DE3545986A1

DE3545986A1 - ELECTRONICALLY CONTROLLED MUSICAL INSTRUMENT

Info

Publication number: DE3545986A1
Application number: DE19853545986
Authority: DE
Inventors: Franz Sauter; Joerg Teschner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-06-25
Also published as: WO1987003993A1; EP0250500A1

Abstract

An electronically-controlled musical instrument comprises an input device (1) which defines the sounds to be played as switching states or electric signals, a sound recognition circuit (3) connected after the input device and at least one sound source (9) controlled by the sound recognition circuit (3). In order to obtain a harmonically pure tonality depending upon the mode played, a sensor (tonal sensor) (6) harmonically analyses the sounds played upon a usual keyboard or inputs working in a similar way on the basis of a comparison between the successively-combined sounds and the sound groupings characteristic of the 24 modes. A phonic device (intonator 8) is connected with the sound source (9) and ensures that the sounds identified by the recognition device (3) sound in the tonality which best corresponds to the analysis carried out by the tonal sensor (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Musikinstrument mit den Einzelmerkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Musikinstrumentes.The invention relates to a musical instrument with the individual features of the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for Control of a musical instrument.

Als Stand der Technik sind Musikinstrumente bekannt, bei denen sich Tonquellen verschiedenster Art durch elektrische Signale oder Schaltzustände steuern lassen, welche entweder simultan auf Tastaturen erzeugt, oder mittels Datenträger reproduziert, oder durch Computerprogramme generiert werden (vgl. z. B. MIDI-NORM).Musical instruments are known as prior art at of which sound sources of all kinds are caused by electrical Have signals or switching states controlled which either creates simultaneously on keyboards, or reproduced by data medium, or by computer programs generated (see e.g. MIDI-NORM).

Weiterhin ist für die vorliegende Erfindung von Bedeutung, daß bei gängigen Tasteninstrumenten heute ausnahmslos die gleichschwebend temperierte Stimmung üblich ist. Mit dieser Technik der Intonation wurde ein Problem gelöst, das sich aus der Erkenntnis der harmonischen Tonverhältnisse (Zarlino 1517-1590) ergeben hatte: Reine Stimmung der Töne innerhalb der Tonarten und zwischen den Tonarten schien bei Tasteninstrumenten technisch unvereinbar. Mit der wachsenden Bedeutung des harmonischen Übergangs von einer Tonart zur anderen (Modulation) wurde die reine Stimmung in zunehmendem Maße dem Zweck der Modulation geopfert, und zwar durch verschiedene Temperaturen, in denen die bislang einander ausschließenden harmonischen Kriterien unterschiedlich gewichtet waren. Mit der gleichschwebenden Temperatur gelang der Durchbruch zu einem Tastenspiel, das von allen Fesseln der Modulation befreit war. It is also important for the present invention that that with common keyboard instruments today without exception the equally tempered mood is common is. With this technique of intonation became a problem solved that comes from the knowledge of harmonic Tone ratios (Zarlino 1517-1590) resulted: Pure mood of the tones within and between the keys the keys seemed technical on keyboard instruments incompatible. With the growing importance the harmonious transition from one key to another (Modulation) the pure mood was increasing Measured sacrificed for the purpose of the modulation, by different temperatures in which so far each other excluding harmonious criteria were weighted. With the same floating temperature The breakthrough came to a keyboard game by all chains of modulation were released.

Es entstanden nunmehr Bemühungen um die reine Stimmung, die nicht mehr gegen die Vorteile der Temperatur geltend gemacht wurden, sondern darauf gerichtet waren, diese Vorteile auch ohne Temperatur zu realisieren. Diese Versuche waren zunächst deshalb erfolglos, weil sie auf einer Vermehrung der Tasten innerhalb einer Oktave beruhten, deren Bedienung nicht nur praktisch, sondern auch theoretisch kompliziert waren: Zur Bestimmung der richtigen Tasten mußte jedes Musikstück vorweg einer harmonischen Analyse unterzogen werden. Eine exemplarische Darstellung einer solchen Erfindung findet sich bei Shoh´ Tanaka, Studien im Gebiete der reinen Stimmung (in: Chrysander/Spitta/Adler (Hrg.), Vierteljahresschrift für Musikwiss., 6. Jg., Leipzig 1890, S. 1 f.). Das nachfolgende Urteil über eine ähnliche Erfindung Tanakas charakterisiert den Stand der Entwicklung bis in die 60er Jahre:Efforts have now been made for the pure mood, which are no longer valid against the benefits of temperature were made, but were aimed at this Realize advantages even without temperature. These Attempts were initially unsuccessful because they were on an increase in the keys within an octave, their operation not only practical, but were also theoretically complicated: To determine the each piece of music had to have the right keys first be subjected to harmonious analysis. An exemplary Such an invention can be found in Shoh´ Tanaka, studies in the field of pure mood (in: Chrysander / Spitta / Adler (ed.), quarterly for musicology, 6th year, Leipzig 1890, p. 1 f.). The following judgment on a similar invention Tanakas characterizes the state of development up to the 60s:

,6"Alles war erstaunt über den Wohlklang der akustisch reinen Stimmung, der man eine große Zukunft voraussagte . . . Der erhoffte praktische Nutzen freilich blieb aus; eine weitere Verbreitung hat dieses Instrument nicht gefunden, weil es letzten Endes zu kompliziert und zu teuer geworden wäre . . . Auch von anderen Erfindern wurde die Frage der akustisch reinen Stimmungen der Tasteninstrumente immer wieder aufgegriffen und wurden neue Systeme dafür erfunden. Ein durchschlagender Erfolg aber war keinem beschieden. Die Konstruktionen waren zu verwickelt und das Spiel ohne genaue Kenntnis des harmonikalen Klangbildes zu schwierig. Indessen bin ich heute noch der Überzeugung, daß akustisch rein gestimmte Orgelklänge von seltener Schönheit sind und sich insbesondere zu Übertragungen im Rundfunk eignen würden." (Oskar Walcker, 'Erinnerungen eines Orgelbauers', Kassel 1948, S. 17) , 6 "Everything was amazed at the good sound of the acoustic pure mood, which was predicted a great future. . . The hoped-for practical benefit, of course failed to materialize; this has a wider distribution Instrument not found because it ended up too would have been complicated and too expensive. . . From other inventors raised the issue of acoustic pure moods of the keyboard instruments again and again took up and became new systems for it invented. But it was a resounding success not given to anyone. The constructions were closed involved and the game without precise knowledge of the harmonic sound image too difficult. Meanwhile I still believe that acoustically pure tuned organ sounds are of rare beauty and especially about broadcasting would be suitable. " (Oskar Walcker, 'Memories of an Organ Builder', Kassel 1948, p. 17)

Ferner ist im Jahre 1968 ein sog. "Reinstimmungsautomat" bekannt geworden, bei dem die reine Stimmung nicht als Problem der Spielbarkeit aller Tonarten und tonalen Übergänge gefaßt ist, sondern als Anforderung an die Akkorde, Quinten und Terzen prinzipiell in den festen Verhältnissen 2 : 3, 4 : 5 und 5 : 6 erklingen zu lassen, was zu einem musikalisch völlig unrichtigen Resultat führt. Der Hauptmangel eines solchen Instrumentes besteht darin, daß es die Stimmung der Töne ganz unabhängig von der Feststellung der jeweils gespielten Tonart verändert oder beibehält. Die vorstehend bezeichneten Verhältnisse werden unabhängig von dem Zusammenhang, den sie in der Tonart haben (als Beziehung zwischen Tonika, Dominante und Subdominante) zum Ideal erhoben. Außerdem wird für die Umstimmung eines Tones vorausgesetzt, daß mindestens zwei Tasten gleichzeitig niedergedrückt werden - dies ist musikalisch überhaupt nicht zu vertreten. Die vorbezeichneten Mängel an diesem Gerät haben auch dazu geführt, daß es nicht weiterentwickelt wurde, sondern in Vergessenheit geriet.Furthermore, in 1968 a so-called "automatic tuning machine" became known, where the pure mood is not as Problem of playability of all keys and tonal Transitions is made, but as a requirement on the Chords, fifths and thirds in principle in the fixed Ratios 2: 3, 4: 5 and 5: 6 sound what leads to a completely incorrect musical result. The main shortcoming of such an instrument is that it is the mood of the tones regardless of changed the determination of the key played in each case or maintains. The relationships described above regardless of the context that they are in Have key (as relationship between tonic, dominant and subdominant) raised to the ideal. In addition, for the change of tone provided that at least two buttons are depressed simultaneously - this cannot be represented musically at all. The aforementioned Defects in this device have also resulted in that it was not developed further, but in It was forgotten.

