DE2318881A1

DE2318881A1 - Integrierte schaltung fuer ein orgelsystem mit vollharmonischen wellen einschliesslich einer vorrichtung fuer floetentoene und pedaltoene

Info

Publication number: DE2318881A1
Application number: DE2318881A
Authority: DE
Inventors: David Millet; Ray B Schrecongost
Original assignee: Hammond Corp
Current assignee: Marmon Co
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-12
Publication date: 1973-11-08
Also published as: US3755609A; JPS5933040Y2; IT981725B; CA966706A; JPS4923621A; ZA731092B; JPS5391822U; AU5235873A; GB1405238A; NL7302619A; BR7303087D0

Description

2318851

für acht Oktaven .der Manualtöne und drei Oktaven der t6-Fuß-, 8-Fuß- und 4-I¹Ua-Pe dal töne oder Äquivalentes liefert. Jeder Sehaltkreis erfordert nur einen- Tonfrequenzeingang oder-, Takt für jede von zwei "benachbarten Tongruppen, z.B. einen für G und einen für G φ '■. Die integrierten Schaltkreise sind LSI-Schaltkreise (large scale integration) und enthalten Frequenzteiler, die. Anordnung zur Tastung und Stufenschaltung der Eechteckwellen_? zum Sammeln und Steuern der Ausgänge für die Oktaven- oder Halboktaven-Filterung und für die Formantbildung, und um drei Eedalausgänge zu liefern,, je einen für die 16-Iuß-_S 8- und 4-Fuß-Pedal· töne oder das Iquivalente für andere Anwendungen«- Ee sind Torkehrungen getroffen zur Phasensynchronisation der Frequenzteiler.

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung "--"""■-' ". -

Die Erfindung betrifft in erster Linie die wirksame Anpassung der Techniken von integrierten MOSFET-Schaltungen (Metalloxyd-Silizium-Feldeffekttransistor) zur Herstellung -von LSI-Schaltkreisen für ein Hellwellen (vollharmonische Wellen) Orgelsystem mit Torkehrungen für Flötentöne (Sinuswellen)., Das System liefert auch 16-, 8-- und 4-5¹U-S- Pe dal töne der Hellwellentype. Das System ist derart, daß jeder Schaltkreis (die alle identisch sind) in Oktavenbeziehung stehende Gruppen von zwei benachbarten Tönen

liefert, so daß sechs Schaltkreise alle für ein Manual von Tasten erforderlichen Töne einschließlich derjenigen liefern, die für die Pedaltasten "benötigt werden. In den LSI-Schaltkreisen sind Vorkehrungen getroffen für die Tastung, die Stufenschaltung, die Frequenzteilung und die Ausgangsmischung, so daß die einzigen erforderlichen Eingangssignale zwei Takte sind, einer für jede der "benachbarten Tonoktavengruppen. Die Ausgänge werden so gemischt, daß die Anzahl der Schal tkreisanschlüsise ein Minimum ist. Es wird auch ein neuartiges Schema geschaffen, um die Filterung der Ausgänge von mehreren Schaltkreisen in Oktavengruppen durchzuführen, damit Sinuswellen trotz der Tatsache erhalten werden, daß das System im Grunde von der vollharmonischen Wellentype ist. Das System kann dazu verwendet werden, alle Töne einer Orgel zu liefern, und es wird der Einfachheit halter im wesentlichen so "beschrieben; es hat wahr- ■ ■ scheinlich jedoch seine größte Brauchbarkeit darin, die Möglichkeiten einer Orgel zu vergrößern, die auch andere Tonquellen anderer Art aufweist.

§03846/0423

-A-Zusammenfassung der Erfindung

S=Oi=SSSS=SSSSSS = SSSS=S=S=E=SS S = SS=S=SS=S =

Heliwellenorgeln, die auch als Orgeln mit vollharmonischen Wellen oder FormantorgeIn bezeichnet werden, basieren auf dem Prinzip, daß, ausgehend von vollhärmonisehen Wellen, die die Grundfrequenz und eine im allgemeinen abnehmende Reihe sowohl gerader als auch ungerader Harmonischer enthalten,-diese Wellen formantiert (förmanted) (gefiltert und zur Resonanz gebracht) werden können, um eine große Variationsbreite an Toncharakteristiken zu erzielen. Vollharmonische Wellen der brauchbarsten Type für den Ausgangspunkt sind Sägeζahnkurven . Diese können dadurch, beschrieben werden, daß sie eine praktisch sehr kurze Anstiegszeit und einen geradlinigen Abfall oder umgekehrt aufweisen.

