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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Musiktonerzeugungsvorrichtung vom Wellenformspeicherauslesetyp und
insbesondere eine Steuerung zur Realisierung einer
Tonpegelsteuerung einer Wellenform entsprechend einem
Tonpegelparameter wie beispielsweise einem Tastenanschlag.
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Der Oberbegriff von Anspruch 1 betrifft eine
Musiktonerzeugungsvorrichtung, wie sie in einer von der PPG
Company herausgegebenen Informationsbroschüre "PPG" wave
2.2 - digital wave synthesis with analog filtering -
polisequencer - expandable to the full wave term system"
offenbart ist. Diese Musiktonerzeugungsvorrichtung weist
einen digitalen Wellenformspeicher zum Speichern
mehrerer unterschiedlicher Wellenformen und ein Analogfilter
zum Filtern der von dem Wellenformspeicher ausgegebenen
Wellenformen auf. Ferner weist das Instrument einen
ADSR-Wellenformgenerator zur Steuerung der in dem
Wellenformspeicher und den Filtern enthaltenen
Wellentabellen auf. Das Instrument benötigt voluminöse
Analogfilter. Ferner ist die Genauigkeit der Filter bei
geringen Amplituden der den Filtern zugeführten
Wellenformsignalen gering, und es entsteht die Schwierigkeit, daß
sich die Filtercharakteristik in Abhängigkeit von der
Hüllkurvenamplitude der Wellenform verändern kann.
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In letzter Zeit wurde im Stand der Technik so verfahren,
daß eine volle Wellenform vom Anfang bis zum Ende des
Erklingens des Tones oder ein Anstiegsbereich und ein
Teil des folgenden Wellenformbereichs gespeichert und im
Falle des Speicherns des ersteren ein Ton von guter
Qualität durch einmaliges Auslesen der vollen Wellenform
erzeugt und im Falle des Speicherns des letzteren ein
Ton von guter Qualität durch einmaliges Auslesen einer
Wellenform eines Anstiegsbereiches und anschließendem
wiederholtem Auslesen des Teils der folgenden Wellenform
erzeugt wurde.
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US-A-4 383 462 offenbart ein elektronisches
Musikinstrument, das darauf gerichtet ist, einen Ton von hoher
Qualität durch Vorspeichern einer vollen Wellenform vom
Anstieg bis zum Ende des Klingens des Tones in einem
Speicher und Auslesen der Wellenform aus diesem zu
erzeugen. In dem Wellenformspeicher WM31 in Fig. 3 dieses
U.S.-Patents wird eine volle Wellenform gespeichert, und
diese volle Wellenform wird auf ein Signal KD hin, das
den Zeitpunkt des Anschlags angibt, ausgelesen. Ein
derartiges System, in dem die volle Wellenform gespeichert
wird, erfordert eine hohe Speicherkapazität.
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Um diesen Punkt zu verbessern, wurde ein Teil der
Wellenform mehrerer Perioden aus der vollständigen
Klangperiode in einem Wellenformspeicher gespeichert und
durch wiederholtes Auslesen der Teilwellenform ein
Tonsignal zu gewinnen. Bei der obigen US-Schrift 4 383 462
ist ein Beispiel dieser Verbesserung in Fig. 6
dargestellt. In dem Wellenformspeicher WM61 wird eine
vollständige Wellenform in der Anklangperiode gespeichert,
und wenigstens eine Grundperiode einer Tonwellenform
wird in dem Wellenformspeicher WM62 gespeichert. Eine
Anklangwellenform wird auf den Tastenanschlag
(KD-Signal) hin aus dem Speicher WM61 ausgelesen, und die
Tonwellenform der Grundperiode wird nach Abschluß des
Auslesens der Anklangwellenform (IMF-Signal) bis zum
Ende der Tonerzeugung (DF-Signal) wiederholt aus dem
Speicher WM62 ausgelesen.
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Wenn ein derartiges Wellenformsystem ohne jegliche
Modifikation zum Realisieren verschiedener
Tonfarbenveränderungen entsprechend den Tonfarbveränderungsparametern
wie beispielsweise Tastenanschlag oder Tonhöhe verwendet
wird, müssen in einem Speicher viele unterschiedliche
Wellenformen entsprechend allen Arten von verwendeten
Tastenanschlägen oder Tonhöhen erzeugt werden. Dafür ist
eine sehr hohe Speicherkapazität erforderlich und es ist
daher unrealistisch.
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Dann ist es vorstellbar, zwei Arten kontinuierlicher
Wellenformen in einem Wellenformspeicher zu erzeugen,
wie beispielsweise eine dem stärksten Anschlag
entsprechende kontinuierliche Wellenform und eine dem
schwächsten Anschlag entsprechende Wellenform, wenn die
Tastenanschlagstärke als Tonfarbenveränderungsparameter
verwendet wird, und die beiden Wellenformen simultan aus
zulesen und sie entsprechend dem
Tonfarbenveränderungsparameter (d. h. der Anschlagstärke) zu interpolieren,
wodurch eine neue Wellenform entsprechend dem
Tonfarbenveränderungsparameter (Anschlagstärke) erzeugt wird. In
der Praxis wäre die Interpolation jedoch ohne Bedeutung,
wenn die beiden zu interpolierenden Wellenformen nicht
in ihrer Phase übereinstimmten. Da Duplikate der
Wellenformen der Töne, die durch eine tatsächliche Ausführung
erzeugt worden sind, als die beiden Arten der in dem
Wellenformspeicher zu erzeugenden Wellenformen verwendet
werden, sind die Phasen der beiden Wellenformen im
allgemeinen sehr unterschiedlich, so daß die beiden
Wellenformen, die an ihrem Anfangspunkt in gleiche Phase
gebracht worden sind, einige Sekunden später stark
voneinander abweichende Phasen aufweisen. Daher ist auch
dieses System unrealistisch.