Aus diesen und ähnlichen Gründen hat sich im Lauf der Jahre ein Vorurteil gebildet und weltweit durchgesetzt, welches musikalisch die Unvermeidbarkeit der Temperatur bei Tasteninstrumenten behauptet und eine Vermehrung der Tasten zum Sachzwang der reinen Stimmung erklärt:For these and similar reasons, the Years of prejudice and enforced worldwide, which musically is the inevitability of temperature claimed for keyboard instruments and an increase in Keys to force the pure mood explained:

,6"Temperatur (. . .), die Regelung der für die musikalische Praxis unvermeidlichen Abweichungen von der akustischen Reinheit der Intervalle." (Dahlhaus/Eggebrecht (Hrg.), Brockhaus Riemann Musiklexikon, Wiesbaden/Mainz 1979, 2. Band, S. 584)
, 6 "Temperature (....), The regulation of the deviations from the acoustic purity of the intervals, which are inevitable for musical practice." (Dahlhaus / Eggebrecht (ed.), Brockhaus Riemann Musiklexikon, Wiesbaden / Mainz 1979, 2nd volume, p. 584)

Der gleichen Quelle zufolgeAccording to the same source

,6"zwingt die reine Stimmung zur Vervielfachung der Tonhöhenbestimmung der Stufen (also bei Tasteninstrumenten zur Aufspaltung der Tasten)". "6" forces the pure mood to multiply the Pitch determination of the levels (i.e. with keyboard instruments to split the buttons) ".

So gesehenSeen this way

,6"erweist sich eine solche Stimmung als Utopie". (Honegger/Massenkeil (Hrg.), 'Das große Lexikon der Musik', Breisgau 1982, 8. Band, S. 11) , 6 "such a mood turns out to be a utopia". (Honegger / Massenkeil (ed.), 'The Great Lexicon of Music ', Breisgau 1982, 8th volume, p. 11)

Auch wurde in der Vergangenheit der Übergang vom technisch begründeten zum theoretischen Vorurteil vollzogen. Dabei wird aus der angeblichen technischen Unvermeidbarkeit und Endgültigkeit der Temperatur ihre musikalische Notwendigkeit und Angemessenheit begründet.Also in the past, the transition from technical justified to the theoretical prejudice. The alleged technical inevitability becomes and finality of temperature their musical Reasons for necessity and appropriateness.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Musikinstrument mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß seine klangliche Transparenz und Brillianz gegenüber herkömmlichen Geräten dieser Art verbessert ist, ohne daß die Spielbarkeit in herkömmlicher Weise beeinträchtigt ist. The invention has for its object a musical instrument with the features of the preamble of the claim 1 in such a way that its tonal Transparency and brilliance compared to conventional devices this type is improved without losing playability is impaired in a conventional manner.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei zum Erzielen einer harmonisch reinen Stimmung des Instruments abhängig von der gerade gespielten Tonart eine Sensorvorrichtung vorgesehen ist, die den Inhalt der ersten Speichervorrichtung auf das Vorliegen einer eindeutig identifizierten Tonart durch Vergleich mit den abgespeicherten Tonbeständen der 24 Tonarten analysiert. Mit der Tonquelle ist eine Umstimmvorrichtung verbunden, die bei Vorliegen einer eindeutig identifizierbaren Tonart aktivierbar ist und die die infolge einer Betätigung der Toneingabevorrichtung erklingenden Töne innerhalb der aktuell ermittelten Tonart harmonisch rein stimmt.This task is characterized by the characteristics of claim 1 solved, to achieve a harmonious pure tuning of the instrument depending on the just played key provided a sensor device which is the content of the first storage device the presence of a clearly identified key by comparison with the stored clay stocks of the 24 keys analyzed. With the sound source is a retuning device connected, the presence of a clearly identifiable key can be activated and which are due to an operation of the sound input device sounding tones within the currently determined Key is harmonically pure.

Vorteilhafte Weiterbildungen des elektronischen Musikinstrumentes nach der Erfindung sind den Ansprüchen 2-29 zu entnehmen, Ansprüche 30-38 betreffen ein Verfahren zur Steuerung eines elektronischen Musikinstrumentes, um dieses harmonisch rein zu stimmen.Advantageous further developments of the electronic musical instrument according to the invention are claims 2-29 it can be seen that claims 30-38 relate to a method to control an electronic musical instrument in order to tune this harmoniously.

Ausgangspunkt der Erfindung ist die harmonische Analyse des auf einer Eingabevorrichtung gespielten Musikstückes durch einen "tonalen Sensor". Dieser macht es auch möglich, das erfindungsgemäße Musikinstrument in herkömmlicher Weise auf einer herkömmlichen Tastatur in reiner Stimmung zu spielen. Ein Umdenken oder gar Umlernen auf neuartig gestalteten Tastaturen ist nicht notwendig. Die reine Stimmung wird unter Anwendung musikalisch richtiger Grundsätze vollautomatisch immer dann eingeschaltet (d. h. das Instrument abhängig von der gerade aktuell gespielten Tonart umgestimmt), wenn die entsprechende Tonart eindeutig identifiziert ist. Hierzu ist es nicht notwendig, Zwei- oder Mehrklänge (Akkorde) zu spielen, um die Tonart zu identifizieren. Vielmehr ist der tonale Sensor in der Lage, auch willkürlich gespielte Tonfolgen und Tonleitern solange einzuspeichern und zu analysieren, bis eine gespielte Tonart eindeutig festliegt.The starting point of the invention is the harmonic analysis of the piece of music played on an input device through a "tonal sensor". This also makes it possible the musical instrument according to the invention in conventional Way on a conventional keyboard in pure Playing mood. Rethinking or even relearning newly designed keyboards are not necessary. The pure mood becomes more correct when applied musically Principles always switched on fully automatically (i.e. the instrument depends on the currently active played key re-tuned) if the corresponding Key is clearly identified. It is not for this necessary to play two or more sounds (chords) to identify the key. Rather is the tonal Sensor able to play arbitrarily played tone sequences and to store and analyze scales as long as until a played key is clearly defined.

Durch Anspruch 2 wird erreicht, daß das Musikinstrument bei atonalem Spiel oder tonaler Indifferenz (eine Tonart ist nicht eindeutig identifizierbar) nicht in der vorher ermittelten rein gestimmten Tonart weiterklingt, was musikalisch nicht vertretbar wäre, sondern gleichsam als Klangkompromiß in die temperierte Stimmung verfällt.By claim 2 it is achieved that the musical instrument in atonal play or tonal indifference (a key is not clearly identifiable) not in the previous one determined pure tuned key continues what would not be musically justifiable, but rather as Sound compromise falls into the tempered mood.

Vorteilhafte Ausbildungen der Sensorschaltung (im Folgenden auch als tonaler Sensor bezeichnet) sind in Patentansprüchen 5 und 7 enthalten.Advantageous designs of the sensor circuit (in the following also called a tonal sensor) are in the claims 5 and 7 included.

Ansprüche 4 und 6 zielen darauf ab, möglichst einfach ausgebildete Speicher mit möglichst wenig Speicherplatz verwenden zu können.Claims 4 and 6 aim to be as simple as possible trained storage with as little storage space as possible to be able to use.

Ansprüche 8-13 stellen sicher, daß durch den tonalen Sensor Tonartwechsel auch richtig erkannt werden und insbesondere das vorzeitige oder verspätete Auftreten des sog. Taktsignals nicht dazu führt, daß verzögert gespielte Töne einem falschen Harmoniebereich zugeordnet werden und damit zu einer Fehlanalyse führen. Besonders vorteilhaft wirkt sich dabei die Sychronisationsschaltung aus, die bei Vorliegen einer Ausgangstonart die Weiterleitung des Taktsignals an den Tonsammler sowie dessen Speisung um ca. 0,05 s verzögert. Solange keine Ausgangstonart als gegeben im dritten Speicher vorliegt, werden alle aktuell gespielten Töne vom Tonsammler erfaßt und abgespeichert und eine Löschung des Tonsammlers bei Auftreten des Taktsignals auch unterbunden. Claims 8-13 ensure that the tonal Sensor key change can also be correctly recognized and in particular the premature or late occurrence of the so-called clock signal does not lead to delays played notes assigned to a wrong harmony area become and thus lead to a wrong analysis. Especially The synchronization circuit has an advantageous effect off which, when there is an output key Forwarding the clock signal to the sound collector as well its supply is delayed by approx. 0.05 s. As long as none The output key is present in the third memory, all currently played notes are recorded by the sound collector and saved and a deletion of the sound collector also prevented when the clock signal occurs.

Anspruch 14 bietet Vorteile beim Einsatz des Instrumentes im musikschulischen Bereich.Claim 14 offers advantages when using the instrument in the music school area.