Bin Weg zur Schaffung vollharmonischer Wellen besteht darin, daß man von Rechteckwellen ausgeht, die nur dieGrundfrequenz und eine abnehmende Reihe ungerader Harmonischer aufweisen, und eine in Oktavenbeziehung stehende Reihe in einer Weise addiert, die allgemein als Stufenschaltung bekannt ist. Damit wird zu einer . Rechteckwelle mit der Frequenz der Grundwelle die um eine Oktave höher liegende Rechteckwelle mit halbem Spannungspegel addiert, plus der um zwei Oktaven höher liegenden Rechteckwelle mit einem Viertel des Pegels, plus der um drei Oktaven höhex liegenden Rechteckwelle mit einem Achtel des Spannungspegels. Die Addition

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von vier saldiert in Oktavenbeziehung stehenden Rechteckwellen erzeugt eine ¥elle mit einer Folge von kleinen Treppenstufen, die sich sehr gut einem echten Sägezahn nähert. Diese Treppenstufenwelle kann foxmantiert werden, um eine Anzahl brauchbarer musikalischer Antworten zu ergeben,, bietet sich jedoch nicht an zur oktavenbreiten Filterung zur Herstellung von Sinusxirellen, wie sie für die Flötentöne benötigt werden. Der Grund dafür ist, daß jedes Sinusfilter die Grundxfelle durchlassen muß, die zweite und alle höheren Harmonischen jedoch ausschließen muß. Me Zahl der Töne, die zusammen gefiltert werden können, ist deshalb streng begrenzt, und deshalb ist eine große Zahl ziemlich teurer Filter erforderlich.

Der übliche Weg besteht in der Filterung der Hechteckwelle, um alles mit Ausnahme der Grundwelle zu entfernen, anstatt von der vollharmonischen Welle auszugehen^ da bei der Rechteckwelle die zur Grundwelle dichteste Harmonische die dreifache Frequenz der Grundwelle hat, und damit jedes Filter eine Tonsignaloktave umfassen kann_y die einen Bereich von nur zwei zu eins bedeckt, üblicherweise werden vollharmonische Wellen durch Stufenschaltung von Rechteckwellen erzielt» und die bequemste Anordnung zur Lieferung von Tonsignalen, bei allen den Tonfrequenzen, die von dem Instrument gefordert werden, sieht zwölf Hauptfrequenaen oder

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Takte für die oberste Oktave des Instruments vor und teilt jede dieser zwölf Frequenzen, um die näohstniedrigere Oktave zu erhalten, usw. Die zuverlässigste und.allgemein bevorzugte Schaltung für diese binäre Teilung, insbesondere wenn identische Schaltungen bei sehr unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden sollen, ist das Flipflop, das eine Rechteckwelle als Ausgangssignal liefert. Es liegt demnach ein Torteil darin_s die erhaltenen Rechteckwellen₈ die bei allen den verschiedenen Frequenzen vorliegen_s als Ausgangspunkt für die vollharmonischen Wellen oder Hellwellen zu verwenden.

Wenn, eine LSI-Schaltung zur Frequenzteilung_s Mischung, Stufenschaltung und Tastung in einem.einzigen Schaltkreis verwendet wird, ist deshalb ein Problem ₉ einen weiteren Zuleitungssatz aus dem Schaltkreisgehäuse von den Quellen der Rechteckwellen für die Sinuswellenfilterung heraus zuführen^ ohne die Anschlußkapazität des Schaltgehäuses su überfordern» Die vorliegende Erfindung löst u.a. dieses Problem, indem sie getrennte Ausgänge für Rechteckwellen-Tonsignale überflüssig macht_s und sie erreicht dies_s indem nur ein zusätzlicher Anschluß gegenüber denen_s die für die Lieferung der stufengeschalteten Wellen erforderlich sind₉ vorgesehen wird.

Gewisse Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind auch in der üS-Patentschrift 3636 231 enthalten, die am 18.1.72 an Ray B.Schrecongost und David Millet unter dem Titel "D.C.Keyed Synthesis Organ Employing an Integrated Girsuit" erteilt wurde.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen ■

Die aus den Figuren 1A und 1B bestehende !ig. 1 ist eine schematische Darstellung einer LSI zur Durchführung der vorliegenden Erfindung für zwei Gruppen benachbarter, in Oktavenbeziehung stehender Söne, insbesondere im vorliegenden Beispiel die G- und C# -Töne

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines komplexen Wellentasters, der einen Teil der !"ig. 1 bildet, "zur Synthetisierung von Treppenstufenwellen aus Rechteckwellen, und

Pig. 3 ist eine schematische Darstellung des komplexen, in der Pig. 1 verwendeten ¥ellentastersystems, um eine Gruppe von 16'-, 8'- und 4'-Pedaltönen oder Äquivalentes zu liefern.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In dieser Beschreibung und in der Zeichnung stimmen die Terminologie und die Symbole damit überein, was auf dem Gebiet der LSI üblich zu sein scheint. Schaltungsanordnungen auf den LSI-Plättchen, mit denen bekannte Ziele erreicht werden sollen, werden nicht in den Einzelheiten beschrieben oder gezeigt. Liese Einzelheiten sind für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig und wurden die

Beschreibung unnötig verlängern und komplizieren. Üblicherweise verwendete Schaltungselemente, wie Flipflop-Frequenzteiler, die durch 2 teilen, Puffer, die Signalpegeländerungen kompensieren, Löschschaltungen' zum Rücksetzen der Flipflops auf Null oder eine andere Startstellung, wenn ein Impuls auf eine mit den Flipflops verbundene Leitung gsgeben wird, Gatter, die öffnen oder schließen in Abhängigkeit von dem Potential auf einer Leitung, u.a. werden nur in der Form der Funktionen beschrieben, die sie ausführen. Yerbindungen. zwischen solchen Elemmiten werden jedoch gezeigt und beschrieben.