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Aus GB-A-2 097 573 ist ein elektronisches
Musikinstrument bekannt, in dem ein Tongenerator Musiktonsignale
erzeugt, die jeweils durch Abtastwerte, die den
gedrückten Tasten entsprechen, wiedergegeben werden. Ein
Zwischenspeicher akkumuliert die Abtastwerte der
Musiktonsignale zu vorbestimmten Zeitpunkten. Das Ausgangssignal
des Zwischenspeichers wird einem Digitalfilter zum
Modifizieren des Ausgangssignals entsprechend der
Amplituden-Frequenz-Charakteristik einer vorbestimmten
Formantencharakteristik zugeführt. Der Musikton wird auf der
Basis des Ausgangssignals der Digitalfilterschaltung
erzeugt, wodurch dem Musikton die
Formantencharakteristik erteilt wird. Die Filtercharakteristik kann durch
Verändern der in einem Tonfarbenparameterspeicher
gespeicherten Tonfarbenparameter verändert werden. Dieses
bekannte Musikinstrument weist keinen Wellenformspeicher
auf, der Amplitudenproben einer Musiktonwellenform
speichert. Falls sich die Tonfarbe eines zu erzeugenden
Tones während der Tonerzeugung verändert, ist es
notwendig, die Wahl der Tonparameter zu verändern. Solange dem
Digitalfilter dieselben Tonparameter zugeführt werden,
bleibt die Tonfarbe unverändert. Somit ist es nicht
möglich, die Tonfarbe eines Tones während folgender
Wellenformperioden zu verändern.
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US-A-4 267 761 beschreibt einen digitalen
Tonsynthesizer, der digitale Daten verwendet, welche die Amplituden
einer vorbestimmten festgesetzten Anzahl von
Abtastpunkten entlang eines Zyklus der Wellenform eines Musiktons
wiedergeben. Die Abtastfrequenz und die Tonhöhe werden
von einem Oszillator gesteuert und die digitalen Daten
werden mit der Abtastrate zu einem
Digital-Analog-Wandler übertragen. Das Digitalfilter wirkt als Tiefpaß-
oder Hochpaßfilter, in dem die Grenzfrequenz eine
vorbestimmte
Harmonische der Tonhöhenfrequenz des Tones
ist. Somit kann jeder Ton der Musiktonleiter gefiltert
werden, um den Harmonischeninhalt unabhängig von der
Tonhöhe zu modifizieren. Der Wellenformspeicher
speichert lediglich einen Zyklus der Tonwellenform.
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In US-A-4 185 529 wird ein elektronisches
Musikinstrument beschrieben, bei dem ein Rechteckwellengenerator
Rechteckwellen mit einer der gedrückten Taste
entsprechenden Amplitude erzeugt. Die Rechteckwellen werden
einem Digitalfilter zugeführt. Das Ausgangssignal des
Digitalfilters wird einem von einem Hüllkurvengenerator
gesteuerten Multiplikator zugeführt. Auf diese Weise
wird ein Ton mit einer gewünschten Hüllkurve erzeugt.
Die Tonfarbe des Tones jedoch ändert sich zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Zyklen der Wellenform nicht.
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US-A-3 819 843 beschreibt ein Musikinstrument mit einer
Anschlagsermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Stärke
des Tastenanschlags. Die Amplituden des zu erzeugenden
Tones variieren entsprechend der Stärke des
Tastenanschlags.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
effektive Tonpegelsteuerung durch eine relativ
kleinformatige und kostengünstige Konstruktion in einer
Musiktonerzeugungsvorrichtung vom Vollwellenformauslesetyp
mit guter Tonqualität zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
Patentanspruchs gelöst.
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Die Tonpegelcharakteristik kann mit beträchtlichem
Freiheitsgrad durch bloßes Verändern des als Koeffizienten
bezeichneten Parameters variiert werden, ohne den
Schaltungsaufbau zu verändern. Andererseits kann die
Musiktonerzeugungsvorrichtung, die einen Wellenformspeicher
verwendet, der die volle oder die Teilwellenform mit
mehreren Perioden, wie oben beschrieben, speichert, auf
einfache Weise einen Ton von guter Qualität erzeugen,
doch ist der Aufbau ihrer Schaltung großformatig. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht, daß eine
Musiktonerzeugungsvorrichtung, die einen derartigen
Wellenformspeicher verwendet, eine Pegelsteuerung entsprechend dem
Tastenanschlag realisieren kann, ohne die
Schaltungskonstruktion zu vergrößern, und indem einfach ein
Pegelparameterspeicher hinzugefügt wird, und ferner kann ein
Ton von guter Qualität erzeugt werden, der zu solchen
verschiedenen Tonfarbveränderungen imstande ist.
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Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß sie
imstande ist, einen Hi-fi-Wechsel der Tonfarbe über die
Zeit durch Verändern der Filtercharakteristiken im Lauf
der Zeit zu realisieren. Bei einer
Musiktonerzeugungsvorrichtung, die einen Wellenformspeicher verwendet, der
eine volle Wellenform oder eine Teilwellenform
speichert, wie oben beschrieben, ist die Veränderung der
Tonfarbe über die Zeit im allgemeinen schwierig. Gemäß
dieser Erfindung kann jedoch nicht nur die stetige
Tonfarbenveränderung, sondern auch eine rahmenweise
Veränderung der Tonfarbe in der
Musiktonerzeugungsvorrichtung durchgeführt werden.
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Genauer gesagt, besteht das zweite Merkmal der Erfindung
darin, die volle Wellenform vom Anfang bis zum Ende des
Klingens entlang der Zeitachse in mehrere Rahmen zu
unterteilen, für jeden dieser Rahmen unabhängig einen
Filtercharakteristikparameter zu erzeugen, und die
Filtercharakteristiken
des Digitalfilters für die
jeweiligen Rahmen entsprechend diesem
Filtercharakteristikparameter unabhängig einzustellen. Entsprechend dem
Tonfarbenveränderungsparameter, wie beispielsweise dem
Tastenanschlag oder der Tonhöhe des zu erzeugenden
Tones, wird der Filtercharakteristikparameter für jeden
Rahmen einzeln bestimmt.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
Tonfarbveränderungssteuerungen anwendbar, einschließlich einer
Anschlagreaktionssteuerung, bei der die Tonfarbe und der Tonpegel
entsprechend der Stärke des Tastenanschlags gesteuert
werden, und einer Tastenskaliersteuerung, bei der die
Tonfarbe und der Tonpegel entsprechend der Tonhöhe oder
dem Tonbereich einer gedrückten Taste gesteuert werden.
