DE4008875C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klangerzeugung mit einem elektronischen Musikinstrument, ein elektroni­ sches Musikinstrument und eine Vorrichtung zur Be­ schickung einer Speichereinrichtung für ein elektroni­ sches Musikinstrument.

Das Musikinstrument kann hierbei beispielsweise als Tastenmusikinstrument (Keybord) oder als reines Klang­ erzeugungsmodul (Expander) ausgeführt sein, das über externe Signale gesteuert werden kann.

Vor der Wiedergabe von Klängen, d. h. beispielsweise bei der Fertigung eines entsprechenden Musikinstruments, werden Klangmuster in einer Speichereinrichtung in Form von Abtastwerten digital gespeichert. Bei der Erzeugung der Klänge, beispielsweise bei einem Vortrag eines Musi­ kers, werden die Abtastwerte aus der Speichereinrichtung ausgelesen, verarbeitet, digital-analog gewandelt und über eine Audioeinrichtung als Klänge wiedergegeben.

Dabei tritt das Problem auf, daß nach der Wandlung der digital abgespeicherten Abtastwerte in Analogwerte diese in nachfolgenden Schritten mehrfach wieder in Digital­ werte und zurückverwandelt werden müssen, um digital berechnete Effekte, z. B. einen digitalen Hall, anzuwen­ den. Um die mehrfache Wandlung von Digitalwerten in Analogwerte und umgekehrt zu vermeiden, müssen alle Abtastwerte im System in absolut gleichen Intervallen zur Verfügung stehen. Wenn aber alle Klangmuster mit der gleichen, für das gesamte Musikinstrument gültigen Abtastrate, der sogenannten Systemabtastrate, abgetastet und abgespeichert sind, lassen sich diese Klangmuster nicht bei anderen Frequenzen wiedergeben. Beispielsweise hat der Kammerton a mit 440 Hz bei einer Abtastrate von 44,1 kHz 100,2 Abtastwerte pro Wellenzug. Will man diesen Ton einen halben Ton tiefer mit der gleichen Abtastfrequenz abspielen, so werden 106,2 Abtastwerte pro Wellenzug benötigt. Daher ist es erforderlich, bei der Wiedergabe eine Umwandlung von der abgespeicherten Abtastrate auf die dem Musikinstrument eigene System­ abtastrate vorzunehmen. Hierzu wird ein Verfahren verwen­ det, das unter dem Namen "Sample Rate Conversion" bekannt ist (s. z. B. Chamberlin "Musical Applications of Micro­ processors", Seiten 470 bis 477, Haydn Book Company, Inc., 1980).

Die der Sample Rate Conversion zugrundeliegende mathe­ matische Operation läßt sich durch ein digitales Inter­ polationsfilter realisieren, d. h. die Interpolation im Zeitbereich kann auch als Filterung im Frequenzbe­ reich betrachtet werden. Die für diesen Zweck am besten geeignete Filterfunktion ist ein Tiefpaßfilter, das bis zur halben Abtastfrequenz, mit der das Klangmuster abgetastet worden ist, alles passieren läßt, darüber hinaus jedoch alle Frequenzanteile total unterdrückt.

Die Abschneidekante soll hier also praktisch senkrecht auf der Sperrfrequenz verlaufen. Ein ideales Filter läßt sich bekanntlich nicht realisieren. Das ideale Tiefpaßfilter läßt sich jedoch recht gut approximieren, wenn man ein Filter mit einer großen Anzahl von Filter­ polen verwendet. Je höher die Anzahl der Filterpole ist, desto besser ist die Annäherung an die ideale Fil­ tercharakteristik. Eine große Polanzahl hat jedoch im digitalen Fall den Nachteil, daß pro Pol eine vorbestimm­ te Anzahl von Rechenoperationen notwendig ist, d.h. beispielsweise eine Addition und eine Multiplikation pro Filterpol, so daß bei vielen Filterpolen eine ent­ sprechend große Anzahl von mathematischen Operationen durchzuführen ist, die das Musikinstrument trotz eines hohen Aufwands relativ langsam machen. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann sehr deutlich zutage, wenn das Musikinstrument polyphon betrieben werden soll, also gleichzeitig eine Vielzahl von verschiedenen Klangmu­ stern wiedergegeben werden soll. In diesem Fall müssen die vielen mathematischen Operationen nicht nur für ein Klangmuster, sondern parallel für eine ganze Reihe von Klangmustern durchgeführt werden. Auch bei Verwen­ dung von ausgesprochen schnellen Bauteilen gerät das Musikinstrument über kurz oder lang an eine Grenze, über die hinaus eine Erweiterung der Klangvielfalt nicht mehr möglich ist.