Das System verwendet LSI-Schaltkreise, die alle identisch sind und die jeweils zwei Gruppen von um einen Halbton auseinander liegenden und in Oktavenbeziehung stehenden Tönen liefern. Genau gesagt liefert der zu beschreibende Schaltkreis alle G- und C # -Töne. Ein anderer liefert die D- und Djf -Töne, ein weiterer die E- und die E;^, Töne usw. Jeder Schaltkreis liefert acht Oktaven dieser Töne, von C₁ bis C_fi und C # ₁ bis C^ „ z.B. und auch drei Oktaven von 16*— , 8·- und 4'- Pedaltönen oder das Äquivalente sowohl für G als auch für C$ , nach oben von dem 16'-C-Ton mit ^r seiner Grundwelle bei C.. Obwohl diese hier als Pedaltöne bezeichnet werden, können sie selbstverständlich auch für andere Zwecke angeschlossen werden. Das unterscheidende Merkmal ist, daß es getrennte

Schaltungsausgangsklemraen für die 16'-, die 8¹- und die 4'-Töne gibt.

Vie die Fig. 1 zeigt, nimmt das C-Tonsystem die linke Seite der !Figur ein, und das C/.-Tonsystem die rechte Seite. Da die Schaltungen identisch sind, mit Ausnahme einiger gemeinsamer Teile, wird nur die Schaltung für die C-Töne in den Einzelheiten beschrieben.

Im oberen Teil der I¹Ig. 1 ist ein Anschluß 100 mit einem C-Takt verbunden, der sich außerhalb des Schaltkreises befindet. Dieser C-Takt liefert ein Eingangssignal mit 4186 Hz, d.h. C„.

Der Anschluß 100 ist über einen Puffer 1o2 mit der Leitung 1o4 verbunden, die wiederum mit einem binären Frequenzteiler-Flipflop 1o6 verbunden ist. Der Ausgang 1o8 des Teilers 1o6 ist mit einem zweiten Teiler 11o verbunden. Dessen Ausgang 112 ist mit einem dritten Teiler 114 verbunden. Diese Teilerkaskade setzt sich fort durch Anfügung zusätzlicher Stufen, die mit 118, 122, 126 bzw. bezeichnet sind, und die Leitungen zwischen den Stufen sind mit 116, 12o, 124 bzw. 128 bezeichnet. Der Ausgang der letzten Stufe 150 hat das Kennzeichen 132. Die Frequenzen, die auf den einzelnen Zuleitungen zur Verfügung stehen, sind bei Verwendung musikalischer Bezeichnungen: Leitung I04: G₀, 108: G„, 112: C,,, 1i6s G,.,

b / ο 5

120g Ο,, 124s G^₉ 128? Gg und 132g CL. Alle diese Tonfrequenzen

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sind Recht eckwell en und haben in etwa gleiche Spitzenspannungen. Der Puffer bei 1o2 kompensiert mögliche Spannungsänderungen des C-Taktes relativ zu den Ausgängen der Frequenzteiler.

Eine Klemme 154 ist über einen Puffer 136 mit der Leitung 138 verbunden, die wiederum mit jedem der Frequenzteiler I06, Ho, 114, 118, 122, 126 und 13o verbunden ist. Dies ist ein Löschsystem und setzt alle Frequenzteiler in eine gleichförmige Startposition immer dann zurück, wenn ein Impuls richtiger Polaritat an die Klemme 134~'ü?elegt wird. Wenn das vorliegende System allein alle Töne einer Orgel liefern würde, würde dieses Löschsystem nicht benötigt werden. Da jedoch die Orgel noch andere Quellen für den gleichen Ton haben kann, ist es notwendig, daß z.B. die C-Töne aller Quellen in Phase miteinander sind, um Auslöschungseffekte zu vermeiden. Deshalb liefert irgendeine Quelle, z.B. eine der C-Ton-Quellen in einem hier nicht beschriebenen anderen Teil des Systems, einen periodischen Impuls, vorzugsweise mit der halben Frequenz des niedrigsten musikalischen Tones, an die Klemme 134»· der alle C-Ton-Systeme in einheitliche Ausgangsstellungen zurücksetzt. Deshalb sind die C-Töne aller Quellen miteinander in Phase. Wenn sie einmal in Phase sind, dann bleiben sie gewöhnlich auch miteinander in Phase. Demnach wird das Syrichronisationssystem gewöhnlich nur beim Einschalten des Instruments dazu

benötigt, alle Frequenzteiler in eine Null-Aus gangs st ellung zu bringen. Das gleiche System wird selbstverständlich dazu verwendet_t die Synchronisation der anderen Töne sicherzustellen.

