiervorganges bis zur endgültigen Programmierung als Zwischenspeicher dient Da der Klangkurvenspeicher zeitlich stark ausgelastet ist (für eine Abtastung bleiben ihm bei 61 Tasten und einer Abtastgeschwindigkeit von 32 KHz pro Ton nur ganze 240 ns) ist somit ein zweiter gleicher Klangkurvenspeicher vorgesehen, der elektronisch mit dem ersten Klangkurveiispeieher nach jedem Programmierzyklus ausgetauscht wird. Dadurch kann der freie Klangkurvenspeicher Schritt für Schritt die Daten aufnehmen, zwischenspeichern und wieder der Recheneinheit zur Verfugung stellen, bis die endgültige Programmierung festliegt Die Programmierung erfolgt derart, daß dem freien Speicher ein Hilfsspeicher zugeordnet wird, um die Bitzahl zu erhöhen. Dann werden nacheinander laufend die einzelnen Harmonischen mit allen Werten zusammenaddiert, so daß ein Gemisch entsteht, welches der gewünschten Klangkurve entspricht Da sich durch die laufenden Additionen die Bitzahl erhöht hat, regelt nun eine laufende Regelstufe die Klangkurve soweit herunter, daß diese in den vorgesehenen

Bit-Bereich hineinpaßt. Dies geschieht einfach durch Schieben »in Richtung Komma«, wobei die Stellen hinter dem »Komma« einfach wegfallen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Klangkurvenspeicher ein wenigstens eine Klangkurve beinhaltender Festwertspeicher ist. Durcf; die Möglichkeit, feste Programme in einem Festwertspeicher anzubieten, kann eine komplette Orgel mit sehr wenigen Bauteilen aufgebaut werden, obwohl dem Hersteller für die Zusammenstellung- der Programme unbegrenzte Möglichkeiten in noch nie dagewesener Feinheit zur Verfügung stehen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können mehrere Klangkurvenspeicher vorgesehen sein. Dies ist vorteilhaft wenn

a) mehrere Manuale vorhanden sind, oder

b) wenn rvianuaiieiiungen gewünscht sind, oder wenn

c) mehrere Instrumente zu gleicher Zeit registriert sind (bei unterschiedlichen Perkussionen, oder

d) wenn verschiedene Hüllkurven eigene Klänge haben sollen, oder wenn

e) zwei nicht rein gestimmte Frequenzen /weeks Choreffekt zu gleicher Zeit übertragen werden sollen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß für die Programmierung aller Klangkurvenspeicher eine einzige Programmierung aller Klangkurvenspeicher eine einzige Programmiereinheit vorgesehen ist. Die erwähnten Klangkurvenspeicher können alle über eine Auswahlvorrichtung eine einzige Programmiereinheit angeschlossen werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Auswahlvorrichtung — beispielswei-