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Dementsprechend können die Stärke des Tastenanschlags,
die Tonhöhe oder der Tonbereich der gedrückten Taste
oder andere verschiedene Faktoren, die zu der
Tonfarbveränderung beitragen, als Tonfarbveränderungsparameter
verwendet werden.
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Der jedem Tonfarbveränderungsparameter entsprechende
Filtercharakteristikparameter sollte vorzugsweise so
bestimmt sein, daß er eine der Differenz zwischen einem
Spektrum einer in einem Wellenformspeicher erzeugten
Wellenform (Referenzwellenform) und einem Spektrum einer
eine gewünschte Tonfarbveränderung repräsentierenden
Wellenform entsprechende
Frequenz-Amplituden-Charakteristik aufweist. Mittels dieser Anordnung kann von dem
Digitalfilter eine Wellenform von guter Qualität
hergeleitet werden, die einer gewünschten Wellenform sehr
ähnlich ist. Gleichermaßen kann der
Filtercharakteristikparameter entsprechend der Spektrumdifferenz in
bezug auf jeden Rahmen bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine aus einem Wellenformspeicher
ausgelesene Wellenform von guter Qualität entsprechend
der Filtercharakteristiken, die einem gewünschten
Tonfarbveränderungsparameter entsprechen, filtergesteuert,
und dementsprechend kann, selbst wenn nur eine Art einer
Wellenform von guter Qualität in dem Wellenformspeicher
gespeichert ist, eine Wellenform derselben guten
Qualität auf der Basis dieser gespeicherten Wellenform mit
verschiedenen Tonpegelveränderungen erzeugt werden.
Daher kann die Erfindung eine solche Tonpegelveränderung
einer guten Qualität mit einer relativ kleinen und
kostengünstigen Vorrichtung in vorteilhafter Weise
realisieren.
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Allgemeine Theorien über das Digitalfilter finden sich
als ausführliche Beschreibung in der Literatur, wie
beispielsweise "Digital Processing of Signals" von
Bernard Gold und Charles M. Rader, und "Digital Signal
Processing" von Alan V. Oppenheim und Ronald W. Schafer.
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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Fig. 2a ist ein Diagramm, das ein Beispiel der vollen
Wellenform einer gewünschten Wellenform zeigt, wobei ein
Teil davon weggelassen ist;
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Fig. 2b ist ein Diagramm, das ein Beispiel der vollen
Wellenform einer gewünschten Wellenform zeigt, wobei ein
Teil davon weggelassen ist;
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Fig. 3a ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Spektra
in der Wellenform von Fig. 2a oder in einem bestimmten
Rahmen der Wellenform von Fig. 2a zeigt;
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Fig. 3b ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Spektra
in der Wellenform von Fig. 2b oder in einem Rahmen der
Wellenform von Fig. 2b zeigt, wobei der Rahmen dem
Rahmen in Fig. 3a entspricht;
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Fig. 3c ist ein Diagramm, das die Spektrumdifferenz
zwischen dem in Fig. 3a gezeigten und dem in Fig. 3b
gezeigten Spektrum zeigt;
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Fig. 4a ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer
Wellenform zeigt, die durch Veränderung des Hüllkurvenpegels
der gewünschten Wellenform gemäß Fig. 2a zu einem im
wesentlichen konstanten Pegel hergeleitet wurde, wobei
ein Teil davon weggelassen ist;
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Fig. 4b ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer
Wellenform zeigt, die durch Veränderung des Hüllkurvenpegels
der Referenzwellenform gemäß Fig. 2b zu einem im
wesentlichen konstanten Pegel hergeleitet wurde, wobei ein
Teil davon weggelassen ist;
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Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das ein zweites
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer dem Grad
des Tastenanschlags, der in einem Pegelparameterspeicher
von Fig. 5 gespeichert ist, entsprechenden
Interpolationsfunktion zeigt; und
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Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das ein modifiziertes
Beispiel des Pegelparameterspeichers von Fig. 5 zeigt.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Als Einrichtung zur Bestimmung der Tonhöhe eines
zu erzeugenden Tones ist eine Tastatur vorgesehen. Der
einer gedrückten Taste in der Tastatur vermittelte
Anschlag wird von einer Anschlagsermittlungsvorrichtung
ermittelt und die Anschlagermittlungsdaten werden als
Tonfarbenveränderungsparameter zur Erzeugung einer
Tonwellenform mit der Tonfarbe und den
Pegelcharakteristiken entsprechend dem Grad des Anschlags verwendet. Es
gibt verschiedene Arten der
Anschlagsermittlungsvorrichtungen, von denen eine Art, die die Geschwindigkeit des
Drückens der Taste ermittelt, eine Art, die die
Beschleunigung des Drückens der Taste ermittelt (d. h. die
Tastendrückkraft), und eine Art, die den auf die Taste
ausgeübten Druck ermittelt, bekannt sind. Die erste Art
dieser Vorrichtung ist in US-A-3 819 844, die zweite in
US-A-3 651 730 und die dritte in US-A-3 965 789
offenbart; die ausführliche Beschreibung dieser Vorrichtungen
entfällt daher. Ein Wellenformspeicher 12A enthält
vorgespeichert eine volle Wellenform des Anstiegsbereiches
des Tones und/oder eine dem Anstiegsbereich folgende
volle Wellenform bis zum Abschluß des Erklingens des
Tones (d. h. eine volle Wellenform vom Anfang bis zum
Ende des Klingens des Tones), und zwar entsprechend dem
bestimmten Referenzgrad des Tastenanschlags (z. B. dem
stärksten Anschlag). Die Daten der vollen Wellenform
bestehen aus digitalen Daten. Eine zwischen der Tastatur
und dem Wellenformspeicher vorgesehene
Adreßdatenerzeugungsschaltung führt dem Wellenformspeicher 12A
Adreßdaten zum Auslesen der vollen Wellenform vom Anfang bis
zum Ende des Klingens des Tones aus dem
Wellenformspeicher 12A zu. Beispielsweise wird ein Adreßdatenwert, der
in der Adreßdatenerzeugungsschaltung erzeugt worden ist,
auf einen Anschlagimpuls hin, der beim Drücken einer
bestimmten Taste auf der Tastatur erzeugt wird, sofort
auf seinen ursprünglichen Wert rückgesetzt, und der
erzeugte Adreßdatenwert ändert sich sequentiell mit
einer Rate, die einer Tonhöhe entspricht, die durch die
gedrückte Taste repräsentierende Daten bestimmt wird.