In Verbindung mit diesem Merkmal wird besondere auf die noch schwebende US-Patentanmeldung I84 81 ο von Ray B. Schrecongost mit dem Titel "Integrated Circuit Synthesis and Bright Wave Organ System" der gleichen Anmelderin verwiesen, in der dieses Merkmal in genaueren Einzelheiten besprochen wird.

Unter der gerade beschriebenen Frequenzteilerdekade ist eine Gruppe von acht Tastungsblöcken I40 dargestellt. Diese Blöcke sind identisch miteinander und werden in der Fig. 2 in den genaueren Einzelheiten dargestellt. Sie unterscheiden sich voneinander durch den Ton, die sie jeweils tasten. Diese Blöcke I40 tragen deshalb zusätzliche individuelle Bezeichnungen, und zwar links beginnend· · mit G₁JC₂, Oy C₄, C₅, C₆, C₇ und G_ß.

Gemäß Fig. 2 besitzt der Tastungsblock HO eine Zuführung I42 für. die negative Spannung Tdd, die mit den Senken von vier niederohmigen HOSFST-Slementen I44, I46, I48 und I50 verbunden ist. Die Gatter dieser Slemente haben Zuführungen, die mit F (Grundwelle), 2F (doppelte Grundwelle), 43? (vierfache Grundwelle) und 8F (achtfache

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Grundwelle) bezeichnet sind. Die Quelle dee MOSFET 144 ist mit der Senke eines anderen MOSFET-Elementes 152 verbunden, dessen Quelle an einer Tasterausgangsleitung 154 liegt. Jedes der anderen Elemente 146, 148 und 150 ist ^auf ähnliche Weise über einen mittelohmigen zweiten MOSi¹ET 15^» 158 bzw. I60 mit dem Ausgang I54 verbunden. Die Gatter der Elemente 154» 15^, 158 und I60 sind miteinander und mit der Tastungsklemme 162 verbunden.

Außerhalb des LSI-Schaltkreises legen Spieltastenkontakte 164» die durch die entsprechende Spieltaste für den Ton betätigt werden, ein entsprechendes Tastungspotential von einer Quelle 166 an die Klemme 162 an. Ein gewünschter Umhüllungsformer 168 kann verwendet werden, um diesem Tastungspotential die angemessene Umhüllung zu gpben. Es kann stetig sein und durch ein einfaches Öffnen und Schließen des Kontaktes I64 angelegt oder weggenommen worden, oder es kann eine haltende oder stoßende Umhüllung sein. Tastungsumhüllungsformer für diesen Zweck sind gut bekannt und bedürfen hier keiner genauen Beschreibung.

- Der Taster arbeitet folgendermaßen. Es wird angenommen, daß ein angemessenes fiechteckwellensignal mit der gewünschten Grundfrequenz für den Ton an die Leitung S¹ -angelegt wird,, und daß die Bechteckwellen mit der doppelten, vierfachen und achtfachen Grund-'

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frequenz entsprechend, an die Leitungen 2F, 4S¹ und 8F angelegt werden. Unter diesen Bedingungen werden diese an die Gatter der MOSFETs angelegten Rechteckwellen das Ydd-Gleichpotential choppen und die erhaltenen Rechteckwellen an die MOSFSTs 152, I56, I58 und 160 anlegen. Wenn die die Kontakte I64 "betätigende Spieltaste betätigt wird, bewirkt das resultierende Potential mit der gewünschten Umhüllung, das an die Gatter der MOSFETs I52, I56, I58 und angelegt wird, daß diese Elemente leitend werden und die gemischten Rechteckwellensignale an den Ausgang I54 legen.

Zur Zeit der Herstellung wird die Geometrie der I10SFHT-31emente so gewählt, daß bei Betätigung der wirksame Widerstand durch die Elemente I46 und I56 in Reihe doppelt so groß ist wie der durch die Elemente 144 u¹¹^. 152, ä-er durch I48 und I58 vierfach so groß wie der durch I44 und I52 und der durch I50 und 1βΟ achtfach so groß wie der durch I44 und 152 ist. Das Gemisch der Rechtecke wellen bildet deshalb eine Treppenstufe, die eine vollharmonische Hellwelle annähert. In einer typischen Konfiguration 55.B. können die MOCFETs 144, 146, 148 und I50 einen Widerstand von 100 0hm und die MOSFETs I56, I58 und I60 einen Widerstand von 10, 20 bzw. 40 kOhm haben.