DE 34 30 850 A1 beschreibt ein Wiedergabegerät für in einem Speicher vorgespeicherte Signale, beispielsweise eine Orgel, bei dem akustische Klangmuster abgetastet und digital gespeichert werden. In einem Klangerzeugungs­ abschnitt werden die digital abgespeicherten Klangmuster wieder ausgelesen. Um zu vermeiden, daß die Auflösung im Dynamikbereich bei Klangmusterabschnitten mit einer kleinen Amplitude zu gering ist, kann vor der Abspeiche­ rung eine Anhebung der geringen Signalamplituden erfol­ gen, um Digitalisierungsverluste zu vermeiden.

EP 1 78 840 A2 beschreibt eine Tonsignalverarbeitungsein­ richtung mit einem digitalen Interpolationsfilter, der eine Tiefpasscharakteristik aufweist und der für elektro­ nische Musikinstrumente geeignet ist.

US 39 06 487 beschreibt eine automatische Verstärkungs­ regelung für die Wiedergabe von digital aufgezeichneten Daten, insbesondere für die seismische Exploration, bei der Wellenzüge von analogen elektrischen Signalen von beispielsweise 6 bis 8 sec. Dauer erzeugt werden. Die Amplituden innerhalb dieser Wellenzüge können sich um den Faktor 10⁶ voneinander unterscheiden, was einen Dynamikbereich von 120 dB bedeutet. Dieser Dynamikbereich kann bei einer visuellen Wiedergabe nicht ausgenutzt werden und muß deswegen verringert werden.

Es ist deswegen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem mit geringem Aufwand die Klänge möglichst naturgetreu wiedergegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Klangerzeu­ gung mit einem elektronischen Musikinstrument, bei dem in einem Vorbereitungsabschnitt Klangmuster in einer Speichereinrichtung in Form von Abtastwerten digital gespeichert werden und in einem Klangerzeugungsabschnitt die Abtastwerte aus der Speichereinrichtung ausgelesen werden, in einem Interpolationsfilter digital interpo­ liert werden und digital-analog gewandelt werden, ge­ löst, wobei bei der digitalen Interpolation eine Dämp­ fung unterhalb der Sperrfrequenz des Interpolationsfil­ ters zugelassen wird und im Vorbereitungsabschnitt die höherfrequenten Anteile der Klangmuster, die im Inter­ polationsfilter gedämpft werden, vor der Speicherung verstärkt werden.

Bei diesem Verfahren wählt man einen Kompromiß in der Filtereigenschaft, es wird nämlich eine Dämpfung in einem Bereich zugelassen, der eigentlich noch der Durch­ laßbereich ist. Frequenzanteile, die in diesen Bereich fallen, werden unerwünschterweise stark gedämpft. Die Dämpfung wird umso stärker, je näher die Frequenzen an die Sperrfrequenz heranrücken. Aus diesem Grunde hat man bisher die Filter mit einer relativ steilen Abschneidecharakteristik gewählt. Man kann jedoch die Dämpfung durch eine Preemphasis kompensieren, die bereits vor dem Abspeichern der Klangmuster die höherfrequenten Anteile verstärkt oder anhebt. Bei der Interpolation werden diese Anteile entsprechend gedämpft, so daß am Ausgang des Interpolationsfilters trotz der schlechten Filtereigenschaften ein Klangmuster zur Verfügung steht, das praktisch dem Original entspricht.

