DE3688417T2 - Wellenform-normalisierer fuer ein elektronisches musikinstrument. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Wellenform-Normalisierer für ein elektronisches Musikinstrument, bei dem eine durch Speicherung eines extern zugeführten Ton- oder Geräuschsignals erhaltene Wellenform zur Erzeugung einer als Ton-Wellenformsignal geeigneten Wellenform normalisiert wird.
• Bislang wurden verschiedene elektronische Musikinstumente entwickelt, die mit einer Abtastfunktion zum Empfangen und digitalen Speichern eines extern zugeführten Tonsignals und zum Auslesen des aufgezeichneten Tonsignals als ein Wellenformsignal, das als ein Notensignal bereitzustellen ist, ausgestattet sind.
• Elektronische Musikinstrumente mit einer derartigen Abtastfunktion sind auch in der US-A-4 681 008, US-A-4 667 556, US-A-4 754 680 und US-A-4 864 625 offenbart.
• Bei diesen herkömmlichen elektronischen Musikinstumenten wird das Tonsignal direkt abgetastet und gespeichert.
• Wie im Stand der Technik bekannt ist, besitzt ein Ton- oder ein Geräusch einen sich momentan verändernden Pegel und es wird auf dem Gebiet der elektronischen Musikinstrumente davon ausgegangen, daß die Wellenform eines ursprünglichen Tons bzw. Geräuschs einer als Hüllkurve bezeichneten Wellenform zur Erzeugung eines musikalischen Tons überlagert ist. Die Hüllkurve besitzt eine Amplitude, die sich mit dem Ablauf der Tondarbietungszeit verändert. Bei den herkömmlichen elektronischen Musikinstrumenten mit Abtastfunktion wird üblicherweise ein Wellenformsignal einschließlich der Hüllkurve gespeichert.
• Wenn daher ein abgetasteter Ton einschließlich einer Hüllkurve mit einer gewünschten Tonhöhe für eine musikalische Darbietung produziert wird, verändert sich die Rate des Lesens der Wellenform des abgetasteten Tons mit der Tonhöhe, so daß sich auch die Hüllkurvenzeit mit der Tonhöhe verändert, d. h. es ist unmöglich, eine gleichmäßige Hüllkurvenzeit zu erhalten.
• In manchen Fällen wird ein digital aufgezeichnetes Wellenformsignal als Notensignal mit vorbestimmter Rate zur Umsetzung in eine analoges Signal ausgelesen, bevor mit Hilfe eines spannungsgesteuerten Verstärkers (VCA = Voltage Controlled Amplifier) oder dergleichen eine Hüllkurve hinzugefügt wird. In diesem Fall ist das resultierende Signal eine Kombination aus der ursprünglichen Hüllkurve und der nachfolgend überlagernd hinzugefügten Hüllkurve, so daß es schwierig ist, eine ausreichende Hüllkurvensteuerung zu erhalten.
• Wenn ferner ein kontinuierlicher bzw. anhaltender Ton mit Hilfe einer Schleifenfunktion durch wiederholtes Auslesen eines bestimmten Abschnitts des Wellenformsignals wie etwa des vorstehend angegebenen zu erzeugen ist, tritt auffällig eine Pegeldifferenz an der Verbindungsstelle zwischen benachbarten Wellenformen in dem Fall auf, daß das Wellenformsignal eine Hüllkurve vom Dämpfungstyp bzw. mit abklingenden Eigenschaften besitzt. Eine solche Pegeldifferenz führt zu einem Knackgeräusch oder einem ähnlichen Geräusch. Folglich kann eine solche Schleifenfunktion lediglich für eine kurzen Abschnitt der gespeicherten Wellenform erhalten werden.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wellenform-Normalisierers für ein elektronisches Musikinstrument, bei dem eine optimale Wellenform als ein Tonsignal eines elektronischen Musikinstruments mit einer Abtastfunktion durch Normalisierung eines eingegebenen Wellenformsignals erhalten werden kann.
• GB-A-2 150 777 zeigt ein Normalisierungsverfahren für ein Signal mit einer allmählichabklingenden Hüllkurve.
• Gemäß der Erfindung wird ein Wellenform-Normalisierer für ein elektronisches Musikinstrument geschaffen, bei dem ein eingegebenes Wellenformsignal in ein digitales Signal umgewandelt, in einer Wellenform-Speichereinrichtung gespeichert und in ein Ton- bzw. Geräuschsignal mit einer bezeichneten Frequenz umgewandelt wird, und der eine Hüllkurven-Extrahiereinrichtung bzw. -Gewinnungseinrichtung zum Extrahieren bzw. Herausgreifen eines Hüllkurvensignals aus dem eingegebenen Wellenformsignal, eine Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung zum Normalisieren des eingegebenen Wellenformsignals in Abhängigkeit von einem durch die Hüllkurven-Gewinnungseinrichtung herausgegriffenen Hüllkurvensignals zur Erzielung eines normalisierten Wellenformsignals und eine Steuereinrichtung zur Veranlassung der Zuführung des von der Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung erhaltenen normalisierten Wellenformsignals zu der Wellenform-Speichereinrichtung und zur Speicherung in dieser aufweist.
• Die Erfindung läßt sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch vollständiger verstehen. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Funktions-Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
• Fig. 2 ein Blockschaltbild einer spezifischen Schaltungsgestaltung des ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,
• Fig. 3A und 3C zusammengenommen ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht, Fig. 4 eine Darstellung einer extrahierten Hüllkurve,
• Fig. 5 Wellenformen vor und nach der Normalisierung,
• Fig. 6 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
• Fig. 7 eine Ansicht eine Hüllkurven-Detektors beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• Fig. 8 eine zeitliche Darstellung des Betriebs,
• Fig. 9 eine Darstellung eines Normalisierungsvorgangs, der mit Hilfe eines digitalen Teilers durchgeführt wird, und
• Fig. 10 eine Darstellung eines Normalisierungsvorgangs, der mit Hilfe eines Schiebers durchgeführt wird.
• Die Erfindung wird nun in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Erstes Ausführungsbeispiel