Durch Ansprüche 26-29 wird die gesamte Spannweite der Erfindung verdeutlicht, die von modernsten Sound-Samplern bis zu einer herkömmlichen Orgelpfeife mit einer elektromechanischen oder elektromagnetischen Schiebervorrichtung zur Veränderung der wirksamen Pfeifenlänge einsetzbar ist.Claims 26-29 cover the entire range of Invention clarifies that of the most modern sound samplers up to a conventional organ pipe with a electromechanical or electromagnetic slide device to change the effective pipe length can be used.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:The invention is based on an embodiment in the drawing figures explained in more detail. These show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung der wesentlichen Komponenten des Erfindungsgegenstandes; Figure 1 is a block diagram showing the essential components of the subject matter of the invention.

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 is a flow chart to explain the essential steps of the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Instrument kann z. B. folgendermaßen aufgebaut sein:The instrument of the invention can, for. B. as follows be constructed:

Die Toneingabevorrichtung 1 kann ein übliches Manual mit Tastenkontakten sein, die ebensovielen Kombinationen aus Zeilen und Spalten einer Diodenmatrix zugeordnet sind. Die nachgeschaltete Tonerkennung 3 fragt die Tastenkontakte kontinuierlich nacheinander ab und vergleicht jeden Tastenzustand geschlossen oder nicht) mit seinem Vorzustand. Dabei ordnet sie jeder Taste durch Fortzählung einen Tastencode zu, den sie bei jeder Änderung eines Tastenzustandes an den Intonator 8 und bei jedem Tonanfang an den Tonsammler 5) weiterleitet. Der Intonator 8 steuert auf dieser Basis eine Tonquelle 9. Der Tonsammler 5 benutzt den Tastencode zur Speisung einer diesem Code zugeordneten Speicherzelle, wobei alle gleichnamigen Töne einer einzigen Zelle zugewiesen werden können.The sound input device 1 can be a conventional manual with key contacts, which are assigned as many combinations of rows and columns of a diode matrix. The downstream tone detection 3 continuously polls the key contacts one after the other and compares each key state (closed or not) with its previous state. In doing so, it assigns a key code to each key by incrementing it, which it forwards to the intonator 8 each time a key state changes and to the sound collector 5 ) each time the key starts. The intonator 8 controls a sound source 9 on this basis. The tone collector 5 uses the key code to feed a memory cell assigned to this code, it being possible for all the tones of the same name to be assigned to a single cell.

Der Inhalt des Tonsammlers 5 wird von einem tonalen Sensor 6 in einer weiter unten beschriebenen Weise analysiert. Als Ergebnis leitet dieser eine erkannte Tonart oder einen negativen tonalen Befund (indifferent oder atonal) als Binärcode an den Intonator 8, eine optische Anzeige (z. B. Leuchtdioden) und an einen Speicher 7 weiter. Letzterer übernimmt den tonalen Befund jedoch nur auf ein Taktsignal hin, welches von einem Taktsignalgeber 2 stammt, der durch eine vom Spieler betätigte Taste gesteuert werden kann. Mit der Übernahme eines positiven tonalen Befundes fixiert der Speicher 7 die Ausgangstonart, die bei ihrem Vorliegen vom tonalen Sensor 6 verarbeitet werden kann.The content of the sound collector 5 is analyzed by a tonal sensor 6 in a manner described below. As a result, this forwards a recognized key or a negative tonal finding (indifferent or atonal) as a binary code to the intonator 8 , an optical display (e.g. light-emitting diodes) and to a memory 7 . The latter, however, only takes over the tonal finding in response to a clock signal which comes from a clock signal generator 2 , which can be controlled by a key actuated by the player. With the acceptance of a positive tonal finding, the memory 7 fixes the output key which, if present, can be processed by the tonal sensor 6 .

Die Wirksamkeit einer Ausgangstonart wird auch einem Synchronisator 4 signalisiert, welcher die Speisung und Löschung des Tonsammlers 5 steuert: Liegt keine Ausgangstonart vor, so wird keine Löschung zugelassen. Anderenfalls wird eine Löschung durchgeführt, und zwar prinzipiell etwa 0,05 s nach Eintreffen des dem Synchronisator zugeführten Taktsignals; auf der anderen Seite wird die Speisung des Tonsammlers um die gleiche Zeitspanne verzögert, wenn zwischenzeitlich kein Taktsignal eintrifft, bzw. - anderenfalls - erst nach Löschung des Tonsammlers durchgeführt. The effectiveness of an output key is also signaled to a synchronizer 4 , which controls the supply and deletion of the sound collector 5 : If there is no output key, then deletion is not permitted. Otherwise an erasure is carried out, in principle approximately 0.05 s after arrival of the clock signal supplied to the synchronizer; on the other hand, the supply of the sound collector is delayed by the same amount of time if no clock signal arrives in the meantime, or - otherwise - only after the sound collector has been deleted.

Der Intonator 8 steuert die Stimmung der Töne in Abhängigkeit vom Befund des tonalen Sensors 6. Die Stimmung ist temperiert bei negativem, und rein bei positivem tonalen Befund. Bei reiner Stimmung entnimmt der Intonator 8 dem anliegenden Code der ermittelten Tonart den tonartlichen Grundton, an dem er alle Tonverhältnisse harmonisch ausrichtet, und zwar aufgrund einer Tabelle von Verhältniswerten, die er in einem Speicher 10 vorfindet.The intonator 8 controls the mood of the tones depending on the findings of the tonal sensor 6 . The mood is tempered with negative, and pure with positive tonal results. In the case of a pure tuning, the intonator 8 takes the key-type fundamental tone from the code of the ascertained key to which it harmonically aligns all tonal relationships, specifically on the basis of a table of ratio values which it finds in a memory 10 .

Beim Übergang von einer zur anderen Tonart (Modulation) kontrolliert der Intonator 8 auch die Stimmung des Grundtons selbst, und zwar in Abhängigkeit vom Verhältnis der aufeinanderfolgenden Grundtöne und dem entsprechenden Verhältniswert, der in einem weiteren Speicher 11 für jedes Grundtonverhältnis bereitgehalten wird. Die Verhältniswerte der Grundtöne können jedoch auch durch eine Driftkontrolle 12 modifiziert (temperiert) werden, wenn diese per Vergleich feststellt, daß die Stimmung eines Tons durch fortgesetzte Entfernung von der Ausgangsstimmung (bei Spielbeginn) einen Grenzwert überschreitet, der durch die Einstellung eines Reglers (13) definiert wird.When changing from one key to another (modulation), the intonator 8 also controls the tuning of the fundamental tone itself, depending on the ratio of the successive fundamental tones and the corresponding ratio value, which is kept in a further memory 11 for each fundamental tone ratio. However, the ratio values of the basic tones can also be modified (tempered) by a drift control 12 , if this determines by comparison that the tuning of a tone exceeds a limit due to the continued distance from the starting mood (at the start of the game), which is set by the setting of a controller ( 13 ) is defined.

Nachstehend wird die Funktion der nunmehr vorgestellten Vorrichtung erläutert:The function of the now presented is as follows Device explains:

Logischer Ausgangspunkt der Erfindung ist die harmonische Analyse durch einen tonalen Sensor 6. Dessen Funktion beruht auf einem Vergleich des Inhalts des Tonsammlers 5 mit den Tonbeständen der 24 Tonarten, die sich analog der im Tonsammler abgelegten Tonkombination als 12-stellige Binärzahlen ausdrücken lassen, worin jede "1" einen Ton repräsentiert:The logical starting point of the invention is the harmonic analysis by a tonal sensor 6 . Its function is based on a comparison of the content of the tone collector 5 with the tone stocks of the 24 keys, which can be expressed as 12-digit binary numbers analogously to the tone combination stored in the tone collector, in which each "1" represents a tone:

Tabelle I Table I

Die in Tabelle I dargestellten Tonbestände zeigen an, welche Töne in welcher Tonart enthalten sind. Dabei spielt es keine Rolle, in welcher Weise diese Töne jeweils in der üblichen Notenschrift dargestellt werden; zugrundegelegt sind genau die 12 Töne, die auf einer üblichen Tastatur spielbar sind.The clay stocks shown in Table I indicate which notes are contained in which key. Here it doesn't matter in what way these tones each be represented in the usual notation; based on exactly the 12 notes that are on one usual keyboard are playable.

Aus Tabelle I wird auch ersichtlich, daß nicht alle Tonbestände im tonalen Sensor fest abgespeichert sein müssen. Alle Tonbestände lassen sich aus je einem Dur- und Molltonbestand durch zyklische Rotation der entsprechenden Binärzahl gewinnen. It can also be seen from Table I that not all Clay stocks in the tonal sensor must be stored permanently have to. All clay stocks can be made from a major and minor tone by cyclical rotation of the corresponding Win binary number.