Der Tastungsblock für C. ist mit seiner F-Leitung mit der C..-Leitung 132 verbunden, während die 2F-Leitung über ein MOSFET-Gatter I70

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mit der G_-Leitung 128, die 4F-Leitung mit der C,-Leitung 124 -und die 8F-Leitung mit der C.-Leitung 120 verbunden sind. Das Gatter I70 verhindert, daß die CL-Frequaiz an die 2F-Leitung des Tastungsblockes angelegt wird, es sei denn, daß ein entsprechendes Potential an die Gattersteuerleitung.172 angelegt wird.·

Alle anderen Tastungsblöcke I40 für C_,· C , C,, C , C,,, C„ und C₀

d. 3 4 5 ο ι σ

sind auf ähnliche V/eise angeschlossen. D.h., daß" in jedem Fall die F-Leitung die Grundfrequenz, die 2F-Leitung die doppelte Grundfrequenz usw. empfängt, und in jedem Fall ist die 2F-Leitung über ein Gatter I70 verbunden, dessen Steuerkleinme mit einer Steuerleitung 172 verbunden ist, die wiederum mit einem Schaltkreisanschluß 174 verbunden ist.

Eine Ausnahme besteht darin, daß der Cg-Tastungsblock keine Verbindung zu seiner 8F-Leitung aufweist, der C₇-BIoCk keine Verbindung zu den 4F- und 8F-Leitungen aufweist und der C₀-BIoCk

nur mit der F-Leitung verbunden ist. Bei der höchsten enthaltenen Frequenz (8372 Hz oder darüber) ist selbst die niedrigste dieser fehlenden Harmonischen nicht genügend bemerkbar, um die zusätzlichen Ausgaben dafür zu rechtfertigen. "Sie vorzusehen, würde einen zusätzlichen Frequenzteiler in der Kaskade und einen Takt mit 8374 Hz erfordern.

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Fie pchor» erwähnt wurde, ist der C^-Teil eine Verdopplung- des beschriebenen Teils, und der 3infachheit halber wurden dieselben Bezugszeichen für die Elemente verwendet, itnd um Verwirrung zu vermeiden, wurden nur bestimmte Tastenbezeichnungen eingeführt. Es reicht aus, festzustellen, daß der Cj^-Taktanschluß 100 eine CjiCj-Frequenz bei 4435 Hz empfängt. Der Übersicht wegen wurden

die musikalischen Tonfrequenzen Cj#., CA. usw. an den Leitungen und am Tastungsblock I40 verzeichnet. Die Tastungsblockausgänge 154 sind mit den Gattern I70 in den 2F-Leitungen gezeichnet, und diese Gatter sind auch mit der Gattersteuerleitung I72 verbunden, die zu der Klemme I74 führt.

Die verschiedenen Tasterausgänge 154 sind folgendermaßen verbunden. Ein Schaltkreisanschluß I76 ist mit Leitungen 154 für die Tastungsblöcke C₁, Cp, Cj^. und C/_p verbunden. Der Anschluß I78 ist mit den Leitungen 154 für die Tastungsblöcke C, und C/, verbunden. In ähnlicher Weise sind die Ausgänge I54 für die Blöcke C. und

VJ/. mit der Klemme 180, die für C₁. und C/_ mit der Klemme 182, ·· 4 - Jj

die für C,- und C/^ mit der Klemme I84, die für C„ und C/„ mit ,ob' Jl

der Klemme 186 und die für C₀ und C^_n mit der Klemme 188 verbunden.

Durch derartige Zusammenfassung der Ausgänge innerhalb der LSI werden nur sieben Schaltkreisanschlüsse für die sechzehn erzeugten

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_ Töne benötigt. Die AusgangsaiischlüsBe I76, 178» 180, 182, 184, 186 und 138 sind zusammen mit den ähnlichen Anschlüssen anderer Schaltkreise, die andere Töne erzeugen und tasten, mit dem Aucgangssystem des Instruments über die üblichen Formantierungsschaltungen und auch über Sinusfilter verbunden, die einen Durchlaßbereich von etwas mehr als einer Oktave haben. Wenn vollharmonische Eell·- wellentöne für die Formantierung gewünscht werden, ist das an die Klemme 174 angelegte Potential derart, daß alle Gatter I70 durchgeschaltet werden, so daß die zweite Harmonische und die ungeraden Harmonischen der zweiten in dem Treppenstufengemisch enthalten sind, das an den Ausgängen 154 der Tastungsblöcke vorliegt. Wenn andererseits Tlötentöne gewünscht werden, wird ein solches Potential*- an die Klemme 174 angelegt, daß alle Gatter I70 gesperrt sind. Unter diesen Bedingungen enthält das Gemisch an den Tasterausgangsklemmen 154 d-ie Grundfrequenz und alle Harmonischen, die normalerweise in der Treppenstufenwelle vorhanden sind, mit Ausnahme äer zweiten Harmonischen und den ungeraden Harmonischen der zweiten. Infolgedessen fehlt in dem gemischten Ausgang die zweite, sechste, zehnte Harmonische-usw.. Dabei ist wichtig, daß die zweite Harmonische fehlt, und die der Grundfrequenz nächste Harmonische die dritte Harmonische ist, die in der auf die Tastereingangsleitung I¹ gegebenen Rechteckwelle enthalten ist