• Die Fig. 1 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das eine Funktion des ersten Ausführungsbeispiels, insbesondere von dessen Zentraleinheit CPU 3 veranschaulicht, die in Fig. 2 dargestellt ist. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Wellenform-Speicherschaltung zum Speichern eines Wellenformsignals. Wellenformsignale können vorab extern eingestellt bzw. eingespeichert werden.
• Eine Blockleseschaltung 2 liest in der Wellenform-Speicherschaltung 1 gespeicherte Wellenformsignale blockweise aus, wobei die Blöcke mit einer vorbestimmten Adressenbreite gebildet sind. Die Breite des Blocks kann unabhängig festgelegt oder in Abhängigkeit von der Frequenz eines Eingangssignals variabel sein.
• Ein durch die Blockleseschaltung 2 ausgelesenes Wellenformsignal wird einer Detektorschaltung 3 zur Erfassung des maximalen Absolutwerts zugeführt. Die Detektorschaltung 3 zur Erfassung des maximalen Absolutwerts erfaßt eine Adresse des maximalen Absolutwerts im Block sowie den maximalen Absolutwert und führt diese Daten einer Maximalwert/Adressdaten- Speicherschaltung 4 zu. Folglich sind die maximalen Absolutwerte und entsprechende Adressen für alle Blöcke alternierend in der Speicherschaltung 4 zur Speicherung von Maximalwert/Adressdaten.
• Das Ausgangssignal der Maximalwert/Adressdaten-Speicherschaltung 4 wird zusammen mit dem abgetasteten Wert der Wellenform, der durch eine Wellenformleseschaltung 5 ausgelesen wird, zu einer Berechnungsschaltung 6 zur Berechnung einer interpolierten Hüllkurve geführt. Die Berechnungsschaltung 6 zur Berechnung der interpolierten Hüllkurve berechnet einen interpolierten Hüllkurvenwert, der einer Normalisierungsschaltung 7 zur Normalisierung der Hüllkurve zugeführt wird.
• Die Hüllkurven-Normalisierungsschaltung 7 führt eine vorbestimmte Berechnung auf der Basis des von der Wellenformleseschaltung 5 zugeführten abgetasteten Werts und des von der Berechnungsschaltung 6 zugeführten interpolierten Hüllkurvenwerts durch, um eine ursprüngliche Hüllkurve des Wellenformsignals zu eliminieren und hierdurch einen normalisierten abgetasteten Wert zu erhalten.
• Dieser normalisierte abgetastete Wert wird zu einer Wellenformschreibschaltung 8 und danach zur Wellenformspeicherschaltung 1 zum Überschreiben der darin gespeicherten Daten weitergeleitet.
• In der vorstehenden Weise wird ein eine Hüllkurve besitzendes Wellenformsignal seiner Hüllkurve entsprechend einem interpolierten, durch die Berechnungsschaltung 6 zur Berechnung der interpolierten Hüllkurve berechneten Hüllkurvenwert beraubt, um eine Wellenform mit einer Hüllkurve mit einem im wesentlichen konstanten Wert zu erzielen. Anders ausgedrückt kann durch diese Abfolge von Vorgängen ein normalisiertes Wellenformsignal erhalten werden.
• Fig. 2 zeigt einen Aufbau zur Realisierung der in Fig 1 dargestellten Funktion, wobei die Funktion unter Einsatz einer Zentraleinheit CPU 13, beispielsweise eines Mikroprozessors, implementiert wird. Bezugnehmend auf Fig. 2 wird ein über ein Mikrofon 11 eingekoppeltes Ton- bzw. Schallsignal durch eine Wellenform-Eingabeschaltung 12 mit einer geeigneten Abtastfrequenz für die Umwandlung in ein digitales Signal abgetastet, das der Zentraleinheit 13 zugeführt wird.
• Das eingegebene Wellenformsignal wird von der Zentraleinheit 13 zur Wellenformspeicher-Lese/Schreib-Schaltung 14 zur eventuellen Speicherung im Wellenformspeicher 15 weitergeleitet. Folglich wird ein Wellenformsignal mit der Hüllkurve des eingegebenen Tons bzw. Schalls digital im Wellenformspeicher 15 gespeichert.
• Die Zentraleinheit 13 führt eine Verarbeitung zur Beseitigung der Hüllkurve des im Wellenformspeicher 15 gespeicherten Wellenformsignals durch Normalisierung durch. Arbeitsregister 16, die bei dieser Verarbeitung eingesetzt werden, umfassen ein Adressregister (Register ad), ein Datenregister (Register dt), ein Blockregister (Register bl), ein Hüllkurvenregister (Register ev), ein Register madj/mdtj usw. In diesen Registern werden Daten und Adressdaten, die nachstehend beschrieben werden, gespeichert.
• Die Zentraleinheit 13 ist mit einer Tastatur 17 verbunden und führt verschiedene Verarbeitungen bzw. Vorgänge in Übereinstimmung mit einer Tastenbetätigung der Tastatur 17 durch. Weiterhin steuert die Zentraleinheit 13 die Wellenformspeicher-Lese/Schreibschaltung 14 derart, daß ein normalisiertes Wellenformsignal aus dem Wellenformspeicher 15 mit einer vorbestimmten Rate entsprechend jeder Note in Übereinstimmung mit der Betätigung von Ausführungstasten (performance keys) der Tastatur 17 ausgelesen wird.
• Ein aus dem Wellenformspeicher 15 ausgelesenes digitales Signal wird über die Wellenform-Lese/Schreib-Schaltung 14 zu einem D/A-Wandler 18 weitergeleitet, um in ein analoges Signal umgewandelt zu werden, das einem spannungsgesteuerten Verstärker (VCA) 19 zugeführt wird.
• Die Zentraleinheit 13 berechnet unter Softwareverarbeitung ein Hüllkurvensignal, das durch einen D/A-Wandler 20 in ein analoges Signal umgesetzt wird. Das analoge Signal wird zum spannungsgesteuerten Verstärker 19 zur Bestimmung von dessen Verstärkungsfaktor geleitet. Der spannungsgesteuerte Verstärker 19 stellt somit ein Wellenformsignal mit einer durch die Zentraleinheit 13 bezeichneten bzw. bestimmten Hüllkurve bereit. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Verstärkers 19 wird durch ein Schallerzeugungssystem 21 in ein Tonbzw. Schallausgangssignal umgewandelt.
• Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf den in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Programmablauf beschrieben. Eine Folge von betroffenen Operationen bzw. Vorgängen besteht aus einer in Fig. 3A gezeigten Routine A zur Bestimmung einer Adresse, die einem maximalen Absolutwert unter den abgetasteten Werten in einem Block entspricht, und des maximalen Absolutwerts, und aus einer Routine B zur Normalisierung von im Wellenformspeicher 15 gespeicherten Daten entsprechend dem Ergebnis der Routine A.
• In der Routine A gemäß Fig. 3B wird von den Arbeitsregistern 16 das Blockregister (Register bl) im Schritt A1 initialisiert. Anders ausgedrückt, werden Daten "1" zur Bezeichnung des ersten Blocks eingestellt. Ein Block bezeichnet jeweils einen der Bereiche des Wellenformspeichers 15, wenn der Speicher mit einer vorbestimmten Blockgröße oder Adressenbreite BS unterteilt ist.
• Im nachfolgenden Schritt A2 wird das Adressregister (Register ad) initialisiert. Dies bedeutet, daß die Daten im Register ad auf Daten eingestellt werden, die die erste Adresse des Wellenformspeichers 15 bezeichnen. Im nachfolgenden Schritt A3 werden Daten im Register madj/mdtj initialisiert, das eine Adresse entsprechend dem maximalem Wert der abgetasteten absoluten Werte entspricht, und diesen Maximalwert speichert.
• Wenn, genauer gesagt, der Wellenformspeicher 15 so unterteilt ist, daß er Blöcke 1 bis N besitzt, werden die Daten im Register madj/mdtj auf 0 für j = 1 bis N eingestellt. Im Hinblick auf die Daten in madj/mdtj für einen dem ersten Block j = 1 unmittelbar vorhergehenden imaginären Block j = 0 wird die Adresse auf einen Wert eingestellt, der als Ergebnis der Subtraktion der Blockbreite (d. h. Blockgröße BS) von der ersten Adresse des Wellenformspeichers 15 erhalten wird, und der Maximalwert wird auf 0 eingestellt. In gleicher Weise wird im Hinblick auf die Daten im Register madN+1j/mdtN+1 für den dem letzten Block j = N unmittelbar nachfolgenden imaginären Block j = N+1 die Adresse auf einen Wert eingestellt, der als Ergebnis der Addition der Blockgröße BS zu der letzten Adresse des Wellenformspeichers 15 erhalten wird, und der Maximalwert wird auf 0 gesetzt.
• Nach der vorstehend angegebenen Folge von Initialisierungsvorgängen wird der maximale Wert in jedem Block in einem Ablauf gemäß Schritt A4 und nachfolgenden Schritt erfaßt. Zunächst werden im Schritt A4 Abtastwertdaten im Wellenformspeicher 15, die durch Daten im Register ad bezeichnet werden, ausgelesen und der Absolutwert des ausgelesenen Werts wird gebildet.
• Im nachfolgenden Schritt A5 erfolgt eine Überprüfung dahingehend, ob der erhaltene Absolutwert größer als der Absolutwert madbl/mdtbl in dem vorhergehenden, bereits aufgezeichneten Block ist. Wenn die Entscheidung "JA" lautet, schreitet die Routine zum Schritt A6 weiter, bei dem die Daten im Register madj/mdtj geändert werden.
• Die Routine geht dann zum Schritt A7 über. Falls die Entscheidung im Schritt As "NEIN" lautet, wird der Schritt A7 ausgeführt. Im Schritt A7 werden die Daten im Register ad inkrementiert.
• Im nachfolgenden Schritt A8 erfolgt eine Überprüfung, ob die Daten im Register AD die letzte Adresse des jeweiligen Blocks repräsentieren, d. h. ob die Daten im Register ad mit einem Wert bl·BS übereinstimmen. Falls die Entscheidung "NEIN" lautet, kehrt die Routine zum Schritt A4 zurück, um die Verarbeitungsschritte A4 bis A8 zu wiederholen. Auf diese Weise wird der Maximalwert im Block und die entsprechende Adresse erhalten.
• Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Abtastadresse in jedem Block und den entsprechenden Maximalwert. Die dargestellten Werte werden in den Registern madj/mdtj (j = bl) gespeichert. In der Figur wird die gestrichelt gezeigte Linie durch Heranziehen von Absolutwerten negativer Abtastwerte erhalten.
• Wenn die Verarbeitung für den jeweiligen Block beendet ist, wird im Schritt A8 die Entscheidung "JA" erhalten, und die Routine läuft zum Schritt A9 weiter, bei dem die Daten im Register bl inkrementiert werden. Im nachfolgenden Schritt A10 erfolgt eine Überprüfung, ob der betrachtete Block der letzte oder Endblock J = N ist. Falls die Entscheidung "JA" lautet, kehrt die Routine zum Hauptablauf bzw. Hauptprogramm zurück. Falls die Entscheidung "NEIN" ist, kehrt die Routine zum Schritt A4 zurück, um die Verarbeitung bezüglich des nächsten Blocks zu beginnen.
• In der vorstehenden Weise werden die dem maximalen Absolutwert der abgetasteten Werte in jedem Block (j = 1 bis N) entsprechende Adresse und dieser Maximalwert im Register madj/mdtj gespeichert. Es wird nun eine Normalisierungsverarbeitung zur Normalisierung des Wellenformspeichers 15 in der Routine B ausgeführt, wie in Fig. 3C gezeigt ist. Zunächst wird im Schritt B1 eine die erste Adresse im Wellenformspeicher 15 bezeichnende Adresse im Register ad, das Bestandteil der Arbeitsregister 16 ist, eingestellt. Gleichzeitig wird ein die erste Adresse bezeichnender Wert "1" im Register bl eingestellt.
• Im nachfolgenden Schritt B2 wird der abgetastete Wert der Wellenform in der durch das Register ad bezeichneten Adresse aus dem Wellenformspeicher 15 ausgelesen und in dem einen Bestandteil der Arbeitsregister 16 bildenden Register dt eingestellt.
• Im nachfolgenden Schritt B3 wird ein Interpolations-Hüllkurvenwert berechnet und zum Register ev zugeführt. Genauer gesagt, wird ein interpolierter Hüllkurvenwert eV aus dem maximalen Wert mdtj-1 im vorhergehenden Block, dem maximalen Wert mdtj im betrachteten Block und der entsprechenden Adresse ad erhalten.
• Der Wert ev lautet wie folgt:
• eV = mdtbl-1 + (madbl-1 - ad)· {(mdtbl - mdtbl-1)/(madbl - madbl-1)}
• Bei j = bl kann eine Entsprechung mit dem in Fig. 4 gezeigten Wert erhalten werden.