Bevorzugterweise erfolgt die Verstärkung der höherfre­ quenten Anteile mit einer frequenzabhängigen Verstär­ kungskennlinie, die der frequenzabhängigen Durchlaßkenn­ linie im Durchlaßbereich im wesentlichen umgekehrt pro­ portional ist. Mit anderen Worten werden die höher­ frequenten Anteile frequenzabhängig umso stärker ver­ stärkt, je größer die Dämpfung im Interpolationsfilter ist. Dadurch läßt sich eine fast rechteckförmige Filter­ charakteristik im Frequenzbereich erzielen, d. h. die Abschneidekante des Filters steht fast senkrecht auf der Sperrfrequenz des Filters. Durch die Preemphasis nimmt man natürlich den Nachteil einer um die zusätz­ liche Verstärkung verminderten Aussteuerbarkeit in Kauf. Dies spielt jedoch in den betrachteten Frequenzbereichen praktisch keine Rolle, da der Energieanteil für die höherfrequenten Anteile in der Regel so klein ist, daß sie ohnehin nicht in den Aussteuerbereich kommen.

Es ist bevorzugt, daß das Frequenzspektrum der Klang­ muster auf Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz beschränkt wird, wobei die Grenzfrequenz kleiner als die Sperrfrequenz des Interpolationsfilters ist. Die Klangmuster werden beispielsweise auf das hörbare Spek­ trum, das sogenannte Audiospektrum, begrenzt. Durch die doppelte Maßnahme vor dem Abspeichern der Klangmu­ ster, d. h. die Preemphasis einerseits und die Beschrän­ kung des Frequenzspektrums andererseits, erhält man nach der Widergabe Klangmuster, die bis zur Grenzfrequenz praktisch ungedämpft, darüber hinaus aber praktisch vollständig unterdrückt sind.

Mit Vorteil wird die Sperrfrequenz des Interpolations­ filters abängig von der Abtastfrequenz gewählt, mit der die Abtastwerte aus den Klangmustern erzeugt worden sind. Damit lassen sich praktisch beliebige Sperr- oder Grenzfrequenzen realisieren, so daß auch über die Charak­ teristik des Interpolationsfilters eine Beeinflussung der Wiedergabe der Klangmuster möglich ist. Insbesondere kann durch eine geschickte Wahl der Sperrfrequenz des Interpolationsfilters oder der Grenzfrequenz der soge­ nannte Alias-Effekt unterdrückt werden, der gerade mit hohen Frequenzen unerwünschte Störungen bei der Wieder­ gabe des Klangmusters bewirkt.

Dabei wird die Sperrfrequenz bevorzugterweise in der Größenordnung von 50% bis 60% der Abtastfrequenz ge­ wählt. In diesem Bereich hat man die größte Sicherheit, daß kein Aliasing auftritt. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Grenzfrequenz in der Größenordnung von 30% bis 50% der Abtastfrequenz gewählt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Interpola­ tionsfilter verwendet, dessen Grenzfrequenz sich in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz selbsttätig verän­ dert. Damit läßt sich eine Speicherplatzersparnis bei den Abtastwerten für die Klangmuster erreichen. Wenn beispielsweise der Kammerton a nur einen geringen Ober­ tongehalt aufweist, z. B. dann, wenn das Klangmuster von einer Flöte stammt, die im wesentlichen nur die dritte Oberwelle (1760 Hz) hat, so genügt zur Erzeugung der Abtastwerte eine Abtastfrequenz von ca. 3,5 kHz, also nur ca. acht Abtastwerte pro Wellenzug. Dies ergibt in diesem Beispiel eine Speicherersparnis von mehr als 90%. Bei der Wiedergabe mit der Systemabtastrate des Musikinstruments von beispielsweise 44,1 kHz müssen dann natürlich wieder 100,2 Abtastwerte erzeugt bzw. errechnet werden. In diesem Zusammenhang zeigt sich auch der Vorteil der selbsttätigen Anpassung der Grenz­ frequenz des digitalen Interpolationsfilters besonders deutlich. Die Grenzfrequenz stellt sich bei einer Abtast­ frequenz von 3,5 kHz beispielsweise auf einen Wert in der Größenordnung von 1,4 kHz ein.