Der Inhalt des Tonsammlers, worin sich im Verlauf des Tastenspiels "Einsen" ansammeln, wird beständig mit allen Tonbeständen verglichen, bis zum ersten Mal eine Tonart erkannt wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Vereinbarkeit des Tonsammlerinhalts mit genau 23 Tonbeständen ausgeschlossen ist. Umgekehrt ist die Feststellung einer bestimmten Tonart ausgeschlossen, wenn Vereinbarkeit entweder mit mehr als einem oder mit gar keinem Tonbestand festgestellt wird. Die Vereinbarkeit der erfaßten Töne mit irgendeinem Tonbestand ist definiert durch die Gleichung:The content of the sound collector, in which during the course of the Accumulating the keyboard game "ones" becomes constant with compared to all stocks, until the first time one Key is recognized. This is the case if the Compatibility of the sound collector's content with exactly 23 sound holdings is excluded. The opposite is the finding a certain key excluded if compatibility either with more than one or with at all no clay stock is found. The compatibility the tones recorded with any tonal stock are defined through the equation:

Tonsammlerinhalt ⟩ Tonbestand = TonbestandTone collector content⟩ tone stock = tone stock

Sobald eine (Ausgangs-)Tonart erkannt ist, ändert sich die Funktionsweise des tonalen Sensors: Dieser überwacht nun den Tonsammlerinhalt im Hinblick auf das Auftreten von Tönen, die außerhalb des Tonbestandes der vorher ermittelten Tonart liegen. Beim Auftauchen solcher Töne prüft der tonale Sensor, ob eine Modulation stattfindet. Für diese gilt, daß sämtliche Bestandteile der Harmonie, welche "fremde" Töne enthält, mit irgendeinem Tonbestand vereinbar sein müssen. Die Feststellung einer Modulation setzt daher voraus, daß im Tonsammler immer nur Bestandteile der gerade erklingenden Harmonie gesammelt und vorgefunden werden. Der Tonsammler muß folglich beim Vorliegen einer Ausgangstonart für eine mögliche Modulation stets zum Zeitpunkt des Harmoniewechsels gelöscht und mit evtl. über den Harmoniewechsel fortklingenden Tönen neu gespeist werden. As soon as a (starting) key is recognized, changes How the tonal sensor works: This monitors now the sound collector content with regard to the occurrence of tones outside the tonal range of the previous determined key. When such tones appear the tonal sensor checks whether modulation is taking place. For these it applies that all components of harmony, which contains "foreign" tones with some kind of tone must be compatible. The detection of a modulation therefore presupposes that only parts of the clay collector the harmony just sounding and be found. The sound collector must therefore at There is an output key for possible modulation always deleted at the time of the harmony change and with possibly continuing over the harmony change Tones are fed again.

Im Normalfall wechselt die Harmonie am Taktanfang, im Ausnahmefall am Anfang eines übergeordneten Taktteils. Da die Wahrnehmung des Harmoniewechsels Bestandteil der rhythmischen Intuition ist, die ein Tastenspieler ohnehin braucht, kann die Trennung der Harmonien für die tonale Analyse durch eine Takttaste gesteuert werden.Normally the harmony changes at the beginning of the bar, in Exceptional case at the beginning of a higher-level part of the bar. Since the perception of the change in harmony is part of the rhythmic intuition is a key player anyway needs, the separation of the harmonies for the tonal analysis can be controlled by a tact button.

Zur sauberen Trennung der Harmonien sind jedoch Vorkehrungen zu treffen, welche verhindern sollen, daß der tonale Sensor durch Tasten irritiert wird, die relativ zur Takttaste (oder auch einer maschinellen Taktvorgabe) "zu früh" gedrückt oder "zu spät" losgelassen werden. Der "Zeitpunkt", zu dem der Harmoniewechsel stattfindet und in dem Tasten losgelassen und gedrückt werden, kann nämlich vom Standpunkt einer elektronischen Schaltung ein "Zeitraum" sein.However, precautions are necessary for the clean separation of the harmonies to meet, which should prevent the tonal sensor is irritated by buttons that are relative to the cycle key (or an automatic cycle specification) "pressed too early" or released "too late". The "time" at which the change of harmony takes place and in which keys can be released and pressed namely from the standpoint of an electronic circuit be a "period".

Dieser Zeitraum ist aufgrund experimenteller Untersuchungen mit ca. 0,05 s anzusetzen, insofern innerhalb einer solchen Dauer musikalische "Ereignisse" weder beim Spiel noch in der Wahrnehmung rhythmisch getrennt werden.This period is based on experimental studies to be set at approx. 0.05 s, within that such a duration musical "events" neither at Game can still be rhythmically separated in perception.

Um zu verhindern, daß der tonale Sensor verklingende Töne der beginnenden Harmonie und anklingende Töne der verklungenen Harmonie zurechnet, wird die Löschung und Speisung des Tonsammlers durch einen Synchronisator 4 gesteuert, der folgendermaßen funktioniert: In order to prevent the tonal sensor from counting decaying tones of the beginning harmony and recurring tones of the decaying harmony, the deletion and supply of the tone collector is controlled by a synchronizer 4 , which functions as follows:

1. Die Löschung des Tonsammlers erfolgt erst ca. 0,05 s nach Eintreffen des Taktsignals. Werden zwischenzeitlich Tontasten losgelassen, so können die entsprechenden Töne nicht mehr als Bestandteile der nachfolgenden Harmonie in den Tonsammler gelangen.1. The sound collector is only deleted after approx. 0.05 s after arrival of the clock signal. In the meantime Tone buttons released, so the corresponding Tones no longer as part of the subsequent harmony in the sound collector.

2. Die Speisung des Tonsammlers wird zunächst verzögert und im Falle eines zwischenzeitlich eintreffenden Taktsignals erst nach der darauf beruhenden Löschung im Tonsammler aufgenommen. Auf diese Weise können zu früh gedrückte Tasten nicht bewirken, daß anklingende Töne als Bestandteile der verklingenden Harmonie analysiert werden.2. The supply of the sound collector is initially delayed and in the case of one that arrives in the meantime Clock signal only after the deletion based thereon recorded in the sound collector. That way you can too Keys pressed early do not cause the ringing Tones as components of the decaying harmony to be analyzed.

Damit der tonale Sensor eine Modulation, d. h. einen eindeutigen Übergang in eine andere Tonart erkennt, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:
1. Eine Ausgangstonart liegt vor.
2. Die erklingende Harmonie ist mit dem Tonbestand der Ausgangstonart unvereinbar.
3. Sie ist mit dem Tonbestand mindestens einer anderen Tonart vereinbar.
4. Unter diesen (mit der erklingenden Harmonie vereinbaren) Tonbeständen gibt es einen, der mehr Töne mit der Ausgangstonart gemeinsam hat als die übrigen. In order for the tonal sensor to recognize a modulation, ie a clear transition to another key, the following conditions must be met:
1. There is an output key.
2. The sounding harmony is incompatible with the tonality of the original key.
3. It is compatible with the tonal range of at least one other key.
4. Of these (compatible with the sounding harmony), there is one that has more tones in common with the starting key than the rest.

Jede der vier Bedingungen wird nur dann untersucht, wenn die jeweils vorangegangene Bedingung erfüllt ist. Die erste Bedingung ist erfüllt, wenn die eingangs beschriebene Suche nach einer Ausgangstonart erfolgreich war und bis zum Beginn der nächsten Harmonie kein Ton vorkam, der mit der erkannten Tonart unvereinbar ist. Eine Ausgangstonart liegt außerdem mit jeder Tonart vor, die als Resultat einer Modulation selbstverständlich Ausgangspunkt einer neuen Modulation sein kann. Die Erfüllung der 2. Bedingung bedeutet, daß die Ausgangstonart außer Kraft gesetzt ist. Ob es sich dabei um eine Modulation handelt, bei der eine neue Tonart identifiziert wird, entscheidet sich erst bei der 4. Bedingung. Letztere schließt auch den Sonderfall ein, daß nur ein Tonbestand mit der untersuchten Harmonie vereinbar ist. Zur Prüfung der 4. Bedingung werden die mit der erklingenden Harmonie vereinbaren Tonbestände in logischer Und-Verknüpfung mit dem Tonbestand der Ausgangstonart erfaßt, die Einsen in den resultierenden Binärzahlen gezählt und die Ergebnisse verglichen.Each of the four conditions is only examined if the previous condition is met. The The first condition is met if the one described at the beginning Search for an initial key was successful and until the beginning of the next harmony there was no sound, which is incompatible with the recognized key. An exit key is also available with any key that is as Result of a modulation, of course, the starting point of a new modulation. The fulfillment The 2nd condition means that the output key except Force is set. Whether it's modulation where a new key is identified, only decides on the 4th condition. Latter also includes the special case that only one ton inventory is compatible with the examined harmony. For testing The 4th condition is the one with the sounding harmony agree on clay stocks in a logical AND-connection with the tonality of the starting key, the ones counted in the resulting binary numbers and the results compared.