• Im nachfolgenden Schritt B4 wird eine Wellenform-Normalisierung unter Heranziehung des interpolierten Hüllkurvenwerts ev an dem Adressenpunkt, der in der vorstehenden Weise erzielt wurde, durchgeführt. Genauer gesagt, erfolgt eine Berechnung auf der Grundlage der Gleichung
• Dt = MV x dt/ev.
• Hierbei bezeichnet XV einen zu normalisierenden Pegel, d. h. bei diesem Ausführungsbeispiel 700 bei einem System auf der Basis 16. Der interpolierte Hüllkurvenwert ev stellt eine Annäherung an die ursprüngliche Hüllkurve der Wellenform dar, so daß sie eine Fehlerquelle bildet. Daher wird mit Wahrscheinlichkeit ein normalisierter Wert, der den Wert von xv überschreitet, abhängig von der eingegebenen Wellenform erzielt. Folglich sollte der Wert, wenn der Maximalwert der Wellenform beispielsweise als Zweier-Komplement mit 12 Bit ausgedrückt wird, kleiner sein als 7 FF (was eine Zahl auf der Zahlenbasis 16 darstellt).
• Der normalisierte abgetastete Wert Dt wird dann in der betreffenden Adresse des Wellenformspeichers 15 eingestellt. Im Schritt B5 werden dann die Daten im Register ad inkrementiert.
• Im nachfolgenden Schritt B6 werden die Daten im Register ad und die Daten im Register madbl verglichen. Wenn die ersteren Daten die letzteren Daten überschreiten, läuft die Routine zum Schritt B7 weiter, bei dem die Daten im Register bl inkrementiert werden.
• Die Routine geht dann zum Schritt B8 weiter. Falls im Schritt B6 die Entscheidung "NEIN" erhalten wird, wird der Schritt B8 gleichfalls ausgeführt. Im Schritt B8 erfolgt eine Überprüfung, ob die Normalisierungsverarbeitung bis zum letzten abgetasteten Wert der Wellenform fortgeschritten ist. Falls dies noch nicht der Fall ist, läuft die Routine zum Schritt B2 zurück.
• Die Schritte B2 bis B8 werden wiederholt zur Vervollständigung der Normalisierungsverarbeitung für alle abgetasteten Punkte abgearbeitet. Eine in der vorstehenden Weise erhaltene normalisierte Wellenform ist in Fig. 5 (B) gezeigt. Ein eingegebenes Wellenformsignal mit einer Hüllkurve, wie es in (A) in Fig. 5 gezeigt ist (die Hüllkurve ist durch strichpunktierte Linien dargestellt), wird der Hüllkurve beraubt, d. h. durch die Abarbeitung der Routinen A und B in ein Wellenformsignal umgesetzt, das eine im wesentlichen feste Hüllkurve (entsprechend MV, wie durch strichpunktierte Linien gezeigt) besitzt.
• Folglich kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine effektive Hüllkurvensteuerung durch Auslesen von abgetasteten Werten der im Wellenformspeicher 15 gespeicherten Wellenform und durch Addition einer Hüllkurve zu den ausgelesenen Daten im spannungsgesteuerten Verstärker 19 erhalten werden, da die ursprüngliche Hüllkurve des eingegebenen Wellenformsignals beseitigt wurde.
• Weiterhin tritt selbst dann, wenn ein Teil der gespeicherten Wellenformdaten im Wellenformspeicher 15 wiederholt ausgelesen wird, kein unerwünschtes Knackgeräusch oder ähnliches Störgeräusch auf, da die Hüllkurve im wesentlichen konstant ist.
• Auch wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Daten im Wellenformspeicher 15 in das normalisierte Wellenformsignal abgeändert werden, ist es ebenfalls möglich, das normalisierte Wellenformsignal in einen separaten Wellenformspeicher zu schreiben.
• Auch wenn beim vorstehenden Ausführungsbeispiel der Interpolations-Hüllkurvenwert unter Einsatz der vorstehend angegebenen Gleichung berechnet und als Nenner zur Teilung abgetasteter Werte der Wellenform für die Erzielung eines normalisierten abgetasteten Werts herangezogen wird, ist es weiterhin auch möglich, andere Algorithmen einzusetzen, solange die anfängliche Hüllkurve des eingegebenen Wellenformsignals beseitigt wird. Anders ausgedrückt, ist es möglich, verschiedene Anordnungen als Einrichtung zum Extrahieren der Hüllkurven-Wellenform einzusetzen, beispielsweise eine Anordnung, bei der maximale Werte einzelner Blöcke einer Wellenform erhalten und als eine Gruppe eingesetzt werden, eine Anordnung, bei der ein maximaler abzüglich dem minimalen Wert einzelner Blöcke einer Wellenform erhalten und als eine Gruppe benutzt wird, eine Anordnung, bei der quadratische Summen maximaler Werte einzelner Blöcke einer Wellenform gebildet und als eine Gruppe eingesetzt werden, und eine Anordnung, bei der Summen absoluter Werte der Amplitude einzelner Blöcke einer Wellenform gebildet und als eine Gruppe eingesetzt werden.
• Wie vorstehend erläutert wurde, wird beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein extern zugeführtes Schallsignal einmal digitalisiert in einen Wellenformspeicher eingeschrieben, das gespeicherte digitale Signal wird durch Beseitigung der anfänglichen Hüllkurve normalisiert und das normalisierte Signal wird in den Wellenformspeicher eingeschrieben. Dieses Verfahren ist sehr wirksam zur Erzielung eines Ton-Wellenformsignals für ein elektronisches Musikinstrument.
Zweites Ausführungsbeispiel
• Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 10 beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Normalisierung einer Wellenform im Unterschied zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel in Echt-Zeit jedesmal dann, wenn eine Wellenform eingegeben wird.
• Fig. 6 zeigt den gesamten Schaltungsaufbau des elektronischen Musikinstruments mit Abtastfunktion. Ein externes Tonsignal von einem (nicht gezeigten) Mikrofon wird über einen externen Ton-Eingangsanschluß 101 an einen Eingangsverstärker 102 angelegt. Das verstärkte Signal wird einem Tiefpaßfilter 103 zum Abschneiden einer Hochfrequenzkomponente zugeführt und dann in einer Abtast/Halte-Schaltung 104 mit vorbestimmten Frequenz abgetastet. Das Ausgangssignal der Abtast/Halte-Schaltung 104 wird durch einen Analog/Digital- Wandler 105 in ein digitales Signal umgewandelt, das einem Hüllkurvendetektor 106 sowie weiter über ein Schieberegister 107 zu einem Teiler bzw. einer Dividiereinrichtung 108 zugeführt wird. Der Hüllkurvendetektor 106 erfalt die Hüllkurve des abgetasteten externen Tonsignals und führt hierbei erhaltene Hüllkurvendaten zur Dividiereinrichtung 108 zu.