Der von dieser Adreßdatenerzeugungsschaltung erzeugte
Adreßdatenwert wird dem Wellenformspeicher 12A
zugeführt, woraufhin die in dem Speicher 12A gespeicherten
Wellenformdaten sequentiell ausgelesen werden.
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Die aus dem Wellenformspeicher 12A ausgelesene volle
Wellenform wird in mehrere Rahmen entlang der Zeitachse
aufgeteilt. Der Filtercharakteristikparameterspeicher
17A erzeugt rahmenweise Filtercharakteristikparameter
und führt sie dem Digitalfilter 14 zu. Zur
Identifizierung des Rahmens wird ein Teil des von der
Adreßdatenerzeugungsschaltung 13 erzeugten Adreßdatenwerts als
Rahmenadreßdatenwert verwendet. Der
Filtercharakteristikparameterspeicher 17A speichert einen jedem Rahmen
für jeden Grad des Tastenanschlags entsprechenden
Filtercharakteristikparametersatz vor, und ein
Filtercharakteristikparametersatz wird auf einen von der
Anschlagsermittlungsvorrichtung 11 gelieferten
Anschlagermittlungsdatenwert (d. h. Tonfarbveränderungsparameter)
hin gewählt. Auf den von der Adreßerzeugungsschaltung,
die auch als Rahmenidentifizierungseinrichtung arbeitet,
gelieferten Rahmenadreßdatenwert hin wird ein einem
Rahmen entsprechender Filtercharakteristikparameter
selektiv aus dem gewählten Parametersatz ausgelesen und
dem Digitalfilter 14 zugeführt.
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Der Filtercharakteristikparameter für jeden Rahmen wird
abhängig von der Spektrumdifferenz zwischen der von dem
Wellenformspeicher 12A erzeugten Wellenform
(Referenzwellenform) und der gewünschten Wellenform für den
bestimmten Rahmen bestimmt. Vor dieser Bestimmung wurden
die folgenden Verarbeitungsvorgänge durchgeführt:
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Es sei angenommen, daß eine einem bestimmten Grad des
Tastenanschlags (mit Anschlag "A" bezeichnet, z. B. ein
relativ schwacher Anschlag) entsprechende gewünschte
Wellenform (volle Wellenform von Anfang bis Ende des
Klingens des Tones) gemäß Fig. 2a ausfällt und eine in
dem Wellenformspeicher 12A zu erzeugende
Referenzwellenform (z. B. die dem stärksten Anschlag entsprechende
Wellenform) gemäß Fig. 2b ausfällt. Das Beispiel in
diesem Figuren ist ein Pianoton mit einer
Perkussionshüllkurve. Diese gewünschte Wellenform und
Referenzwellenform werden mittels eines realen Pianos gewonnen. Die
gewünschte Wellenform und die Referenzwellenform weisen
dieselbe Frequenz (dieselbe Tonhöhe) auf. Die volle
Wellenform der Referenzwellenform, die auf diese Weise
erzeugt worden ist, wird in mehrere Rahmen (Zeitrahmen)
eingeteilt, und die gewünschte Wellenform wird
entsprechend diesen Rahmen ebenfalls eingeteilt. Diese
Einteilung der Rahmen erfolgt nicht unbedingt in stets
gleichen Zeitintervallen, sondern kann entsprechend der Form
der Wellenform von geeigneten Zeitintervallen sein. Bei
dem in den Figuren gezeigten Beispiel ist die
vollständige Wellenform in 7 Rahmen von 0-6 eingeteilt. Dann
werden die folgenden Verarbeitungsvorgänge 1-4
durchgeführt:
Verarbeitungsvorgang 1
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Die Spektrumanalyse wird Rahmen um Rahmen in bezug auf
die gewünschte Wellenform (Fig. 2a) und die
Referenzwellenform (Fig. 2b) durchgeführt. Beispielsweise fällt im
Rahmen 0 das Spektrum der gewünschten Wellenform wie das
in Fig. 3a aus, während das Spektrum der
Referenzwellenform wie das in Fig. 3b ausfällt.
Verarbeitungsvorgang 2
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Die in dem Verarbeitungsvorgang 1 analysierte Differenz
der beiden Spektra für denselben Rahmen (d. h. das
Spektrum der Referenzwellenform minus das Spektrum der
gewünschten Wellenform) wird rahmenweise berechnet.
Beispielsweise fällt die Spektrumdifferenz im Rahmen 0 wie
die in Fig. 3c gezeigte aus.
Verarbeitungsvorgang 3
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Die oben beschriebenen Verarbeitungsvorgänge 1 und 2
werden bei Veränderung des Grades des Tastenanschlags
der gewünschten Wellenform (d. h. Verändern zu Anschlag
B, C, D . . . ) durchgeführt, um die Spektrumdifferenz für
jeden Rahmen für die jeweiligen Anschläge zu erhalten.