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Qbwohl diese Ausgangswellenforra komplexer als die ursprüngliche Hechteckwelle ist, die die bis jetzt "bevorzugte Welüaaform für die Filterung bei der Erzeugung von Flötentönen ist, ist das Filtern nicht mehr schwierig, weil die dichteste Frequenz, die entfernt werden muß von der Verbindung mit der Grundfrequenz, in beiden Fällen die dreifache Frequenz der Grundfrequenz aufweist. Durch Hinzufügung nur eines Anschlusses 174 für die Steuerung aller zweiten Harmonischen, liefert der Schaltkreis sowohl vollharmonische Treppenstufenwellen für die Formantierung als auch Wellen, die zufriedenstellend in Oktavengruppen gefiltert werden können, um Flötentöne (Sinuswellen) zu liefern, indem einfach das Potential an einem einzigen Schaltkreisanschluß 174 verändert wird. Die beschriebene Wellenformsteuerung kann auch für andere Tonänderungen mit oder" ohne Filterung brauchbar sein, indem andere Rechteckwellenkomponenten der Treppenstufenschaltung gesteuert werden.

Für diesen Abschnitt der Schaltung liefert und tastet der Schaltkreis 8 Oktaven zweier benachbarter Töne (z.B. G und G$ ) in sowohl vollharmonischer Form als auch in einer Form, die zur Filterung geeignet ist, um Flötentöne zu erzeugen, wobei nur die folgenden Schaltkreisanschlüsse notwendig sind: Masse und zwei Spannungsklemmen, die gewöhnlich mit Ydd und Tgg¹ bezeichnet werden, um die

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MOSFET-Schaltungseleiaente zu betreiben, plus zwei Eingänge für die zwei Takte und zwei Löscheingänge, plus sieben Ausgangsklemmen, die sechzehn Anschlüsse 162 für die Spieltastenschaltungen und eine einzige Klemme 174 für die Steuerung der zweiten Sarmonischen, was insgesamt nur $1 Schaltkreisanschlüsse für sechzehn Töne und zwei verschiedene Wellenformen ergibt. Das ist hinsichtlich der Anschlußforderungen äußerst wirtschaftlich, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß sechzehn der Anschlüsse für die >: Verbindung mit den Eontakt systemen der sechzehn Spieltasten des von dem Schaltkreis bedienten Instruments benötigt werden.

Die Systeme zur Tastung und Lieferung der 16'—, O¹-, 4'-für die zwei benachbarten Halbtongruppen (θ und G^- in diesem Beispiel) sind gleichartig, und deshalb genügt die Beschreibung des linken Systems für die C-Töne. Ein Tastungssystem 200 (iPig.j) für das tiefe G besteht aus drei Gruppen von Tastungsblöcken der in !Fig. 2 dargestellten Art, .je einen für den 16'-, den 8'- und den 4^f-Ton. Eine ßpieltastenverbindung 2o2 steuert.alle drei Blöcke, so daß alle zusammen tasten, wenn die Spieltaste für das tiefe C betätigt wird* In ähnlicher Weise ist die Vdd-Epannungsleitung 142 über alle drei T_astungsblöcke verbunden. Die Ausgänge der drei Blöcke liefern getrennte Ausgangsklemmen für die 16*- , die 8¹- und die 4'-Töne bei 2o4» 2o6 iazw. 2o3·.

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Jeder der drei Sastungsblöcke hat vier Musiktoii-üignaleinga.ngs-Terbindungen ϊ?, 23?, 4I=' und 31 für die Grundfrequenz und die doppelte, die vierfache "bzw. die achtfache Grundfrequenz· Biese sind folgendermaßen verbunden: die G ,.-Leitung 132 iet mit F des lö'-Tastungsblockes verbunden; die Cp-Leitung ist mit 2Έ des 16'-Blockes und P des 8'-Blockes verbunden; die G,-Leitung ist mit 4Ϊ¹ des 16'-Blockes, 2Έ des 8'-Blockes und ]? des 4'-Blockes verbunden; G. liegt an 8Ϊ des lö'-Blockes, 4E" des 8'-Blockes und 2F des 4'-Blockesj G- liegt an 8F des 8'-Blockes und 4F des 4'-Blockes und C,- liegt an 8Γ des 4'-Blockes. ·

¥enn demnach die ßpieltaste für das tiefe C betätigt wird, lassen alle zwölf Taster in den drei Blöcken Treppenstufenwellen im Abstand von einer Oktave zu den drei Ausgängen 2o4» 2o6 und 2o8 für die 16·-, 8^f- und 4'-vollharmonischen Wellentöne 'durch, basierend auf C₁ für den 16'-Ton.

Ein anderer Satz von Tastern für 16'-, 8'- und 4'-G-Töne, die um eine Oktave höher liegen als die Gruppe für die Spieltaste für das tiefe C, wird bei 210 gezeigt, und ein dritter Satz für ein um zwei Oktaven höher liegendes C wird bei 212 angezeigt. Biese Tastergruppen gleichen der oben beschriebenen Gruppe, mit der Ausnahme, daß alle Tonsignal-jülaganesleitungen um eine Oktave für

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die Gruppe 210 . und um zwei Oktaven für die Gruppe 212 nach oben verschoben sind. Die einzelnen 16'-, 8¹- und 4'-Ausgänge von _ai±_en diesen Gruppen sind mit den gleichen I6^r-, 8·- und 4'-Ausgangsklemmen 2o4, 2o6 bzw. 2o8 verbunden.