• Die Dividiereinrichtung 108 dividiert die Daten betreffend den Pegel der Wellenform des abgetasteten externen Tons, die vom Analog/Digital-Wandler 105 stammen, durch Hüllkurven-Pegeldaten zur Extrahierung einer Wellenform, bei der der Hüllkurvenpegel als konstant anzusehen ist. Anders ausgedrückt, wird eine gleichmäßige Wellenform ohne Hüllkurve, d. h. eine normalisierte Wellenform, aus der eine Hüllkurve enthaltenden Wellenform eines externen Tons herausgegriffen.
• Die extrahierten gleichförmigen Wellenformdaten werden in einen Wellenformspeicher 109 eingeschrieben. Vom Hüllkurvendetektor 106 erhaltene Hüllkurvendaten werden gleichfalls in einen Hüllkurvenspeicher 110 eingeschrieben. Wellenformdaten im Wellenformspeicher 109 werden unter Steuerung durch eine Leseadresse einer Adresssteuerung 111 ausgelesen, um durch einen Digital/Analog-Wandler 112 in ein analoges Signal umgewandelt zu werden, das an einen Multiplizierer 114 angelegt wird. Zwischenzeitlich werden Hüllkurvendaten aus dem Hüllkurvenspeicher 110 unter Steuerung einer Leseadresse der Adresssteuerung 111 für die Umsetzung in ein analoges Signal mit Hilfe eines Digital/Analog-Wandlers 113 ausgelesen, wobei das analoge Signal über einen Schalter 116 an einen Multiplizierer 114 angelegt wird. Der Multiplizierer 114 multipliziert das Wellenformsignal mit dem Hüllkurvensignal, um ein den extern zugeführten Ton repräsentierendes Tonsignal zu erzeugen, das einem Audiosystem 115 für die akustische Ausgabe zugeführt wird. Die Adresssteuerung 111 bewirkt eine Schreibadresssteuerung selbst beim Einschreiben von Daten in den Wellenformspeicher 109.
• Die Zentraleinheit 118 erfalt die Betätigung jeder Taste auf dem Tastenfeld 117 und es wird eine Inkrementierung der Leseadresse der Adresssteuerung 111 mit einer der Tonhöhe der betätigten Taste entsprechenden Rate bewirkt. Die Umschaltung zwischen Schreiben und Lesen der Adresssteuerung 111 wird durch die Zentraleinheit 118 bewirkt, wenn eine Spiel bzw. Wiedergabetaste 119 oder eine Aufnahmetaste 118 eingeschaltet wird.
• Hüllkurvendaten mit unterschiedlichen vorbestimmten Mustern, die sich von der vom Hüllkurvenspeicher 110 stammenden Hüllkurve unterscheiden, können selektiv durch einen Hüllkurvengenerator 121 unter der Steuerung durch die Zentraleinheit 118 erzeugt und über einen Schalter 122 an den Multiplizierer 114 angelegt werden, um verschiedene Hüllkurven für die vom Wellenformspeicher 109 stammenden Wellenformdaten bereitzustellen. Ein Hüllkurven-Wählsignal wird von der Zentraleinheit 118 über einen Inverter I an den Schalter 122 angelegt, während es direkt an den Schalter 116 gegeben wird, und es werden entweder Hüllkurvendaten vom Hüllkurvengenerator 121 oder Hüllkurvendaten vom Hüllkurvenspeicher 110 selektiv an den Multiplizierer 114 angelegt.
• Fig. 7 zeigt einen spezifischen Schaltungsaufbau des Hüllkurvendetektors 106. Wellenform-Pegeldaten a des abgetasteten externen Tons, die vom Analog/Digital-Wandler 105 stammen, werden im Zwischenspeicher 123 für die Abgabe an einen Vergleicher 124 zwischengespeichert, während sie zugleich direkt an den Vergleicher 124 angelegt werden. Der Vergleicher 124 vergleicht zwischengespeicherte Daten b vom Zwischenspeicher 123 und Wellenform-Pegeldaten a, die sich progressiv verändern. Wenn die Daten a größer werden als die Daten b, erzeugt der Vergleicher 124 ein Vergleichsergebnissignal d, das über ein NAND-Glied NA als Zwischenspeichersignal d an den Zwischenspeicher 123 angelegt wird. Die Zwischenspeicherdaten b im Zwischenspeicher 123 werden folglich progressiv in Richtung zu höheren Werten verändert. Das NAND-Glied NA wird weiterhin mit einem Taktsignal Φ mit der selben Frequenz wie die Abtastfrequenz gespeist, um eine Synchronisation der Zwischenspeicherung von Daten im Zwischenspeicher 123 bezüglich der Abtastperiode zu erreichen. Der Zwischenspeicher 123 wird weiterhin mit einem Rücksetzsignal gespeist, dessen Zyklusperiode das achtfache derjenigen des Taktsignals Φ beträgt. Der maximale Wert der Wellenform-Pegeldaten a im Zwischenspeicher 123 wird als Zwischenspeicherdaten a im Zwischenspeicher 123 extrahiert bzw. herausgegriffen. Dieser maximale Wert dient als Hüllkurven-Pegeldaten. Die Zwischenspeicherdaten b, die als Hüllkurvendaten dienen, werden im Zwischenspeicher 125 mit einer Zeitsteuerung zwischengespeichert, mit der das Rücksetzsignal als Zwischenspeichersignal zugeführt wird, um als Hüllkurven-Pegeldaten e zur Dividiereinrichtung 108 gespeist zu werden.
• Im folgenden wird der Betrieb des Ausführungsbeispiels beschrieben.
• Es sei angenommen, daß eine Wellenform mit einer Hüllkurven, wie sie in (A) in Fig. 9 gezeigt ist, vom externen Ton-Eingangsanschluß 101 zugeführt wird und ihre Abtastpegel als Werte erhalten werden, wie sie in Fig. 8 bei (C) gezeigt sind. Dann werden die zwischengespeicherten Daten b nach der Rücksetzung des Zwischenspeichers 123 progressiv auf "5", "10", "15" geändert, wenn Wellenform-Pegeldaten a der eingegebenen Wellenform auf "5", "10", "15", "14", "13" . . . geändert werden. Nachfolgend bleiben die zwischengespeicherten Daten b bei "15", während Wellenform-Daten a sich auf "15", "14", "13" . . . verringern. Das bedeutet, der maximale Wert von "15" wird gehalten. Dieser Wert wird als Hüllkurven-Pegeldaten e bereitgestellt. In gleicher Weise wird in der nachfolgenden Periode nach dem nächsten Rücksetzen der maximale Wert von "10" als Hüllkurven-Pegeldaten e bereitgestellt.