Speichers anliegenden Teiltöne durch Multiplikation mit Binärzahlen zwischen »Null« und »Eins« in der Amplitude — und somit in der Lautstärke — beeinflußt, und zwar in der Form, daß ein Zwischendigitalspeicher die Daten zwischenspeichert und synchron zu dem Zyklus der Zählreihen abgibt. Hierbei ist vorteilhaft, daß die erzeugten Töne auf Wunsch auch vollkommen abklingen können, und zwar in gleichmäßigen dB-Schritten. Die einfachste Methode zur Auswahl der Töne besteht darin, die Töne einfach zu schalten. Um aber Zupfklänge oder andere Perkussionsklänge zu erreichen, braucht man zusätzlich zu den Tastenkontakten noch Hüllkurvensteuerungen, auch Hüllkurvengenerator genannt Die hierbei entstehenden Steuersignale sind bei Analogorgeln Gleichspannungen, die sich proportional zu der gewünschten Lautstärke verhalten. Bei Digitalorgeln kann die gleiche Wirkung erzielt werden, indem eine Binärzahl durch Multiplikation die Lautstärke be stimmt Dabei ist es selbstverständlich, daß bei einer Multiplikation eine binäre »Null« eine vollständige Sperrung des Tones bedeutet Es ist naheliegend, die Tasten mit einer niedrigeren Frequenz abzufragen, als den Klangkurvenspeicher. Da aber auch die Hüllkurvensteuerung serienmäßig erfolgen soll, sind für die Aufnahme der Binärzahlen Digitalzwischenspeicher erforderlich. Die Abtastung des Klankurvenspeichers ist in 64 oder maximal 128 Schritte unterteilt wobei maxi mal 61 verschiedene Gnmdfrequenzen notwendig sind. Es stehen also zeitlich nur drei Schritte zur Verfugung, um die Zwischenspeicher zu programmieren, da deren Abfragung ja synchron zu den Gnmdfrequenzen verlaufen muß.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teiltöne der einzelnen Grundfrequenzen innerhalb eines Zyklus derart addiert werden, daß — ausgehend von einen Nullwert — die positiven Halbwellen zuaddiert und die durch das ranghöchste Bit als negativ gekennzeichneten Halbwellen subtrahiert werden, und das entstehende Summensignal wieder derart umgewandelt wird, daß von den durch das ranghöchste Bit gekennzeichneten negativen Werten der Kehrwert gebildet und eine binäre »Eins« zur Wiederherstellung der Symmetrie hinzuaddiert wird. Wie bereits bei der Erläuterung des Gegenstandes des Patentanspruches 5 angedeutet, ist es beim Schalten einer Frequenz in einem Musikinstrument notwendig, die zentrale Lage des Nulldurchganges einer Klangkurve nicht zu verändern. Der andernfalls entstehende Gleichstromanteil führt zu dem bei elektronischen Geräten oft bemängelten Schaitknack. Bei einer binär aufgezeichneten Klangkurve erfolgt beim Nulldurchgang ein Umschalten aller Bitwerte, was speziell bei der Digital-Analog-Wandlung infolge von Bauteile-Toleranzen zu Ungenauigkeiten führt, insbesondere bei der Übertragung von kleinen Signalen. Diese beiden Nachteile werden durch die vorstehend beschriebene Methode der positiven Übertragung beider Halbwellen mit Kennzeichnung der Polarität durch das ranghöchste Bit vermieden.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Erzeugung von Nachhall, Echo und Choreffekten das Summensignal direkt einer Signalverzögerungseinheit zugeführt wird. Bei den Verzögerungsschaltungen der bekannten elektronischen Musikinstrumente treten Ungenauigkeiten stets an den A-D- und den D-A Übergängen auf. Dies wird durch die in dem Digitalkreis vorgesehene Signalverzögerungsein-

Hf»it i/*»rmii»Hi»n ΜςΚ*»η pinpr Ε^ιηεΓ*3ΓυΠ^σ einer Anzahl

von Bauteilen wird hierdurch auch eine Qualitätsverbesserung erreicht.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die positiven und negativen Halbwellen in dem Digital-Analog-Wandler getrennt umgewandelt werden, wobei die positive Halbwelle positive Spannungswerte und die negative Halbwelle negative Spannungswerte abgibt, die dann zusammengefügt das endgültige Analog-Ausgangssignal ergeben. Die Digital-Analog-Wandlung wird aus den obengenannten Gründen etwa so vorgenommen, wie in einem Klasse B Verstärker, nämlich jede Halbwelle für sich. Zum Schluß wird das Signal dann zusammengesetzt

so Narh einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß jeder Taste der Auswahlvorrichtung e:n eigener Speicherplatz in dem Digitalzwischenspeicher zugeordnet ist der diejenigen Daten zwischenspeichert und abgibt die eine Hüllkurvenschaltung in Verbindung mit der Tasteninformation in einzelnen Zählschritten erstellt Die Abfragung der Tasten erfolgt dabei serienmäßig, wobei ein Vor- und Rückwärtszähler die Daten zyklisch aus dem Digitalzwischenspeicher entnimmt eine der Tasten- und Registerstellung ent sprechende Zählung vornimmt und die Daten wieder in den Digitalzwischenspeicher ablegt