Die gleiche Anordnung wird in der rechten Hälfte der I¹Ig, 1 für die drei Gruppen von 16'-, 8'- und 4'- G^ r-iPönen gezeigt. Die Ausgänge dee Gj^ -Teiles der Schaltung sind mit denselben Anschlüssen wie der G-Teil der Schaltung verbunden, so daß alle 16'-G und lö'-Cj^-Töne in den drei Oktaven an dem gleichen Anschluß 2o4 erscheinen. In ähnlicher Weise erscheinen alle 8'-und alle 4'~ Töne an den Klemmen 2o6 bzw. 2o8.

Dieses System fügt deshalb dem Schaltkreis die Fähigkeit hinzu, drei Oktaven vollharmonischer I6^f-, 8'- und 4·-"eilentöne für zwei benachbarte Halbtöne, G und C$ ' in'diesem bestimmten .Beispiel, zu liefern und zu tasten, und erfordert dabei die Anfügung von nur einem zusätzlichen Behaltkreisanschluß, sechs für C- und 0$ Spieltastenleitungen und drei Ausgangsverbindungen für die 16'-, 8·- und 4'-Ausgänge.

Patentansprüche!

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Claims

-21-Patentansprüche

/i Λ Integrierter Schaltkreis "von in Oktavenbeziehung zueinander stehenden Tönen für ein elektrisches Musikinstrument sowohl in vollharinonischer Form als auch in einer Form, die geeignet ist für die i'ilterung praktisch in Oktavengruppen, um JFlötentöne zu erzeugen, gekennzeichnet durch ein Substrat mit. Schaltungen darauf, die eine binäre Teilerkette bilden, einen Eingang für die Kette zum Empfang einer Taktfrequenz, wobei die Teilerkette eine Anzahl von Reehteokwellensignalen liefert, die aufeinanderfolgende binäre Teile der Taktfrequenz sind, eine Anzahl Tastergruppen, die jeweils aus einer Anzahl einzelner Taster bestehen, die so miteinander verbunden sind, daß sie in einen leitenden Zustand zum Durchlassen eines Signals von jedem Tastereingang zu seinem Ausgang gebracht werden, wenn ein Tastungspotential an eine Klemme angelegt wird,. die mit allen Tastern dieser Gruppe verbunden ist, wobei jeder der Taster einer Gruppe Eingangsverbindungen mit der Kette in der Art hat,' daß, wenn ein Tastungspotential an eine Gruppe angelegt wird, einer der Taster in der Gruppe eine Hechteckwelle mit der Grundfrequenz bei einem gewünschten Ton, ein anderer eine Hechteckwelle bei der zweiten Harmonischen dieses Tones und ein dritter"eine Rechteckwelle bei der vierten Harmonischen dieses Tones leitet, eine Vorrichtung, die einen gemeinsamen Ausgang für die Taster

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'jeder Gruppe liefert, -wobei die wirksamen relativen Widerstände der Taster jeder Gruppe so gewählt sind, daß das gemischte Signal an dem gemeinsamen Ausgang der Gruppe eine Treppenstufenwelle bildet, durch Gatter in der Verbindung zwischen der Teiler— kette und dem gemeinsamen Ausgang durch den Taster für die zweite Harmonische in jeder der Gruppen, wobei die Gatter in .Abhängigkeit von der Spannung, die an ein Element des Gatters angelegt wird, leitend oder gesperrt sind, und durch einen Schaltkreisanscliluß, der.mit allen letztgenannten Gatterelementen verbttnden ist, um alle diese Gatter gemeinsam zu öffnen oder zu schließen.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter in den Verbindungen zwischen den Tastern für die zweite Harmonische und der Teilerkette liegen.
3· Schaltkreis na.ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Takteingangsanschlüsse, Teilerketten und eine Anzahl Tastergruppen für zwei Oktavengruppen von- Tönen, die einen Halbton auseinander liegen, aufweist, und daß die Tastergruppenausgänge für Töne, die einen Halbton auseinander liegen, innerhalb des Schaltkreises miteinander verbunden sind.