Verarbeitungsvorgang 4
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Es werden die Filtercharakteristikparameter, die die
Filtercharakteristiken entsprechend den
Spektrumdifferenzen für die jeweiligen Rahmen in Abhängigkeit von den
in den Verarbeitungsvorgängen 2 und 3 berechneten
jeweiligen Anschlagstärken bestimmen, berechnet.
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Nach Abschluß der oben beschriebenen
Vorverarbeitungsvorgänge wird die volle Wellenform der
Referenzwellenform
in dem Wellenformspeicher 12A gespeichert und die
im Verarbeitungsvorgang 4 erhaltenen
Filtercharakteristikparameter für die jeweiligen Rahmen entsprechend den
jeweiligen Anschlägen werden in dem
Filtercharakteristikparameterspeicher 17A gespeichert. In diesem Fall
werden den jeweiligen Abtastpunkten der
Vollwellenformdatenwerte, die in dem Wellenformspeicher 12A
gespeichert sind, unterschiedliche Adressen zugewiesen, und
den Adressengruppen, die aus mehreren Adressen bestehen,
die entsprechend der Rahmenteilung eingeteilt sind,
werden unterschiedliche Rahmenadressen zugewiesen. Die
Adreßdatenerzeugungsschaltung ist derart ausgestaltet,
daß sie vorbestimmte Rahmenadressen entsprechend den
Werten der erzeugten Adreßdaten erzeugt. Alternativ kann
getrennt von der Adreßdatenerzeugungsschaltung als
Rahmenidentifizierungseinrichtung eine Kodierschaltung
vorgesehen sein, die den Rahmenadreßdatenwert
entsprechend dem Wert der Adreßdaten erzeugt.
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Da das Digitalfilter 14 die Referenzwellenform
entsprechend einem Filtercharakteristikparameter modifiziert,
der der Spektrumdifferenz zwischen der aus dem
Wellenformspeicher 12A ausgelesenen Referenzwellenform und der
gewünschten Wellenform entspricht, kann ein der
gewünschten Wellenform stark ähnelndes Wellenformsignal
gewonnen werden. Diese Filtercharakteristik ändert sich
rahmenweise mit der Zeit, so daß die gewünschte
Wellenform genau simuliert werden kann. Die rahmenweise
Bestimmung des Filtercharakteristikparameters erleichtert
den Vorgang zur Bestimmung des Parameters.
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Ein Pegelparameterspeicher 18 modifiziert den Pegel des
Ausgangssignals des Digitalfilters 14 mittels eines
Multiplikators 19 entsprechend einem aus diesem Speicher
18 ausgelesenen Pegelparameter. Der
Pegelparameterspeicher 18 speichert Pegelparametersätze für die jeweiligen
Rahmen, die für mehrere Anschlaggrade erzeugt wurden.
Auf diesen Anschlagermittlungsdatenwert hin wird ein
Pegelparametersatz gewählt und auf den
Rahmenadreßdatenwert hin wird ein einem Rahmen entsprechender
Pegelparameter aus dem gewählten Satz ausgelesen. Abgesehen von
der Spektrumsteuerung kann eine gleichmäßige rahmenweise
Pegelsteuerung durchgeführt werden, wodurch die
Wiedergabe der gewünschten Wellenform verbessert ist.
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Die Referenzwellenform und die gewünschte Wellenform,
die den Vorverarbeitungsvorgängen 1-4 unterzogen werden,
weisen die tatsächlichen Hüllkurven gemäß den Fign. 2a
und 2b auf. Aus diesem Grunde bleibt, wenn der Anschlag
für die gewünschte Wellenform schwach ist, der
Amplitudenpegel die gesamte volle Wellenform hindurch auf einem
relativ niedrigen Pegel. Selbst bei einer einem starken
Anschlag entsprechenden Wellenform, wie beispielsweise
der Referenzwellenform, ist der Amplitudenpegel im
letzten Rahmen reduziert. Wenn die Vorverarbeitungsvorgänge
1-4 bei diesem geringen oder reduzierten Amplitudenpegel
durchgeführt werden, wird die Breite der Veränderung des
bestimmten Filtercharakteristikparameters relativ
gering, was zu einer beträchtlichen Abnahme der
Genauigkeit führt. Ein Versuch des Verbreiterns eines
dynamischen Bereiches bei dem Datenausdruck des
Filtercharakteristikparameters im Hinblick auf die Erhöhung der
Genauigkeit unter dieser Bedingung hätte den Nachteil,
daß die erforderliche Bitanzahl stark zunähme.
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Daher werden als gewünschte Wellenform und
Referenzwellenform gemäß den Fign. 4a und 4b Wellenformen mit
Hüllkurven eines im wesentlichen konstanten Pegels E&sub0;
verwendet.
Fig. 4a zeigt eine Wellenform, die aus der
Veränderung des Amplitudenpegels der gewünschten Wellenform
gemäß Fig. 2a entsprechend dem gewünschten Anschlag zu
dem vorbestimmten Pegel E&sub0; ohne Veränderung der
Wellenform jeder Periode hergeleitet wird. Fig. 4b zeigt
ebenso eine Wellenform, die durch die Veränderung des
Amplitudenpegels der Referenzwellenform gemäß Fig. 2b
entsprechend dem Referenzanschlag zu dem vorbestimmten
Pegel E&sub0; ohne Veränderung der Wellenform jeder Periode
hergeleitet wird. Anstatt den Amplitudenpegel bei jeder
Periode zu dem konstanten Pegel E&sub0; zu verändern, können
Wellenformen mit einer Hüllkurve mit konstantem Pegel,
wie dies in den Fign. 4a und 4b simuliert wird, durch
Multiplikation des Verhältnisses eines
Durchschnittspegels zu dem Pegel E&sub0; für jeden Rahmen der in den Fign.
2a und 2b gezeigten Wellenformen erhalten werden.
Vorzugsweise kann der Maximalamplitudenpegel des stärksten
Anschlags als konstanter Pegel E&sub0; gewählt werden.