Die Nichterfüllung der 3. Bedingung signalisiert atonale Verhältnisse; die Nichterfüllung der 4. Bedingung ist gleichbedeutend damit, daß die Ausgangstonart verlassen wurde, ohne daß ein Übergang in eine bestimmte andere Tonart vollzogen wurde, daß also die tonale Bestimmtheit des Stücks (zunächst) verlorengegangen ist. Beide Fälle führen dazu, daß beim Harmoniewechsel die 1. Bedingung entfällt, daß als erst wieder eine neue Ausgangstonart (ohne Löschung des Tonspeichers) gesucht werden muß. The non-fulfillment of the 3rd condition signals atonal Relationships; is the non-fulfillment of the 4th condition synonymous with leaving the original key was without a transition to a specific other Key was carried out, that is, tonal certainty of the piece is (initially) lost. Both cases lead to the 1st condition when changing the harmony there is no need for a new output key (without deleting the audio memory).

Soweit der harmonische Befund des tonalen Sensors auf einer Untersuchung der Harmonien beruht, kann er auch erst erfolgen, wenn jeweils alle Bestandteile der Harmonie erklungen sind, also beim Wechsel in die nächste Harmonie. Eine Modulation wird daher prinzipiell erst im nachhinein erkannt:
1. nach ihrem Vollzug, der mit dem Eintritt in die modulierende Harmonie zusammenfällt, also mit dem Anfang der aus der Ausgangstonart herausgefallenen Harmonie;
2. nach dem Auftreten modulierender Töne, welche die Ausgangstonart außer Kraft setzen.Insofar as the harmonic finding of the tonal sensor is based on an examination of the harmonies, it can also only take place when all components of the harmony have sounded, that is, when changing to the next harmony. A modulation is therefore only recognized in retrospect:
1. after its completion, which coincides with the entry into the modulating harmony, ie with the beginning of the harmony that has dropped out of the initial key;
2. after the appearance of modulating tones that override the output key.

Ein endgültiger harmonischer Befund, mit dem auch die Ausgangstonart für eine evtl. nachfolgende Modulation definiert ist, kann also erst beim Verklingen einer Harmonie erfolgen. Beim Auftreten modulierender Töne können jedoch vorläufige Feststellungen getroffen werden - unter dem Vorbehalt einer noch möglichen Korrektur. Ein tonaler Befund muß revidiert und durch einen neuen ersetzt werden, wenn nachfolgende Bestandteile der Harmonie in Widerspruch zu ihm geraten. Diese Verlaufsform des harmonischen Urteilens ist nicht nur günstig für die darauf gegründete Intonation, sondern entspricht auch dem harmonischen Eindruck des Hörers, wie sich leicht demonstrierten läßt.A final harmonious finding with which the Output key for a possible subsequent modulation is defined, can therefore only when one fades away Harmony. When modulating tones occur however, preliminary findings can be made - subject to a possible correction. A tonal finding must be revised and replaced by a new one to be replaced if subsequent components of harmony to contradict him. This shape harmonic judgment is not only favorable for the intonation based on it, but also corresponds the harmonic impression of the listener, how easy demonstrated.

Die Ergebnisse des tonalen Sensors, die natürlich optisch angezeigt werden können, steuern die Intonation der Töne. Dabei muß man, wie sich gezeigt hat, beständig damit rechnen, daß zeitweise keine Tonart identifizierbar ist. In diesen Fällen gibt es keine Alternative zur Temperatur, da die reine Intonation tonartlicher Verhältnisse deren Konstitution voraussetzt. Es müssen also möglichst unauffällige Übergänge zwischen temperierter und reiner Stimmung stattfinden können, und diese verlaufen in jeder Richtung optimal, wenn derjenige Ton, der Grundton einer Tonart war bzw. wird, in seiner Stimmung belassen und zum Maßstab für die Ausrichtung der übrigen Töne wird.The results of the tonal sensor, of course, optically can control the intonation of sounds. As has been shown, you have to be constant reckon that at times no key can be identified is. In these cases there is no alternative to Temperature, because the pure intonation of key relationships whose constitution presupposes. So it must as unobtrusive transitions between tempered and pure mood can take place, and these run optimal in every direction when the tone the key of a key was or will be in its mood leave and become the benchmark for the alignment of the remaining tones.

Die Tonverhältnisse einer Tonart, wie sie sich aus dem Verhältnis von Tonika, Dominante und Subdominante ergeben, finden sich in der folgenden Tabelle (Grundton = 1):The tonal relationships of a key as it results from the Ratio of tonic, dominant and subdominant, can be found in the following table (root note = 1):

Tabelle II Table II

Bei der Modulation werden nicht nur die internen Tonverhältnisse einer Tonart rein gestimmt, sondern auch die externen Verhältnisse zwischen den wechselnden Grundtönen, an denen sich die übrigen Töne ausrichten. Diese Grundtonverhältniise ergeben sich in Abhängigkeit vom Tongeschlecht der Ausgangstonart für 23 mögliche Übergänge in eine andere Tonart jeweils nach dem Prinzip der maximalen Übereinstimmung der Tonbestände, d. h. der möglichst geringen Umstimmung übereinstimmender Töne. Nur für zwei Übergänge ergeben sich keine harmonisch eindeutigen Lösungen, bei denen die Ersetzung temperierter Grundtonverhältnisse vorteilhaft erscheint. When modulating, not only the internal tone ratios tuned in a key, but also that external relationships between the changing fundamental tones, to which the other tones are aligned. These Fundamental tones depend on the Sound type of the initial key for 23 possible transitions in a different key according to the principle of maximum match of the clay stocks, d. H. the the least possible change in matching tones. Only two transitions do not result in harmony clear solutions where the replacement is tempered Fundamentals appear advantageous.

Tabelle III zeigt die Verhältnisse der Grundtöne zweier unmittelbar aufeinanderfolgenden Tonarten für alle möglichen Übergänge (Ausgangstonart 1):Table III shows the ratios of the fundamental tones of two consecutive keys for all sorts Transitions (output key 1):

Tabelle III Table III

Das Auftreten von Tönen, welche eine Ausgangstonart außer Kraft setzen, führt zu einer Analyse, in deren Resultat die neue Tonart und daher auch die genaue Stimmung dieser Töne festgestellt wird. Da die Töne aber erklingen sollen, wenn der Spieler die Tasten drückt, müssen die modulierenden Töne eine ganz bestimmte Tonhöhe haben, bevor die von ihnen ausgelöste Umstimmung stattgefunden hat. Antizipiert man alle möglichen Stimmungen, die jeder modulierende Ton haben kann (unter Zugrundelegung der Tabellen II und III), so zeigt sich, daß immer nur drei Stimmungen in Betracht kommen, deren Verhältnis zueinander konstant ist:The appearance of tones, which is an initial key overriding leads to an analysis in which Result the new key and therefore the exact mood of these tones is detected. Because the sounds should sound when the player presses the buttons the modulating tones have a very specific pitch have before the retaliation triggered by them has taken place. If you anticipate all possible moods, that every modulating tone can have (under On the basis of Tables II and III), it shows that that only three moods are considered, whose Ratio to each other is constant:

81/80 : 1 : 2025/204881/80: 1: 2025/2048

Gibt man nun prinzipiell die mittlere Stimmung vor, so kann der modulierende Ton bei seinem Anklingen nie weiter von seiner nachträglich eingestellten Höhe abweichen als um das syntonische Komma (81/80). Für die um die modulierenden Zwischentöne ergänzten Tonbestände ergeben sich auf dieser Grundlage folgende Verhältnisse:If you now specify the middle mood, in principle the modulating tone can never continue when deviate from the height subsequently set than around the syntonic comma (81/80). For those around modulating intermediate tones result in additional tonalities on this basis the following relationships:

Tabelle IV Table IV

Für eine einfache Konstruktion des Intonators 8 sowie für die Steuerung verschiedenartigster Tonquellen ist es vorteilhaft, die reine Stimmung als korrigierte Temperatur auszudrücken. Die Temperatur ist dabei in dem Verhältnis zu korrigieren, in dem sie von der reinen Stimmung abweicht.For a simple construction of the intonator 8 and for controlling a wide variety of sound sources, it is advantageous to express the pure mood as a corrected temperature. The temperature must be corrected in the ratio in which it deviates from the pure mood.