Bevorzugterweise weist das Interpolationsfilter 32 oder weniger Pole auf. Dies ist gegenüber den üblicherweise verwendeten Interpolationsfiltern, die größenordnungs­ mäßig 100 oder mehr Pole aufweisen, eine erhebliche Rechen- und Verarbeitungszeitersparnis. Dabei reicht es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus, daß das Interpolationsfilter acht Pole aufweist. Man erhält hier zwar einen relativ breiten Übergangsbereich, d. h. die Dämpfung setzt relativ frühzeitig ein. Durch die vorgesehene Preemphasis läßt sich dieser Effekt jedoch problemlos ausgleichen.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein elek­ tronisches Musikinstrument zur Errzeugung von Klängen anzugeben, bei dem mit geringem Aufwand die Klänge mög­ lichst naturgetreu wiedergegeben werden. Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Musikinstrument zur Er­ zeugung von Klängen mit einer Speichereinrichtung, in der Klangmuster in Form von Abtastwerten digital gespei­ chert sind, eine Ausleseeinrichtung, die die Abtastwerte gesteuert ausliest, einem digitalen Tiefpaß-Interpola­ tionsfilter und einem Digital/Analog-Wandler, der an den Ausgang des Interpolationsfilters angeschlossen ist, gelöst, bei dem das Interpolationsfilter unterhalb seiner Sperrfrequenz eine ausgeprägte Dämpfung aufweist, und die Abtastwerte Klangmustern entsprechen, deren höherfrequente Anteile, die im Interpolationsfilter gedämpft werden, verstärkt sind.

Das Musikinstrument hat also die Information, die es zur Erzeugung der Klänge benötigt, in sich gespeichert. Bei einem Tastendruck oder bei Auftreten eines Erzeu­ gungssignals liest die Ausleseeinrichtung die gespeicher­ ten Abtastwerte aus, die dann nachfolgend verarbeitet werden. Dadurch daß die gespeicherten Werte ein anderes Frequenzspektrum aufweisen als die wiederzugebenden Werte - sie sind nämlich erfindungsgemäß in den oberen Frequenzbereichen verstärkt -, läßt sich problemlos das Interpolationsfilter mit der ausgeprägten Dämpfung verwenden, ohne daß am Ausgang des Interpolationfilters bzw. des nachgeschalteten Digital/Analog-Wandlers uner­ wünschte Verzerrungen hörbar werden.

Bevorzugterweise weist das Interpolationsfilter 32 oder weniger Pole auf. Dies ermöglicht eine schnelle Verar­ beitung der ausgelesenen Werte, da bei einer geringeren Anzahl von Polen eine geringere Anzahl von Rechen­ operationen notwendig sind. Für den Fall, daß das Filter für mehrere Klänge gleichzeitig zur Verfügung stehen muß, also beispielsweise die Rechenoperationen für einen polyphonen Klang durchführen muß, läßt sich bei den angegebenen 32 oder weniger Polen eine entsprechend größere Klangvielfalt gleichzeitig erzeugen. Im Vergleich zu den ansonsten üblichen hundert- oder mehr-poligen Filtern läßt sich die Klangvielfalt praktisch mehr als verdreifachen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Interpolationsfilter acht Pole auf.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, eine Vorrichtung zur Beschickung einer Speicher­ einrichtung eines elektronischen Musikinstruments anzu­ geben, bei dem mit geringem Aufwand die Klänge möglichst naturgetreu wiedergegeben werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung mit einer Aufnahmeeinrichtung zum Erzeugen von Klangmusters in Gestalt von elektrischen oder magnetischen Signalen aus Schallwellen, einer Abtasteinrichtung, die die Klang­ muster mit einer Abtastfrequenz zu vorbestimmten Zeit­ punkten abtastet und Abtastwerte erzeugt, und mit einer Speichereinrichtung, die die Abtastwerte in die Speicher­ einrichtung einschreibt, versehen, wobei zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Abtasteinrichtung eine Pre­ emphasis-Einrichtung angeordnet ist, die die Klangmuster im Frequenzbereich der ausgeprägten Dämpfung verstärkt.

Die Beschickungsvorrichtung sorgt also im voraus dafür, daß die durch das digitale Filter erfolgte Dämpfung wieder kompensiert wird.

Dabei ist bevorzugt, daß die Preemphasis-Einrichtung die Klangmuster in einem Frequenzbereich verstärkt, der unter 50% der Abtastfrequenz liegt. Die Verstärkung erfolgt also in einem relativ breiten Frequenzband, so daß die abgespeicherten Abtastwerte wenn sie nicht durch das elektronische Musikinstrument ausgelesen wer­ den, wahrscheinlich gar nicht als zu den Klangmustern zugehörig erkannt werden könnten.