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4. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Takteingangsanschlüsse, Teilerketten und eine Anzahl Tastergruppen für zwei Oktavengruppen von Tönen, die einen HaIbton auseinander liegen, aufweist, und daß die Tastergruppenausgänge für Töne, die einen Halbton auseinander liegen, innerhalb des Schaltkreises miteinander verbunden sind.
5· Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Tastergruppen- auf dem Substrat mit der Teilerkette verbunden sind, wobei die letztgenannten Tastergruppen mit der' Kette verbunden sind, um 4¹-» 8'- und- 16^!-Treppenstufentonausgänge für mindestens zwei Oktaven zu liefern.
6. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Tastergruppen auf dem Substrat mit der Tellerkette verbunden sind, wobei die letztgenannten Tastergruppen mit der Kette verbunden sind, um 4'-» 8'- und I6^f-Treppenstufentonausgänge für mindestens zwei Oktaven zu liefern.
7. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Tastergruppen auf dem Substrat mit der Teilerkette verbunden sind, wobei die letztgenannten Tastergruppen mit der ICette verbunden sind, um 4¹-, 8'- und lo'-Treppenstufentöne für

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mindestens zwei Oktaven von zwei Gruppen von Tönen, die einen Ilalbton auseinander liegen, zu liefern, wobei der Schaltkreis 4¹-» S¹- und 16'-Ausgangsklemmen gemeinsam für alle 4'-» S¹- bzw. 16'-Auegänge aufweist.
S-. Integrierter Schaltkreis zur Lieferung und Tastung von in Oktavenbeziehung zueinander stehenden Tönen für ein elektrisches Musikinstrument in verschiedenen Wellenformen,, gekennzeichnet durch ein Substrat mit Schaltungen darauf, die eine binäre Teilerkette bilden, einen Eingang für die Kette zur Zuführung einer Taktfrequenz, wobei die Teilerkette eine Anzahl Rechteckwellensignale liefert, die aufeinanderfolgende binäre Teile der Taktfrequenz sind, eine Anzahl Tastergruppen, die jeweils aus einer Anzahl einzelner Taster bestehen, die so miteinander verbunden sind, daß sie in einen leitenden Zustand gebracht werden können, in dem sie ein Signal von jedem Tastereingang zu ihrem Ausgang durchlassen, wenn ein Tastungspotential an eine Klemme angelegt wird, die mit allen Tastern einer Gruppe verbunden ist, wobei jeder Taster einer Gruppe solche Eingangsverbindungen mit der Kette hat,' daß, wenn ein Tastungspotential an eine Gruppe angelegt wird, die Taster dieser Gruppe eine Anzahl in Oktavenbeziehung zueinander stehender Rechteckwellen leiten werden, durch eine Vorrichtung, die einen gemeinsamen Ausgang für die Taster jeder Gruppe bildet, wobei die

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effektiven relativen Impedanzen der Taster jeder Gruppe so gestaffelt sind, daß das gemischte Signal ad gemeinsamen Ausgang jeder Gruppe eine Treppenstufenwelle bildet, durch Gatter in der Verbindung zwischen der Teilerkette und dem gemeinsamen Ausgang über einen der Taster in jeder Gruppe, wobei die Gatter in Abhängigkeit von der Spannung, die an ein Element des Gatters angelegt wird, leitend oder gesperrt sind, und durch einen Schaltkreisanschluß, der mit allen letztgenannten Gattern verbunden ist, um alle Gatter zusammen zu öffnen oder zu sperren.
9· Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter in den Verbindungen zwischen den Tastern und der Teilerkette liegen.
10. Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Takteingangsverbindungen, Teilerketten und eine Anzahl Tastergruppen für mindestens zwei Gruppen von Tönten aufweist, wobei jede dieser Gruppen mehrere in Oktavenbeziehung stehende Töne umfaßt, und daß die Tastergruppenausgänge für mindestens einige der Töne in derselben Oktave innerhalb des Schaltkreises miteinander verbunden sind.

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11. Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Takteingangsverbindungen, I'eilerketten und eine Anzahl Tastergruppen für mindestens zwei Gruppen von Tönen aufweist, wobei jede dieser Gruppen mehrere in Oktavenbeziehung¹ stehende Töne umfaßt, und daß die Tastergruppenausgänge für mindestens einige der Töne in derselben Oktave"innerhalb des Schaltkreises miteinander verbunden sind.

12, Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeicnnet, daß · zusätzliche Tastergruppen auf dem Substrat vorgesehen sind, die mit der Steuerkette verbunden sind, wobei die letztgenannten Tastergruppen mit der Kette verbunden sind, um 4'-» 8'- ^tmd 16'-Treppenstufent onaus gänge für mindestens zwei Oktaven zu liefern.

13« Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet', daß zusätzliche Tastergruppen auf dem üubstra/b vorgesehen sind, die mit der Teilerkette verbunden sind, wobei die letztgenannten i'astergruppen mit der Kette verbunden sind, um 4'-> 3'- und lö'-'Jreppenstufentonausgänge für mindestens zwei Oktaven zu liefern.

14· Schaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Tastergruppen a.uf den Substrat vorgesehen sind, die mit den i'eilerketten verbunden sind, wobei die letztgenannten

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Gruppen mit den Ketten verbunden sind, um 4'-> 8¹- und 16^f— Sreppenstufentöne für mindestens zwei Oktaven der Tongruppen, einen Halbton auseinander, zu liefern, wobei der Schaltkreis 4S S¹- und 16'-Ausgangsanschlüsse aufweist, die gemeinsam sind für alle 4'-» 8¹- und 16'-Ausgänge.

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