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Auf diese Weise werden die Hüllkurvenpegel der
Referenzwellenform und der gewünschten Wellenform, die den
Vorverarbeitungsvorgängen 1-4 unterzogen werden, zu dem im
wesentlichen konstanten Pegel E&sub0; hin verändert, und in
bezug auf die veränderten Wellenformen werden zur
Gewinnung von Filtercharakteristikparametern für die
jeweiligen Rahmen entsprechend den jeweiligen Anschlaggraden
dieselben Verarbeitungsvorgänge wie die
Vorverarbeitungsvorgänge 1-4 durchgeführt. Da die so gewonnenen
Filtercharakteristikparameter unter Bezugnahme auf den
Maximalamplitudenpegel abgeleitet worden sind, treten
keine solchen Schwierigkeiten wie die oben beschriebene
Abnahme der Genauigkeit wegen der Reduzierung des
Amplitudenpegels oder einer übermäßigen Zunahme bei der
Anzahl der Datenbits auf.
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Nach den oben beschriebenen Verarbeitungsvorgängen 1-4
werden die folgenden Vorverarbeitungsvorgänge 5-7
durchgeführt:
Verarbeitungsvorgang 5
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In bezug auf die in Fig. 2a gezeigte gewünschte
Wellenform wird der Durchschnittspegel für jeden Rahmen
berechnet.
Verarbeitungsvorgang 6
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Die Differenz zwischen dem Durchschnittspegel für jeden
Rahmen der im Verarbeitungsvorgang 5 berechneten
Wellenform und dem Durchschnittspegel für jeden Rahmen der
gewünschten Wellenform, deren Pegel zu dem konstanten
Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4a (im wesentlichen E&sub0; in jedem
Rahmen) hin verändert worden ist, wird berechnet.
Verarbeitungsvorgang 7
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Die Verarbeitungsvorgänge 5 und 6 werden bei Veränderung
des Grades des Tastenanschlags der gewünschten
Wellenform zur Gewinnung der Pegeldifferenzen für die
jeweiligen Rahmen entsprechend den jeweiligen Anschlägen
durchgeführt.
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Der Datenwert, der dem zuvor gewonnenen Pegeldifferenzen
für die jeweiligen Rahmen, die den jeweiligen
Anschlaggraden entsprechen, entspricht, wird als Pegelparameter
in dem Pegelparameterspeicher 18 gespeichert. Die
Referenzwellenform, deren Hüllkurve zu dem im wesentlichen
konstanten Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4b geändert worden ist,
wird in dem Wellenformspeicher 12A gespeichert. Die
Filtercharakteristikparameter werden auf der Basis der
Referenzwellenform gewonnen, deren Pegel, wie oben
beschrieben, zu dem im wesentlichen konstanten Pegel E&sub0;
verändert worden ist und die gewünschten Wellenformen
werden in dem Filtercharakteristikparameterspeicher 17A
gespeichert. Bei dieser Konstruktion wird ein
Wellenformsignal, das die gewünschte Wellenform simuliert,
deren Hüllkurve zu dem konstanten Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4a
verändert worden ist, von dem Digitalfilter 14 geliefert
und eine Wellenform, die die gewünschte Wellenform gemäß
Fig. 2a liefert, wird von dem Multiplikator 19
geliefert. Da dieses Ausführungsbeispiel in der Lage ist, den
Filtercharakteristikparameter mit einer relativ geringen
Anzahl von Bits genau zu bestimmen, ist die
Zuverlässigkeit der Filtersteuerung verbessert und der
Spektrumaufbau der gewünschten Wellenform kann genau
wiedergegeben werden. Der Multiplikator 19 kann auch auf der
Eingangsseite des Digitalfilters 14 vorgesehen sein.
Anstatt der Multiplikation kann eine Addition und
Subtraktion erfolgen.
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Fig. 5 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der
Erfindung, wobei nur auf die im Hinblick auf das in Fig. 1
gezeigte Ausführungsbeispiel modifizierten Teile Bezug
genommen wird. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist
zusätzlich eine Interpolationseinrichtung 20 vorhanden.
Durch Interpolation des Ausgangssignals des
Wellenformspeichers 12B und des Ausgangssignals des Digitalfilters
14 mit einem dem Grad des Tastenanschlags (d. h. dem
Tonfarbenveränderungsparameter) entsprechenden
Verhältnis wird eine dem Tastenanschlag entsprechende
Tonfarbveränderung realisiert.
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Der Wellenformspeicher 12B speichert eine dem stärksten
Anschlag entsprechende Wellenform. Der
Filtercharakteristikparameterspeicher 17B speichert lediglich einen Satz
Filtercharakteristikparameter, die durch Durchführung
der oben beschriebenen Verarbeitungsvorgänge 1, 2 und 4
unter Verwendung der dem stärksten Anschlag
entsprechenden Wellenform als Referenzwellenform und der dem
schwächsten Anschlag entsprechenden Wellenform als
gewünschter Wellenform erhalten werden. Durch die
Rahmenadreßdaten wird auf diesen Speicher 17B zugegriffen, so
daß die dem schwächsten Anschlag entsprechende
Wellenform von dem Digitalfilter 14 erzeugt wird.
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Die Interpolationsschaltung 20 interpoliert die Lücke
zwischen der aus dem Wellenformspeicher 12B
ausgelesenen, dem stärksten Anschlag entsprechenden Wellenform
und der von dem Digitalfilter 14 gelieferten, dem
schwächsten Anschlag entsprechenden Wellenform mit einer
den Anschlagermittlungsdaten entsprechenden Rate,
wodurch den jeweiligen Graden des Anschlags entsprechende
neue Wellenformen erzeugt werden. Da die dem schwächsten
Anschlag entsprechende Wellenform, die eine der
Wellenformen ist, die der Interpolation unterzogen werden,
durch Filtern des Ausgangssignals des
Wellenformspeichers 12B, das die der Interpolation zu unterziehende
andere Wellenform ist, erzeugt wird, sind die beiden zu
interpolierenden Wellenformen im wesentlichen
phasengleich. Dementsprechend kann dieses zweite
Ausführungsbeispiel die Interpolationsverfahren in vorteilhafter
Weise einführen.