Das Abklingen der Töne in gleichmäßigen dB-Schritten wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß die im Digitalspeicher liegenden Binärzahlen beim Abklingen proportional zu ihrer Größe verändert werden. Die Abklingschnelligkeit der Töne wird im Grundsatz von den Registern bestimmt Die Auslaufkurven bei dem Abklingen werden digital da-

durch ermöglicht, daß die die Amplitude bestimmenden Binärzahlen direkt auf die Abzählgeschwindigkeit einwirken, so daß bei gleicher Zeitdauer ein Halbieren der Binärzahlen auch ein Halbieren der Zählgeschwindigkeit mit sich bringt.

Abschließend sei noch bemerkt, daß es nicht möglich ist, Töne verzerrungsfrei seriell zu übertragen, wenn die Töne. — wie bei Rechteckgeneratoren — nur zwei Informationen (Eins und Null) enthalten, es sei denn, die Taktfrequenz liegt sehr hoch über dem höchsten Ton, wobei eine serielle Übertragung uninteressant ist. Bei dem hier beschriebenen Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung trifft dies nicht zu, weil auch die höchste Frequenz immer aus vier Informationen besteht, die durch eine achtstellige Binärzahl zu jedem Abfragezeitpunkt den tatsächlichen entsprechenden Sinuswert angeben.

Das Funkiiunsscheiiia einer Orgel gemäß der Erfindung wird nachfolgend anhand des Blockschaltbildes schematisch erläutert.

Ein mit 1 bezeichneter Taktgenerator und Adressenzähler liefert alle für die ganze Orgel notwendigen Frequenzen und Adressen und ist für alle synchronen Abläufe zuständig. Beginnend mit der Adresse »0« gibt ein Festwertspeicher 2 eine frequenzbestimmende Verhältniszahl in eine gleichzeitig als Addierwerk ausgebildete Zählerstufe 3, wo sie mit der in einem Zwischenspeicher

4 unter der Adresse »0« liegenden Binärzahl zusammenaddiert wird. Während die Summe, die ein Teil des ersten Tones ist, im Zwischenspeicher 4 wieder abgelegt wird, aber auch gleichzeitig mit ihrem Zahlwert die gleichlautende Adresse eines Klangkurvenspeichers 5 ansteuert, liegt am Ausgang des Klangkurvenspeichers

5 derjenige Teil der programmierten Klangkurve an, der zu dieser Adresse und somit zu dem zwischengespeicherten Zahlenwert gehört und die durch die Programmierung des Klangkurvenspeichers 5 endgültige Klangfarbe enthält. Dieses Signal ist ein Binärwort, welches in der Feinheit der ausgewählten Stellenzahl bzw. Wortbreite entspricht. Ausreichend dürften acht Bit sein. Dieses Binärwort also iiigt nun an einem Multiplizierer 6 an und wird mit der in einem Digitalzwischenspeicher 12 unter der Adresse »0« liegenden Binärzahl, die zu der Taste Nummer 1 von Tasten 13 des Instrumentes gehört, multipliziert und in einem Addierwerk (7) zwischengelagert.

Der beschriebene Vorgang wiederholt sich nun mit der Adresse »1«, die den Ton zur Taste Nr. 2 enthält, und nun in dem Addierwerk 7 zu dem Wert des ersten Tones hinzuaddiert wird. Es folgt nun die Adresse »2« usw., bis maximal die Adresse Nr. 60, welche die 61. Taste der Orgel einschließt, den Zyklus abschließt. Ein Manual hat meist nicht mehr als 61 Tasten. Während dieser Vorgänge sind nun alle in dem Multiplizierer 6 ausgewählten Binärzahlen im Addierwerk 7 zusammenaddiert worden. Es ist dabei eine Zeit vergangen, die beispielsweise der Zeit einer halben Periode einer 32 KHz-Schwingung entspricht Es ist wichtig, daß die höchste im Klangkurvenspeicher gespeicherte Frequenz die Hälfte der Taktfrequenz (im vorliegenden 32 KHz) nicht übersteigt, weil sonst Störfrequenzen auftreten, die ein Verhältnis der Taktfrequenz mit der zu übertragenden Frequenz darstellen und im Bereich der zu übertragenden Frequenz liegen und somit nicht weggefiltert werden können. Die im Addierwerk 7 liegende Summe wird nun einer Signalverzögerungseinheit 8 zugeführt, wo sie je naeh Wunsch oder Einstellung aufgeteilt einer oder mehreren Verzögerungsstrecken zugeführt wird.