Mit Vorteil weist die Preemphasis-Einrichtung eine fre­ quenzabhängige Verstärkungskennlinie auf, die im wesent­ lichen umgekehrt proportional, im besten Fall sogar ganau umgekehrt proportional, zur frequenzabhängigen Durchlaßkennlinie des Interpolationsfilters ist. Je stärker die Dämpfung im Interpolationsfilter in Abhängig­ keit von der Frequenz ist, desto stärker ist die Verstär­ kung bzw. die Anhebung der gleichen Frequenzen in der Preemphasis-Einrichtung. Nachdem das Signal, d. h. die ausgelesenen Abtastwerte, durch das Interpolationsfilter gelaufen sind, ist die vorher aufgebrachte Preemphasis durch die Dämpfung des Filters kompensiert worden.

Es ist auch bevorzugt, daß die Preemphasis-Einrichtung Frequenzanteile oberhalb der Grenzfrequenz abschwächt. Die Preemphasis-Einrichtung schneidet also Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz ab bzw. dämpft sie erheblich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeipiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Musik­ instruments,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Beschickungs­ einrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Filters,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Filter­ elements und

Fig. 5 Frequenzabhängigkeiten von Filterdämpfung und Preemphasis-Verstärkung.

In einer Speichereinrichtung 1 sind Klangmuster in Form von Abtastwerten digital abgespeichert. Die Anzahl von Abtastwerten pro Klangmuster wird bestimmt durch die höchste in dem Klangmuster auftretende Frequenz. Eine Ausleseeinrichtung 2 liest die einzelnen Abtastwerte gesteuert aus, wenn sie ein entsprechendes Signal von einer Tastatur 3 und einem zugehörigen Tastaturprozessor 3a oder einer anderen Signalquelle empfängt. Die aus der Speichereinrichtung 1 ausgelesenen Abtastwerte werden über einen Bus 8 einem digitalen Interpolationsfilter 4 zugeführt, das aus den Abtastwerten an vorgegebenen Stützstellen, die durch eine System-Abtastrate, d. h. eine im gesamten Musikinstrument einheitlich verwendete Abtastrate, bestimmt sind, Augenblickswerte berechnet. Mit anderen Worten führt das Interpolationsfilter 4 eine "Sample Rate Conversion" durch, wie sie beispiels­ weise aus "Musical Applications of Microprocessors" von Chamberlin bekannt ist. Auch das Interpolationsfilter 4 ist über einen Bus 9 mit dem Tastaturprozessor 3a verbunden. Der Tastaturprozessor 3a versorgt das Inter­ polationsfilter 4 mit Informationen über die zu erzeu­ gende Tonhöhe, z. B. über die Frequenz, mit der die Ab­ tastwerte aus der Speichereinrichtung 1 wiedergegeben werden sollen. Die Frequenzinformation wird dem Inter­ polationsfilter 4 in Form einer Phaseninformation über­ mittelt, d. h. das Interpolationsfilter 4 erhält über den Tastaturprozessor 3a die Information, welchen Phasen­ abstand die einzelnen Stützstellen voneinander haben sollen. Das Interpolationsfilter 4 führt eine Inter­ polation zwischen den einzelnen Abtastwerten gemäß seiner gespeicherten Filterkoeffizienten durch.