Da alle tonalen Verhältnisse aus den Grundverhältnissen Quinte und Terz abgeleitet sind, genügt es, die Verstimmung dieser beiden Tonverhältnisse infolge der Temperatur zu erfassen. Für die Quintenverstimmung (q) und die Terzverstimmung (t) errechnen sich folgende Werte: Since all tonal relationships are derived from the basic relationships of fifth and third, it is sufficient to grasp the detuning of these two tonal relationships due to the temperature. The following values are calculated for the fifths detuning ( q ) and the thirds detuning ( t ):

Es zeigt sich nun, daß so daß t ohne nennenswerten Verlust an Genauigkeit durch den Wert y ^-7 ersetzt werden kann. Damit lassen sich aber alle tonartlichen Verhältnisse durch die Formel ausdrücken. Tabelle IV läßt sich daher in eine Form umwandeln, worim m in Abhängigkeit von n (für n = 0 bis 11) dargestellt ist:It now turns out that so that t can be replaced by the value y ^-7 without any significant loss of accuracy. With this, however, all key relationships can be determined by the formula express. Table IV can therefore be converted into a form in which m is shown as a function of n (for n = 0 to 11):

Tabelle IV Table IV

Entsprechend läßt sich Tabelle III umwandeln:Table III can be converted accordingly:

Tabelle VI Table VI

Mit Hilfe dieser Tabellen lassen sich z. B. fest abgespeicherte Frequenzen mit den Werten f × q ^m ansteuern: Beim Übergang von temperierter zu reiner Stimmung ist der ermittelten (und sinnvollerweise in chronatischer Reihenfolge codifizierten) Tonart zu entnehmen, für welche Töne die n-Werte in Tabelle V den Betrag 0, 1, 2, 3 usw. haben. Die entsprechenden m-Werte repräsentieren dann eine Verschiebung in der Ansteuerung der Frequenztabellen. Beim Übergang in die Temperatur wird dieser Vorgang einfach rückgängig gemacht.With the help of these tables z. B. Activate permanently stored frequencies with the values f × q ^m : When changing from tempered to pure tuning, the determined key (and sensibly coded in chronological order) shows the key for which tones the n values in table V show the amount 0, 1, 2, 3, etc. The corresponding m values then represent a shift in the control of the frequency tables. This process is simply reversed when the temperature changes.

Bei der Modulation resultiert die Verschiebung im Bezug auf die Frequenztabellen aus drei (hypothetischen) Verschiebungen:
1. Die auf der Ausgangstonart beruhende Verschiebung wird rückgängig gemacht.
2. Eine entsprechende Verschiebung aufgrund der ermittelten Tonart wird vorgenommen.
3. Das Grundtonverhältnis wird mit Hilfe der Tabelle VI korrigiert. Der n-Wert wird vorher aus der Differenz der Tonart-Codes erschlossen. Der entsprechende m- Wert gibt dann die Verschiebung an, die alle Töne gleichermaßen betriff.With modulation, the shift in relation to the frequency tables results from three (hypothetical) shifts:
1. The shift based on the original key is canceled.
2. A corresponding shift based on the determined key is carried out.
3. The fundamental ratio is corrected using Table VI. The n value is previously derived from the difference in the key codes. The corresponding m value then indicates the shift that affects all tones equally.

Sofern der m-Wert bei der 3. Teilverschiebung in aufeinanderfolgenden Modulationen das gleiche Vorzeichen behält, driften die Töne in der entsprechenden Richtung (nach oben oder unten) ab. Da ein solches Abdriften musikalisch nicht ausgeschlossen werden kann, liegt es nahe, eine willkürliche Grenze zu setzen, innerhalb deren dieses Abdriften erlaubt sein soll. Wird diese Grenze überschritten, so entfällt die Korrektur der Grundtonverhältnisse mit Hilfe der dritten Teilverschiebung solange, bis der ermittelte m-Wert das Vorzeichen wechselt. Zur Festlegung der gewünschten Grenzen wird die Driftkontrolle 12 von einem Regler 13 gesteuert, der natürlich auch dazu benutzt werden kann, das Abdriften von vorneherein zu unterbinden.If the m value remains the same in the third partial shift in successive modulations, the tones drift in the corresponding direction (up or down). Since such a drift cannot be ruled out musically, it makes sense to set an arbitrary limit within which this drift should be permitted. If this limit is exceeded, the correction of the fundamental tone relationships with the aid of the third partial shift is omitted until the determined m value changes sign. To determine the desired limits, the drift control 12 is controlled by a controller 13 , which of course can also be used to prevent drifting from the outset.

Erlaubt man den Tönen für die Variation ihrer Stimmung eine Bandbreite, die größer ist als ein Halbton, so überschneiden sich die Frequenztabellen. Man kann sie dann der Einfachheit halber in einer Tabelle integrieren, indem man q durch den Wert annähert, die Oktave also gleichmäßig in 12 × 51 Tonschritte zerlegt.If the tones are allowed a bandwidth that is greater than a semitone for the variation of their mood, the frequency tables overlap. You can then integrate them into a table for the sake of simplicity by dividing q by the value approximates the octave evenly divided into 12 × 51 steps.

Zur Erläuterung der wesentlichen Verfahrensschritte der Verfahrensansprüche wird auf Fig. 2 verwiesen. Darin ist vorausgesetzt, daß bei jedem Niedergehen einer Tontaste ein erster programmierbarer Zähler und nach jedem Taktsignal ein zweiter Zähler gestartet wird. Beide Zähler sind so programmiert, daß sie nach 0,05 s abgelaufen sind. Im Hinblick auf diese Zähler erfüllt die Abfrage "Zähler abgelaufen?" in Fig. 2 dieselbe Funktion wie der Synchronisator 4 in Fig. 1. Ansonsten ist das Flußdiagramm gemäß Fig. 2 aus sich selbst verständlich.For an explanation of the essential method steps of the method claims, reference is made to FIG. 2. This presupposes that a first programmable counter is started each time a tone key goes down and a second counter is started after each clock signal. Both counters are programmed so that they expire after 0.05 s. With regard to these counters, the query "counter expired?" the flowchart in Fig. 2 have the same function as the synchronizer 4 in Fig. 1. Otherwise, according to FIG. 2 self-explanatory.

Claims

1. Elektronisch gesteuertes Musikinstrument mit:
- einer Eingabevorrichtung (1), durch welche die zu spielenden Töne als Schaltzustände oder elektrische Signale definiert sind,
- einer dieser Eingabevorrichtung nachgeschalteten Tonerkennungsschaltung (3),
- mindestens einer durch die Tonerkennungsschaltung ansteuerbaren Tonquelle (9),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- Zum Erzielen einer harmonisch reinen Stimmung des Instruments abhängig von der gerade gespielten Tonart ist eine Sensorvorrichtung (tonaler Sensor 6) vorgesehen, die das Tastenspiel auf einer üblichen Tastatur oder ähnlich wirkende Eingaben harmonisch aufgrund eines Vergleichs der sukzessive zu Tonkombinationen angesammelten Töne mit den Tonbeständen der 24 Tonarten analysiert;
- mit der Tonquelle (9) ist eine Stimmvorrichtung (Intonator 8) verbunden, die bewirkt, daß die durch die Tonerkennung (3) identifizierten Töne in der Stimmung erklingen, welche dem Befund des tonalen Sensors (6) am besten entspricht.1. Electronically controlled musical instrument with:
- an input device ( 1 ), through which the tones to be played are defined as switching states or electrical signals,
- a tone detection circuit ( 3 ) connected downstream of this input device,
- at least one sound source ( 9 ) which can be controlled by the sound detection circuit,
characterized by the following features:
- In order to achieve a harmonious, pure tuning of the instrument depending on the key being played, a sensor device (tonal sensor 6 ) is provided, which harmoniously plays the keys on a conventional keyboard or inputs with a similar effect based on a comparison of the tones which have gradually been accumulated into tone combinations with the tones of the 24 keys analyzed;
- With the sound source ( 9 ), a tuning device (intonator 8 ) is connected, which causes the tones identified by the tone detection ( 3 ) to sound in the mood which best corresponds to the finding of the tonal sensor ( 6 ).

2. Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonquelle (9) eine temperierte Stimmung aufweist, sobald der tonale Sensor (6) tonale Indifferenz oder Atonalität feststellt.2. Musical instrument according to claim 1, characterized in that the sound source ( 9 ) has a tempered mood as soon as the tonal sensor ( 6 ) detects tonal indifference or atonality.

3. Musikinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgaben der Tonerkennung (3) in einem Tonsammler (5) derart festgehalten werden, daß im Tonsammler die bislang gespielten bzw. ungespielten Töne als Kombination von geladenen bzw. ungeladenen Speicherzellen erscheint. 3. Musical instrument according to claim 1 or 2, characterized in that the outputs of the sound recognition ( 3 ) in a sound collector ( 5 ) are recorded such that the previously played or unplayed sounds appear in the sound collector as a combination of loaded or uncharged memory cells.

4. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gespielten Töne im Tonsammler (5) abhängig von ihrer Oktavlage als 12-Bit-Information eingespeichert werden.4. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the played tones in the sound collector ( 5 ) are stored as 12-bit information depending on their octave position.

5. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der tonale Sensor (6) eine Reihe von elektronischen Vergleichervorrichtungen umfaßt, welche bewirken, daß der Inhalt des Tonsammlers (5) auf Verträglichkeit mit den analog abgespeicherten Tonbeständen der 24 Tonarten überprüft wird, und daß eine für den Intonator (8) maßgebliche Tonart genau dann identifiziert und ausgegeben wird, wenn entweder nur einer der 24 Tonbestände die im Tonsammler gespeicherten Töne exklusiv enthält, oder wenn bei Unverträglichkeit des Tonsammler-Inhaltes mit dem Tonbestand einer gegebenen Ausgangstonart Tonarten existieren, deren Tonbestände mit dem Tonsammler-Inhalt verträglich sind und sich unter diesen eine befindet, deren Tonbestand mit demjenigen der Ausgangstonart verglichen mehr gemeinsame Töne aufweist als alle anderen Tonbestände, die mit dem Tonsammler-Inhalt verträglich sind. 5. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the tonal sensor ( 6 ) comprises a number of electronic comparator devices, which have the effect that the content of the sound collector ( 5 ) is checked for compatibility with the analogue stored tonalities of the 24 keys, and that a key that is relevant for the intonator ( 8 ) is identified and output precisely when either only one of the 24 key collections contains the tones stored in the sound collector exclusively, or when there are keys that are incompatible with the key collection of a given starting key, whose tonal holdings are compatible with the tone collector's content and among which there is one whose tone holdings have more common tones compared to that of the original key than all other tonal holdings which are compatible with the tone collector's content.

6. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im tonalen Sensor (6) benötigten Tonbestände aus nur jeweils einer Dur- und Molltonart durch sukzessive Rotation der binär codierten Tonbestände gewonnen werden.6. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the tone stocks required in the tonal sensor ( 6 ) are obtained from only one major and minor key by successive rotation of the binary-coded tone stocks.

7. Musikinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der tonale Sensor (6) ein Speicherwerk enthält, worin die vorweg ermittelten Ergebnisse der Vergleichervorrichtung für jeden beliebigen Tonsammler-Inhalt und für jede mögliche Ausgangstonart fest abgespeichert sind, so daß der Tonsammler-Inhalt (12 Bit) und die Ausgangstonart (5 Bit) einen Speicherplatz definieren, in dem der Code für die identifizierte Tonart oder für einen negativen tonalen Befund vorgefunden wird.7. Musical instrument according to claim 5, characterized in that the tonal sensor ( 6 ) contains a memory, in which the previously determined results of the comparator device are permanently stored for any tone collector content and for any possible output key, so that the tone collector content ( 12 bit) and the output key (5 bit) define a memory location in which the code for the identified key or for a negative tonal finding is found.

8. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die korrekte Funktion des erfindungsgemäßen Instruments durch einen Taktsignalgeber (2) sichergestellt wird, der entweder aus einer von einem Spieler betätigbaren Takttaste besteht oder über eine Taktvorgabeeinrichtung (Metronom) gesteuert wird und den Zeitpunkt des Harmoniewechsels für alle Bauteile signalisiert, deren Funktionieren von diesem Signal abhängt.8. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the correct function of the instrument according to the invention is ensured by a clock signal generator ( 2 ) which either consists of a tactile button actuated by a player or is controlled by a clock setting device (metronome) and the time of the harmony change signaled for all components, the functioning of which depends on this signal.

9. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des tonalen Sensors (6) beim Eintreffen des Taktsignals aus dem Taktsignalgeber (2) in einen Speicher (7) übernommen wird, der dem tonalen Sensor damit die Ausgangstonart für die Analyse der nachfolgenden Harmonie verfügbar macht.9. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the result of the tonal sensor ( 6 ) upon arrival of the clock signal from the clock signal generator ( 2 ) in a memory ( 7 ) is adopted, the tonal sensor thus the output key for the analysis of the following harmony.

10. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelmäßige Löschung des Tonsammlers (5) von einer Schaltung (Synchronisator 4 ) derart gesteuert wird, daß bei einem positiven tonalen Befund im Speicher für die Ausgangstonart (7) das vom Taktsignalgeber (2) empfangene Signal als Direktive zur Löschung des Tonsammlers weitergegeben wird. 10. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that a regular deletion of the sound collector ( 5 ) by a circuit (synchronizer 4 ) is controlled such that with a positive tonal finding in the memory for the output key ( 7 ) that of the clock signal generator ( 2 ) received signal is passed on as a directive for deleting the sound collector.

11. Musikinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Weitergabe des Taktsignals kurzfristig verzögert wird.11. Musical instrument according to claim 10, characterized, that the passing of the clock signal in the short term is delayed.

12. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisator (4) von der Tonerkennung (3) bei jedem Tonanfang ein Signal erhält, infolgedessen er die Übernahme des gespielten Tones aus der Tonerkennung in den Tonsammler (5) durch Blockierung des Tonsammlers kurzfristig verzögert.12. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the synchronizer ( 4 ) from the tone detection ( 3 ) receives a signal at each tone start, as a result of which he takes over the played sound from the tone detection in the tone collector ( 5 ) by blocking the Tonsammers delayed in the short term.

13. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungen bei der Löschung und Speisung des Tonsammlers etwa 0,02 s-0,08 s, insbesondere 0,05 s betragen. 13. Musical instrument according to one of the preceding Claims 11 or 12, characterized, that the delays in extinguishing and feeding the sound collector about 0.02 s-0.08 s, in particular 0.05 s.

14. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Tonart, tonale Indifferenz oder Atonalität auf einer optischen Anzeigevorrichtung (14) dargestellt wird.14. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the determined key, tonal indifference or atonality is shown on an optical display device ( 14 ).

15. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intonator (8) durch das Ausgangssignal des Taktsignalgebers (2) zur Übernahme des Ergebnisses des tonalen Sensors (6) veranlaßt wird.15. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the intonator ( 8 ) is caused by the output signal of the clock signal generator ( 2 ) to take over the result of the tonal sensor ( 6 ).

16. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intonator (8) bei identifizierter Tonart alle Töne in ihrem harmonischen Frequenzverhältnis zum Grundton der erkannten Tonart stimmt. 16. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the intonator ( 8 ) with identified key all tones in their harmonic frequency ratio to the fundamental of the recognized key is correct.

17. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intonator (8) bei erkannter Modulation (Übergang von einer Tonart zur anderen) den neuen Grundton im harmonischen Frequenzverhältnis zum vorangegangen Grundton stimmt.17. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the intonator ( 8 ), when modulation is detected (transition from one key to another), the new fundamental tone is in harmonic frequency relation to the previous fundamental tone.

18. Musikinstrument nach Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Intonator (8) die für seine Funktion benötigten Frequenzverhältnisse spezifiziert nach Tongeschlecht (Dur/Moll) als tabellarisch abgespeicherte Verhältniswerte zwei speziellen Speichern (10 und 11) entnimmt.18. Musical instrument according to claims 16 and 17, characterized in that the intonator ( 8 ) specifies the frequency ratios required for its function according to the tone gender (major / minor) as tabulated ratio values from two special memories ( 10 and 11 ).

19. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugriff auf die abgespeicherten Grundtonverhältnisse aufgrund einer Subtraktion der Codes für die neue und vorangegangene Tonart gesteuert wird, wobei die Tonarten in chromatischer Abfolge codifiziert sind. 19. Musical instrument according to one of the preceding Expectations, characterized, that access to the stored fundamental ratios due to a subtraction of the Codes for the new and previous key is controlled, the keys in chromatic Sequence are coded.

20. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang zwischen reiner und temperierter Stimmung oder umgekehrt die Stimmung desjenigen Tones, der tonartlicher Grundton war oder wird, beibehalten wird.20. Musical instrument according to one of the preceding Expectations, characterized, that in the transition between pure and tempered Mood or vice versa the mood of the one Tones, which was the fundamental key or will be maintained.

21. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intonator (8) die Ergebnisse des tonalen Sensors (6) kontinuierlich übernimmt und seine Umstimmung (u. U. wiederholt) auf diejenige Tonart und zugehörige Grundtonstimmung gründet, die er jeweils beim letzten Signal des Taktsignalgebers (2) in einem gesonderten Speicher fixiert hat.21. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the intonator ( 8 ) continuously takes over the results of the tonal sensor ( 6 ) and bases its re-tuning (possibly repeatedly) on the key and associated key note mood which it is in each case last signal of the clock signal generator ( 2 ) fixed in a separate memory.

22. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intonator (8) die Stimmung der Töne (oder eines Tones), welche durch wiederholte Berücksichtigung der Grundtonverhältnisse nach oben oder unten abdriften kann, einer Driftkontrolle (12) zuführt, welche die eingegebenen Werte mit bestimmten Grenzwerten vergleicht und bei deren Überschreiten den Intonator dazu veranlaßt, solange temperierte Grundtonverhältnisse zugrundezulegen, bis die Berücksichtigung der harmonisch reinen Grundtonverhältnisse ein Zurückdriften erlaubt.22. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the intonator ( 8 ) the mood of the tones (or a tone), which can drift up or down by repeated consideration of the fundamental tone relationships, a drift control ( 12 ) which the compares the entered values with certain limit values and, if they are exceeded, causes the intonator to use tempered keynote ratios until consideration of the harmonically pure keynote conditions allows a drifting back.

23. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Driftkontrolle (12) maßgeblichen Grenzwerte durch ein Intervall definiert werden, dessen Größe durch einen Regler (13) eingestellt werden kann und im Extremfall von vorneherein kein Abdriften zuläßt.23. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the limit values relevant for the drift control ( 12 ) are defined by an interval, the size of which can be set by a controller ( 13 ) and, in extreme cases, does not permit drifting from the outset.

24. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältniswerte der Speichervorrichtung (10 und 11), welche den Umstimmungen zugrundegelegt werden, als Abweichungen von den entsprechenden temperierten Frequenzverhältnissen fixiert sind, deren Maßeinheit die Quintenverstimmung (3/2 : 2^7/12) ist. 24. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio values of the storage device ( 10 and 11 ), which are used as the basis for the re-tuning, are fixed as deviations from the corresponding temperature-controlled frequency ratios, the unit of measure of which is the mis-fifth (3/2: 2 ^{7 / 12} ) is.

25. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Quintenverstimmung durch gleichmäßige Unterteilung der Oktave (z. B. durch 612 oder 4.296 Stimmschritte) angenähert wird.25. Musical instrument according to one of the preceding Expectations, characterized, that the fifths upset by uniform Subdivision of the octave (e.g. by 612 or 4,296 voice steps) is approximated.

26. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonquelle (9) eine Sound-Sampling-Einheit ist und durch den Intonator (8) die Auslesegeschwindigkeit des Sampling-Speichers beeinflußbar ist.26. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the sound source ( 9 ) is a sound sampling unit and the reading speed of the sampling memory can be influenced by the intonator ( 8 ).

27. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonquelle (9) ein DCO (Digital Controlled Oszillator) ist, deren digitale Steuerinformation durch den Intonator (8) beeinflußbar ist. 27. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the sound source ( 9 ) is a DCO (Digital Controlled Oscillator), the digital control information of which can be influenced by the intonator ( 8 ).

28. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonquelle (9) ein VCO (Voltage Controlled Oszillator) ist und durch den Intonator die Steuerspannung beeinflußbar ist.28. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the sound source ( 9 ) is a VCO (Voltage Controlled Oscillator) and the control voltage can be influenced by the intonator.

29. Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonquelle (9) eine Anordnung herkömmlicher Orgelpfeifen ist, die durch den Intonator (8) entweder auswählbar oder über eine elektronische Schiebervorrichtung zur Veränderung der wirksamen Pfeifenlänge beeinflußbar sind.29. Musical instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the sound source ( 9 ) is an arrangement of conventional organ pipes, which can either be selected by the intonator ( 8 ) or can be influenced by an electronic slide device for changing the effective pipe length.

30. Verfahren zur Steuerung eines Musikinstrumentes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Sammeln der gespielten Töne in einem Speicher, worin jeder Ton einer Speicherzelle zugeordnet ist, welche darüber Auskunft gibt, ob der betreffende Ton gespielt worden ist oder nicht;
b) Suche nach Tonarten, deren Tonbestände alle gesammelten Töne enthalten;
c) bei Auffindung nur einer einzigen Tonart, in deren Tonbestand alle gesammelten Töne exklusiv vorkommen, Ersetzung der Temperatur durch harmonisch reine Frequenzverhältnisse zwischen den Tönen der gefundenen Tonart.30. Method for controlling a musical instrument, characterized by the following method steps:
a) collecting the tones played in a memory, each tone being assigned to a memory cell which provides information as to whether the tone in question has been played or not;
b) Search for keys whose key stocks contain all the collected tones;
c) if only a single key is found, in the key stock of which all the collected tones are exclusive, replacement of the temperature by harmonic pure frequency relationships between the tones of the key found.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Rhythmus des Harmoniewechsels wiederkehrendes Taktsignal von einem Spieler oder einer Vorrichtung erzeugt wird.31. The method according to claim 30, characterized, that a recurring in the rhythm of the harmony change Clock signal from a player or a device is generated.

32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daa die jeweils ermittelte Tonart genau dann als Ausgangstonart zwischengespeichert wird, wenn ein Taktsignal erfolgt.32. The method according to claim 30 or 31, characterized, since the key determined in each case then as Output key is cached if a clock signal occurs.

33. Verfahren nach Anspruch 30-32, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Ausgangstonart die in Verfahrensschritt 30.a) gesammelten Töne ca. 0,05 s nach Widerkehr des Taktsignals aus dem Speicher eliminiert werden, mit Ausnahme der Töne, die noch immer erklingen. 33. The method according to claims 30-32, characterized, that for a given output key that in step 30.a) collected tones approx. 0.05 s after the clock signal returns from the memory be eliminated, with the exception of the tones that still sound.

34. Verfahren nach Anspruch 30-33, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Ausgangstonart jeder Ton ca. 0,05 s nach seinem Anklingen gemäß Verfahrensschritt 30.a) aufgenommen wird, sofern zwischenzeitlich kein Taktsignal eintrift, bzw. erst nach erfolgter Eliminierung der Töne gemäß Anspruch 33, wenn zwischenzeitlich doch ein Taktsignal eintrifft.34. The method according to claims 30-33, characterized, that for a given output key each key is approx. 0.05 s after it has subsided according to process step 30.a) is included, if in the meantime no clock signal arrives, or only after the tones have been eliminated as claimed 33, if in the meantime a clock signal arrives.

35. Verfahren nach Anspruch 30-34, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Ausgangstonart und beim Auftauchen von Tönen, die im Tonbestand der Ausgangstonart nicht enthalten sind, eine neue Tonart durch folgende Verfahrensschritte gefunden werden kann:

a) Suche nach Tonarten, deren Tonbestände alle gesammelten Töne enthalten;
b) Vergleich der gefundenen Tonarten mit der Ausgangstonart im Hinblick auf die in den respektiven Tonbeständen gemeinsam enthaltenen Töne.
c) Hat eine der gefundenen Tonarten verglichen mit der Ausgangstonart mehr gemeinsame Töne als die anderen gefundenen Tonarten oder ist überhaupt nur eine Tonart gefunden worden, so ist diese die neue Tonart.

35. The method according to claims 30-34, characterized in that, for a given starting key and when tones appear that are not contained in the key stock of the starting key, a new key can be found by the following method steps:

a) Search for keys whose key stocks contain all the collected tones;
b) Comparison of the keys found with the original key with regard to the tones contained in the respective key sets.
c) If one of the keys found compared to the original key has more common keys than the other keys found or if only one key has been found, this is the new key.

36. Verfahren nach Anspruch 30-35, dadurch gekennzeichnet, daß die Töne in temperierte Stimmung gebracht werden, wenn die Suche nach einer Tonart infolge tonaler Indifferenz oder Atonalität zu einem negativem Ergebnis führt.36. The method according to claims 30-35, characterized, that the sounds brought into tempered mood when searching for a key as a result tonal indifference or atonality to one negative result.

37. Verfahren nach Anspruch 30-36, dadurch gekennzeichnet, daß einem negativen tonalen Befund gemäß Anspruch 36 ebenso wie den Tonarten en Binärcode zugeordnet wird, der im Verfahren nach Anspruch 32 als Symbol für das Fehlen einer Ausgangstonart zwischengespeichert wird und als solches signalisiert, daß die Speicherlöschung gemäß Anspruch 33 unterbleiben muß. 37. The method according to claims 30-36, characterized, that a negative tonal finding according to claim 36 as well as the keys and binary code is assigned in the process according to claim 32 as a symbol for the absence of an output key is cached and as such signals that the memory erasure is in accordance with Claim 33 must be omitted.

38. Verfahren nach Anspruch 30-37, dadurch gekennzeichnet, daß die gespielten Töne im Verfahrensschritt 30.a) unabhängig von ihrer Oktavlage gesammelt werden.38. The method according to claims 30-37, characterized, that the notes played in the procedural step 30.a) collected regardless of their octave range will.