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Die Interpolationseinrichtung 20 weist einen
Pegelparameterspeicher 21, einen Multiplikator 22 zum
Multiplizieren eines aus diesem Speicher 21 ausgelesenen ersten
Pegelparameters k1 mit dem Ausgangssignal des
Wellenformspeichers
12B, einen Multiplikator 23 zum
Multiplizieren eines aus dem Speicher 21 ausgelesenen zweiten
Pegelparameters k2 mit dem Ausgangssignal des
Digitalfilters 14 und einen die Ausgangssignale der
Multiplikatoren 22 und 23 addierenden Addierer 24 auf. Der
Pegelparameterspeicher 21 speichert im wesentlichen die
Pegelparameter k1 und k2, die gemäß Fig. 6 solche
Charakteristiken aufweisen, die sich mit dem Grad des
Anschlags in entgegengesetzte Richtungen ändern, und
erzeugt die Pegelparameter k1 und k2 entsprechend dem
durch die Anschlagermittlungsdaten angezeigten Grad des
Anschlags. Dementsprechend ist der Wert des ersten
Pegelparameters k1 um so geringer und der Wert des zweiten
Pegelparameters k2 um so höher, je schwächer der
Anschlag ist, so daß die von dem Digitalfilter 14
gelieferte, dem schwächsten Anschlag entsprechende Wellenform
und die von dem Speicher 12B gelieferte, dem stärksten
Anschlag entsprechende Wellenform mit einem Verhältnis
miteinander kombiniert werden, bei dem der Inhalt der
ersteren höher ist als der Inhalt letzterer. Im
Gegensatz dazu ist der Wert von k1 um so größer und der Wert
von k2 um so geringer, je stärker der Anschlag ist, so
daß die dem stärksten Anschlag entsprechende Wellenform
(Ausgangssignal des Speichers 12B) und die dem
schwächsten Anschlag entsprechende Wellenform (Ausgangssignal
des Filters 14) miteinander mit einem Verhältnis
kombiniert werden, bei dem der Inhalt der ersteren höher
ist als der Inhalt der letzteren. Folglich wird die
Interpolation entsprechend dem Grad des Anschlags
durchgeführt.
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Der in dem Wellenformspeicher 12B und dem
Filtercharakteristikparameterspeicher 17B zu speichernde Datenwert
kann nach dem ersten oder dem zweiten
Ausführungsbeispiel
bestimmt sein. Wenn der Datenwert ein gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel bestimmter ist, erzeugt der
Wellenformspeicher 12B eine dem stärksten Anschlag
entsprechende Wellenform mit einer vorbestimmten Hüllkurve,
die sich mit der Zeit verändert (siehe Fig. 2b), und das
Digitalfilter 14 erzeugt ein dem schwächsten Anschlag
entsprechendes Wellenformsignal mit einer vorbestimmten
Hüllkurve, die sich mit der Zeit verändert (siehe Fig.
2a). In diesem Fall kann der Pegelparameterspeicher 21
Pegelparameter k1 und k2 mit der oben beschriebenen
Interpolationsfunktion erzeugen.
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Wenn der in dem Wellenformspeicher 12B und dem
Filtercharakteristikparameterspeicher 17B zu speichernde
Datenwert ein gemäß dem oben beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel bestimmter ist, müssen die von dem
Pegelparameterspeicher 21 zu erzeugenden Pegelparameter k1
und k2 nicht nur die Interpolationsfunktion, sondern
auch eine dem in dem Ausführungsbeispiel verwendeten
Pegelparameter ähnliche Pegelmodifizierungsfunktion
aufweisen. In diesem Fall erzeugt der Wellenformspeicher
12B eine dem stärksten Anschlag entsprechende
Wellenform, deren Hüllkurvenpegel zu dem im wesentlichen
konstanten Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4b verändert wird, und das
Digitalfilter 14 erzeugt ein dem schwächsten Anschlag
entsprechendes Wellenformsignal, dessen Hüllkurvenpegel
zu dem im wesentlichen konstanten Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4a
verändert worden ist. Die Pegelparameter k1 und k2, die
beide sowohl die Interpolationsfunktion als auch die
Pegelmodifizierungsfunktion aufweisen, werden auf die
folgende Weise bestimmt. Zunächst wird in bezug auf den
ersten Pegelparameter k1 ein Durchschnittspegel für
jeden Rahmen der Referenzwellenform (der dem stärksten
Anschlag entsprechenden Wellenform) gemäß Fig. 2b
berechnet und dann wird die Differenz zwischen diesem
Durchschnittspegel und einem Durchschnittspegel für
jeden Rahmen der Referenzwellenform, die zu dem
konstanten Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4b (im wesentlichen E&sub0; für jeden
Rahmen) verändert worden ist, berechnet, die
Interpolationsfunktion K1 gemäß Fig. 6 wird entsprechend den
Pegeldifferenzen für die jeweiligen auf diese Weise
berechneten Rahmen korrigiert, und schließlich erhält
man den ersten Parameter k1, für den der Grad des
Anschlags und die Rahmenzahl als Variablen verwendet
werden. In bezug auf den zweiten Pegelparameter k2 wird ein
Durchschnittspegel für jeden Rahmen der dem schwächsten
Anschlag entsprechenden Wellenform gemäß Fig. 2a
berechnet, die Differenz zwischen diesem Durchschnittspegel
und einem Durchschnittspegel für jeden Rahmen der dem
schwächsten Anschlag entsprechenden Wellenform, die zu
dem konstanten Pegel E&sub0; gemäß Fig. 4a (im wesentlichen
konstanter Pegel E&sub0; für jeden Rahmen) verändert worden
ist, wird berechnet, die Interpolationsfunktion K2 gemäß
Fig. 6 wird entsprechend den Pegeldifferenzen für die
jeweiligen Rahmen korrigiert und schließlich erhält man
den zweiten Pegelparameter k2, für den der Grad des
Anschlags und die Rahmenzahl als Variablen verwendet