Das Ausgangssignal des Interpolationsfilters 4 wird über einen Bus 10 weiteren, nicht näher erläuterten Bearbeitungsstufen 5 zugeführt, die das Ausgangssignal weiter digital bearbeiten. Hierbei handelt es sich ins­ besondere um die Ausbildung der Amplitude des Klang­ musters, die ebenfalls durch die Tastatur gesteuert wird. Beispielsweise läßt sich hierbei die Anschlags­ dynamik zur Nachbildung eines Piano-Klanges steuern. Natürlich sind auch Effekt-Bearbeitungen möglich, bei­ spielsweise die Erzeugung eines digitalen Halles, eines Verzerrers, eines Phasenvibratos, eines Tremolos oder anderer Effekte. Das fertig bearbeitete digitale Signal wird einem Digital/Analog-Wandler 6 zugeführt, der das digitale Signal in ein analoges wandelt. Das analoge Signal wird einer Audioeinheit 7 zugeführt, die das analoge, aber elektrische Signal hörbar macht, also daraus Schallwellen erzeugt und diese an die Luft ankop­ pelt.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau des Interpolations­ filters 4, wobei acht im Prinzip gleich aufgebaute Pole 11 dargestellt sind. Jeder Pol erhält über den Bus 9 die Phaseninformation, d. h. die Information über die Lage der Stützstelle innerhalb des Klangmusters bei der gewünschten Frequenz, an der aus den Abtastwerten der Augenblickswert berechnet werden soll. Über den Bus 8 werden die aus der Speichereinrichtung 1 mit Hilfe der Ausleseeinrichtung 2 ausgelesenen Abtastwerte dem digitalen Interpolationsfilter 4 zugeführt. Die Abtast­ werte, die über den Bus 8 zugeführt werden, stehen jedem Filterpol, gegebenenfalls zeitlich versetzt, zur Ver­ fügung. Der Ausgang eines Filterpols wird zum Eingang des jeweils nächsten Filterpols weitergegeben.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau eines einzelnen Filterpols. In einem Speicher 12, der als RAM oder als ROM ausgebildet sein kann, sind Filterkoeffizienten abgelegt, die unter der Steuerung des über den Bus 9 zugeführten Phasenwerts ausgelesen werden können. Der Filterkoeffizientenspeicher 12 ist über Busleitungen 13, 14 mit einem Interpolator 15 verbunden, der ebenfalls die Phasenwert-Information erhält. Der Filterkoeffi­ zientenspeicher 12 stellt über die Busleitungen 13, 14 jeweils zwei aufeinanderfolgende Filterkoeffizienten zur Verfügung, mit deren Hilfe der Interpolator 15 bei­ spielsweise eine lineare Interpolation durchführen kann. Der Ausgang des Interpolators 15 ist mit einem Multi­ plizierer 16 verbunden, der den Ausgang des Interpolators 15 mit den Abtastwerten, die über den Bus 8 zugeführt werden, multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 16 ist mit einem Addierer 17 verbunden, der den Ausgangs­ wert des Multiplizierers 16 zum Ausgangswert des vorhe­ rigen Filterpols addiert. Zu diesem Zweck wird der Aus­ gang des vorherigen Filterpols über einen Bus 18 dem zweiten Eingang des Addierers 17 zugeführt. Der Ausgang des Addieres 17 wird über einen Bus 19 zum nächsten Filterpol weitergegeben. Beim letzten Filterpol (Filter­ pol 8) entspricht der Bus 19 dem Ausgang 10.

Das Interpolationsfilter 4 ist ein Filter mit relativ niedriger Ordnung, d. h. es weist nur 32 oder weniger, im vorliegenden Fall sogar nur 8 Pole, auf. Filter mit einer derart niedrigen Ordnung schneiden bei ihrer Sperr­ frequenz f_A nicht scharf ab, sondern haben unterhalb davon schon eine teilweise erhebliche Dämpfung. Dieser Sachverhalt ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Hier ist im oberen Teil die Abhängigkeit der Amplitude A von der Frequenz f dargestellt. Es ist deutlich zu er­ kennen, daß es sich bei dem vorliegenden Filter 4 um ein Tiefpaßfilter handelt, das am Ende eines Durchlaß­ bereichs 20 bereits eine maximale Dämpfung D auf das Eingangssignal ausübt. Der Durchlaßbereich endet hier bei der Grenzfrequenz f_G, d. h. der höchsten im Klang­ muster vorkommenden Frequenz. In einem darin anschließen­ den Bereich 21, der im folgenden der Einfachheit halber "Übergangsbereich" bezeichnet werden soll, werden die Signalanteile mit den entsprechenden Frequenzen zwar noch durchgelassen, aber schon stärker als mit der Dämp­ fung D gedämpft. An den Übergangsbereich 21 schließt sich ein Sperrbereich 22 an. Frequenzen in diesem Bereich werden praktisch vollständig unterdrückt.