Die Teilwerte werden dann wieder addiert, wonach in einem Disita!-Ana!"2-Wand!er Q eine 1 ImwanHfunj in ein Analogsignal erfolgt. Ein Filter unterdrückt nun noch die Reste der Taktfrequenz, wonach das Signal über eine Regler- bzw. Fußschwellerstufe einem Endverstärker und einem Lautsprecher zugeführt wird. Mittels eines weiteren Filters können auch Formantklänge erzeugt werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform mit programmierbarem Klangspeicher kann der Klangkurvenspeicher an einem Klangfarben- und Hüllkurvenauswahlregister 11 laufend neu programmiert werden, so daß eine gewünschte Klangfarbenänderung schon Bruchteile von Sekunden nach der Registrierung anliegt. Der Programmiervorgang selbst sowie die Hüllkurvensteuerung wurden bereits bei der Erläuterung der Patentansprüche beschrieben.

Hierzu i Brau zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Polyphones Musikinstrument mit elektronischer Klangerzeugung, beispielsweise elektronische Orgel nvit einem Taktgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz und einem Digitalspeicher, der ein Klangkurvenspeicher ist und an seinem Ausgang digitale Schwingungssignale abgibt, und mit einem Digital-Analog-Wsndler zur Umwandlung der Digitalwerte in Analogwerte zur akustischen Wiedergabe, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Klangkurvenspeicher vorgesehen ist und eine in dem Klangkurvenspeicher (5) gespeicherte Klangkurve durch serienmäßige Abtastung für alle oder einen Teil der Grundfrequenzen des Musikinstrumentes klangbestimmend ist, und zwischen dem Taktgenerator (1) und dem Klangkurvenspeicher (5) eine als Addierwerk ausgebildete Zählerstufe (3) geschaltet ist, und oie Zählerstufe (3) zur Abgabe einer der Grundtöne des Musikinstrumentes entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Zählreihen ausgebildet ist, welche in Zyklen dem Klangkurvenspeicher (5) serienmäßig derart zugeführt werden, daß mit den Zahlen der Zählreihen die Adressen des Klangkurvenspeichers (5) angesteuert werden, und der Klangkurvenspeicher (5) an seinem Ausgang für jede Adresse ein von der in dem Speicher gespeicherten Klangkurve abhängiges Signal abgibt, welches die Klangfarbe bestimmt und ein Teil einer Schwingung der jeweilig', η Zählreihe ist.

2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenzen durch laufende Additionen mit einer jedren Grundton eigenen Verhältniszahl im Rhythmus einer gemeinsamen Taktfrequenz erzeugt werden.

3. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerstufe (3) einen programmierten Festwertspeicher (2) zur zyklisch aufeinanderfolgenden Abgabe von Verhältniszahlen der gewünschten Zählfrequenzen zur Taktfrequenz aufweist, und das Addierwerk der Zählerstufe (3) die Verhältniszahl in jedem Zyklus dem Inhalt eines ihr eigenen Zwischenspeichers (4) zuaddiert, wobei das Überlaufbit nicht berücksichtigt wird, so daß bei Auftreten eines Überlaufbits die Zählung wieder klein beginnt und eine neue Periode der Frequenz des Grundtones eingeleitet wird.

4. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Klangkurven in dem Musikinstrument derart aufgezeichnet und/ oder verarbeitet werden, daß die negativen Halbwellen spiegelbildlich neben den positiven Halbwellen aufgezeichnet werden und das ranghöchste Bit für die Polarität der Halbwellen bestimmend ist.

5. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Klangkurvenspeicher (5) gespeicherte Klangkurve aus Grundion und beliebig vielen Obertönen besteht, die in Anzahl und Amplitude frei programmierbar sind.

6. Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Klangkurveneinsteller und Mischer (10) die Programmierung der Klangkurve durch unterschiedlich schnelles Abtasten einer Sinuskurve erfolgt, wobei die Zwischenwerte der Teiltöne addiert werden, nachdem sie durch eine Multiplikation mit einer Binärzahl zwischen »Null«

und »Eins« in der Amplitude beeinflußt worden sind.

7. Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unterschiedlich schnelle Abtasten der Sinuskurve dadurch erfolgt, daß die Reihenfolge der Abtastpunkte verändert wird.

8. Musikinstrument nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß in einem Klangfarbenauswahlregister (11) die die Amplitude beeinflussenden Binärzahlen einstellbar sind, und daß ganze Klangkombinationen zwischenspeicherbar sind.

9. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des einen Klangkurvenspeichers (5) zwei ständig elektronisch austauschbare Klangkurvenspeicher vorgesehen Sind, und einer der Klangkurvenspeicher laufend abgetastet wird, während der andere Klangkurvenspeicher im Laufe eines Programmiervorganges bis zur endgültigen Programmierung als Zwischenspeicher dient.

10. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klangkurvenspeicher ein wenigstens eine Klangkurve beinhaltender Festwertspeicher ist

11. Musikinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Programmierung des Klangkurvenspeichers eine Programmiereinheit vorgesehen ist

12. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswahlvorrichtung — beispielsweise Tasten — die in Serie am Ausgang des Klangkurvenspeichers (5) anliegenden Teiltöne durch Multiplikation mit Binärzahlen zwischen »Null« und »Eins« in der Amplitude — und somit in der Lautstärke — beeinflußt, und zwar in der Form, daß ein Digitalzwischenspeicher (12) die Daten zwischenspeichert und synchron zu dem Zyklus der Zählreihen abgibt (Multiplizierer 6).

13. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,daß t.e Teiltöne der einzelnen Grundfrequenzen innerhalb eines Zyklus derart addiert werden, daß — ausgehend von einem Nullwert — die positiven Halbwellen zuaddiert und die durch das ranghöchste Bit als negativ gekennzeichneten Halbwellen subtrahiert werden, und das entstehende Summensignal wieder derart umgewandelt wird, daß von den durch das ranghöchste Bit gekennzeichneten negativen Werten der Kehrwert gebildet und durch eine binäre »Eins« zur Wiederherstellung der Symmetrie hinzuaddiert wird (Addierwerk 7).

14. Musikinstrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Nachhall, Echo und Coreffekten das Summensignal direkt einer Signalverzögerungseinheit (8) zugeführt wird.

15. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven und negativen Halbwellen in dem Digital-Analog-Wandler (9) getrennt umgewandelt werden, v/obei die positive Halbwelle positive Spannungswerte und die negative Halbwelle negative Spannungswerte abgibt, die dann zusammengefügt das endgültige Analog-Ausgangssignal ergeben.

16. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 12 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Taste der Auswahlvorrichtung (13) ein eigener Speicherplatz in dem Digitalzwischenspeicher (12) zugeordnet ist, der diejenigen Daten zwischenspeichert und abgibt, welche eine Hüllkurvenschaltung in Ver-

bindung mit der Tasteninformation in einzelnen Zählschritten erstellt.

17. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragung der Tasten serienmäßig erfolgt, wobei ein Vor- und Rückwärtszähler die Daten zyklisch aus dem Digitalzwischenspeicher (12) entnimmt, eine der Tasten- and Registerstellung entsprechende Zählung vornimmt und die Daten wieder in den Digitalzwischenspeicher (12) ablegt

18. Musikinstrument nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abklingen der Töne in gleichmäßigen dB-Schritten dadurch erreicht wird, daß die im Digitalspeicher liegenden Binärzahlen beim Abklingen proportional zu ihrer Größe verändert werden.