werden. Die auf die oben beschriebene Weise erhaltenen
Pegelparameter k1 und k2 werden in dem
Pegelparameterspeicher 21 gespeichert und aus diesem auf den
Rahmenadreßdatenwert und den Anschlagermittlungsdatenwert hin
ausgelesen. In diesem Fall kann, anstatt den
Pegelparameterspeicher 21 als einzigen Speicher auszubilden, der
Speicher 21 gemäß Fig. 7 in einen
Interpolationskoeffizientenspeicher 21A, auf den auf den
Anschlagermittlungsdatenwert hin zugegriffen wird, und einen
Pegeldifferenzspeicher 21B, auf den auf den Rahmenadreßdatenwert
hin zugegriffen wird, unterteilt werden, der erste
Pegelparameter k1 kann durch Multiplikation der dem
stärksten Anschlag entsprechenden, aus dem Speicher 21A
ausgelesenen Interpolationskoeffizientendaten k1a mit den
aus dem Speicher 21B ausgelesenen Pegeldifferenzdaten
k1b in einem Multiplikator 21c erzeugt werden und der
zweite Pegelparameter k2 kann durch Multiplizieren des
dem schwächsten Anschlag entsprechenden
Interpolationskoeffizienten k2a mit dem Pegeldifferenzdatenwert k2b in
dem Multiplikator 21D erzeugt werden. Die
Interpolationsfunktionen gemäß Fig. 6 werden in dem
Interpolationsspeicher 21A gespeichert und der auf die oben
beschriebene Weise bestimmte Datenwert, der die
Pegeldifferenzen für die jeweiligen Rahmen entsprechend den
stärksten und schwächsten Anschlägen repräsentiert, wird
in dem Pegeldifferenzspeicher 21B gespeichert.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
speichern die Wellenformspeicher 12A und 12B eine volle
Wellenform vom Anfang bis zum Ende des Klingens eines
Tones. Alternativ können diese Speicher eine
vollständige Wellenform des Anstiegsbereiches und einen bestimmten
Teil des dem Anstiegsbereich folgenden verbleibenden
Bereichs speichern. In diesem letzteren Fall ist die
Adreßdatenerzeugungsschaltung derart ausgestaltet, daß
sie die vollständige Wellenform des Anstiegsbereichs
sofort nach Erzeugung des Anschlagimpulses erzeugt und
danach die Teilwellenform (auch mehrere Perioden)
wiederholt erzeugt. Eine Amplitudenhüllkurve des wiederholt
ausgelesenen Wellenformsignals wird durch eine (nicht
dargestellte) separate Hüllkurvenübertragungseinrichtung
übertragen.
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Im ersten Ausführungsbeispiel speichert der
Filtercharakteristikparameterspeicher 17A individuell
Filtercharakteristikparameter
für die jeweiligen Rahmen auf die
jeweiligen Grade des Anschlags hin. Alternativ kann
dieser Speicher lediglich Filtercharakteristikparameter
entsprechend den stärksten und schwächsten Anschlägen
vorspeichern und diese Parameter simultan auf die
Rahmenadresse hin auslesen, und eine
Interpolationsoperation entsprechend den Anschlagermittlungsdaten kann
unter Verwendung der ausgelesenen Parameter durchgeführt
werden, um dadurch Filtercharakteristikparameter
entsprechend den jeweiligen Graden des Anschlags mittels
für die jeweiligen Grade des Anschlags durchgeführter
Interpolationsoperationen zu erzeugen.
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Wenn die Tastenskalierung der Tonfarbe unter Verwendung
des Tonfarbenveränderungsparameters als Tonhöhe oder
Tonbereich der gedrückten Taste durchzuführen ist, kann
dies in gleicher Weise wie bei den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen ausgeführt werden, wenn der Grad
des Tastenanschlags oder der Tastenermittlungsdatenwert
in diesen Ausführungsbeispielen durch die Tonhöhe oder
den Tonbereich der gedrückten Taste ersetzt wird. Es
liegt ferner im Bereich der vorliegenden Erfindung,
durch Verwendung bekannter DPCM- (Differential Pulse
Code Modulation), ADPCM- (Adaptive Differential Pulse
Code Modulation), DM- (Delta Modulation) oder ADM-
(Adaptive Delta Modulation) Verfahren zu bewirken, daß
die Wellenformspeicherwellenformdaten die Differenz
zwischen benachbarten Abtastamplitudenwerten
repräsentieren, und bei ihrem Lesen aus dem Wellenformspeicher
diese Differenzdatenwerte kumulativ zu addieren oder zu
subtrahieren, um die ursprünglichen
Abtastamplitudendaten zu erhalten.
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Bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird die
vorliegende
Erfindung auf ein Tastaturinstrument angewandt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt,
sondern auch auf ein Instrument anwendbar, bei dem die
Tonhöhe der erzeugten Töne konstant ist, wie
beispielsweise eine Perkussionstonerzeugungsvorrichtung. In
diesem Fall kann das Digitalfilter gesteuert werden, indem
die Stärke der Perkussion als
Tonfarbenveränderungsparameter zur Veränderung der Tonfarbe verwendet wird.
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Das Speichern der Wellenform in den Wellenformspeicher
gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch durch das in
US-A-4 444 082 offenbarte Verfahren erfolgen. Nach
diesem offenbarten Verfahren werden Wellenformen einer
Periode an mehreren voneinander beabstandeten Stellen in
einer tatsächlichen Tonwellenform aufgenommen, und diese
Wellenformen und Differenzwellenformen zwischen den
jeweiligen Wellenformen werden gespeichert. Ein Musikton
zwischen diesen aufgenommenen Wellenformen wird durch
Hinzufügen entsprechender Differenzwellenformen zu den
aufgenommenen Wellenformen synthetisch hergestellt,
während bewirkt wird, daß sein Pegel mit der Zeit
ansteigt.