• In Fig. 9 sind bei (C) Hüllkurven-Pegeldaten gezeigt, die in der vorstehenden Weise erhalten werden. Diese entsprechen sehr gut der eingegebenen Wellenform, die in Fig. 9 bei (A) gezeigt ist. Die Dividiereinrichtung 108 dividiert Wellenform-Pegeldaten der eingegebenen Wellenform, die in Fig. 9 bei (A) gezeigt ist, durch Hüllkurven-Pegeldaten, die in Fig. 9 bei (C) gezeigt sind. Die Wellenform, die als Ergebnis der Division erhalten wird, ist gleichmäßig und enthält keinerlei Hüllkurve. Diese Wellenform wird in den Wellenformspeicher 109 eingeschrieben. In Fig. 9 ist bei (D) die Hüllkurve der gespeicherten Wellenform dargestellt. Es ist ersichtlich, daß ein Wellenformsignal mit einem im wesentlichen konstanten Pegel herausgegriffen und gespeichert wird.
• In der vorstehend beschriebenen Weise kann die Wellenform eines extern zugeführten Tons in gleichmäßiger Form, getrennt von der Hüllkurve, gespeichert werden.
• Wenn ein Eingangsdaten-Bit-Schieber als Dividiereinrichtung 108 eingesetzt wird, werden die Wellenform-Pegeldaten um ein Bit nach oben verschoben, d. h. verdoppelt, wenn die Hüllkurven-Pegeldaten auf die Hälfte des maximalen Spitzenwerts verringert werden, wie dies in Fig. 10 bei (C) gezeigt ist. Die Wellenformdaten werden um zwei Bit nach oben verschoben, d. h. um das vierfache erhöht, wenn die Hüllkurven-Pegeldaten zu einem Viertel des Spitzenwerts werden. In dieser Weise können die Wellenform-Pegeldaten auf das 8-fache, 16-fache usw. erhöht werden, wenn die Hüllkurven-Pegeldaten zu 1/8, 1/16 usw. des Spitzenwerts werden. Selbst in diesem Fall können dieselben Effekte wie in dem Fall erzielt werden, bei dem eine Dividiereinrichtung zur Teilung der Wellenform- Pegeldaten durch Hüllkurven-Pegeldaten eingesetzt wird.
• In der vorstehenden Weise kann die Wellenform eines extern zugeführten Tons in gleichmäßiger Form, getrennt von der Hüllkurve, d. h. in einer normalisierten Form gespeichert werden, auch wenn geringfügige Abänderungen enthalten sind, wie dies in Fig. 10 bei (D) gezeigt ist.
• Wenn der vorstehend angegebene Schieber als Dividiereinrichtung 108 eingesetzt wird, ist es möglich, den Aufbau der Divierdiereinrichtung 108 zu vereinfachen.
• Auch wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine digitale Dividiereinrichtung oder ein Schieber als Dividiereinrichtung 108 eingesetzt wurde, ist es möglich, eine analoge Dividiereinrichtung zu benutzen. Allgemein kann eine beliebige Schaltung hierfür benutzt werden, solange es möglich ist, das Verhältnis zwischen dem Wellenformpegel und dem Hüllkurvenpegel zu berechnen.
• Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird der maximale Wert in jedem Block der Wellenform nochmals zur Division jedes Amplitudenwerts für die Normalisierung der eingegebenen Wellenform eingesetzt. Jedoch ist es auch möglich, eine Normalisierung der Wellenform durch Division jedes Amplitudenwerts durch den maximalen absoluten Wert der Amplitude in jedem Block oder durch Division jedes Amplitudenwerts durch den maximalen abzüglich des minimalen Werts in jedem Block oder durch Division jedes Amplitudenwerts durch die Summe der Quadrate maximaler Werte in den einzelnen Blöcken oder durch die Summe der absoluten Werte der Amplitude zu erzielen.
• Ferner kann die Länge jedes Blocks, d. h. die Erzeugungsfrequenz des Rücksetzsignals, fest sein oder aber in Abhängigkeit von der Frequenz der eingegebenen Wellenform variabel ausgelegt werden.
• Der Hüllkurvenspeicher 110 beim vorstehenden Ausführungsbeispiel, der die Hüllkurve der ursprünglichen Wellenform für die Heranziehung bei der Tonerzeugung speichern kann, ist kein wesentliches Element. Beispielsweise ist es möglich, dem normalisierten Wellenformsignal eine gewünschte Hüllkurve vom Hüllkurvengenerator 121 für die Hüllkurvensteuerung aufzuprägen.
• Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Extraktion der Hüllkurve und die Normalisierung des eingegebenen Signals in Echt-Zeit durchgeführt. Dies ist beim Betrieb im Fall eines elektronischen Musikinstruments mit einer Abtastfunktion zweckmäßig.
• Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung das Verhältnis des Wellenformpegels eines extern zugeführten Tons zu dessen Hüllkurvenpegel progressiv berechnet, indem beispielsweise der Wellenformpegel durch den Hüllkurvenpegel geteilt wird, um den Wellenformpegel des extern zugeführten Tons unabhängig vom Hüllkurvenpegel zu vergleichmäßigen, d. h. zu normalisieren. Folglich kann die Wellenform des externen Tons bei dessen Abtastung und Speicherung unabhängig von seiner Hüllkurve und in gleichmäßiger Form gespeichert werden, d. h. die gespeicherte Wellenform des externen Tons enthält keinerlei Hüllkurve. Selbst bei Auslesen dieser gespeicherten externen Ton-Wellenform mit einer auf der Tonhöhe basierenden Rate verändert sich die Hüllkurvenperiode niemals in Abhängigkeit von der Tonhöhe, sondern es kann eine gleichförmige Hüllkurvenperiode selbst dann erhalten werden, wenn die Rate des Auslesens der Wellenform geändert wird. Da die gespeicherte externe Tonwellenform keinerlei Hüllkurve enthält, ist es zusätzlich möglich, der gespeicherten Wellenform eine Hüllkurve aufzuprägen, die aus der vom externen Ton herausgegriffenen Hüllkurve und irgendeiner gegebenen Hüllkurve ausgewählt ist. Dies bedeutet, daß eine Vielfalt von Tönen aus einem extern zugeführten Ton erhalten werden kann.