Mit der Tiefpaßfilter-Eigenschaft des Interpolationsfil­ ters 4 soll erreicht werden, daß störende Frequenzan­ teile, die durch die Abtastung des ursprünglichen Klang­ musters entstehen, unterdrückt werden. Dazu muß die Grenzfrequenz f_G so gelegt werden, daß sie mindestens so weit unter der halben Abtastfrequenz f_S/2 des ur­ sprünglichen Klangmusters liegt, wie die Sperrfrequenz f_A über f_S/2. Hierbei ergibt sich nun durch die "billige" Ausführung des Filters das Problem, daß man in dem Fall, wo man den Sperrbereich 22 in der Nähe der Grenzfrequenz f_G beginnen läßt, eine zu starke Dämpfung der Frequenzan­ teile erhält, die eigentlich noch vollständig in dem wiederzugebenden Klangmuster enthalten sein müßten. Verschiebt man hingegen den Durchlaßbereich 21 weiter in Richtung einer höheren Frequenz, d. h. läßt man die Grenzfrequenz f_G innerhalb des Übergangsbereichs oder sogar an dessen linker Seite liegen, werden auch stören­ de Frequenzen durchgelassen, die die Wiedergabe des Klangmusters hörbar und störend verändern.

Man kann jedoch die Dämpfung im Durchlaßbereich 20, also bei Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz f_G, dann zulassen, wenn man dafür sorgt, daß die entspre­ chenden Frequenzen der Klangmuster vor der Abspeicherung entsprechend angehoben oder verstärkt worden sind. Fig. 2 zeigt eine dafür geeignete Anordnung. Mit Hilfe eines Mikrophons 24 werden Klangmuster, beispielsweise von einem herkömmlichen musikalischen Instrument, aufgenom­ men und in elektrische Signale umgewandelt. Der Ausgang des Mikrophons 24 wird einer Preemphasis-Einrichtung 25 zugeführt, die ausgewählte Frequenzanteile des vom Mikrophon 24 erzeugten elektrischen Signals verstärkt.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors V von der Frequenz f. Es ist zu sehen, daß die Verstärkung umso stärker wird, je stärker die Dämpfung im Durchlaß­ bereich 20 ist. Die derart veränderten Klangmuster werden einer Abtasteinrichtung 26 zugeführt, die die Klangmuster mit einer Abtastfrequenz abtasten, die dem Doppelten der höchsten in dem Klangmuster vorkommenden Frequenz entspricht. Die derart abgetasteten Abtastwerte werden in dem Speicher 1 abgelegt.

Bei der "Sample Rate Conversion" nach dem Auslesen mit Hilfe des Interpolationsfilters 4 werden die höher fre­ quenten Anteile der Klangmuster zwar gedämpft, diese Dämpfung wird jedoch durch die vorherige Anhebung kompen­ siert, so daß ein Signal am Ausgang des Interpolations­ filter zur Verfügung steht, das alle Frequenzen bis zur Grenzfrequenz f_G ungedämpft, höhere Frequenzen aber nahezu vollständig gedämpft enthält.

Durch den Aufbau des Interpolationsfilters erfolgt eine automatische Anpassung der Grenzfrequenz f_G an die ur­ sprüngliche Abtastrate, mit der das Klangmuster in der Abtasteinrichtung 26 abgetastet worden ist. Das Inter­ polationsfilter 4 interpoliert entsprechend der Filter­ koeffizienten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtast­ werten, wobei unerheblich ist, ob die Abtastwerte ur­ sprünglich zeitlich dicht aufeinander gefolgt sind oder zeitlich weiter voneinander entfernt waren. Die zeitliche Beziehung wird erst durch die Phaseninformation über die Leitung 9 hergestellt, mit deren Hilfe das Interpo­ lationsfilter 4 die nötige Anzahl von Stützstellen be­ rechnet, die für die weitere Verarbeitung mit der Sy­ stem-Abtastrate notwendig sind. Die Tiefpaßfilter-Eigen­ schaft des Interpolationsfilters 4 ergibt sich aus der Art der Interpolation zwischen den beiden aufeinander­ folgenden Abtastwerten, d. h. die "relative" Grenzfre­ quenz, also die auf die ursprüngliche Abtastrate bezogene Grenzfrequenz und wird durch die im Speicher 12 abge­ legten Filterkoeffizienten bestimmt.