Claims (13)

1. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung, bei der ein eingegebenes Wellenformsignal als ein digitales Signal zugeführt und in einer Wellenform-Speichereinrichtung gespeichert wird, gekennzeichnet durch

eine Hüllkurven-Extrahiereinrichtung (13 bis 15) zum Extrahieren bzw. Herausgreifen eines Hüllkurvensignals aus dem eingegebenen Wellenformsignal,

eine Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung (16) zur Normalisierung des eingegebenen Wellenformsignals in Abhängigkeit von einem Hüllkurvensignal, das durch die Hüllkurven-Extrahiereinrichtung herausgegriffen ist, um ein normalisiertes Wellenformsignal zu bilden, und

eine Steuereinrichtung (13) zur Steuerung der Zuführung des von der Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung erhaltenen normalisierten Wellenformsignals zur Wellenform-Speichereinrichtung (15) und zur Speicherung in dieser.

2. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Extrahiereinrichtung eine Erfassungseinrichtung (2 bis 6) zur Unterteilung des eingegebenen Wellenformsignals in eine Mehrzahl von Blöcken und zum progressiven Erfassen einer Adresse, die einem maximalen Absolutwert des eingegebenen Wellenformsignals in jedem der Blöcke entspricht, und zum Erfassen des Maximalwerts aufweist,

und daß die Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung eine Berechnungseinrichtung (6) zur Beseitigung der Hüllkurve des eingegebenen Wellenformsignals mit Hilfe einer Normalisierung des eingegebenen Wellenformsignals auf der Grundlage des maximalen Werts und der entsprechenden Adresse für jeden der Blöcke, die durch die Erfassungseinrichtung (2 bis 6) erfaßt wurden, umfaßt.

3. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Interpolationshüllkurvenwert-Berechnungseinrichtung (6) zur Berechnung eines interpolierten Hüllkurvenwerts aus dem maximalen Wert und der entsprechenden Adresse für jeden Block aufweist, und

daß die Berechnungseinrichtung eine Abtastwert-Berechnungseinrichtung (7) zur Berechnung jedes Abtastwerts eines normalisierten Wellenformsignals aus dem interpolierten Hüllkurvenwert, der durch die Interpolationshüllkurvenwert-Berechnungseinrichtung (6) berechnet wurde, und jedem Abtastwert des eingegebenen Wellenformsignals umfaßt.

4. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationshüllkurvenwert-Berechnungseinrichtung (6) einen interpolierten Hüllkurvenwert eV auf der Basis der Gleichung

eV = mdtbl-1 + (madbl-1 - ad)· {(mdtbl - mdtbl-1)/(madbl - madbl-1)}

berechnet, wobei bl eine Blocknummer, mdt einen maximalen Wert in einem betrachteten Block, mad eine dem maximalen Wert entsprechende Adresse und ad eine Adresse bezeichnen, die einem abgetastetem Wert des eingegebenen Wellenformsignals entspricht, und

daß die Abtastwert-Berechungseinrichtung (7) einen Abtastwert Dt des normalisierten Wellenformsignals auf der Basis der Gleichung

Dt = MV·dt/ev

berechnet, wobei dt einen Abtastwert des eingegebenen Wellenformsignals vor der Normalisierung und MV einen zu normalisierenden Pegelwert bezeichnen.

5 Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung (16) das Verhältnis zwischen dem Pegel eines durch Hüllkurven-Extrahiereinrichtung herausgegriffenen Hüllkurvensignals und dem Wellenformpegel des eingegebenen Wellenformsignals zur Bildung eines gleichförmigen, vom Pegel des Hüllkurvensignals unabhängigen Pegels als ein Wellenformpegel des eingegebenen Wellenformsignals berechnet, wodurch das normalisierte Wellenformsignal erhalten wird.

6. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung (16) eine Einrichtung zum progressiven Berechnen des Verhältnisses zwischen dem Wellenformpegel des eingegebenen Wellenformsignals und dem Pegel eines Hüllkurvensignals von der Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung in Echt-Zeit aufweist.

7. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Extrahiereinrichtung (13 bis 15) eine erste Einrichtung (14, 16) zur Unterteilen eines in der Wellenform-Speichereinrichtung gespeicherten Wellenformsignals in eine Mehrzahl von Blöcken und zum Berechnen eines Hüllkurvensignals für jeden Block durch Auslesen des gespeicherten Wellenformsignals für jeden der Blöcke, sowie eine Hüllkurven-Speichereinrichtung (15) zum Speichern des durch die erste Einrichtung berechneten Hüllkurvensignals aufweist,

und daß die Normalisierungs-Verarbeitungseinrichtung (16) eine zweite Einrichtung (13, 16) zum Beseitigen der Hüllkurve des eingegebenen Wellenformsignals durch Normalisierung des gespeicherten Wellenformsignals in der Wellenform-Speichereinrichtung entsprechend dem in der Hüllkurven-Speichereinrichtung gespeicherten Hüllkurvensignal umfaßt.

8. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung mit

einer Wellenform-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Wellenform eines extern zugeführten Tons durch Erfassung des Pegels der Wellenform, und

einer Hüllkurven-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Hüllkurvenpegels des extern zugeführten Tons, gekennzeichnet durch

eine Berechnungseinrichtung (6, 7, 13, 118) zum Bereitstellen einer Wellenform mit einem gleichförmigen, von dem von der Hüllkurven-Erfassungseinrichtung stammenden Hüllkurvenpegel unabhängigen Pegel als einen Wellenformpegel des extern zugeführten Tons durch progressive Echt-Zeit-Berechnung des Verhältnis zwischen dem Wellenformpegel von der Wellenform-Erfassungseinrichtung und dem Hüllkurvenpegel von der Hüllkurven- Erfassungseinrichtung, und

eine Wellenform-Speichereinrichtung (1, 15, 109) zum Speichern der durch die Berechnungseinrichtung berechneten Wellenform.

9. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Erfassungseinrichtung (106) einen Hüllkurvenpegel aus einem maximalen Wert des Wellenformpegels des extern zugeführten Tons in jedem vorbestimmten Zeitintervall ermittelt.

10. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Erfassungseinrichtung (106) den Hüllkurvenpegel aus dem maximalen Absolutwert des Wellenformpegels des extern zugeführten Tons für jedes vorbestimmte Zeitintervall erfalt.

11. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung eine Dividiereinrichtung (107, 108) zum Dividieren des von der Wellenform-Erfassungseinrichtung stammenden Wellenformpegels durch einen von der Hüllkurven-Erfassungseinrichtung (106) erfalten Hüllkurvenpegel aufweist, um hierdurch die gleichförmige Wellenform zu erhalten.

12. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dividiereinrichtung aus einer Schiebeschaltung (107) besteht.

13. Wellenform-Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurven-Erfassungseinrichtung (106)

eine Zwischenspeicherschaltung (123),

eine Vergleicherschaltung (124) zum Vergleichen eines Wellenform-Pegelsignals, das in der Zwischenspeicherschaltung (123) gespeichert wurde, mit einem gegenwärtig zugeführten Wellenform-Pegelsignal,

eine Einrichtung (NA) zum Abändern der Daten in der Zwischenspeicherschaltung (123) in das gegenwärtig zugeführte Wellenform-Pegelsignal, wenn durch die Vergleicherschaltung (124) erfalt wird, daß das gegenwärtig zugeführte Wellenform-Pegelsignal größer als das in der Zwischenspeicherschaltung (123) gespeicherte Wellenform- Pegelsignal ist, und

eine Einrichtung zum Extrahieren von Daten in der Zwischenspeicherschaltung (123) als den Hüllkurvenpegel für ein vorbestimmtes Zeitintervall für jedes der vorbestimmten Zeitintervalle und zum Initialisieren der Zwischenspeicherschaltung (123) aufweist.