Claims (17)

1. Verfahren zur Klangerzeugung mit einem elektronischen Musikinstrument, bei dem in einem Vorbereitungsab­ schnitt Klangmuster in einer Speichereinrichtung (1) in Form von Abtastwerten digital gespeichert werden und in einem Klangerzeugungsabschnitt die Abtastwerte aus der Speichereinrichtung (1) ausgele­ sen werden, in einem Interpolationsfilter (4) digital interpoliert werden und digital-analog gewandelt werden, wobei bei der digitalen Interpolation eine Dämpfung unterhalb der Sperrfrequenz des Interpola­ tionsfilters (4) zugelassen wird und im Vorbereitungs­ abschnitt die höherfrequenten Anteile der Klangmuster, die im Interpolationsfilter (4) gedämpft werden, vor der Speicherung verstärkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der höherfrequenten Anteile mit einer frequenzabhängigen Verstärkungskennlinie er­ folgt, die der frequenzabhängigen Durchlaßkennlinie im Durchlaßbereich (20) im wesentlichen umgekehrt proportional ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Frequenzspektrum der Klangmuster auf Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz be­ schränkt wird, wobei die Grenzfrequenz kleiner als die Sperrfrequenz des Interpolationsfilters (4) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrfrequenz des Interpo­ lationsfilters (4) abhängig von der Abtastfrequenz gewählt wird, mit der die Abtastwerte aus den Klang­ mustern erzeugt worden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrfrequenz (f_A) in der Größenordnung von 50% bis 60% der Abtastfrequenz gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grenzfrequenz (f_G) in der Größen­ ordnung von 30% bis 50% der Abtastfrequenz gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Interpolationsfilter (4) verwendet wird, dessen Sperrfrequenz (f_A) sich in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz (f_S) selbsttätig verändert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Interpolationsfilter (4) 32 oder weniger Pole (11) aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Interpolationsfilter (4) acht Pole (11) aufweist.

10. Elektronisches Musikinstrument zur Erzeugung von Klängen mit einer Speichereinrichtung (1), in der Klangmuster in Form von Abtastwerten digital gespei­ chert sind, einer Ausleseeinrichtung (2) die die Abtastwerte gesteuert ausliest, einem digitalen Tiefpaß-Interpolationsfilter (4) und einem Digi­ tal/Analog-Wandler (6), der mit dem Ausgang des Interpolationsfilters in Verbindung steht, insbeson­ dere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Interpolationsfilter (4) unterhalb seiner Sperrfrequenz eine ausgeprägte Dämpfung aufweist, und die Abtastwerte Klangmustern entsprechen, deren höherfrequente Anteile, die in dem Interpolationsfilter (4) gedämpft werden, ver­ stärkt sind.

11. Musikinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Interpolationsfilter (4) zwei­ unddreißig oder weniger Pole (11) aufweist.

12. Musikinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Interpolationsfilter (4) acht Pole (11) aufweist.

13. Vorrichtung zur Beschickung einer Speichereinrich­ tung eines elektronischen Musikinstruments nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit einer Aufnahme­ einrichtung (24) zum Erzeugen von Klangmustern in Gestalt von elektrischen oder magnetischen Signalen aus Schallwellen, einer Abtasteinrichtung (26), die die Klangmuster mit einer Abtastfrequenz zu vorbestimmten Zeitpunkten abtastet und Abtastwerte erzeugt, und mit einer Speicherbeschickungseinrich­ tung, die die Abtastwerte in die Speichereinrichtung (1) einschreibt, wobei zwischen der Aufnahmeinrich­ tung (24) und der Abtasteinrichtung (26) eine Pre­ emphasis-Einrichtung (25) angeordnet ist, die die Klangmuster im Frequenzbereich der ausgeprägten Dämpfung verstärkt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Preemphasis-Einrichtung (25) die Klang­ muster in einem Frequenzbereich verstärkt, der unter 50% der Abtastfrequenz liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Preemphasis-Einrichtung eine fre­ quenzabhängige Verstärkungskennlinie aufweist, die im wesentlichen umgekehrt proportional zur frequenz­ abhängigen Durchlaßkennlinie des Interpolationsfil­ ters (4) ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verstärkungskennlinie umgekehrt pro­ portional zur Durchlaßkennlinie ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Preemphasis-Einrich­ tung (25) Frequenzanteile oberhalb der Grenzfrequenz (f_G) abschwächt.